結合事件觸發的層次型分布式DVB-RCS網絡管理

高 鑫,王祖林,郭旭靜

(北京航空航天大學電子信息工程學院,北京 100191)

1 引 言

在全球商務活動和人們對信息無止境追求的Internet時代背景下,歐洲電信標準協會發布了DVB-RCS(Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite)衛星通信標準[1],支持交互式多媒體業務的傳輸,標志著寬帶衛星通信進入一個新時代。在DVB-RCS衛星通信網中,網絡管理系統(NMS)占據了相當重要的地位,是整個網絡的“心臟”和“神經中樞”。NMS完成對網絡中回傳信道衛星終端(RCST)、網關站、業務提供站運行狀態的監視和控制,保證網絡有效、可靠、安全、經濟地提供服務。

目前,關于DVB-RCS衛星通信網絡管理的研究國內外學者還未形成具體的研究思路和體系。由于網絡管理在網絡結構、通信體制上具有相似性,使得衛星通信網絡管理可以借鑒陸地網絡管理技術并結合衛星通信的特點來展開,但都是從管理策略與協議這一宏觀角度來進行[2,3]。而針對NMS中具體管理任務的研究方案目前還未開展,或者僅研究技術本身而沒有將其應用至衛星通信的NMS。

NMS通常采用管理者輪詢代理以及代理主動向管理者報告的監測方法[4],是一種主被動結合的管理機制。因此,本文結合DVB-RCS衛星通信網的特點提出結合事件觸發機制的主被動網絡管理機制。事件觸發是一種由管理者根據RCST終端的狀態來決定的管理方案,從而實現對DVB-RCS衛星通信網的高效管理。同時,利用結合事件觸發機制的主被動管理機制設計了一種基于Web的層次型分布式NMS,并舉例分析針對不同類型管理消息包的處理方式。

2 DVB-RCS網絡管理機制

2.1 網絡管理機制的組成部分

網絡管理機制是NMS的核心組成部分,是建立網絡管理協議和具體管理技術應用的基礎,決定了整個NMS的管理效率。DVB-RCS網絡管理存在3種管理機制:事件觸發機制、主動報告機制和被動輪詢機制。每一類管理機制針對特定的管理對象,構成了NMS的管理框架。網絡管理機制的組成如圖1所示。

圖1 網絡管理機制的組成Fig.1 Component of network management mechanism

管理員人工觸發長狀態報告通常由管理員設置一定的管理規則,使RCST終端遵循這些規則來上報狀態消息包。交互式觸發機制根據引起RCST終端狀態發生變化的事件來決定NMS需要采取的管理行動。事件觸發機制可以根據主動報告和被動輪詢的結果來觸發管理事件的執行,只有RCST終端出現狀態變化的情況下才可能執行主動報告。被動輪詢機制影響網絡控制信道帶寬的利用率,如果周期太短,消耗的帶寬資源過大;如果太長則無法監控到一些具體狀態變化信息。事件觸發機制可以根據以上主被動機制采集的結果來執行,例如通過主動輪詢發現某個RCST終端性能參數不正常,那么這時可以啟動事件觸發機制,相當于只針對可能存在故障的RCST終端縮小被動輪詢周期,而不改變處于正常狀態RCST終端的輪詢周期。

2.2 事件觸發機制

(1)管理員人工觸發長狀態報告

在管理員人工觸發長狀態報告中,管理員可以基于此機制實現建立監測任務來監測RCST終端某一方面的性能參數。監測任務是管理員在NMS管理界面中設置NMS按照一定時間間隔采集RCST終端設備性能參數的事件。管理員設置監測任務之后等于觸發了性能參數采集這一事件,同時被監測的RCST終端執行管理員設置的觸發事件,從而按照預先設定的時間間隔上報性能參數值。

