HFC网络设备状态监测及管理系统

HFC网络设备状态监测及管理系统（上）作者：保密一、前言随着各地有线电视网络双向改造的深入开展，HFC网络规模正日益迅速扩大。各种增值新业务的开展对HFC网络的可靠性、可管理和维护性等提出了很高的要求。北京创智宽带系统有限公司作为一个有线电视网络设备和解决方案供应商，一方面积极参与各地有线电视HFC双向网的改造和建设，另一方面也致力于HFC网络状态监控管理系统的开发和研究，新近推出一套完全针对国内有线电视运营商的需求，采用全中文友好界面，经济可靠的HFC网络状态监控系统，它能够实现对有线电视网络外围设备（OSP）和前端/分前端机架设备的配置管理、故障告警管理、性能管理以及故障隔离等综合管理。从而使得有线电视网络运营商能够降低网络维护成本，减少网络中断时间，提高网络性能并最终为广大有线电视用户提供良好的服务。二、系统简介创智宽带系统有限公司提供的HFC状态监控系统PowerHMS主要有两个部分组成：其一，用于管理网络外围设备的OSP（OutsidePlant）管理系统，可管理的设备主要包括各种光工作站、射频放大器、电源和线路测试设备等等；其二，专门用于管理摩托罗拉公司前端/分前端光传输设备的机架设备管理系统，主要包括在国内广泛使用的OmniStar光传输平台、最新一代高密度光传输平台GX2以及上变频器C8U系列、广播调制器C8M/C6M系列等设备。整个系统由监控硬件设备和监控软件系统组成。监控设备主要有前端/分前端服务代理PROXY、前端/分前端控制器HE、应答器NE、线路信号检测器等。软件主要是运行在客户/服务器架构上的系统监控软件。系统结构如下图所示。图系统监控中心主机（服务器）与分布式配置的各个前端控制器以及前端/分前端服务代理PROXY之间的连接是通过广电网络运营商内部的IP数据网络实现的。因而系统结构非常灵活，并具有非常好的系统扩展性。1.OSP管理系统OSP管理系统是一套兼容美国SCTE（SocietyofCableTelecommunicationsEngineers）HMS1.0规范的开放的HFC网络状态监视系统，该套管理系统旨在开放的系统构架中，推动HFC管理应答器的互操作性（inter-operability）和即插即用（plug-and-play）的发展。OSP管理系统主要由NMS(NetworkManagementServer)，HE(HeadendElement)，NE(NetworkElement)、OSP(OutsidePlant)及其配件组成。OSP管理系统主要有以下特点：1．频率捷变，避开干扰严重频段。2．前向纠错，降低对信道载噪比的要求，保障通信的可靠性。3．被动查询和主动告警相结合，可用于大型网络和保障告警的及时性。4．下行广播方式，上行射频关断，减小同时上行通信NE数量（正常情况下，只有一个NE使用上行通道），可隔离故障NE。5．兼容SCTEHMS规范1.0，统一的NE和OSP间接口，可管理所有遵从HMS接口规范的OSP设备。6．支持远程下载和在线升级。7．支持SNMP协议。8．支持分布式管理，可按总前端-分前端方式布局，各分前端信息可在总前端汇总。9．简单明了的电子地图，清晰的层次结构，能快速定位故障原因和故障设备地点。10．采用先进的FPGA和高达100MIPS处理能力的DSP，为扩展在线测试仪器预留资源。11．波特率38.4kbps，115.2kbps可选择OSP管理系统旨在建立一个HFC网络环境下的开放的管理平台，能支持任何遵循其接口标准的设备的管理，支持设备的即插即用和软件在线下载。除了HFC设备外，OSP管理系统还将支持在线线路监控设备以完成噪声监测和线路盗用监视，如果HFC设备（如光节点、RF放大器等）支持远程控制，OSP管理系统将会根据整个网络中的监控设备的工作状态数据，分析出噪声的动态变化、噪声侵入位置或线路盗用者的侵入点（定位到两设备之间），动态进行优化或隔离部分支路，并报告给管理人员。