HFC网络系统前端控制器网管程序的设计与实现
HFC网络系统前端控制器网管程序的设计与实现[20200406124828]
摘 要
针对当今市场上HFC网管系统中前端控制器存在的问题，本文提供了在嵌入式软件开发环境下的HFC网络管理前端控制器(HE)的方案，重点设计了前端控制器SNMP消息处理模块。HE网管程序能够接收和处理网络数据包，达成光纤同轴混合网和IP网络网关的功能测试，并且可以检验HE的可靠性，也可以检验数据包接收的开发方式的可靠性。
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关键字:HFC前端控制器SNMP
目 录
1. 文献综述 1
1.1引言 1
1.2 国内外现状 1
1.3趋向预测 2
2. HFC网管系统前端控制器处理软件设计方案 4
2.1系统功能 4
2.2研究步骤 4
2.3预期效果 5
3. 前端控制器处理软件各模块具体的设计与实现 6
3.1前端控制器初始化模块 7
3.2前端控制器按钮检测处理模块 8
3.3前端控制器参数监测模块 9
3.4前端控制器SNMP消息处理模块 10
3.5前端控制器SNMP消息转发模块 13
3.6前端控制器NE设备管理模块 14
4. HFC网管系统前端控制器的测试 16
4.1测试目的 16
4.2前端控制器接口测试方法 16
4.3前端控制器接口测试结果 17
结语 18
参考文献 20
致谢 22
1. 文献综述
1.1引言
在过去单向网络中，主要靠用户来发现并报告故障，然后依靠维修人员经验去判别、查找故障。如此落后管理方式，势必造成网络时不时的停止运行，严重的还能够造成网络瘫痪，恢复时间延长，增加了维护成本。电信网、电视网和Internet网的未来发展趋势一定是三网融合，HFC网络能够很好地实现这一趋势。为了能够很好地管理HFC网络，及时发现隐患，并解决故障，全面地提高网络的准确性，保障网络在稳定的条件下工作。做到一方面能防范于未然，另一方面又可以节省维修费用，所以性能良好的HFC网管系统务必要努力建立起来。作为HFC网管系统的比较重要的设备和传送信息的桥梁，HE连接着IP网络和HFC网络。性能稳定、功用完备的HE是实现高质量HFC网管系统的前提。本课题为HFC网管系统中HE网管程序的设计与实现，HE系统能够实现SNMP处理、MAC域管理、MAC通信和信道管理。每一个HE可控制若干个用户终端，它可以用轮询的方法来寻找用户终端地址，收到用户终端送回的数据并进行分析处理。如果用户线路通信不正常,HE就会将此用户终端的发生的时间和地址记下来,然后在外部查询时，作为液晶的显示的依据。本论文在深入的研究HE的结构和功能基础上，在前端控制器初始化和SNMP消息处理模块等相关方面进行设计。
1.2 国内外现状
在计算机技术和数字技术快速发展的今天，三网已经开始彼此的渗透，为了方便管理及节省资本，人们盼望能通过一种网络就能够提供数据、话音、电视和图像等多种业务，三大行业都在积极地寻求更大的市场，互联网也不断地扩展到传统电信业务，有线电视公司也在思考如何提供电话和互联网接入。数字时代的到来给了HFC网络更多的业务，但同时网络传输可靠性也要更高的需要。为确保HFC网络系统的稳定，网管系统可以采用开放式标准。其目的是减少网络系统的信道噪声，提高通信质量。HFC网络系统可以控制干线放大器的选通，它可以采集和分析处理与其连接的多个用户终端的数据,并且对每个终端都能发出不同的指令来进行分别控制，可以向用户终端提供各个方面的管控，控制着用户终端的各种性能参数。HFC网管系统的传送信号的介质需要由网络建设的实际情况来定，能够是电话线、有线电视线，又或者是电话线和HFC网络的结合。
