什么是光纖同軸電纜混合網(wǎng)(hybrid fiber coax

光纖同軸電纜混合網(wǎng)(hybrid fiber coaxial, HFC)是一種以模擬頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)、射頻技術(shù)以及高度分布式智能技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，是CATV和電話網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，也是將光纖逐漸推向用戶(FTTH)的一種新的經(jīng)濟(jì)的演進(jìn)策略，這種方式兼顧了寬帶業(yè)務(wù)和建立網(wǎng)絡(luò)的低成本，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

HFC的傳輸鏈路主干線是光纖，接入部分是同軸電纜，是一種多傳輸介質(zhì)、數(shù)字和模擬信號(hào)共存的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，說(shuō)明對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)的管理要比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或電信網(wǎng)絡(luò)的管理更為復(fù)雜。由于HFC網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的歷史原因和繼承性，使得HFC網(wǎng)絡(luò)管理存在許多弊病，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代寬帶接入網(wǎng)發(fā)展的要求，特別是HFC接入網(wǎng)處于多系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(multiple systems operator, MSO)的管理之下，其兼容性和互操作性是一個(gè)很大的問題，急需完善、可靠、經(jīng)濟(jì)的HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)的全面管理，如失效管理、配置管理、安全管理、性能管理和計(jì)費(fèi)管理等。當(dāng)前，對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)的管理基本集中在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的網(wǎng)元管理層，對(duì)更高層(網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層、企業(yè)級(jí))的管理，尤其是對(duì)接入網(wǎng)的高層管理還是一個(gè)有待發(fā)展的課題。在物理層，HFC網(wǎng)絡(luò)管理功能包括差錯(cuò)檢測(cè)、噪聲系數(shù)、放大器增益、信號(hào)電平和電源電壓；在數(shù)據(jù)層(數(shù)據(jù)鏈路層及以上)，HFC網(wǎng)絡(luò)管理功能包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)及其組件的配置管理、故障管理和性能管理。本文進(jìn)一步探討了SNMP在HFC網(wǎng)絡(luò)管理中的應(yīng)用，提出一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)設(shè)備的本地管理和遠(yuǎn)程管理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)的全面管理。

HFC網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)管
HFC的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，每一個(gè)HFC子網(wǎng)主要包括下行收發(fā)光端機(jī)、上行收發(fā)光端機(jī)、戶外光工作站(包括上行光發(fā)射機(jī)、下行光接收機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)管模塊)和調(diào)制解調(diào)器。前端信號(hào)經(jīng)下行收發(fā)光端機(jī)送向用戶端，用戶端反向信號(hào)經(jīng)上行收發(fā)光端機(jī)送向中心前端。傳輸平臺(tái)的工作狀態(tài)由網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，前端設(shè)備和網(wǎng)管主機(jī)代理的數(shù)據(jù)傳輸用雙絞線，用戶端設(shè)備和網(wǎng)管主機(jī)之間需經(jīng)過(guò)上下行調(diào)制解調(diào)器和光纖傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)指令和狀態(tài)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
HFC子網(wǎng)管理系統(tǒng)包括收發(fā)光端機(jī)專用監(jiān)控模塊，研制的HFC雙向傳輸系統(tǒng)網(wǎng)管委托代理軟件，該系統(tǒng)通過(guò)RS232/RS485串行接口進(jìn)行通信，上下行光端機(jī)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器使各個(gè)光端機(jī)與網(wǎng)管委托代理連接起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)256個(gè)(可任意擴(kuò)展)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理，并通過(guò)中文菜單等友好的人機(jī)界面進(jìn)行控制、參數(shù)設(shè)定、報(bào)警等多項(xiàng)功能，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行定位(發(fā)現(xiàn)異常/找原因/修復(fù)問題)，能增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而提高網(wǎng)絡(luò)的效率。

圖1 HFC網(wǎng)絡(luò)和基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)
在HFC子網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)，由網(wǎng)絡(luò)管理工作站通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)將所有的委托代理服務(wù)器連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)HFC城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的管理，解決網(wǎng)絡(luò)中多種設(shè)備、多運(yùn)營(yíng)缺乏管理的局面，主要實(shí)現(xiàn)了以下網(wǎng)管功能：