如果在OSP管理系平台上开发前端机房监控、用户端寻址等系统，则可形成一个囊括机房监控、噪声监测和设备状态监控、用户寻址、用户管理和收费、设备资产管理和维护的综合管理系统。2.应答器应答器，又称为NE(NetworkElement)，它是一个兼容SCTEHMSMAC25-2andPHY25-1的委托代理和RF应答器，采用低功耗的数字信号处理技术来实现的具有最可靠的物理层和自适应的MAC层的委托代理。RF应答器的发射机和接收机的载波、符号率和功率电平均由高速DSP控制，可选择FEC进一步确保通信的可靠性和对报警或紧急事件的快速响应。其物理规范为：处理能力：DSP100MHzCPU8MHz数据率：38.4kbps(可扩展到128kbps)调制：FSKDf=67kHz通道带宽：400kHz下行频率：80MHzto140MHz上行频率：5MHzto21MHz频率精度：±10kHz最大输出电平：+40dBmv输入电平：-20dBmvto20dBmv回传损失：10dB串口速率：115.2kbps(RS232)以太网：10Mbps10Base-T,RJ45功耗：2W优点：●数据加密，防止非授权侵入网络从事非法活动●软件在线升级●可选的FEC，更低的信噪比要求，3-5个dB的SNR就可无差错的正常工作，保证了监视系统的可靠性，比不采用FEC的系统对信噪比的要求降低8-10dB●除支持HMS1.0规范规定的38.4kbps外，还可支持更高速率(2倍，四倍)，为在线测试创造条件。●MAC层支持查询、竞争和混合模式，将来可支持TDMA●频率捷变、数控频率微调，数字式温度补偿●支持SNMP●满足美国HMS1.0规范●支持射频关断和低功耗模式●支持点对点、多点广播、广播方式。为支持不同的设备的管理，应答器大致可分为两种，一种是模块式的、用来嵌入在其他设备中作为调制解调器和管理的委托代理。一般用在对体积和形状有严格要求的地方，如目前已预留管理接口的部分光节点。另一种作为OSP管理系统中一个独立运行的设备，它严格按照HMS1.0规范，与被监控设备的输入接口为RJ-45插座、采用RS-485物理层接口。它可以与所有遵循HMS1.0规范的被监控设备接口。北京创智宽带系统有限公司孙忠诚周义图3、前端控制器（HE）HE（HeadendElement）作为OSP管理系统的控制器，负责NMS和NE间的透明通信，可以采取查询（Poling）和竞争（Contention）两种方式来完成。在混合方式中，当定时器（可由用户根据网络的规模设定，如为1分钟或3分钟）溢出时，NMS将HE设为查询方式，然后根据已注册设备表，依次查询每个OSP设备的状态。当查询完所有设备的状态后，将HE设为竞争方式。用户还可以选择HE工作的上行频率和下行频率，以及发送功率等。HE也负责NMS和HE本身的PDU应答，如注册和下载，通信管理、性能统计等。其物理规范为：处理能力：DSP100MHzCPU8MHz2片高性能1万门FPGA数据率：38.4kbps(可扩展到128kbps)调制：FSKDf=67kHz通道带宽：400kHz下行频率：80MHzto140MHz上行频率：5MHzto21MHz频率精度：±10kHz最大输出电平：+50dBmv输入电平：-20dBmvto20dBmv串口速率：115.2kbps(RS232)功耗：2W工作温度：-40°C到60°C优点：数据加密，防止非授权侵入网络从事非法活动软件在线升级，支持可选的FEC，更低的信噪比要求，3-5个dB的SNR就可无差错的正常工作，保证了监视系统的可靠性，比不采用FEC的系统对信噪比的要求降低8-10dB除支持HMS1.0规范规定的38.4kbps外，还可支持更高速率(2倍，四倍)，为在线测试创造条件。MAC层支持查询、竞争和混合模式，将来可支持TDMA频率可选择或自动捷变、数控频率微调，数字式温度补偿支持SNMP满足美国HMS1.0规范支持点对点、多点广播、广播方式。