用户接入网维护与管理方法

摘要

一种用户接入网维护与管理的方法,在网管设备和用户接入网设备之间安装FCP(远端控制点)卡;该FCP卡通过LAPD方式访问接入网的被管设备,并以邮箱的方式同网管通信;卡上的时隙作为通信通道,网管可使用多个FCP卡来维护设备,一个卡上的2MHW上可使用30个时隙作为通信通道,并可延伸,实现多通道,多设备的多点集中维护与管理;不占用网址资源,扩充灵活,通信效率高。

说明书

本发明涉及数字信息的传输技术，特别涉及以交换功能为特征的网络的维护与管理技术。

现代技术的发展，其主要代表是计算机技术的发展；而计算机技术和信息共享的主要内容，是通过计算机网络来推广和实现的。一个联结多台计算机的局域网(LAN)或联结多个不同地点LAN的广域网(WAN)，都需要对网络设备进行维护和管理，通称为网管；网管实施对网络设备的配置管理、性能管理、安全管理和故障管理，以保证所维护的网络正常工作，提高网络的运行效率。计算机应用的一个最重要的方面是通信，以计算机为核心的通信设备组成的的通信网，称为电信网；电信网又分为连接长途端局的以上部分的长途网和连接长途端局与市话局及市话局之间的中继网，以及用户接入网三种；中继网包括本地交换机、交叉连接设备、ATM节点和广播电视设备。广大用户是通过接入网去使用电信网，从而达到通信的目的。在一个通信实例中，ISDN用户要使用中继网例如本地交换机，需要通过用户终端——用户线——分线盒——配线电缆——交接箱——主干电缆，才能到达本地交换机，此处所述的线路设施和传输设施，即是所述的用户接入网。

根据国际电信联盟标准部(ITU-T)的建议，接入网的定义如下：

现有技术的接入网网管，即网络维护和管理的方法，是网管通过串口(RS232)或利用被管设备的网址进行访问而实现对设备的配置管理，性能管理，安全管理和故障管理，保证网上设备的正常运转，为用户提供可靠的运营设备。而网管与设备间的通信接中的性能好坏决定了网管对设备管理性能的好坏。下面分别从通信效率、通信通道扩充的灵活性、维护成本和多点集中维护可行性四个方面分析串口和以太网口作为网管通信接口的性能。

                  串口           以太网口通信效率通信吞吐量小，通信效率低，数据流量大时，成为通信瓶颈。通信性能低，传输距离有限。通信吞吐量大，通信效率高，通信性能受通信流量影响。通信通道可扩充性一个串口对应一个通信通道，通信通道的扩充能力受串口资源限制。一个端口、一个网址对应一个通信通道，通信通道扩充能力受网络资源限制。维护成本成本低。本地维护简单，成本低，但远程维护成本高。集中维护多点集中维护能力很差，网管管理设备数量很少。多点集中维护能力差，网管管理设备数量有限。

随着网络设备的增多，组网的复杂，网管和设备间通信流量也越来越大；从上述比较中可以看出，串口和以太网口两种方式存在明显局限性。

针对现有技术的不足，本发明提出一种用户接入网维护与管理的方法，基于LAPD方式，通过FCP卡实现网管对设备的维护管理，达到四个目的：

1.通信效率：FCP卡上的一个时隙作为一个通信通道，通信吞吐量大，通信效率高，通信

  性能好。

2.通信通道可扩充性：一个网管可以使用4个FCP卡来维护设备，一个FCP卡上的2MHW

  上可以使用30个时隙作为通信通道，一个使用通道可以根据流量大小复用成多个通信

  通道管理多个设备。这样通信通道扩充灵活。

3.维护成本：维护成本低，通过一块或多块FCP卡，再分配需要的HW资源。

4.多通道，多设备的多点集中维护：一个时隙可以通过2M线延伸，使用其中的不同时隙

  管理不同位置上的设备，实现多通道，多设备的多点集中维护。

本发明的上述目的可以通过采用以下技术方案实现：

设计采用一种用户接入网维护与管理的方法，在实施网管的接入网网络管理设备和承受维护管理的用户接入网设备之间，安装FCP(Forward Control Point远端控制点)卡；该FCP卡通过LAPD(Link Access Protocol D链路接入协议D)方式访问接入网的被管设备，并以邮箱的方式同网管通信；

所述方法包含以下步骤：A.按照软件流程P1运行FCP卡单板软件；该软件的运行又包含：  物理层模块，  数据链路层模块，  消息调度模块，  内存分配模块，  和定时器分配模块程序的运行与配合；B.接入网管与FCP卡之间通信的实现；该通信的实现又包括：  物理层模块，  链路层模块。  通信层模块，