(2)交互式事件觸發機制

這是一種基于RCST終端所發送管理消息包的類型來執行相應ACK確認的事件觸發機制。NMS收到RCST終端發送管理消息包后對該消息包按照預先約定的格式做解析,對于不同的請求采取不同的操作:若是業務類事件,則開啟相應的業務,發送ACK確認;若是管理類事件,則進行相應的設置,發送ACK確認。RCST終端收到消息后要么是進行相應的處理(如存入數據庫),要么給NMS返回ACK確認。

交互式事件觸發機制中,業務類事件包括時隙請求,管理類事件包括RCST終端配置確認和RCST終端會話建立,如圖2所示。

圖2 交互式事件觸發機制組成Fig.2 Component of interactive event-triggered mechanism

關于RCST終端配置確認,管理員通過NMS的管理界面輸入待配置入網RCST終端的配置參數,將配置結果保存至數據庫,這時RCST沒有真正配置入網。NMS檢測出已經完成參數保存的RCST終端,向其發送配置請求ACK確認,之后RCST終端將ACK確認返回至NMS,表示RCST終端配置完成。

關于RCST終端會話建立,首先由RCST終端發送登錄請求,并在請求中設置MAC地址和需要開啟的業務,例如是否執行安全機制、是否支持MPEG2傳輸流和ATM等。NMS收到消息之后向該RCST終端發送ACK確認,使RCST終端獲得網絡參考時鐘,之后RCST終端回復ACK確認,完成了時鐘同步。如果RCST終端在規定的時間內未收到ACK確認,則間隔一段時間之后重新發送登錄請求。

關于時隙請求,RCST終端以超幀周期為間隔將時隙請求值寫入CR(Capacity Request)字段中,NMS將調度結果寫入終端突發時間計劃(TBTP)指令中,并將其廣播至整個網絡的RCST終端。RCST終端接收到TBTP指令之后,讀取其所獲得時隙在超幀中的位置,并在對應時刻發送突發業務流。

2.3 主動報告機制

RCST終端向NMS發送短狀態報告。

RCST終端設備或網絡鏈路等被管理對象發生故障或參數變更時,代理自動地將SNMP陷井報文(Trap)發送至NMS。這是代理自動發送給管理者的非請求消息,是一種無需管理者干預的事件。

2.4 被動輪詢機制

(1)NMS以輪詢機制采集RCST終端狀態

主要包括RCST終端狀態采集和RCST終端會話保持監測兩方面。在RCST終端狀態采集方面,管理者一般采用固定周期輪詢的方式,獲得所轄域內被管理對象的狀態信息。RCST終端狀態采集主要防止在主動報告機制中采用不可靠的UDP協議而導致Trap丟失,通常與Trap主動報告機制結合來應用于網絡的故障管理。在RCST終端會話保持監測方面,RCST終端會話建立之后,NMS需要每隔一段時間向RCST終端發送會話保持消息。如果從對應RCST終端收到ACK確認,則NMS認為RCST終端處于會話中;如果規定時間內未收到ACK確認,則重新發送會話保持消息,發送3次之后未收到ACK確認,則認為RCST終端的會話中斷,NMS將其從登錄RCST終端表中刪除。

(2)NMS周期性地執行管理事件處理,包括周期性解析計費文件

NMS周期地以輪詢方式讀取路由器拋出的Netflow計費文件[5],并對其解析,從中讀取RCST終端的流量信息,結合時段費率和單價,計算費用結果并保存至NMS的數據庫中。

3 DVB-RCS網絡管理

3.1 網絡管理體系結構設計

定義1:由若干個RCST終端組成的一個工作單元稱為終端用戶組。通常這些RCST終端的地理位置相近,接入同一個網關站。

DVB-RCS衛星通信網的NMS為基于Web的分布式網絡管理,采用層次型分布式體系結構。層次型體系結構[6]是指多層次錐型結構,包括一個頂層管理者、多個中間層管理者(代理充當中間層管理者)和被管理對象,如圖3所示。中間層管理者承擔雙重角色:下層被管理對象的管理者和頂層管理者的代理,各個管理者通過相互協作實現網絡管理功能。

