HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)整體解決方案

HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)整體解決方案

程永軍

［摘要］：本文較系統(tǒng)的介紹了HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的功能、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)原理和技術(shù)指標(biāo)以 及在網(wǎng)

絡(luò)中的應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］:FSK調(diào)制解調(diào)HMS標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)管 前端控制器 應(yīng)答器
【Abstract】Thispaper introduce that functions , standards , design principium andtechno-guidebooks of HFC network management system.

概述:隨著中國有線電視網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也越來越大。同時(shí)，伴隨著數(shù)字電視，數(shù)據(jù)、語音、寬帶 INTERNET的接入，有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正逐步成為技術(shù)統(tǒng)一，互聯(lián)互通的寬帶信息網(wǎng)

絡(luò)。但在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)營、管理、效益和可靠性方面所出現(xiàn)的問題也愈來愈成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商最為關(guān)心

的問題。中國目前有線電視網(wǎng)絡(luò)的管理同電信網(wǎng)絡(luò)管理相比幾乎等于零，落后是非常巨大和明顯的。超過95%以上的有線電視網(wǎng)絡(luò)沒有網(wǎng)絡(luò)管理功能， 導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理和維護(hù)成本越來越高，不能及

時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上出現(xiàn)的問題， 增加了用戶的不滿和對有線電視網(wǎng)絡(luò)可靠性的質(zhì)疑。廣電總局已經(jīng)注意到這一問題的嚴(yán)重性、并成立了 HFC網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化研究小組，制定一些相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。

廣電 HFC網(wǎng)絡(luò)是信息化建設(shè)中的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，適合廣電網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)管系統(tǒng)將具有越來越大

方向的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，是目前急需要開展的工作，本文就如何建設(shè)一個(gè) HFC 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提出了一
的應(yīng)用前景，其作用和管理能力也越來越被廣電運(yùn)營商所重視。所以建設(shè)一個(gè)能適應(yīng) HFC 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

個(gè)較全面的解決方案，以便在 HFC網(wǎng)絡(luò)中得到推廣和應(yīng)用。

一、HFC網(wǎng)絡(luò)管理的功能、特點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn):
1、HFC網(wǎng)管的系統(tǒng)功能:
HFC網(wǎng)絡(luò)管理功能是一個(gè)相對專業(yè)的HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶的管理系統(tǒng)，目前還沒有涉及到諸如財(cái)

務(wù)、人力、運(yùn)營、器材、檔案管理等廣義方面的網(wǎng)絡(luò)管理。主要功能包括監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行

狀態(tài)、性能、品質(zhì)等方面，收集和分析網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理并顯示，發(fā)出預(yù)警

和告警信號，起用備份設(shè)備和轉(zhuǎn)移路由，控制網(wǎng)絡(luò)的不正常狀況，對網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)行合理調(diào)度，對用

戶控制及收費(fèi)管理等容?？筛爬槲宕蠊δ?/span>:設(shè)備性能管理、故障管理、控制管理、安全管理、資費(fèi)管

理。

2、HFC網(wǎng)管系統(tǒng)的特點(diǎn):
l可靠性極高采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù)，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性；

l雙機(jī)熱備份
管理PC主機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)管理程序運(yùn)行于Windows98/2000中文平臺下。為了解決PC機(jī)軟硬件系統(tǒng)可

靠性的問題，網(wǎng)絡(luò)管理控制器支持兩臺間可以自動(dòng)切換；

PC 機(jī)同時(shí)工作，一主一備，主備

l全面的網(wǎng)絡(luò)管理
能監(jiān)控多達(dá)48000個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提供網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?，故障管理，安全管理，維護(hù)管理等全方位的管理層次，使系統(tǒng)的管理和維護(hù)變得簡便、安全、高效；
l完善的監(jiān)控功能
高速可靠的監(jiān)控機(jī)制，能實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況并作歷史記錄， 優(yōu)先報(bào)告和處理系統(tǒng)異常情況，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行；
l直觀的管理界面
Windows98/2000下的圖形化操作界面，以圖標(biāo)的形式標(biāo)識電路的工作狀態(tài)和告警狀態(tài)，以列表和拓?fù)鋱D的形式顯示電路資源的占用情況，操作簡便，一目了然；
l清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
可配置生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并可隨遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的改變而更新；
l完備的報(bào)表和日志生成提供網(wǎng)路報(bào)表、單元電路統(tǒng)計(jì)報(bào)表、端口統(tǒng)計(jì)報(bào)表、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)報(bào)表等，自動(dòng)記錄操作日志；
l靈活的遠(yuǎn)端維護(hù)
通過Internet遠(yuǎn)程登錄，可在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)安全地對系統(tǒng)進(jìn)行管理維護(hù)工作。