2008年，武汉理工大学的汪冀业曾在他的硕士论文中研究过HFC网络管理的前端控制器。他的研究是从全方面对前端控制器设计的，主要包括：提出了前端控制器的设计架构；利用已经有的MAC协议的数据结构，设计高效的MAC数据接收的程序；研究应答器注册和轮询方法的特点，根据实际情况改良注册和轮询协议，保证注册和轮询的功效；根据HE与NE一对多的工作方式，设计HE网关的功能，保证管理计算机对NE的寻址，同时完成不同的网络协议之间的转换；对串口的设计要注意实时性问题，包括注册、轮询和数据转发；设计前端控制器的GUI系统。
2005年，江南大学的李茗、许磊和蔡明也曾共同研究过HFC网管系统的HE，他们主要介绍了HE网关的协议栈模型以及其的实现原理。在此基础上，提出来一种基于透明网关的HE的设计与实现。
2012年，电子科技大学计算机科学与工程学院和南科技大学信息上程学院的唐东明、卢显良和李驹光也曾联合研究了HFC网络前端控制器。他们主要研究的是在嵌入式软件开发基础上HE的开发应用环节。他们提出HFC网络前端控制器的一种实现方法，重点描述了基于网络驱动接口规范的HE网关功能的设计。
2008年，浙江大学的鲍一飞也对HFC网络进行过设计。他主要研究的是开放式HFC网络，对整个系统都进行了一定的研究。他着重研究了设计中的一些关键技术，如退避机制等等。他的研究对我认识HFC整个系统都有很大的帮助，能够从宏观上理解HFC网管系统，理解各个模块的相互工作。
2006年，浙江工业大学的高鑫也研究过开放式HFC网络。他是对HFC网络管理进行了一定的综述，对前人的研究进行了一定的总结，并提出了自己关于HFC网络的一些改进，也提出了有线电视网目前存在的一些问题。他分析了有线电视网存在问题的原因，并针对某些原因，找到了一下解决方法。
1.3趋向预测
以后的HFC网络，交互式和数字化是网络发展的走势。目前的广播式的网络可能会被取代掉，这些都能够造成对网络准确性的要求越来越高。为了提高网络的准确性，有两个方面可以着手：一是尽量使网络设备可靠，二是使网络组网技术可靠，完成网络自愈功能。使用高性能的有源器件和备份系统的重要部分，可以建立可靠的的HFC网络。面向未来的HFC网络将包括：数据通、讯窄带电视、宽带电视及电信业务。目前的有线电视网面临许多新难题，HFC网络就需要规划阶段，根据通用标准的基础，设计更有灵活性和可升级性的系统。这样的话，网络经营商才能保证成本不浪费，如果出现新的技术或新的方案，系统可随时升级。
2. HFC网管系统前端控制器处理软件设计方案
2.1系统功能
HFC网络管理系统的主要模块可以概括为：设备管理器、HE和NE。其协议模型如下图2.1所示：
图2.1协议模型
前端控制器连接着设备管理器与应答器，需要完成NE和设备管理器之间的数据传送。在数据收发方面，HE也能够完成数据的接收、发送和调制解调等功能。根据前端控制器的功能，划分不同的模块，包括：初始化模块（包括：设备初始化，网络初始化，串口初始化等）、前端控制器参数监测模、NE设备管理模块、按钮检测处理模块、SNMP消息处理模块、SNMP消息转发模块（设备管理器与应答器之间）。
2.2研究步骤
对于前端控制器的设计与实现，可以从硬件和软件两个方面着手。硬件设计的步骤如下：电路的设计、软件模拟仿真、硬件的焊接、检测与修改。但是，本次只是从软件部分对前端控制器进行编程，来实现HE的各个功能。软件设计的步骤如下：调研前端控制器的需求、研究前端控制器的功能、分析前端控制器各个模块的功能、对每个模块进行编程、将程序写进硬件电路进行调试、修改程序、完成软件的编程工作。软件的编程是这次课题研究的关键。
2.3预期效果
前端控制器系统是在一个模拟的网管系统中运行的，完成了与设备管理器和应答器之间的互联，HE实现了对数据的打包、解析和转发，而且能够很好保证了信道的稳定性。在HFC网络管理系统中，串口数据收发部分也要与MAC协议一致，同时串口部分的代码设计成功的过滤了线路中的噪声，提升了网管系统的效率和稳定性。
