吕少华，李 康，林习良，赵乾宏，赵景磊

（中国卫星海上测控部 江阴 214400）

引言

航天试验通信网作为我国航天测控通信系统的骨干基础网络，在卫星发射、载人航天等各项任务中长期作为试验数据、图像和话音的综合传输交换平台，保证了各项试验任务的顺利完成。随着载人航天工程、探月工程、北斗卫星等多项重大工程的相继展开，航天试验通信网正按照“信息传输宽带化、通信频段多样化、卫通设备综合化、网络管理自动化”的建设要求不断发展［1］，对于日益复杂的航天试验通信业务，以往分散的通信设备管理方法显得越来越无能为力。因而有必要采用先进的网络管理技术，构建航天试验通信网综合网管系统，实现对整个航天试验通信系统的综合管理，为通信管理人员提供通信系统的工作状态、性能参数、故障告警等信息，完成对通信系统的状态监控、资源调配和计划管理，保障通信系统的可靠、稳定运行，提高通信系统运行效率和服务质量，为通信系统管理和决策提供支撑。

本文在分析航天试验通信网现状的基础上，从功能、体系结构、接口、管理对象和内容四个方面设计航天试验通信网综合网管系统，从硬件平台和软件实现两方面构建综合网管系统，总结软件研发过程中使用的关键技术，测试系统的时间响应特性，为航天试验通信网综合管理提供了新方法。

1 航天试验通信网现状分析

航天试验通信网包括卫星通信系统［1］、航天通信IP网［2］、指挥调度系统、信息安全系统、天地超短波通信系统、短波通信系统、帧中继网、DDN（数字数据网）、光传输网、程控交换系统、时间统一系统、通信电源系统等各类组成要素。部分组成要素通过自身的专业网管实现子网及设备的管理维护，如卫星通信系统的站内监控、航天通信IP网的U2000网管、指挥调度系统的操作维护终端等，这些通信网管主要由多个相对独立、互不连接、管理方式各异的专业网管系统组成，按照专业设置，由研制单位采用不同技术和管理协议自行研制开发，功能相对单一。还有部分组成要素目前尚未建立自己的专业网管，如通信电源系统等。

航天试验通信网通信设备种类繁多，即使是同一功能的设备也可能由多个供应商提供，其网络管理接口和协议版本未必相同。其中，既有通过定义信号线和专用通信协议进行信息交互的并行监测点管理接口、串行管理接口，又有通过标准协议进行信息交互的RJ45管理接口、CORBA（通用对象请求代理结构）管理接口等；既有仅支持字符管理协议等简单网管协议的老设备，又有支持SNMP、CMIP、CORBA等先进管理协议的新设备。例如，卫通信道设备及通信电源等采用串行管理接口、帧中继节点设备及航天通信IP网交换机等采用RJ45管理接口、SDH（同步数字系列）光传输设备及WDM（波分复用）设备等采用CORBA接口。随着航天试验通信网的日益发展，各种设备升级速度加快，新增设备不断增多。航天试验通信网的异构、多协议栈并存及动态变化特征将日趋明显。

2 航天试验通信网综合网管系统设计

2.1 功能设计

系统功能标志着航天试验通信网综合网管系统的能力和范围，是该系统的核心要素。国际标准化组织ISO在ISO/IEC 7498-4文件中定义了网络管理的五个基本功能域:故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和帐务管理。参照该标准，依据航天试验通信网实际需要，给综合网管系统设计故障管理、配置管理、性能管理和安全管理四个基本功能域，同时设计任务管理、资源管理和事务管理三个扩展功能域。每个功能域又细分为若干个功能项，功能设计结果如图1所示。

图1 综合网管系统功能Fig.1 Function of integrated network management system

2.2 体系结构设计

体系结构是规定航天试验通信网综合网管系统结构及系统成员间相互关系的一套规则，是建立该系统的基础。体系结构一般包括基本模型、管理模式、软件结构、组织模型等内容，不同的体系结构会带来不同的管理能力和管理效率，从而决定了系统的复杂度、灵活度和兼容性。本文基于TCP/IP参考模型的简单网络管理协议（SNMP）体系结构［3］，采用“管理者-管理代理”基本模型［3］和分级分布式管理模式［4］，采取管理支持软件、管理专用软件和用户接口软件模块化的软件结构，依据专业类别合理划分管理域。体系结构设计结果如图2所示。

