基于SNMP的EPON网络管理系统设计

[摘 要] 描述了基于简单网络管理协议的以太无源光网络管理系统，对配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理五大网管功能给出了解决方案；分别针对管理站、站提出了软件结构设计和应用程序设计，从而实现了对EPON网络的远程管理。

[关键词] 以太无源光网络 简单网络协议 管理功能模块 管理站 站

1.EPON网络管理系统结构

以太无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）是一种新型的光纤接人网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了ＰＯＮ技术，在链路层使用以太网协议，利用ＰＯＮ的拓扑结构实现了以太网的接人。下行方向采用以太网通用的点到多点的广播方式；上行方向采用时分复用技术接人。因此，它综合了ＰＯＮ技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强；灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。正是由于ＥＰＯＮ的众多优点，使得它越来越受到人们的青睐，正在成为宽带接人网一种最有效的解决方案。

EPON网络管理系统包括嵌人式站（SNMP Agent）及MIB库，管理站（SNMP manager）及本地数据库，管理客户端（Client），基于SNMP的网管应用程序组成，如图１所示〔1，21。在站和管理站运行的是SNMP协议，而在OLT和ONU之间进行网络管理维护的是oam协议。

本系统设计中把在一个片区的多个OLT制成背板（backplane），而一个OLT又可带多达32个的ONU，它们由一个站统一管理；同时，可将若干个管理客户端与管理站相连，管理员可在任何一个管理客户端观测、修改EPON网络管理信息，这样做的目的是为了更好的节约，整合资源，方便管理。

管理站要定期地、自动地采集站提供的参数，接收其发送来的Trap信息报告，并将相关信息的发生时间、发生的设备、发生后的状态等数据记录到本地数据库，以适应分析的要求。管理站管理站要响应管理客户端查询、配置、修改请求，并传递提示、警告等人性化的图形化界面信息。EPON网络管理的五大功能也在管理站上实现。

站负责收集整个EPON子网的各种信息，并将此存人其MIB库中以待管理站查询或修改。在MIB库中对一些重要事件设立阂值（如：站崩溃或重起、OLT与ONU的连接失败、过载等），一旦此类事件发生，立即向管理站发送Trap信息报告。

客户端（Client）从管理站获得信息，按照配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、计费管理几个模块分类，以图形化界面形式显示各项信息，并且提供人机接口，供配置使用。

简单网络管理协议（SNMP）是一种基于TCP／IP的网络管理协议，它使用UDP作为传输层协议，能管理支持进程的网络设备。SNMP主要包括SMI（管理信息结构），MIB（管理信息库）和SNMP协议几部分。下图为网管系统结构图。

2.EPON网络管理系统设计

2.1 EPON管理站软件结构设计

1)EPON管理站一方面要与站进行ＳＮＭＰ协议通信，另一方面与客户端（Client）交互信息。如图２所示：EPON管理站由三个模块构成１）通信模块利用TCP／IP Socket通道与站通信，发送、接收SNMP报文，从而获取或设置站中ＭＩＢ库的相应信息。通信模块与客户端的用户图形界面模块相连，接收网管员的指令；向其提供相关数据，并以图表、文字等形式表现出来。

２)数据管理模块负责将采集的数据分析、处理、储存或者送往通信模块。一些数据直接可以给客户端显示使用；一些采集到的数据需要处理后，再送往客户端显示；有些数据暂时不需要显示，需要储存在数据库，供以后查询使用。

３)管理功能模块经由通信模块接收客户端的信息，产生SNMP报文向站发送，获获得操作结果。当处理结果信息或Trap信息从站传来，相关子模块把它映射到本地数据库中，并向客户端报告，以供网管员查询。这是管理站模块的中枢。配置管理功能主要是组织EPON网内运转所需要的资源和数据，构造和维护网络系统的配置，监控当前配置和按照具体情况改变配置等。启动时，可自动或手动生成OLT，ONU设备拓扑图，显示当前网络中各OLT，ONU设备的状态。在网络拓扑图生成后，SNMP管理进程采用轮询的方式定期查询SNMP进程，收集设备信息用于更新数据库，以实现配置信息的实时性。系统正常运行后，网管可根据需要随时手动设置其各项配置参数。