摘 要
针对当今市场上HFC网管系统中前端控制器存在的问题，本文提供了在嵌入式软件开发环境下的HFC网络管理前端控制器(HE)的方案，重点设计了前端控制器SNMP消息处理模块。HE网管程序能够接收和处理网络数据包，达成光纤同轴混合网和IP网络网关的功能测试，并且可以检验HE的可靠性，也可以检验数据包接收的开发方式的可靠性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:HFC前端控制器SNMP
目 录
1. 文献综述 1
1.1引言 1
1.2 国内外现状 1
1.3趋向预测 2
2. HFC网管系统前端控制器处理软件设计方案 4
2.1系统功能 4
2.2研究步骤 4
2.3预期效果 5
3. 前端控制器处理软件各模块具体的设计与实现 6
3.1前端控制器初始化模块 7
3.2前端控制器按钮检测处理模块 8
3.3前端控制器参数监测模块 9
3.4前端控制器SNMP消息处理模块 10
3.5前端控制器SNMP消息转发模块 13
3.6前端控制器NE设备管理模块 14
4. HFC网管系统前端控制器的测试 16
4.1测试目的 16
4.2前端控制器接口测试方法 16
4.3前端控制器接口测试结果 17
结语 18
参考文献 20
致谢 22
1. 文献综述
1.1引言
在过去单向网络中，主要靠用户来发现并报告故障，然后依靠维修人员经验去判别、查找故障。如此落后管理方式，势必造成网络时不时的停止运行，严重的还能够造成网络瘫痪，恢复时间延长，增加了维护成本。电信网、电视网和Internet网的未来发展趋势一定是三网融合，HFC网络能够很好地实现这一趋势。为了能够很好地管理HFC网络，及时发现隐患，并解决故障，全面地提高网络的准确性，保障网络在稳定的条件下工作。做到一方面能防范于未然，另一方面又可以节省维修费用，所以性能良好的HFC网管系统务必要努力建立起来。作为HFC网管系统的比较重要的设备和传送信息的桥梁，HE连接着IP网络和HFC网络。性能稳定、功用完备的HE是实现高质量HFC网管系统的前提。本课题为HFC网管系统中HE网管程序的设计与实现，HE系统能够实现SNMP处理、MAC域管理、MAC通信和信道管理。每一个HE可控制若干个用户终端，它可以用轮询的方法来寻找用户终端地址，收到用户终端送回的数据并进行分析处理。如果用户线路通信不正常,HE就会将此用户终端的发生的时间和地址记下来,然后在外部查询时，作为液晶的显示的依据。本论文在深入的研究HE的结构和功能基础上，在前端控制器初始化和SNMP消息处理模块等相关方面进行设计。
1.2 国内外现状
在计算机技术和数字技术快速发展的今天，三网已经开始彼此的渗透，为了方便管理及节省资本，人们盼望能通过一种网络就能够提供数据、话音、电视和图像等多种业务，三大行业都在积极地寻求更大的市场，互联网也不断地扩展到传统电信业务，有线电视公司也在思考如何提供电话和互联网接入。数字时代的到来给了HFC网络更多的业务，但同时网络传输可靠性也要更高的需要。为确保HFC网络系统的稳定，网管系统可以采用开放式标准。其目的是减少网络系统的信道噪声，提高通信质量。HFC网络系统可以控制干线放大器的选通，它可以采集和分析处理与其连接的多个用户终端的数据,并且对每个终端都能发出不同的指令来进行分别控制，可以向用户终端提供各个方面的管控，控制着用户终端的各种性能参数。HFC网管系统的传送信号的介质需要由网络建设的实际情况来定，能够是电话线、有线电视线，又或者是电话线和HFC网络的结合。