1) 系統(tǒng)配置：添加、刪除光端機(jī)(發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和戶外工作站)和傳輸鏈路，并建立HFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
2) 失效管理：查詢光端機(jī)工作狀態(tài)，修改光端機(jī)D/A輸出參數(shù)，修改光端機(jī)報(bào)警限，查詢報(bào)警限功能，報(bào)警功能和數(shù)據(jù)輸出產(chǎn)生報(bào)表；
3) 安全管理：建立軟件的安全權(quán)限，防止系統(tǒng)失控。
2 基于SNMP的HFC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管平臺(tái)設(shè)計(jì)
圖2給出了SNMP的HFC網(wǎng)絡(luò)管理的平臺(tái)模型，它是對(duì)圖1的抽象和簡(jiǎn)化，由網(wǎng)絡(luò)管理工作站通過(guò)INTERNET基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)所有的委托代理進(jìn)行控制管理，實(shí)現(xiàn)HFC子網(wǎng)的分散管理和整個(gè)HFC網(wǎng)絡(luò)管理的統(tǒng)一，既兼顧了HFC網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，又體現(xiàn)了SNMP靈活方便、經(jīng)濟(jì)使用的特色。
2.1 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議
1) 管理節(jié)點(diǎn)：運(yùn)行SNMP管理進(jìn)程[5]，即SNMP代理(agent)，每個(gè)代理維護(hù)一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，庫(kù)中存放其狀態(tài)、歷史并影響其運(yùn)行；
2) 管理站：一臺(tái)運(yùn)行特殊管理軟件的計(jì)算機(jī)，包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，在網(wǎng)絡(luò)上與代理通信、發(fā)送命令及接受應(yīng)答，管理站一般具有圖形用戶界面，允許網(wǎng)管者檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并在需要時(shí)采取行動(dòng)；
3) 管理信息：每個(gè)設(shè)備都具有一個(gè)或多個(gè)變量來(lái)描述其狀態(tài)(信息被嚴(yán)格定義，以使不同廠商的設(shè)備能互相通信)，這些變量在SNMP中稱作對(duì)象(object)，網(wǎng)絡(luò)中所有的對(duì)象都存放在一個(gè)稱作管理信息庫(kù)MIB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；
4) 協(xié)議：管理站用SNMP協(xié)議與代理通信，該協(xié)議允許管理站查詢代理的本地對(duì)象的狀態(tài)，必要時(shí)作修改；
5) 查詢：應(yīng)答式通信；
6) SNMP陷阱(trap)：MIB中定義了每個(gè)重要事件(節(jié)點(diǎn)崩潰又重起，線路中斷并恢復(fù)，擁塞會(huì)發(fā)生等)，當(dāng)代理發(fā)現(xiàn)了一件重要事件，立即匯報(bào)給配置表中的所有管理站。該報(bào)告僅作匯報(bào)，而由管理站負(fù)責(zé)進(jìn)行查詢以找出所有細(xì)節(jié)。這種較長(zhǎng)時(shí)間查詢一次，但在收到trap時(shí)加速的方式稱陷阱指導(dǎo)輪詢(trap directed polling)；
7) 代理設(shè)施(Proxy agent)：該設(shè)施監(jiān)視一臺(tái)或多臺(tái)非SNMP設(shè)備，并作為其代表與管理站通信，可能會(huì)用某些非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與這些設(shè)備通信；
8) SNMPv3擴(kuò)展了SNMP框架，使用Reports提供引擎到引擎的通信(即SNMP Agents 和SNMP Managers，現(xiàn)在稱SNMP Entity，每個(gè)SNMP Entity包含一個(gè)SNMP引擎)，并提供可靠的鑒別和數(shù)據(jù)加密方法解決SNMPv1、SNMPv2中的安全問題。

圖2 SNMP管理模型
2.2 基于SNMP的HFC網(wǎng)管平臺(tái)的協(xié)議棧
圖3所示為基于SNMP的HFC網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的協(xié)議棧，委托代理采用專用協(xié)議(自定義)通過(guò)通用串行接口(RS232/485)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立管理連接，而網(wǎng)絡(luò)管理工作站(NMS)則建立在簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)之上，開發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的管理工作站軟件和代理工作站的軟件，通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廣義的管理和代理[5]。

2.3 軟件開發(fā)環(huán)境
網(wǎng)管軟件系統(tǒng)由C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)，采用微軟的Visual C++6.0(SP5)為基本開發(fā)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)管理站(NMS)和委托代理(proxy agent)運(yùn)行在Windows2000 Professional/Server平臺(tái)上。委托代理端的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)采用微軟的Access2000，網(wǎng)絡(luò)管理站端的數(shù)據(jù)庫(kù)采用了SQL Server7.0(SP1)。另外，在MIB的設(shè)計(jì)中還使用了MG-SOFT公司的MIB BROWSER和SNMP LAB工具。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能是建立HFC-MIB的鏡像內(nèi)容。在代理端建立Agent數(shù)據(jù)庫(kù)、NMS端建立NMS數(shù)據(jù)庫(kù)，Agent數(shù)據(jù)庫(kù)由本地Microsoft Access維護(hù)，NMS數(shù)據(jù)庫(kù)由Microsoft SQL Server維護(hù)。應(yīng)用進(jìn)程與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接由ADO(ActiveX Data Object)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接文件(Data Link File)處理。
3 HFC網(wǎng)絡(luò)管理站的設(shè)計(jì)
圖4為網(wǎng)絡(luò)管理工作站的軟件，其關(guān)鍵是依據(jù)HFC網(wǎng)管系統(tǒng)的HFC-MIB管理信息庫(kù)設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)。NMS數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括代理表、設(shè)備表、域值表、系數(shù)表和狀態(tài)表。應(yīng)用進(jìn)程與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接由ADO(ActiveX Data Object)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接文件(Data Link File)NMS.udl處理。

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