性能管理

性能管理功能是对EPON网络性能进行监视、检测，采集相关性能统计数据，进行分析、诊断，以分析表或分析图的形式报告分析结果，从而为管理人员发出控制命令或网管软件自动发出控制命令提供依据，以保证网络的业务质量，改善EPON网络性能。相关性能统计数据如计算接口利用率、接口的输人错误率、接口输出错误率、吞吐率等。

故障管理

故障管理功能提供对EPON网络故障监测、故障定位，保护切换与恢复，并存储故障信息供以后查询。当监测到网络、设备故障或异常时，网管系统实时产生报警，并进行分析和提示，然后针对不同等级的告警进行不同的处理，最终使ＥＰＯＮ网络恢复正常。同时，告替信息被存储到本地数据库，根据全部告警信息，进行告警统计分析，绘制出统计图表。

安全管理

安全管理功能通过访问操作控制策略等方法保证管理应用程序和管理信息不被非法访问和破坏。用户分为不同等级，但都必须输人用户名和登陆密码，系统在核实鉴定了用户身份以后才能提供网管系统的使用权。高级用户拥有低级用户的所有权限，并能对低级用户进行管理。系统还提供安全日志，登陆者的所有操作将被录入数据库，以便维护和检查使用。

计费管理

计费管理功能通过测量网络中各种业务的使用情况，依据按流量的计费方式，为用户提供计费数据依据。模块通过ＳＮＭＰ协议的定期的向站索要每个用户的包流量和字节流量，并以此计算出各个用户应缴纳的费用；也可根据用户的需要查寻某一时段内的总流量及与某一地址的通信流量。

管理功能的这五个模块不是完全分离的，而是相互联系的。如当性能不满足要求时，产生告警信号通知配置管理模块和故障管理模块进行处理。又如计费管理模块中的包流量和字节流量要靠性能管理模块提供。

2.2EFON站软件结构设计

EPON站既要与管理站完成通信（通过SNMP协议实现），又要与OLT进行信息的交互（在嵌人式unux系统实现），由三个模块构成[3]，图３中所示。

1）SNMP协议通信模块：该模块负责接受管理站的操作请求并响应请求，发送陷阱（Trap）或者需要相应的通告（Inform），把SNMP相关操作进行分装或解析，即对上响应管理站的请求，对下翻译执行管理站的指令，从而实现站与管理站的通信。

２）MIB管理模块：该模块负责对MIB库的构析，实现对象节点的合法性，实现对节点的快速查找算法和对节点进行合法存取数据的管理，从而避免意外情况下MIB库可能面临崩溃的危险。此外，该模块需完成具体节点的参数配置，获取信息及处理陷阱等功能。由于在管理站和站之间采用的是SNMP管理协议，而EPON网络中（OLT和ONU之间）采用慢速帧OAM协议进行管理，因此MI管理模块还要实现两种协议MIB库的转换与统一。

３）EPON网络通信模块：该模块主要处理站与被管对象即OLT之间的通信问题，通过本地总线发送指令、收集数据。

2.3 SNMP协议应用程序设计

基于上面的设计方案，本系统采用了基于Trap的轮询，以确保信道性能：一般情况下，管理站用较长时间间隔来轮询站的MIB库；当发生异常事件时，站通过Trap通知管理站，管理站立即处理事件并重新轮询。图４，５给出了管理站和站的应用程序流程。

3.结束语

为了保证EPON网络能够稳定、高效、准确的运行，为EPON网络提供一个有效的网络管理系统显得尤为重要。本文在分析EPON网管结构的基础上，设计了管理站和站的软件构架方案，它具有层次清晰、模块接口简单等特点；利用SNMP协议简单快捷、开发周期短等优势开发了管理站和站的应用程序，最终实现EPON网络管理系统的有效管理。

作者简介：

王小龙（1985.6），男（汉族），本科，民航中南空管局技术保障中心，助理工程师。