圖3 層次型體系結構Fig.3 The hierarchical structure

選擇層次型體系結構的原因包括兩點。

(1)實現了網絡管理的分布程度和系統實現復雜程度的折衷,既具有管理的分布性,又降低了NMS實現的復雜性,是一種對大規模復雜網絡進行有效管理、實用性強的解決方案。

(2)在DVB-RCS衛星通信網中,一個終端用戶組對應一個網關站,負責組內RCST終端的接入。網關站通常位于地面網絡可以覆蓋的區域,因此這些網關站通過地面網絡連接至站。DVB-RCS衛星通信網的物理結構與層次型分布式體系結構對應,每個網關站對應一個子管理者,管理一個網關站對應終端用戶組所包括的RCST終端。

基于Web的網絡管理[7]通過在NMS中引入Web服務器,使管理人員能夠在任何地點都可以通過Web瀏覽器對網絡進行管理,解決了SNMP模型中管理員活動范圍受限的問題?；赪eb網絡管理允許通過Web瀏覽器執行網絡管理,在一個內部工作站上運行Web服務器,這個工作站同時也作為管理者,通過瀏覽器用戶與管理者之間的通信來傳遞管理信息。在這種方式下,NMS成為操作系統中的一個應用平臺,介于瀏覽器和網絡設備之間。在管理過程中,NMS負責將收集到的網絡管理數據傳送到Web瀏覽器,并將傳統網絡管理協議(如SNMP)轉換成Web協議(如HTTP)。因此,將分布式網絡管理和Web結合起來,將兩者的優點結合在一起,使分布式網絡管理和基于Web的網絡管理互相彌補了缺陷,既克服了集中式網絡管理體系結構的缺點,又解決了管理員活動范圍受限的問題。

3.2 網絡管理的消息處理

DVB-RCS衛星通信網的網絡管理是基于NMS完成的。鑒于DVB-RCS衛星通信網的混合型拓撲結構以及按需分配多址接入(DAMA)協議的特點,NMS還要承擔帶寬資源管理的功能。DVB-RCS衛星通信網的NMS包括配置管理、性能管理、故障管理、用戶管理、計費管理和資源管理6個管理模塊。

DVB-RCS網絡管理系統的消息包類型如表1所示。NMS通過接口采集這些消息包,消息總線根據消息的類型發送至對應的管理模塊,由對應的管理模塊來處理。這些消息包作為網絡管理的數據源,NMS基于這些數據源實現RCST終端狀態的監視與控制。處理消息包之后,有4種響應形式供NMS選擇,如表2所示。NMS針對消息包可以采用4種響應中的一種或多種。

表1 DVB-RCS網絡管理消息包類型Table 1 Message package type in DVB-RCS NMS

表2 消息包響應類型Table 2 Message package response type

DVB-RCS網絡管理系統的具體管理方案為:對性能數據采集消息包執行響應1和4;對時隙請求消息包執行響應3;對配置確認消息包執行響應1和2;對會話建立請求消息包執行響應2、3、4;對設備故障Trap執行響應1、3、4;對狀態報告消息包執行響應3和4;對解析Netflow計費文件執行響應1。

具有權限的管理員通過Web界面設置計費費率,查詢RCST終端用戶的計費信息、歷史告警信息、RCST終端性能參數統計,修改RCST終端的配置參數。

4 結 論

本文結合DVB-RCS衛星通信網的特點,提出了一種結合事件觸發機制的主被動DVB-RCS衛星通信網絡管理機制。利用此管理機制設計了基于Web的層次型分布式NMS,實現了針對不同類型的管理消息包來采取不同管理方案的機制。與傳統的衛星通信網絡管理研究相比,較全面地給出了針對具體管理任務的管理思路與處理方法,具有重要的實際應用價值。

[1]ETSI EN 790V1.4.1(2005-09),Digital Video Broadcasting(DVB);Interaction Channel for Satellite Distribution Systems[S].

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