2008年，武汉理工大学的汪冀业曾在他的硕士论文中研究过HFC网络管理的前端控制器。他的研究是从全方面对前端控制器设计的，主要包括：提出了前端控制器的设计架构；利用已经有的MAC协议的数据结构，设计高效的MAC数据接收的程序；研究应答器注册和轮询方法的特点，根据实际情况改良注册和轮询协议，保证注册和轮询的功效；根据HE与NE一对多的工作方式，设计HE网关的功能，保证管理计算机对NE的寻址，同时完成不同的网络协议之间的转换；对串口的设计要注意实时性问题，包括注册、轮询和数据转发；设计前端控制器的GUI系统。
2005年，江南大学的李茗、许磊和蔡明也曾共同研究过HFC网管系统的HE，他们主要介绍了HE网关的协议栈模型以及其的实现原理。在此基础上，提出来一种基于透明网关的HE的设计与实现。
2012年，电子科技大学计算机科学与工程学院和南科技大学信息上程学院的唐东明、卢显良和李驹光也曾联合研究了HFC网络前端控制器。他们主要研究的是在嵌入式软件开发基础上HE的开发应用环节。他们提出HFC网络前端控制器的一种实现方法，重点描述了基于网络驱动接口规范的HE网关功能的设计。
2008年，浙江大学的鲍一飞也对HFC网络进行过设计。他主要研究的是开放式HFC网络，对整个系统都进行了一定的研究。他着重研究了设计中的一些关键技术，如退避机制等等。他的研究对我认识HFC整个系统都有很大的帮助，能够从宏观上理解HFC网管系统，理解各个模块的相互工作。
2006年，浙江工业大学的高鑫也研究过开放式HFC网络。他是对HFC网络管理进行了一定的综述，对前人的研究进行了一定的总结，并提出了自己关于HFC网络的一些改进，也提出了有线电视网目前存在的一些问题。他分析了有线电视网存在问题的原因，并针对某些原因，找到了一下解决方法。
1.3趋向预测
以后的HFC网络，交互式和数字化是网络发展的走势。目前的广播式的网络可能会被取代掉，这些都能够造成对网络准确性的要求越来越高。为了提高网络的准确性，有两个方面可以着手：一是尽量使网络设备可靠，二是使网络组网技术可靠，完成网络自愈功能。使用高性能的有源器件和备份系统的重要部分，可以建立可靠的的HFC网络。面向未来的HFC网络将包括：数据通、讯窄带电视、宽带电视及电信业务。目前的有线电视网面临许多新难题，HFC网络就需要规划阶段，根据通用标准的基础，设计更有灵活性和可升级性的系统。这样的话，网络经营商才能保证成本不浪费，如果出现新的技术或新的方案，系统可随时升级。
2. HFC网管系统前端控制器处理软件设计方案
2.1系统功能
HFC网络管理系统的主要模块可以概括为：设备管理器、HE和NE。其协议模型如下图2.1所示：
图2.1协议模型
前端控制器连接着设备管理器与应答器，需要完成NE和设备管理器之间的数据传送。在数据收发方面，HE也能够完成数据的接收、发送和调制解调等功能。根据前端控制器的功能，划分不同的模块，包括：初始化模块（包括：设备初始化，网络初始化，串口初始化等）、前端控制器参数监测模、NE设备管理模块、按钮检测处理模块、SNMP消息处理模块、SNMP消息转发模块（设备管理器与应答器之间）。
2.2研究步骤
对于前端控制器的设计与实现，可以从硬件和软件两个方面着手。硬件设计的步骤如下：电路的设计、软件模拟仿真、硬件的焊接、检测与修改。但是，本次只是从软件部分对前端控制器进行编程，来实现HE的各个功能。软件设计的步骤如下：调研前端控制器的需求、研究前端控制器的功能、分析前端控制器各个模块的功能、对每个模块进行编程、将程序写进硬件电路进行调试、修改程序、完成软件的编程工作。软件的编程是这次课题研究的关键。
2.3预期效果
前端控制器系统是在一个模拟的网管系统中运行的，完成了与设备管理器和应答器之间的互联，HE实现了对数据的打包、解析和转发，而且能够很好保证了信道的稳定性。在HFC网络管理系统中，串口数据收发部分也要与MAC协议一致，同时串口部分的代码设计成功的过滤了线路中的噪声，提升了网管系统的效率和稳定性。
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