CN103746836A - 基于arm的嵌入式网管代理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于ARM的嵌入式网管代理系统，是针对OMNISTAR光纤宽带高密度传输平台，将网管代理模块嵌入到ARM开发板上，网管代理通过对OMNISTAR光纤传输平台的状态进行实时监控，并将监控数据实时的向管理进行反馈，网管代理模块中中央处理器（CPU）核心板有四路通用异步收发传输器（UART），其中一路UART经过RS-232转换器由微USB与计算机相连；其余三路UART经过RS-485转换器与OMNISTAR相连。本发明实现了基于ARM的嵌入式网管代理系统，解决了全球通用仪器公司的OMNISTAR光纤宽带高密度传输平台只能通过串口通信方式进行本地监控管理的缺点，实现了支持简单网络管理协议（SNMP）的远距离网络管理系统。

Description

基于ARM的嵌入式网管代理系统

技术领域

本发明涉及嵌入式系统开发领域，提供了一种基于ARM的有线电视设备数据采集及管理的代理应用技术。

背景技术

随着人们对电视信号质量的要求不断提高，从80年代中后期开始，有线电视网络成为我国发展最快的信息网络，同时因其收费较低、节目内容多样，数据传输稳定等优点被广大电视用户所青睐。当前有线电视网络正在从原来独立分散的小网络，向省级干线和城域网发展，从原本以传输单一的广播电视业务为主，逐渐向传输广播电视信息、计算机信息和数据信息等多种综合业务信息方向转变，现已初步形成了集多种信息服务业务为一身的综合信息服务网络。

为了使有线电视网络能将电视节目传输的更远，传输更多的节目频道，传输更好的节目质量，有线电视网络采用了数字、数字视频压缩、光纤传输、双向传输、因特网互联等技术，实现了数据信息和电视节目的双向交互式传送，这在给有线电视网带来一场空前革命的同时，也为建立一个高速、稳定、安全的综合信息服务网络成为可能。在当下“三网融合”的大趋势下，有线电视网将成千上万的用户连接起来，同时把计算机、通信、广播电视节目等技术都纳入到这个信息服务业务网中，使得数据信息传输范围更广，网络规模也变得空前巨大。因此，随着有线电视网络规模的不断扩大和完善，面向有线电视网络的网络管理也正成为新的研究方向。

随着有线电视网络规模飞速的发展，为满足对有线电视网络进行监控和维护等网络管理需要，设计实现过程简单、占用网络资源较少的SNMP网络管理协议就从计算机网络中借鉴而来。与此同时，借助与通信和网络技术的结合带来的智能性及通信能力，嵌入式系统正广泛的应用于人们的日常生活中。同时智能化，信息化，网络化的发展以及嵌入式系统更为深入地应用，网络管理技术与嵌入式技术的结合已然成为了当今技术发展的趋势。

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。由于嵌入式系统应用具有软件代码小，高度自动化，响应速度快，稳定性好，成本相对较低的等优点，特别适合于要求实时的和多任务的体系，使得嵌入式系统技术获得了广阔的发展空间。

嵌入式网管代理是指网管代理基于嵌入式设计，运行于某种嵌入式操作系统。网管代理程序运行在网管代理开发板上，与被管设备集成在一起或作为单独的网管代理设备。嵌入式网管代理具有传输速度快、可管理设备多、可靠性较高、管理协议简单、扩展性能强等优点。

全球通用仪器公司的OMNISTAR光纤宽带高密度传输平台是为宽带混合光纤/同轴网络设计的一种光纤传输平台。它采用串行接口通信进行本地监控，即由一台运行前端监控软件（HCS）的计算机，通过串行接口总线以串口通信方式查询光纤传输平台中的状态参数，状态监控通过对参数变量（外调制激光器、电源中的电压电流等）进行监测和转换组成串口通信指令之后，反馈平台的状态参数给前端状态监控软件，从而达到本地管理的目的。由于OMNISTAR平台串行接口通信的限制，使得对该平台的管理在空间距离上受限制，而支持简单网络管理协议（SNMP）的网络管理方式能够远距离的管理OMNISTAR平台，能够有效的解决远距离监控问题。