2.3 接口设计

航天试验通信网综合网管系统需要与网络中的被管设备打交道，各种被管数据的采集、管理控制命令的执行最终都离不开被管设备的配合，如何实现异构设备的统一接入是需要解决的关键技术之一［5］。

图2 综合网管系统体系结构Fig.2 Architecture of integrated network management system

本文针对不同接口的被管对象设计了有效的接入方式，主要有下述几种类型。

①交换机接入。通过LAN交换机完成对以太网RJ45接口的被管对象的接入，如IP网中的路由器、防火墙、交换机设备，MSS节点设备、视频编解码器、图像编解码器、话音终端等。

②终端服务器（NPORT）接入。对于RS232接口、RS485接口的被管对象，通过终端服务器屏蔽管理协议和接口差异，统一信息交互格式后，接入网管交换机。例如，RS232接口的通信电源监控，RS485接口的PCM（脉冲编码调制）管理监控，机房温湿度环境监测设备等。

③开放CORBA北向接口接入。对于CORBA接口的被管对象，如SDH光传输设备等，通过CORBA北向接口接入综合网管系统。

④开发代理软件接入。对于不是通过SNMP进行设备管理的操作终端，如时间统一子系统、数字指挥调度子系统等，通过开发相应代理软件接入网管系统。代理软件与设备间通过专用协议通信，网管与代理软件间通过SNMP协议通信。

2.4 管理对象和内容

航天试验通信网综合网管系统的管理对象和监管参数繁多，依据航天试验需求及其动态变化过程明确被管对象范围及其主要监控管理参数，是系统设计的具体要求。根据航天试验通信网综合网管系统建设目的，航天试验通信网综合网管系统的管理对象应覆盖全部组成要素，管理内容和监管参数可以遵循相应标准，如《自动交换光网络（ASON）网络管理技术要求第2部分:NMS系统管理功能》（YD/T 1767.2-2011）、《同步数字体系（SDH）传送网网络管理技术要求第三部分:网络管理系统（NMS）功能》（YD/T 1289.3-2003）、《通信电源集中监控系统工程设计规范》（YD/T 5027-2005）等。

3 航天试验通信网综合网管系统实现

3.1 硬件平台构建

综合网管系统每一级网管中心配置数据库服务器、管理专用服务器、客户机、交换机、KVM（多电脑切换器）、打印机等，基本结构如图3所示。数据库服务器用于存储和管理各管理对象的监控管理参数；管理专用服务器用于检索设备信息、配置系统参数、分析数据、产生报警等；客户机用于监视和控制网络资源，对大量的管理信息进行过滤、统计、汇总和化简，提供准确、简洁的用户操作界面；KVM用于不同服务器之间的显示切换。

3.2 软件实现

综合网络管理系统软件包括管理支持软件、数据库、管理专用软件和用户接口软件。

管理支持软件位于被管理对象端，包括管理信息库（MIB）访问模块和通信协议站。网管代理中的MIB包含反映设备配置和设备行为的信息，以及控制设备操作的参数。管理站的MIB中除保存本地节点专用的管理信息外，还保存着管理站控制的所有网管代理的有关信息。MIB访问模块具有基本的文件管理功能，使得管理站或网管代理可以访问MIB，同时该模块还能把本地的MIB数据转换成适用于网络管理系统传送的标准格式。通信协议站支持节点之间的通信。

数据库位于数据库服务器，主要用于存储网络管理信息，便于对网管数据进行查询、修改等操作。根据系统功能，设计以下数据表:①资源数据表:用来存储网管资源相关的信息，包括设备资源、电路资源等；②设备管理信息库数据表:建立网管系统管理信息模型，将被管对象的各种管理信息库数据化，提供各类数据的高效检索和存储方式，主要包括MIB模块定义表、MIB变量定义表、MIB变量值描述定义表、设备类定义表、MIB与设备类关联表和MIB变量数据存储表；③管理信息树（MIT）数据表:定义被管对象的基本属性和被管对象之间的相互关系，包括管理信息树定义表和被管对象关系定义表；④任务管理数据表:主要实现对网管系统任务管理数据的存储和管理；⑤网络拓扑数据表:网络拓扑信息主要包括被管网络的实际拓扑名称、类型等数据，实际拓扑组成数据以XML格式存储，由网管程序自己解析；⑥故障管理数据表:主要定义与故障管理相关的数据库表格，包括故障定义、故障日志表、故障过滤表和故障处理建议信息表等；⑦性能管理数据表:用来存储性能类型定义、采集器信息和采集数据，具体包括:性能类型定义、性能采集器定义、性能数据等；⑧安全管理信息表:用于系统安全管理，包括用户信息表、安全记录信息表；⑨自身管理信息存储表:用于网管平台相关信息的存储，包括本地网管信息表、系统平台配置表和本地被管对象信息配置表等。