和应用层模块程序的运行与配合。

附图的图面说明如下：

图1  为本发明用户接入网维护与管理方法的系统组网图；

图2  为本发明用户接入网维护与管理方法的系统设计流程图；

图3  为本发明所采用的FCP卡单板软件流程图；

图4  为FCP卡物理层连接关系图；

图5  为FCP卡数据链路层状态迁移程序P2流程图；

图6  为FCP卡消息调度图P3；

图7  为FCP卡与接入网管的邮箱管理程序P4流程图；

图8  为接入网管链路层功能实现程序P5流程图；

图9  为接入网管链路层通信状态机管理程序P6流程图；

图10 为接入网管通信层实现程序P7流程图。

以下结合附图详述本发明的一个最佳实施例。

本发明提出一种全新的用户接入网维护管理方法，以实施网管的接入网网络管理设备向承受维护管理的用户接入网设备进行访问的方式进行网管，其特征在于：

在实施网管的接入网网络管理设备3和承受维护管理的用户接入网设备5之间，安装FCP(Forward Control Point远端控制点)卡1；该FCP卡1通过LAPD(Link Access ProtocolD链路访问协议D)方式访问接入网的被管设备5，并以邮箱的方式同网管3通信；

FCP卡上的一个时隙作为一个通信通道，通信吞吐量大，通信效率高，通信性能好。

一个网管可以使用4个FCP卡来维护设备，一个FCP卡上的2MHW上可以使用30个时隙作为通信通道，一个使用通道可以根据流量大小复用成多个通信通道管理多个设备。这样通信通道扩充灵活。通过一块或多块FCP卡，再分配需要的HW资源，维护成本低。

多点集中维护：一个时隙可以通过2M线延伸，使用其中的不同时隙管理不同位置上的设备，实现多通道，多设备的多点集中维护。

使用LAPD方式实现网管和设备间的通信，网管和FCP卡间采用邮箱方式读写数据，邮箱大小为8 Kbyte.FCP卡通过标准的E1接口与交换机或接入网相连，再通过内部半永久连接，与多个接入网主控模块建立多个64Kbit/s的HDLC通路。在HDLC通道上，FCP卡按标准的Q.921协议实现HDLC链路控制，传送维护管理数据，实现FCP卡对接入网多模块大容量的集中维护，提高网管集中维护能力。

一个网管可以同时通过四个或更多个FCP卡管理多个接入网设备，一个FCP卡提供30个64K的HDLC通路。由于FCP卡采用标准的E1接口，所以接入网管可以位于交换机侧或接入网设备侧。位于交换机侧，需要通过内部半永久连接，将FCP卡上的时隙交换连接到接入网设备侧的不同模块上去。位于接入网侧，需要通过半永久连接，将FCP卡的时隙交换连接到不同的级联模块上去。

所述方法包含以下步骤：

A.按照软件流程P1运行FCP卡单板软件；该软件的运行又包含以下五个步骤：

a.物理层模块111系统组成如图4，以64K速率发送和接收消息，提供标准E1接口；

b.数据链路层模块112按照数据链路层状态迁移程序P2运行，其主要任务是以Q.920，Q.921 LAPD协议为基础进行数据链路的建立、维持和拆除，实现无差错传输，提供点到点链路，保证信息的可靠传递；

由于每条HDLC链路的DLCI值都是固定的，所以不存在TEI管理规程。因此Q.921附件B中的与TEI分配相关的四种状态应该用链路未建立状态来代替。于是数据链路层实体共有五种状态：链路未建立状态(NOT_ESTABLISHED)、等待建链状态(ESTABLISHING)、多帧操作状态(MULTI_I)、定时器恢复状态(TIMER_RECOVERY)和等待释放状态(RELEASING).

c.消息调度模块113按照调度图P3运行，在有发往某个进程的消息时，该消息被标上与进程相应的消息类型，再送入消息包队列，以待操作系统在调度循环中，取出消息包队列中的消息送到相应目标进程去处理；

本系统有四种不同的消息类型，分别为M_TIMER_OUT，M_LAYER1_LAYER2，M_LAYER3_LAYER2，LAYER2_LAYER

2.四种消息类型对应四个进程，存放于消息包队列。当有发往某个进程的消息时，消息标上与进程相对应的消息类型，送入消息包队列，在操作系统的调度循环中，从消息包队列中取出一个消息送到相应的目标进程中去处理。

d.内存分配模块114采用动态申请的内存操作方式，初始化时定义一足够长的内存块队列，并对内存块进行有效长度定义和标志分配，以MEM_FREED或MEM_ALLOCED表示内存块的空闲或占用；另有队列BufFreeQ和Buflnuse，在初始化时BufFreeQ中的每个元素存放它在内存块队列中的索引号，该队列用来收集程序运行中释放的空闲内存块；Buflnuse中的每一个元素置为IDLE，当某个进程要申请一块内存时，从上一次分配到的内存块的下一个位置开始扫描内存块队列，当找到一个标志为MEM_FREED的内存块时，就将该标志置为MEM_ALLOCED，将Buflnuse中的索引号相同的元素置为IN_USE，并将该内存块的指针返回给申请内存的进程；当内存块中的内容不再有用时，相关的进程及时将它释放掉，并将其标志置为MEM_FREED，再将该内存块的索引放入BufFreeQ队列中；