发明内容

本发明的目的是针对OMNISTAR光纤宽带高密度传输平台，将网管代理模块嵌入到ARM开发板上，网管代理通过对OMNISTAR光纤传输平台的状态进行实时监控，并将监控数据实时的向管理站进行反馈。而管理站又根据状态参数的情况向网管代理发送设值请求，网管代理在解析设值请求后向OMNISTAR平台发送配置指令以达到远距离管理。通过将多机架的OMNISTAR平台的所有模块状态参数实时的反应在网管系统的图形化管理界面上，同时管理人员只需要通过网管系统的图形化管理界面就能了解整个网络中所有OMNISTAR机架中的所有模块运行情况，进而维护OMNISTAR平台的正常运行。

本发明提供了一种在ARM开发板上实现对有线电视设备进行监控的网管代理系统。其特征在于：

1.可以实现对多个OMNISTAR光传输平台进行大规模集中式远程管理。

2.网管代理系统将平台的通信协议封装成SNMP协议报文并将其存入内存数据库中，管理站通过控制简单网络管理协议代理来实现对数据库数据的提取和修改。

3.支持对模块插拔、更换槽位、更换机架等操作的监控。

4.在系统满负荷状态下，级联75个OMNISTAR机架，满配各种业务模块的情况下，通过SNMP获取所有机架上的业务模块的参数信息，其响应时间不大于10秒。

5.提供命令行界面（CLI）管理，CLI采用类思科风格，并且通过CLI实现许多具体操作，例如设置修改系统时间、IP地址等。

6.可使用网管代理或CLI通过FTP文件传输协议进行版本更新。

硬件特征

硬件系统采用基于S3C2416芯片基础上具有15串口的Netdragon-15。Netdragon-15方案的中央处理器S3C2416是低功耗、高性能、低成本的三星ARM9处理器，主频400MHz。S3C2416具有四路串口，其中一路接到控制口，剩余三路串口与OMNISTAR进行RS-485接口通信。具有较高的速度获取OMNISTAR平台的信息。

Netdragon-15的总体形态采用目前已经成熟的19英寸机箱，内部结构分为电源模块、主板、CPU核心板、前置面板。CPU核心板中有四路通用异步收发传输器（UART），其中一路UART接口经过RS-232转换器由微USB（micro USB）与计算机相连。其余三路UART经过RS-485转换器与OMNISTAR相连。每个RJ11接口接入5台OMNISTAR设备，Netdragon-15一共可以为75台OMNISTAR提供网管代理服务。用户通过RJ45接口与计算机相连，管理其设备。

Netdragon-15外部面板说明，包括：

1. 33个LED指示灯，其中一个电源指示灯，电源灯为绿色长亮，如有报警，则为红色。2个网络指示灯，30个串口指示灯，当RJ11没有接入OMNISTAR设备时，相应的RS-485连接指示灯不亮；接入设备但没有数据传输时，连接指示灯绿色长亮；接入设备并进行数据传输时，状态指示灯绿色闪烁。

2. 控制口，即是嵌入式ARM S3C2416的串口0，用于串口和CLI界面管理等。

3. 重置键：按下后系统复位。

4. 回复出厂设置键:长按3s后恢复出厂设置。

5. 背面从左到右为15个RJ11接口，RJ45接口，设备口，主机口，开关，电源入口。

软件特征

采用多串口串并行相结合的方式监控机架，采用Linux系统多进程操作。除一个主进程外还包括17子进程，其中包括一个Agent代理子进程、一个Trap告警子进程和15串口子进程。

为实现多机架OMNISTAR平台的嵌入式网络管理系统，本发明包括在管理站运行的网管系统软件、网管代理和OMNISTAR平台的控制部件三个部分。

（1）、网管系统软件能够记录网络并显示后台处理的运行状况、 OMNISTAR平台的参数变化等；

（2）、网管代理负责与本地机房内的OMNISTAR平台进行串行接口通信，并将接收到的状态数据信息通过有线电视网络反馈给远端的管理站；

（3）、OMNISTAR平台的控制部件直接获取OMNISTAR平台内所有的状态信息及告警信息等并能分析请求反馈给网管代理。

本发明采用集中式网络管理体系结构，网络管理用一台服务器充当管理站，集中管理网络中的所有OMNISTAR平台，网络中的状态和配置信息通过管理站与网管代理之间查询与反馈的过程来交互产生，管理站通过网管代理收集所有OMNISTAR平台的状态信息，从而实现管理站对整个网络的OMNISTAR平台的管理。