管理专用软件位于管理专用服务器，支持多种网络管理应用，包含大量的应用元素。应用元素实现初等的通用管理功能（如产生报警、对数据进行分析等），可以被多个应用程序调用，从而提高软件的重用性。网络管理软件利用这种服务接口可以检索设备信息，配置设备参数，管理支持软件则通过服务接口通告设备事件。

用户接口软件位于客户机，与管理专用软件交互作用，监视和控制网络资源，对大量的管理信息进行过滤、统计、汇总和化简，提供准确、简洁的用户操作界面。系统人机界面操作方便、简洁，采用声、视等手段提示操作员，显示操作窗口菜单化、图形化，提示信息明了、准确。

4 航天试验通信网综合网管系统的特点

4.1 WPF界面呈现技术的应用

WPF是展现层技术［6］，通过显示卡的图形处理单元呈现矢量图，相比.Net的另一种界面呈现拓扑WinForm而言，WPF支持通过配置模板和绑定动态数据，将控件的逻辑层和表现层分离，更加注重画面效果和用户体验，该特性使程序员能够在软件开发过程中更加细致地分工。本文采用WPF技术实现了网管客户机软件的主体框架、拓扑呈现模块，以及被管对象状态属性面板，支持渐变、闪烁等动画效果，以矢量图显示，在视图根据界面动态调整显示布局时，图形、字体不失真、无锯齿，显著提升了用户体验。

4.2 XML配置文件与编程语言的结合使用

在软件开发过程中，很多具体的实现部分是存在共性的。以设备参数查询界面为例，外观轮廓一致，呈现形式主要以图表为主，主要管理信息由被管设备类参数编辑统一定义。这种情况下，尽管显示风格和操作方式一致，但遗留的问题是:当参数表中组成列较多时，列标题和表中内容由于空间不足无法直观显示，需要依赖滚动条或压缩部分显示列。针对这种情况，本文引入XML技术［7］与编辑语言结合的思路，由XML文件定义用户主要关注的设备参数和次要参数，以及参数的显示顺序，主要参数以表的形式显示，次要参数以属性组的形式显示，当选择表中主要参数时，在属性组中显示相应的次要参数。这种实现技术既保留了设备参数的完整性，又降低了网管人员的视觉压力。

4.3 ZLIB压缩编码技术的应用

航天试验通信网综合网管具备多级网管功能，各级之间由地面光纤网和卫星通信网连接，存在传输距离远、中间节点多、带宽资源有限等不利因素。因此，必须对网管中心间的数据流程进行合理规划，降低对网络带宽和稳定性的要求。基于以上分析，上下级网管在通信方面应考虑的设计要素包括:网管间断开重连，重连后的数据同步，针对较大数据包的分包处理等。网管系统中需要同步的数据主要有网元管理信息、拓扑数据和活跃告警信息，由于数据同步一般数据量较大，本文在传输时除了分包处理，还采用了ZLIB压缩编码技术［8，9］，降低对电路带宽资源的占用。

4.4 时间响应特性良好

综合网管系统所提供的设备信息量大、管理活动多样，由于各项网管活动差异很大，时间响应特性成为航天试验通信网综合网管系统的一项重要指标。测试结果表明，本文系统时间响应特性被控制在可以接受的范围内:网管系统中每个简单动作（如网管中心到网管工作站的一次变量查询，或者从网管工作站向网管中心的一次告警），信息传输平均延迟时间小于2s，延迟时间在3s以内的概率大于95%。

5 结束语

本文分析了航天试验通信网现状，从功能、体系结构、接口、管理对象和内容四个方面设计了航天试验通信网综合网管系统，采用WPF、XML、ZLIB压缩编码等关键技术，从硬件平台和软件实现两方面构建了综合网管系统。测试结果表明，本文系统时间响应特性满足要求。

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