3、HFC 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)問題：廣電總局目前正在制訂行業(yè)網(wǎng)管標(biāo)準(zhǔn)，所下發(fā)的《hfc設(shè)備管理系統(tǒng)征求意見稿
20031118》基本上遵循了HMS 規(guī)。HMS物理層規(guī)描述的中心前端控制器（HE）與室外設(shè)備網(wǎng)絡(luò)單元

信所用的頻率、 （NE）應(yīng)答器的接口（該接口遵循HMS 規(guī)）之間的物理層協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)網(wǎng)絡(luò)單元與前端控制器通

式以38.4Kb/S的數(shù)據(jù)率雙向傳輸數(shù)據(jù)；可編程控制前端控制器和應(yīng)答器的發(fā)射和接收頻率跳變；數(shù)據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)層規(guī)訪問規(guī)則，信號同步、尋址和網(wǎng)絡(luò)單元與前端控制器之間的通信包協(xié)議結(jié)構(gòu)；采用媒體訪問控制（ MAC）協(xié)議來提供及時(shí)通知報(bào)警、帶寬效率、可測性、可靠性、低成本等性能。信息數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)單元管理軟件傳給節(jié)點(diǎn)、放大器和電源的信息容量。

由于標(biāo)準(zhǔn)沒有制定下來，國許多廠家的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)并不兼容，即使號稱滿足 HMS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的網(wǎng)管也不能完全互相兼容。但可以在上層兼容 SNMP協(xié)議或通過增加協(xié)議轉(zhuǎn)換來達(dá)到兼容的目的。

隨著網(wǎng)管系統(tǒng)的使用，其功能是不斷的從簡單到復(fù)雜完善的發(fā)展過程，人們將不斷的提 出新的要求以滿足發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和質(zhì)量保證的需要。

二、HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、 系統(tǒng)的基本組成：
HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要是由監(jiān)控平臺、前端 /分前端中心前端控制器和節(jié)點(diǎn)應(yīng)答器組成。應(yīng)答器直接采集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息并上報(bào)給中心前端控制器，同時(shí)接受中心前端控制 器下行的控制信息來控制節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)。前端控制器負(fù)責(zé)管理本地及遠(yuǎn)端的應(yīng)答器，協(xié)調(diào)通訊過程，保證無差錯(cuò)傳輸。監(jiān)控平臺則是顯示、報(bào)告、處理和記錄網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的人機(jī)對話界面，包括網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，分別負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)管理和應(yīng)用管理。

監(jiān)控平臺是基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的管理器軟件，運(yùn)行于IP局域／城域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中。管理主機(jī)和前端/分前端控制器（通訊管理單元）采用標(biāo)準(zhǔn)的 IP接口和232接口，前端控制器（管理單元）與前端被管理設(shè)備的接口采用232和485接口，前端管理單元（控制器）與應(yīng)答器的接口采用HMS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的RF接口（HMSMAC 層協(xié)議）。前端控制器（HeadendElement ）:簡稱HE，安裝于前端或分前端，用于實(shí)現(xiàn)與光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)答器（ I類應(yīng)答器）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的一種設(shè)備或數(shù)種設(shè)備的組合，主要包括數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元、數(shù)據(jù)收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元，以及與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的接口單元。前端控制器是 HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與IP局域／城域網(wǎng)之間的網(wǎng)關(guān)（Gateway）圖 1：HFC網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)框圖。注：網(wǎng)絡(luò)節(jié)

點(diǎn)的設(shè)備可以是前端設(shè)備、光節(jié)點(diǎn)、電源、放大器等，前端設(shè)備也可以通過IP網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)管計(jì)算機(jī)直接管理。

2、 符合HMS標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
我們所設(shè)計(jì)的HFC網(wǎng)管系統(tǒng)是為了有效的管理在HFC網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的各種各樣設(shè)備而研制的。所有硬件在設(shè)計(jì)時(shí)遵循有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， HMS標(biāo)準(zhǔn)的物理層規(guī)，軟件遵循HMS標(biāo)準(zhǔn)的MAC層規(guī)、SNMPV1.0協(xié)議和HMS標(biāo)準(zhǔn)的MIB數(shù)據(jù)庫。

l通信模型：根據(jù)HMS標(biāo)準(zhǔn)，HFC網(wǎng)管的通信模型見圖2。

l圖2：協(xié)議模型

l 硬件的設(shè)計(jì)框圖：

圖 3 ：前端硬件設(shè)計(jì)原理框圖應(yīng)答器硬件設(shè)計(jì)原理框圖：前端控制器硬件設(shè)計(jì)的原理框圖：

RF

圖4：應(yīng)答器硬件設(shè)計(jì)原理框圖前端設(shè)備網(wǎng)管硬件設(shè)計(jì)原理框圖：

圖5：前端設(shè)備網(wǎng)管硬件設(shè)計(jì)原理框圖
l網(wǎng)管軟件的設(shè)計(jì)