头端通过下行信道广播目前可用的上行和下行信道频率。由于同一HE下的NE共享信道，HE必须合理的分配信道资源，处理好冲突。此外，HE还需要调整各个NE的发射功率，以便能更好的接收到NE的信号。总之，HE是管理系统的核心，采用了一系列的措施（包括软件和硬件）来保障HE能稳定、可靠、安全运行。4、服务代理PROXY服务代理PROXY是专门用于摩托罗拉公司光传输平台Omnistar以及Commander系列C6*/C8*等产品的管理而设置，它负责收集和传送以上设备各模块的状态和控制信息，并把其转化为相应的MIB信息库，使用SNMP协议与管理中心的监控系统软件通信。服务代理PROXY实际上是一台运行Lifenet软件的专用计算机。5、管理服务软件OSP管理软件是一套基于OSP管理平台的用于HFC网络设备状态监控的管理软件，主要用来收集、记录、查询和统计被监控设备的工作数据和异常状态。在被监控设备出现异常时，控制被监控设备的工作方式，快速定位异常设备位置和故障原因，尽量减小网络中断时间和受影响范围，为工程抢修提供帮助，通过对设备运行历史状态的统计，为管理决策提供信息。主要功能：OSP管理系统完成的功能最终都通过OSP管理软件来显示和控制，其主要功能有：网络监视将有线电视网络设备和设备所在的地理位置一起以电子地图的方式在NMS上显示，在界面为地图的窗口中以一种直观、全面、俯视的角度来监视整个有线电视网络的运行状态，显示网络内各种设备，包括光机架设备、光节点、CableUPS、HE，NE等的工作状态。如以不同的颜色来标明设备未激活、正常、异常等情况。实时数据采集和汇总实时获取设备（如光机架设备、光节点、CableUPS、线路监控设备、HE，NE等）的工作状态和工作数据并分析，以数据库的形式保存工作数据和部分分析结果。在总前端-分前端的情况下，应能保障总前端能获取分前端的数据，可在总前端将数据汇总。控制系统具有对被管理设备的控制能力（一般为管理人员发出控制命令）。如为降低反向通道噪声汇聚，对不用的或反向噪声过大的反向通道切断，需要使用时打开；正向光发射机和反向光接收机出现故障时自动切换到备份线路，进行简单的故障处理。控制CableUPS的在线/逆变状态。调整NE，HE的上下行频率,发射功率等。自检及故障隔离在系统启动时，会接收到HE，NE，被监控设备（光节点、CableUPS等）的注册请求，在注册完成后，如果发现有上次注册过的设备这次没有注册，向管理人员报告。如果管理软件不能和某支路的多个设备通信,通过分析,管理软件应能定位引发故障的大致位置和设备。对于设备故障，通过轮询，系统可将设备的故障隔离到关键器件或模块，并向用户报告。能以功能框图的方式显示设备的大致构成,在设备故障时能在功能框图中以不同颜色标识出异常的功能模块。及时报警和记录实时采集过程中，若某台设备因出现故障检测不到，或设备某项指标超出设置范围，系统立刻在网络路由图和报警窗口中显示,用户此时可利用图查文或文查图迅速找到该故障设备的详细资料和物理位置,及时作出反应,缩短故障处理时间。系统同时会将告警信息记录入库，以便用户今后查询。历史数据查询统计根据用户设定的记录周期，定时记录数据。用户可查看任意设备、任意时间的任意指标。根据这些历史数据，系统自动通过分析、统计和一定算法对设备的通信有效性进行评价，体现设备的整体性能。应具有多种过滤器用于设备查询和统计。地图编辑/查询用户可随时添加、删除地图上的实体及编辑实体属性，如增加一个光节点并输入其相应信息，改变网络路由图；可在地图上实现图查文、文查图、计算两点间的距离、空间拓扑分析等功能。分前端/总前端信息汇总在有多个前端的情况下，可将各个分前端的数据汇总到总前端，以便对整个CATV网络设备的运行状态，总体性能等情况进行分析，为管理抉择提供参考信息。另外还有设备固有资产管理、地理位置安排、各种报表生成、打印、安全管理等功能。