在OMNISTAR平台一端，将一台OMNISTAR机架的上联口RS-485使用串口转换器转成RS-232接口，然后使用串行接口线将本地网管代理与串口转换器连接，在另一端将该机架的下联口RS-485与另一台OMNISTAR机架的上联口RS-485直接相连，实现多机架级联；本地网管代理一端的RS-232接口与串口转换器的RS-232接口相连，另一端的RJ-45接口与有线电视网络的路由器相连；远端的管理站连接有线电视网络的路由器，通过有线电视网络与本地网管代理联网，则远端的管理站就可远程访问各机房的本地网管代理，经过本地网管代理，从而可以监控各机房的所有OMNISTAR平台。

根据被管理设备OMNISTAR平台的网管需求以及SNMP协议通信的特性，本系统主要包括SNMP协议、硬件、软件和串口通信指令四部分组成。

（1）SNMP协议。管理站与嵌入式网管代理之间的通信过程，这里采用SNMP协议，由于其简单且功能齐全，成为了现在网络管理的主流协议。同时设计了OMNISTAR平台的管理信息库（MIB），统一网络管理规范。

（2）串口通信指令系统。OMNISTAR平台只支持串行接口通信，对其进行的状态查询和配置管理也只能在串口通信的基础上，而串口通信的指令系统并未公开，所以须归纳出串口通信的指令系统，而是否成功获取OMNISTAR平台串口通信的指令格式便成为该软件方案成功的关键。

（3）ARM开发板。该开发板主要采用嵌入式ARM9处理器为核心的硬件平台，加上嵌入式外围设备，用以提供网管代理良好的通信能力和丰富的接口来完成网管代理的基本管理功能，采用S3C2440AL芯片的开发板为本网管代理的硬件平台。

（4）网管代理软件。采用网络通信技术以支持SNMP协议，实现SNMP代理的功能，同时在代理中加入串口通信模块对OMNISTAR平台进行状态参数的查询，配置和采集等功能。软件部分首先需要Linux嵌入式操作系统，以便能提供中断管理、任务管理、进程间通信等机制来保证系统的正常和稳定可靠的运行，同时需要文件系统来组织代理程序的存储和代理程序执行所需的库等；Linux嵌入式操作系统提供的串行接口和RJ45具备基本的串口通信功能和网络通信功能；文件系统将SNMP++和Agent++开发包存储在指定的目录下，用以完成SNMP协议处理框架的开发；与OMNISTAR平台的串口通信部分，网管代理利用串口通信指令格式进行串口通信。

可归纳为：

一种以ARM芯片为核心的多串口网管代理设备。其特征在于，所述网管代理设备中中央处理器（CPU）核心板有四路通用异步收发传输器（UART），其中一路UART经过RS-232 转换器由微USB与计算机相连。其余三路UART经过 RS-485 转换器 与OMNISTAR相连。

与CPU适配的Netdragon-15有15个串口，每一个串口RJ11接入5台OMNISTAR设备，一共可以为75台OMNISTAR提供网管代理服务。用户通过RJ45与计算机相连，管理其设备。

通过串口指令可以对OMNISTAR设备进行监控，包括设备信息指令、设备状态指令、设备数值指令、设备配置指令和设备告警指令。

上述OMNISTAR采用基于Linux操作系统的多进程串口通信，采用多串口串并行相结合的方式监控机架，采用多进程操作。设备信息轮询逐个对每个串口进行信息轮询，并将轮询数据存入数据库中，若在轮询过程中发现告警信息，则通过告警进程直接发送给管理端。

上述一种基于Linux操作系统的多进程串口通信，包括17子进程，其中包括一个Agent代理子进程、一个Trap告警子进程和15串口子进程。

本专利实现了基于ARM的嵌入式网管代理系统，解决了全球通用仪器公司的OMNISTAR光纤宽带高密度传输平台只能通过串口通信方式进行本地监控管理的缺点，实现了支持简单网络管理协议（SNMP）的远距离网络管理系统。本系统可以实现对多个OMNISTAR光传输平台进行大规模集中式远程管理；支持对模块插拔、更换槽位、更换机架等操作的监控；在满配各种业务模块的情况下，通过SNMP获取所有机架上的业务模块的参数信息，其响应时间不大于10秒。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步说明：

附图1为Netdragon-15硬件结构图，本发明专利的硬件基本结构采用ARM9核心开发板，附带15个串口，每个串口可以和最多5个机架进行级联。

附图2为Netdragon-15核心板，核心板具有电源、内存、闪存和复位芯片，其通过邮票孔与母板通信。

附图3为网管代理系统多进程框架图，设备信息轮询模块逐个对每个串口进行信息轮询，并将轮询数据存入数据库中，若在轮询过程中发现告警信息，则通过Trap告警进程直接发送给管理端。