C/S(客戶/服務(wù)器)模式下的可視化應(yīng)用系統(tǒng)，

它基于WINDOWS98/2000操作系統(tǒng)，采用了Inprise公司的C++Builder5.0編程工具開發(fā)而成， 它提供了對標(biāo)準(zhǔn) C++的完全支持，并擁有強(qiáng)大的用戶界面設(shè)計(jì)能力， 且提供了對當(dāng)今所有主流數(shù)據(jù)庫的良好支持，所有的數(shù)據(jù)庫連接操作指令均會通過其全新的
32位數(shù)據(jù)庫引擎BDE(BorlandDatabase Engine) 進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)庫采用了C++Builder自身提供的Interbase數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它可運(yùn)行在許多操作 系統(tǒng)平臺上， 包括 Windows9x，WindowsNT，各種UNIX平臺。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，Interbase會自動(dòng)啟動(dòng)。網(wǎng)管軟件與Interbase服務(wù)器端軟件一起安裝即網(wǎng)管機(jī)器也作為一臺Interbae服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫文件Data.gdb安裝在服務(wù)器上，建多個(gè)數(shù)據(jù)表和存儲過程負(fù)責(zé)記錄設(shè)備的各項(xiàng)工作狀態(tài)參數(shù)并被應(yīng)用程序所調(diào)用。

軟件流程圖：

通過以太網(wǎng)口發(fā)送
輪詢或廣播信息
處理數(shù)據(jù)包進(jìn)行 CRC校驗(yàn)

校驗(yàn)通過，發(fā)消息通知接收數(shù)據(jù)包

為0xff
判斷數(shù)據(jù)類型發(fā)消息，處理數(shù)據(jù)
響應(yīng)包
其他

建立設(shè)備處理類
TDeviceData

建立類TExplainner得到設(shè)備模擬量和數(shù)字量

判斷是否有 發(fā)消息通知其他
有新設(shè)備窗口控制類

報(bào)警信息否 不存儲上傳數(shù)據(jù)

是否改變

是

數(shù)據(jù)包括模擬量存數(shù)據(jù)到表 CurItem數(shù)字量、報(bào)警量
Histroyalarm和alarm

軟件通信方式采用輪詢和競爭兩種。兼容電子地圖，是一個(gè)多模塊、多文檔應(yīng)用程序主要由 SNMP通信模塊、MAC通信模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、系統(tǒng)樹、拓?fù)鋱D、歷史報(bào)警記錄、設(shè)備屬性、 讀數(shù)窗口、報(bào)警窗口、 用戶管理等模塊組成。軟件主窗體提供了文件、 系統(tǒng)、報(bào)警、窗口、幫助等主菜單，覆

蓋了該軟件系統(tǒng)的全部功能。

l通信接口：從硬件原理框圖中已經(jīng)可以看出網(wǎng)管系統(tǒng)的各種接口。以太網(wǎng)接口為以太網(wǎng) RJ45接口。前端設(shè)備間的通信接口選用RJ45/RS485接口進(jìn)行通信。由于在一條RS485串口線上可同時(shí)掛接128臺設(shè)備，該接口電路在波特率為9600bit/s時(shí)，雙絞線可傳輸 1.2KM，所以選用RS485接口可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的較遠(yuǎn)距離(如一棟大樓)通信和較強(qiáng)的擴(kuò)充性能。 ?

l上下行信道的頻率配置和調(diào)制方式的選?。?/span>

按GY/T 106 - 1999 和GY/T- 2001 的規(guī)定，設(shè)備管理信號上行信道的頻譜配置為 5?

