结合事件触发的层次型分布式DVB-RCS网络管理

高 鑫,王祖林,郭旭静

(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京 100191)

1 引 言

在全球商务活动和人们对信息无止境追求的Internet时代背景下,欧洲电信标准协会发布了DVB-RCS(Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite)卫星通信标准[1],支持交互式多媒体业务的传输,标志着宽带卫星通信进入一个新时代。在DVB-RCS卫星通信网中,网络管理系统(NMS)占据了相当重要的地位,是整个网络的“心脏”和“神经中枢”。NMS完成对网络中回传信道卫星终端(RCST)、网关站、业务提供站运行状态的监视和控制,保证网络有效、可靠、安全、经济地提供服务。

目前,关于DVB-RCS卫星通信网络管理的研究国内外学者还未形成具体的研究思路和体系。由于网络管理在网络结构、通信体制上具有相似性,使得卫星通信网络管理可以借鉴陆地网络管理技术并结合卫星通信的特点来展开,但都是从管理策略与协议这一宏观角度来进行[2,3]。而针对NMS中具体管理任务的研究方案目前还未开展,或者仅研究技术本身而没有将其应用至卫星通信的NMS。

NMS通常采用管理者轮询代理以及代理主动向管理者报告的监测方法[4],是一种主被动结合的管理机制。因此,本文结合DVB-RCS卫星通信网的特点提出结合事件触发机制的主被动网络管理机制。事件触发是一种由管理者根据RCST终端的状态来决定的管理方案,从而实现对DVB-RCS卫星通信网的高效管理。同时,利用结合事件触发机制的主被动管理机制设计了一种基于Web的层次型分布式NMS,并举例分析针对不同类型管理消息包的处理方式。

2 DVB-RCS网络管理机制

2.1 网络管理机制的组成部分

网络管理机制是NMS的核心组成部分,是建立网络管理协议和具体管理技术应用的基础,决定了整个NMS的管理效率。DVB-RCS网络管理存在3种管理机制:事件触发机制、主动报告机制和被动轮询机制。每一类管理机制针对特定的管理对象,构成了NMS的管理框架。网络管理机制的组成如图1所示。

图1 网络管理机制的组成Fig.1 Component of network management mechanism

管理员人工触发长状态报告通常由管理员设置一定的管理规则,使RCST终端遵循这些规则来上报状态消息包。交互式触发机制根据引起RCST终端状态发生变化的事件来决定NMS需要采取的管理行动。事件触发机制可以根据主动报告和被动轮询的结果来触发管理事件的执行,只有RCST终端出现状态变化的情况下才可能执行主动报告。被动轮询机制影响网络控制信道带宽的利用率,如果周期太短,消耗的带宽资源过大;如果太长则无法监控到一些具体状态变化信息。事件触发机制可以根据以上主被动机制采集的结果来执行,例如通过主动轮询发现某个RCST终端性能参数不正常,那么这时可以启动事件触发机制,相当于只针对可能存在故障的RCST终端缩小被动轮询周期,而不改变处于正常状态RCST终端的轮询周期。

2.2 事件触发机制

(1)管理员人工触发长状态报告

在管理员人工触发长状态报告中,管理员可以基于此机制实现建立监测任务来监测RCST终端某一方面的性能参数。监测任务是管理员在NMS管理界面中设置NMS按照一定时间间隔采集RCST终端设备性能参数的事件。管理员设置监测任务之后等于触发了性能参数采集这一事件,同时被监测的RCST终端执行管理员设置的触发事件,从而按照预先设定的时间间隔上报性能参数值。

(2)交互式事件触发机制

这是一种基于RCST终端所发送管理消息包的类型来执行相应ACK确认的事件触发机制。NMS收到RCST终端发送管理消息包后对该消息包按照预先约定的格式做解析,对于不同的请求采取不同的操作:若是业务类事件,则开启相应的业务,发送ACK确认;若是管理类事件,则进行相应的设置,发送ACK确认。RCST终端收到消息后要么是进行相应的处理(如存入数据库),要么给NMS返回ACK确认。

交互式事件触发机制中,业务类事件包括时隙请求,管理类事件包括RCST终端配置确认和RCST终端会话建立,如图2所示。

图2 交互式事件触发机制组成Fig.2 Component of interactive event-triggered mechanism

关于RCST终端配置确认,管理员通过NMS的管理界面输入待配置入网RCST终端的配置参数,将配置结果保存至数据库,这时RCST没有真正配置入网。NMS检测出已经完成参数保存的RCST终端,向其发送配置请求ACK确认,之后RCST终端将ACK确认返回至NMS,表示RCST终端配置完成。

关于RCST终端会话建立,首先由RCST终端发送登录请求,并在请求中设置MAC地址和需要开启的业务,例如是否执行安全机制、是否支持MPEG2传输流和ATM等。NMS收到消息之后向该RCST终端发送ACK确认,使RCST终端获得网络参考时钟,之后RCST终端回复ACK确认,完成了时钟同步。如果RCST终端在规定的时间内未收到ACK确认,则间隔一段时间之后重新发送登录请求。

关于时隙请求,RCST终端以超帧周期为间隔将时隙请求值写入CR(Capacity Request)字段中,NMS将调度结果写入终端突发时间计划(TBTP)指令中,并将其广播至整个网络的RCST终端。RCST终端接收到TBTP指令之后,读取其所获得时隙在超帧中的位置,并在对应时刻发送突发业务流。