附图4为网管代理系统总体结构图，管理站通过物理网络连接的Agent代理端，代理系统通过对机架的轮询操作获得机架的参数信息，存入数据库，有Agent代理模块将管理站需要的信息返回。

附图5为OMNISTAR平台集中式网管体系结构，采用集中式网络管理体系结构，网络管理用一台服务器充当管理站，集中管理网络中的所有OMNISTAR平台，网络中的状态和配置信息通过管理站与网管代理之间查询与反馈的过程来交互产生，管理站通过网管代理收集所有OMNISTAR平台的状态信息，从而实现管理站对整个网络的OMNISTAR平台的管理。

附图6 为OMNISTAR平台网管代理系统总体结构图，根据被管理设备OMNISTAR平台的网管需求以及SNMP协议通信的特性，本系统总体结构主要包括SNMP协议、ARM开发板硬件、网管代理软件和串口通信指令四部分组成。

具体实施方式

为了使本专利技术方案和优点更加清楚、明确，下面列举一个实施例，所举实施例仅是本专利的一种应用情景，而不是全部实施例。

根据有线电视OMNISTAR设备的管理需求，当前机房中已经部署的大量的OMNISTAR设备。本发明专利可以解决OMNISTAR设备只支持485协议网管，不支持SNMP等IP管理协议的问题，能够将OMNISTAR的485协议解析出来并实现了SNMP管理协议的远程网络管理。

有线电视公司使用OMNISTAR设备的机房有24个，大部分机房的OMNISTAR设备数量在32台之内，有2个机房超过32台，在40台左右。应用本发明技术方案，每个机房采用一台Netdragon-15设备既可以解决32台OMNISTAR设备的接入管理。

采用本技术方案可以实现对15个RJ11（RS485）串口的访问管理，通过15个RS485端口访问挂在每个RJ-11口下面的多个OMNISTAR机箱，在每个RJ11口有OMNISTAR机箱正常连接的情况下可以通过指示灯指示该端口状态。

在具体实施过程中，当系统只挂一个机箱，一个LM模块的情况下，通过SNMP访问到所有参数的时间不大于3秒；当系统只挂一个机箱，满配业务模块的情况下，通过SNMP访问任意一个模块的所有参数响应时间不大于3秒；在系统挂满36个机箱，满配各种业务模块的情况下，通过SNMP获取所有机箱所有业务模块的参数响应时间不大于30秒；当通过SNMP访问数据为缓存数据，当系统满配36个机箱，满配各种业务模块的情况下，通过SNMP获取任何一个参数的实时状态响应时间不大于30秒。

Claims (5)

1.一种基于ARM的嵌入式网管代理系统，是针对OMNISTAR光纤宽带高密度传输平台，将网管代理模块嵌入到ARM开发板上，网管代理通过对OMNISTAR光纤传输平台的状态进行实时监控，并将监控数据实时的向管理进行反馈，其特征在于：

网管代理模块中中央处理器（CPU）核心板有四路通用异步收发传输器（UART），其中一路UART经过RS-232 转换器由微USB与计算机相连；其余三路UART经过RS-485转换器与OMNISTAR相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式网管代理系统，其特征在于：

CPU核心板采用具有15串口RJ11的Netdragon-15，每个串口RJ11接入5台OMNISTAR设备，一共可以为75台OMNISTAR提供网管代理服务，用户通过RJ45与PC相连，管理其设备。

3.根据权利要求2所述的一种基于ARM的嵌入式网管代理系统，其特征在于：通过串口指令能对OMNISTAR设备进行监控，包括设备信息指令、设备状态指令、设备数值指令、设备配置指令和设备告警指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式网管代理系统，其特征在于：

采用基于Linux操作系统的多进程串口通信技术，用多串口串并行相结合的方式监控机架，采用多进程操作；设备信息轮询逐个对每个串口进行信息轮询，并将轮询数据存入数据库DB中，若在轮询过程中发现告警信息，则通过Trap进程直接发送给管理端。

5.根据权利要求4所述的一种基于ARM的嵌入式网管代理系统，其特征在于：

所述基于Linux操作系统术，包括17子进程，其中包括一个Agent代理子进程、一个Trap子进程和15串口子进程。

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