協議庫在直放站監控系統中的設計與實現

敖 姣，周祖望

(1.武漢郵電科學研究院，湖北武漢430074;2.武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北武漢430074)

隨著移動通信技術的飛速發展，直放站在移動通信網絡建設中發揮著越來越重要的作用。直放站的這種廣泛應用性使得如果直放站設備出現故障，將可能會對整個通信網絡產生嚴重影響，因此，需要對直放站進行監控［1］。然而，由于直放站不僅協議眾多，而且設備類型豐富，急需一種強大的協議庫來支持對直放站設備的監控［2］。本文借助C#開發平臺，提出了一種支持協議庫的三層結構交互通信的軟件設計方案，將現行的直放站綜合網管監控協議［3］，如 3G 標準(TD－SCDMA，CDMA2000，WCDMA)與2G標準(GSM，CDMA等)融合起來，并能靈活擴展與兼容4G標準(LTE)，以便快速實現對直放站各項參量的檢測。并且，通過調用協議庫統一的接口，也可實現各種直放站網管平臺及自動化測試平臺的協議需求，具有較強的獨立性、移植性和擴展性。

1 直放站監控系統總體設計方案

1.1 硬件設計

由于直放站不僅生產廠家眾多，而且設備類型豐富，例如有移頻直放站、選頻直放站、寬帶直放站、光纖直放站等［4］。然而，直放站監控系統硬件模塊功能差異不大，本設計針對常用直放站監控系統進行論述和分析，其硬件基本流程如圖1所示。

圖1 直放站監控系統硬件流程圖

圖1中，監控芯片采集到直放站各功能模板狀態，如電流、電壓、溫度和功率等信息，將此模擬量轉換為數字量，并通過通信模塊接口傳輸到PC機進行數據分析及顯示。同樣，PC機可設置各種參數，通過通信鏈路傳輸給監控芯片進行數據處理，經D/A轉換后，數據量分發給各個功能模塊，實現了調節控制各模塊的功能。

1.2 軟件設計

直放站監控系統采用分層的設計思想［5］，將軟件從總體上分為3層：界面顯示層、數據處理層和業務邏輯層，實現了各層之間的交互通信，如圖2所示。

圖2 直放站監控系統3層結構圖

業務邏輯層支持協議庫接口，主要負責各種協議的處理，包括數據幀的打包和解析、調測模板配置等。數據處理層主要用于處理數據庫相關業務，如各種監控參量的存儲、加載、查詢以及監控參量的處理等。界面顯示層主要負責處理用戶界面實物，是程序與用戶交互的接口，接收用戶的各種輸入，處理后返回結果顯示給用戶。

本直放站監控系統可采用2種方式進行操作，即聯機方式和模板方式，其處理流程圖如圖3所示。

圖3 直放站監控系統處理流程圖

其中，聯機方式是在對直放站設備的監控協議不知曉的情況下進行，從而確定其協議類型。此過程需要多次調用協議庫接口進行不同協議的組幀，通過直放站設備對不同協議幀的回應解析出該設備的協議類型。并且，發送數據幀和接收幀由獨立的線程控制。當直放站監控系統發出組幀命令時，發送線程立即觸發寫入事件并存儲在發送序列中，減少了多次組幀造成的時延，保證了系統的穩定性。直放站監控系統接收到數據幀時，立即將數據流寫入接收序列并執行讀取事件，并調用協議庫進行數據分析，則保證了上報參量及告警參量的狀態的實時監測及遠程升級數據包的時延要求［6］。

2 協議庫的設計

協議庫設計的目的是為了將各大運營商不同制式的直放站監控協議統一起來，使直放站監控系統在協議層形成一個透明調用和訪問的統一接口，其內部可以兼容多種協議，并且協議種類可以進行擴展，每種協議獨立形成一個協議單元，由總接口進行不同協議單元的調度管理和派發。每種協議的具體功能實現在各協議單元內封裝，保持完全獨立。接口一旦被確定，就不需要再進行更改，從而保證接口的穩定性和可擴展性。

2.1 協議庫設計方案

協議庫實現對協議層細節內容的封裝，使直放站監控系統與協議層隔離屏蔽開來，即直放站監控系統不需要了解相關協議的具體格式規范和定義，任何需要協議組幀、解幀、判斷的地方，都只需按照一個統一邏輯的訪問形式，傳遞必要的協議數據及相關信息給協議庫，協議庫就能夠完成功能。協議庫處理流程如圖4所示。

圖4 協議庫處理流程圖

協議類模塊定義了基類接口，各具體協議通過繼承該基類接口，達到對外統一的目的，即僅調用接口就可實現數據的組幀和解析等功能。

2.2 協議庫組幀及解析

協議幀的每個格式單元均定義為獨立的變量類型，如命令標識定義為枚舉類型(上報為01、查詢為02、設置為03等)，通過調用協議類模塊組幀接口，將外部傳遞進來的原始參數，如協議類型、通信方式、操作方式、站點編號、設備編號、設備類型及參量數據等，按照要求的協議，封裝為符合指定協議規范的協議幀，并輸出協議數據幀。協議解析則是將外部傳遞進來的原始數據幀，解析成為參數列表形式并輸出。