號下行信道宜選 108MHz?119MHz 的某一頻段。上、下行通道中心頻率的設(shè)置都應(yīng)避開強(qiáng)干擾信 65MHz。宜選用5.0?20.2MHz

號。

表1上、下行信道的頻譜配置建議
上行信道(MHz)下行信道(MHZ)
R1R2 R3 R4 R5 最低頻率最高頻率
5.0?7.47.4 ?10.610.6~13.8 13.8~17 17~20.2 108MHz 119MHz RF通信方式選用FSK調(diào)制解調(diào)方式。

l兼容問題：在標(biāo)準(zhǔn)制定以前，許多廠商已經(jīng)開發(fā)了自己的網(wǎng)管系統(tǒng)，其定義的協(xié)議各不相同，所以，滿足 HMS標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)管系統(tǒng)必須具有對原有系統(tǒng)的兼容能力，為此，可以在系統(tǒng)里增加一個(gè) SNMP代理模塊，負(fù)責(zé)完成不同廠商自定義協(xié)議到SNMP/MIB協(xié)議的轉(zhuǎn)換，在物理層完成自定義接口

到以太網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換，通過IP網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)管主機(jī)通

信。這樣可以方便的解決兼容問題。

3、HFC網(wǎng)管系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：對于上、下行信道，光纖同軸混合網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)的物理層RF

通道和調(diào)制技術(shù)規(guī)見表
2。

表 2 光纖同軸混合網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)物理層RF 通道及調(diào)制技術(shù)規(guī) 項(xiàng)目前端控制器 I 類應(yīng)答器

輸出電平+100dBuV~+111dBuV+85dBmV ?+105dBmV輸出電平穩(wěn)定度±2dB±3dB

輸出電平步長2dB2dB
輸出頻率在108MHz—119MHz中的某一指定頻段在5.0MHz?20.2MHz 中的某一指

定頻段

發(fā)送機(jī)調(diào)諧圍在每個(gè)確定的 8MHz工作頻段全可調(diào)或固定頻率在每個(gè)確定的3.2MHz工作頻段全可調(diào)或固定頻率
輸出頻率調(diào)節(jié)步長100kHz100kHz

輸出頻率準(zhǔn)確度±10kHz±10kHz

RF輸出關(guān)斷度不適用 >60dB

RF輸出關(guān)斷時(shí)間不適用 <1秒

發(fā)送機(jī)開機(jī)狀態(tài)下，工作頻道帶外寄生輻射 -65dB，全部下行頻帶(相對于未調(diào)制下行載波)-55dB，全部上行頻帶

發(fā)送機(jī)關(guān)機(jī)狀態(tài)下，工作頻道帶外寄生幅射 不適用單端口設(shè)備：30dBmV ( 5?1000MHz)雙端口設(shè)備，發(fā)射端口：30dBmV(5 ?200MHz)45dBmV(200 ?1000MHz)雙端口設(shè)備，接收端口：45dBmV(5 ?65MHz)30dBmV(65 ?1000MHz)

13MHz<400kHz@95dBc/Hz ， 13?20MHz頻譜形狀 <400kHz@100dBc/Hz 5?

發(fā)送信號帶外噪聲抑制在全部下行頻帶的任意 5.75MHz測量帶寬，C/N>60dB 不適用

RF輸入/輸出阻抗75Q 75 Q (外置式)

RF輸入/輸出反射損耗>12dB>12dB(外置式)

最大上升時(shí)間不適用 <100ms (從峰值電平的10%到90%)

最大下降時(shí)間不適用 <100ms (從峰值電平的90%到10%)

發(fā)送機(jī)前沿時(shí)間不適用 600ms?1.2ms
接收功率動(dòng)態(tài)圍40dBmV?80dBmV40dBmV ?80dBmV
接收機(jī)調(diào)諧圍在確定的 3.2MHz上行工作頻段全可調(diào)或固定頻率在確定的 8MHz下行工作頻段全可調(diào)或固定頻率
接收機(jī)頻率步長100kHz100kHz

接收機(jī) C/(N+I)

( BERV10E-6)

> 20dB >20dB

接收機(jī)選擇性在通帶邊沿的 CW載波可比帶接收到的信號電平高10dB在偏離接收機(jī)中心頻率

±250kHz處的CW載波，可比帶接收到的信號電平高10dB

發(fā)送機(jī)的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 <8ms<15ms

調(diào)制方法FSK対=100kHz±10kHzFSK,Af=100kHz±10kHz

調(diào)制變換傳號=fc+△f,空號=fc-△f傳號=fc+△f,空號=fc-△f

通信速率38.4kbps38.4kbps

比特率精度±100ppm±100ppm

傳號和空號的發(fā)送機(jī)功率差1dB2dB

雙向傳輸方式半雙工

傳輸模式連續(xù)數(shù)據(jù)包傳輸,在數(shù)據(jù)包之間為傳號突發(fā)數(shù)據(jù)包傳輸,在未傳輸數(shù)據(jù)包期間關(guān)閉信號

工作溫度圍0c?+40C-25C?+65C

光纖同軸混合網(wǎng)設(shè)備管理統(tǒng)設(shè)備的可靠性指標(biāo)：平均無故障工作時(shí)間（ MTBF）的下限

值應(yīng)不低于1x105小時(shí)。