在系统初始化时定义一个长度为800的内存块队列，每个内存块的有效长度为160字节，每个内存块还有一个分配标志，在初始化时将所有的标志置为MEM_FREED。

本系统内存管理的一个主要特点是：仅在外部事件发生时(如邮箱外部中断)申请新的缓冲块，之后信息在板内流动时只传递缓冲块的地址，不再复制缓冲块，这样大大提高了程序的运行效率，也节省了内存。

e.定时器分配模块115按照动态方式进行定时器分配，在初始化时定义一定时器矩阵，该矩阵的每一个元素代表一个置IDLE态的定时器，在程序运行中将置IDLE态定时器分配给申请定时器的进程，并将定时器置为AVAILABLE态；CPU提供了一个10ms的周期中断定时器，每当一个中断到来时，定时器矩阵的行计数器就按模50增1，并扫描该行中所有的定时器，于500ms内形成均布的待分配定时器组；

在初始化时定义了一个50*16定时器矩阵，矩阵的每一个元素代表一个置IDLE态的定时器，在程序运行中可以将置IDLE态定时器分配给申请定时器的进程，并将定时器置为AVAILABLE态。CPU80186提供了一个10ms的周期中断定时器，每当一个中断到来时，定时器矩阵的行计数器就按模50增1，并扫描该行中所有的16个定时器。于是就形成了均布于500ms内的800个待分配定时器，这就可以保证在任何时候申请到定时器的机会均等，同时可以避免在一个周期中的某一个特定时刻专门用于处理定时器的额外任务过于繁重。

B.接入网管3与FCP卡1之间通信的实现；

该通信的实现又包括以下四个步骤：

a.物理层模块311按邮箱管理程序P4运行，以旗标FLAG实现邮箱的控制权转移，将FCP卡上报的数据帧在网管侧处理，将读到的数据报送链路层处理，并由邮箱处理模块将链路层数据帧下发给FCP卡；

对邮箱管理，主要功能包括邮箱初始化，读写邮箱、复位邮箱、释放邮箱资源。

FCP卡和网管对邮箱的控制权是由邮箱的旗标来实现的，当网管有权操作邮箱时，执行读写邮箱操作。读邮箱处理模块主要将FCP卡上报的数据帧在网管侧处理。从邮箱中读取，如果有数据则送到链路层处理。写邮箱处理模块主要将链路层数据帧下发给FCP卡。

b.链路层模块312按照链路层功能实现程序P5运行，并按P6实施通信状态机管理，进行二层数据帧拆帧组帧处理，以及链路的建立和释放，步骤如下：

二层数据帧处理模块分析从邮箱中读取的数据帧类型，进行组帧处理，形成完整的二层数据帧；并根据该帧类型，判断是链路层通信帧，还是高层数据帧，并分析读取的数据帧是链路层数据帧，还是应用数据帧；如是链路层数据帧，则进行状态管理，如是应用数据帧，则送去通信层；同样，将通信层数据帧或链路层通信帧进行拆帧处理，其结果存入接收队列缓冲区中，将该队列缓冲区的数据写入邮箱；一旦检测到邮箱满或时隙流控，则队列中数据不再写入邮箱，等待流控取消或邮箱可写时再写入；队列缓冲区满时，丢弃队列中最老的数据帧；所述状态管理机还对通信异常情况进行链路通信的接续处理；

c.通信层模块313按照通信层实现程序P7运行，实施路由选择，承载高层命令、命令处理结构和控制结果，进行三层数据帧拆帧、组帧处理；

d.应用层模块314将高层数据帧分发到各自应用的服务器，或接收来自该服务器的数据帧并分发至通信层。

通过以上步骤，实现以实施网管的接入网网络管理设备向承受维护管理的用户接入网设备的配置管理，性能管理，安全管理和故障管理，保证网上设备的正常运转，为用户提供可靠的运营设备。

同现有技术相比较，本发明用户接入网维护与管理方法的优点在于：

FCP卡上的一个时隙作为一个通信通道，不占用网址资源，通信吞吐量大，通信效率高；一个网管可以使用4个以上FCP卡来维护设备，一个FCP卡上的2MHW上可以使用30个时隙作为通信通道，一个使用通道可以根据流量大小复用成多个通信通道管理多个设备，通信通道扩充灵活；维护成本低，通过一块或多块FCP卡，再分配需要的HW资源；一个时隙可以通过2M线延伸，使用其中的不同时隙管理不同位置上的设备，实现多通道，多设备的多点集中维护与管理。