网元管理系统中的嵌入式管理者/代理设计

摘 要：本文简要介绍了网元管理系统的系统结构和嵌入式系统的特点，着重讨论了用于网元管理系统的基于MPC860处理机的嵌入式管理者/代理设计。
关键词：网元管理系统；嵌入式系统；管理者；代理

引言
网络管理系统(EMS)就管理的层次而言，可分为业务管理层、网络管理层、子网管理层、网元管理层、网元层。网元管理层和网元层是上层网络管理系统的基础，直接影响网管系统的功能、性能和稳定性。网元层实际上是网元管理系统的组成部分，内置于通信设备，一般采用嵌入式技术设计，本文称之为网元管理单元(EMU)。一个网络管理系统从逻辑上可抽象为网管工作站、被管代理、网管协议和网络管理信息库四部分。EMU承担被管代理的作用。
本文简要介绍了EMS的系统结构和嵌入式系统，着重讨论了用于EMS的基于MPC860处理机的嵌入式管理者/代理(Manager/Agent)——EMU的设计。

EMS的功能模型
与EMS系统功能结构对应的物理结构如图1所示。
以光传输设备和光接入设备为例，EMS系统可抽象为图2所示的功能模型。
图2中的EMU是内置于设备中的管理者/代理，一方面它接收网管工作站(WS/OS)的管理命令，将命令解释后下发给相应的被管对象（MO)，同时它采集MO的数据发给网管工作站。EMU可以通过以太网物理接口与网管工作站连接，也可以通过RS-232物理接口与本地维护终端连接。EMU还通过SDH的嵌入式通道ECC与网络上的其它站点的EMU通迅。
相对于网管工作站而言，EMU是代理，网管工作站是管理者。在一个传输网络中，各EMU通过ECC组成了一个分布式计算机网络。为了实现分区管理和管理业务量的均衡，也要在这些EMU中设置若干管理者。所以某EMU相对于其它EMU而言，需要根据传输网络拓朴，通过软件灵活地设置为管理者或代理。从网元管理的角度，可将整个网络拓扑抽象为如图3所示的模型。图中虚线框部分简要地表示了一个网型拓扑，也可以是星型、链型、树型、网格型等各种网络拓扑。本文重点讨论的是内置于设备中的M/A(即EMU)的设计。

嵌入式系统
典型的嵌入式系统构成包括硬件系统和软件系统。
硬件系统由嵌入式处理器及各种外围接口电路构成。嵌入式处理器部分是硬件电路的核心，主要分为四类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP和嵌入式SoC。外围电路包括ROM/FLASH、RAM以及各种通讯接口，如HDLC、USB、UART等。
RTOS主要强调任务执行和切换的确定性，以适应工业应用的需要，同时由于RTOS提供了对硬件系统的高度抽象，上层所有的软件开发都与硬件细节无关，从而大大提高了软件的可移植性，加快开发速度。
网络协议软件为更高层的应用软件提供网络服务，具有相对的独立性，完成数据的传输、纠错、网络元素和拓朴的自种发现、路由的选择和重构等功能。可以采用OSI TP4 协议,也可采用TCP/IP协议或其它网络协议。
针对特定的应用需求开发的软件运行于操作系统和网络协议栈之上，完成嵌入式系统的主要功能，如命令的解析、数据的处理等。将嵌入式技术应用于EMS的M/A设计，为实现EMS的强大功能和高稳定性提供了基础。

物理层设计
基于MPC860处理器的嵌入式M/A硬件电路框图如图4所示。
1) MPC860处理器子系统：它主要负责完成初始化、执行应用代码、存储管理、智能通信。
2) 存储子系统：它包括BOOTROM、SDRAM和FLASH。BOOTROOM用于存储通用的启动引导程序BOOT，存储网络和节点的配置。FLASH用于存储应用程序，支持软件远程下载。SDRAM作为缓存。
3) 通迅接口子系统：MPC860T的SCC1口工作于以太网方式，经过接口变换后，作为程序下载口。MPC860T的SCC2口用作MBUS口，完成对异构总线设备的管理，比如对PDH设备的管理。MPC860T的SCC3口工作在HDLC方式，作为SVB总线，来管理本子框/子架内的所有MO。MPC 860T的SMC1口工作在UART方式，用于DEBUG口的调试；SMC2口也工作在UART方式，用于f口，经过接口变换后，可与本地维护终端LCT连接。MPC860T的PD口用于100BASE-T口，作为F口，经过接口变换后，可接网管工作站。MPC860T的SPI口与数字测温器件配合，用来控制设备风扇的运转。
4) PCI桥及多通道HDLC控制器子系统：完成多通道的HDLC通迅，比如可以用于与来自多个光方向的DCCR和DCCM通迅。

软件设计
软件构成
嵌入式M/A软件从下到上依次由RTOS、协议栈和MAF三个主要模块构成，如图5所示。
嵌入式RTOS模块
嵌入式RTOS模块是整个软件的基础，包括实时内核及用户特定的BSP，它介于硬件系统及上层软件之间，为所有的上层软件提供一个多任务的实时操作系统环境及一整套API。VxWorks支持所选CPU MPC860的所有功能，包括片内数据及指令cache等，协议丰富、可扩展性强，具有丰富的系统功能，包括系统调用数量、调度策略和优先级反转防护等。此外，嵌入式Linux也是嵌入式开发者的一个不错选择。
协议栈模块
协议栈是本软件的基本构件之一，其主要设计目标是：实现相关标准在网元管理方面建议采用的协议栈；采用分层及模块化的设计思想， 为应用层软件提供统一的API接口；采用标准的传输层协议，为应用层提供要求的传输服务；采用标准的路由协议，使网元能自动适应网络拓朴结构的变化。
协议栈模块既可采用ITU-T建议的OSI协议栈，以实现与现有网管的兼容，也可采用基于IP协议的协议栈。两种协议栈各有其特点，OSI协议有良好的QoS性能，而IP协议栈自身的开销比较小。采用的OSI协议栈如表1所示，采用的IP协议栈如表2所示。
应用程序－MAF模块的设计
MAF即管理应用功能模块。以传输设备为例，MAF主要实现SDH网管系统所要求的各种M/A功能，例如配置管理、故障管理、性能管理等。对内实现对所有MO的管理，对外通过DCC信道实现与其他网元的互联，通过以太网口接受网管工作站的管理，通过RS-232串口接受LCT的管理。具体的管理应用功能完全符合YDN 037-1997的要求。
通过软件选择MAF模块运行于管理或代理模式。M/A软件设计适用于各种管理层次。当被指定为A时，它只收集、处理本NE中各MO的性能、告警/故障和状态数据，接收和响应从管理者来的与本NE有关的各种命令和操作；当为M时，它除了代理本端的对象外，还要代理其管辖范围内的远端对象，其管理功能主要体现在对这些远端对象的维护上。
嵌入式管理应用MAF系统框架如图6和7所示。

结语
本文所讨论的基于MPC860处理机的嵌入式Manager/Agent EMU的设计具有较高的网元节点处理速度、强大的多通道处理能力、丰富健壮的联网协议、较完善的网管应用解决方案的特点。本文的应用以光传输网络为例，但也适用于其它通信网络，具有广泛的应用前景