根據各協議幀結構的相似之處，將協議類型大致分為兩種：類移動3G協議、類聯通GSM1.0協議。類移動3G 協議包括移動 GSM1.0、TD －SCDMA、電信 CDMA2000、聯通新監控協議(以WCDMA為主)等;類聯通GSM1.0 協議包括聯通 GSM1.0、聯通 CDMA 等［7］。由此可將解析協議幀分為2個步驟：1)從數據流中找到一個匹配的協議幀，包括查找幀頭和幀尾字節，判斷校驗和正確及命令體長度正確等;2)解析出命令體后，通過調用解析算法可以解析出協議幀命令體中的內容，把解析出來的參數對象放置到參數容器中。此解析過程提高了系統處理數據的能力，通過預判斷能夠丟棄大量無用數據，減少了解析處理消耗的系統資源。協議解析流程如圖5所示。

圖5 協議庫幀解析流程圖

3 協議流的控制

為減少數據組幀及解析帶來的時延，保證監控數據傳遞能力，將協議流分為發送和接收兩部分，采用多線程控制的方式控制發送和接收序列進行協議流的入隊與出隊。

發送序列及線程的定義如下：

自行研制的DHG-9240A型熱風干燥試驗裝置；上海光正醫療儀器有限公司的YP6102型電子天平，其分度值為0.01g。

發送序列幀入隊由發送線程控制，其目的主要是存儲與管理待發送的協議幀，并采用線程控制避免擁塞。在構造函數中初始化各線程的狀態，發送線程控制通信接口事件，如通過封裝串口通信方式下采用的SerialPort類自帶DataReceived()事件接收協議流，并將接收協議流寫入接收序列中。接收序列幀出隊由接收線程控制，實現過程與入隊大同小異。值得注意的是，接收序列需考慮是否協議幀分多次入隊，即需判斷是否收到完整的協議幀。

4 測試

直放站監控系統主界面包含設備類型模板窗口、調測模板通信配置窗口、調測日志窗口和參數窗口，見圖6。

圖6 直放站監控系統主界面圖

設備聯機后會在設備類型模板窗口中自動生成測試模板。同時在調測模板通信配置窗口中，協議類型顯示為當前的協議類型。若待測設備所支持的協議類型是類移動3G協議，如設備類型為：中國聯通新監控協議(即WCDMA協議)，如圖7所示。

對不同協議的直放站設備的監控系統的測試均包括：配置管理功能測試、告警管理功能測試和遠程升級功能測試。

1)配置管理功能測試

監控參量的配置包括查詢和設置監控參量列表，查詢是查找直放站設備所支持的監控參量，配置是人為選擇需要的監控參量設置到直放站設備中，如圖8所示。

圖7 調測模板窗口圖

圖8 監控參量配置圖

2)告警管理功能測試

告警管理功能測試包括告警狀態及告警使能兩方面。根據協議，當告警參數的使能為開，即為使能狀態時，告警的狀態是正常還是告警才會有實際意義，否則會屏蔽告警狀態，如圖9所示。

圖9 告警參量功能測試圖

3)遠程升級功能測試

遠程升級功能測試不僅包括用戶界面的測試和升級參量測試，還包括升級功能的測試，如圖10所示。其中，升級參量的測試借助于當前模板的通信方式及協議，與主界面中參量的查詢和設置一樣。升級功能需要按升級命令對每一個操作環節進行測試，確保每一步驟順利實現，否則此升級過程即為失敗。

圖10 遠程升級功能測試圖

5 結論

本設計采用支持協議庫的直放站監控系統3層設計方案，經對直放站2G/3G設備的調測驗證，整個界面布局合理，信息量大，給人直觀整潔的印象，提高了用戶友好性、人性化和易操作性，可以實現對不同類型直放站設備的有效監控，同時減少對直放站設備的調測時間，提高對直放站各項指標的測試效率。今后還將擴展和兼容4G協議的數據庫，以便對LTE項目的各類直放站設備進行監控，具有較強的實用性和較大的發展遠景。

［1］遲峰，戴敬.現代通信直放站監控技術的分析與研究［J］.信息技術，2008，32(3)：64 －67.

［2］姜維軍，張國棟.基于直放站的遠程監控系統［J］.福建電腦，2009(9)：121 －122.

［3］熊尚坤，梁健生，王慶揚.WCDMA系統直放站設備監控管理系統原理與組網實現［J］.移動通信，2008(13)：44－47.

［4］胡憲華，吳捷，丁三第，等.直放站與分布系統網管協議的研究與開發［J］.電信科學，2006(11)：26－29.

［5］溫蕾，孫娛，李錦儀，等.3G直放站設備監控管理技術與測試［J］.電信網技術，2008(9)：39 －43.

［6］鄧洪波，張遠見.CDMA直放站的監控系統［J］.電子技術，2003(2)：35－37.

［7］吳海彬.直放站監控管理軟件設計［J］.微計算機信息，2003(11)：97－98.