2.3 主动报告机制

RCST终端向NMS发送短状态报告。

RCST终端设备或网络链路等被管理对象发生故障或参数变更时,代理自动地将SNMP陷井报文(Trap)发送至NMS。这是代理自动发送给管理者的非请求消息,是一种无需管理者干预的事件。

2.4 被动轮询机制

(1)NMS以轮询机制采集RCST终端状态

主要包括RCST终端状态采集和RCST终端会话保持监测两方面。在RCST终端状态采集方面,管理者一般采用固定周期轮询的方式,获得所辖域内被管理对象的状态信息。RCST终端状态采集主要防止在主动报告机制中采用不可靠的UDP协议而导致Trap丢失,通常与Trap主动报告机制结合来应用于网络的故障管理。在RCST终端会话保持监测方面,RCST终端会话建立之后,NMS需要每隔一段时间向RCST终端发送会话保持消息。如果从对应RCST终端收到ACK确认,则NMS认为RCST终端处于会话中;如果规定时间内未收到ACK确认,则重新发送会话保持消息,发送3次之后未收到ACK确认,则认为RCST终端的会话中断,NMS将其从登录RCST终端表中删除。

(2)NMS周期性地执行管理事件处理,包括周期性解析计费文件

NMS周期地以轮询方式读取路由器抛出的Netflow计费文件[5],并对其解析,从中读取RCST终端的流量信息,结合时段费率和单价,计算费用结果并保存至NMS的数据库中。

3 DVB-RCS网络管理

3.1 网络管理体系结构设计

定义1:由若干个RCST终端组成的一个工作单元称为终端用户组。通常这些RCST终端的地理位置相近,接入同一个网关站。

DVB-RCS卫星通信网的NMS为基于Web的分布式网络管理,采用层次型分布式体系结构。层次型体系结构[6]是指多层次锥型结构,包括一个顶层管理者、多个中间层管理者(代理充当中间层管理者)和被管理对象,如图3所示。中间层管理者承担双重角色:下层被管理对象的管理者和顶层管理者的代理,各个管理者通过相互协作实现网络管理功能。

图3 层次型体系结构Fig.3 The hierarchical structure

选择层次型体系结构的原因包括两点。

(1)实现了网络管理的分布程度和系统实现复杂程度的折衷,既具有管理的分布性,又降低了NMS实现的复杂性,是一种对大规模复杂网络进行有效管理、实用性强的解决方案。

(2)在DVB-RCS卫星通信网中,一个终端用户组对应一个网关站,负责组内RCST终端的接入。网关站通常位于地面网络可以覆盖的区域,因此这些网关站通过地面网络连接至站。DVB-RCS卫星通信网的物理结构与层次型分布式体系结构对应,每个网关站对应一个子管理者,管理一个网关站对应终端用户组所包括的RCST终端。

基于Web的网络管理[7]通过在NMS中引入Web服务器,使管理人员能够在任何地点都可以通过Web浏览器对网络进行管理,解决了SNMP模型中管理员活动范围受限的问题。基于Web网络管理允许通过Web浏览器执行网络管理,在一个内部工作站上运行Web服务器,这个工作站同时也作为管理者,通过浏览器用户与管理者之间的通信来传递管理信息。在这种方式下,NMS成为操作系统中的一个应用平台,介于浏览器和网络设备之间。在管理过程中,NMS负责将收集到的网络管理数据传送到Web浏览器,并将传统网络管理协议(如SNMP)转换成Web协议(如HTTP)。因此,将分布式网络管理和Web结合起来,将两者的优点结合在一起,使分布式网络管理和基于Web的网络管理互相弥补了缺陷,既克服了集中式网络管理体系结构的缺点,又解决了管理员活动范围受限的问题。

3.2 网络管理的消息处理

DVB-RCS卫星通信网的网络管理是基于NMS完成的。鉴于DVB-RCS卫星通信网的混合型拓扑结构以及按需分配多址接入(DAMA)协议的特点,NMS还要承担带宽资源管理的功能。DVB-RCS卫星通信网的NMS包括配置管理、性能管理、故障管理、用户管理、计费管理和资源管理6个管理模块。

DVB-RCS网络管理系统的消息包类型如表1所示。NMS通过接口采集这些消息包,消息总线根据消息的类型发送至对应的管理模块,由对应的管理模块来处理。这些消息包作为网络管理的数据源,NMS基于这些数据源实现RCST终端状态的监视与控制。处理消息包之后,有4种响应形式供NMS选择,如表2所示。NMS针对消息包可以采用4种响应中的一种或多种。

表1 DVB-RCS网络管理消息包类型Table 1 Message package type in DVB-RCS NMS

表2 消息包响应类型Table 2 Message package response type

DVB-RCS网络管理系统的具体管理方案为:对性能数据采集消息包执行响应1和4;对时隙请求消息包执行响应3;对配置确认消息包执行响应1和2;对会话建立请求消息包执行响应2、3、4;对设备故障Trap执行响应1、3、4;对状态报告消息包执行响应3和4;对解析Netflow计费文件执行响应1。

具有权限的管理员通过Web界面设置计费费率,查询RCST终端用户的计费信息、历史告警信息、RCST终端性能参数统计,修改RCST终端的配置参数。

4 结 论

本文结合DVB-RCS卫星通信网的特点,提出了一种结合事件触发机制的主被动DVB-RCS卫星通信网络管理机制。利用此管理机制设计了基于Web的层次型分布式NMS,实现了针对不同类型的管理消息包来采取不同管理方案的机制。与传统的卫星通信网络管理研究相比,较全面地给出了针对具体管理任务的管理思路与处理方法,具有重要的实际应用价值。

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

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