SDH光端设备模拟训练器的应用原理与设计

　　摘 要：随着SDH光端设备的广泛应用，对其维护操作人员的培训日益增多，研制一种价格低廉且能完全模拟其功能的培训设备很有必要。文中详细介绍了一套SDH光端设备模拟系统的设计和实现方法，并重点介绍了其基于客户机/服务器模式的网络管理系统。该模拟训练系统简单易实现，能模拟进行SDH光端设备的各项测试和业务调配，且其网管系统具有逼真的网管操作界面，能实时实现SDH网管各项功能，并且还具有在线帮助和随机测评功能。
　　
　　关键词：客户机/服务器模式；同步数字体系；模拟训练器；网络管理
　　
　　随着SDH光端设备相继投入运营，其已逐步成为电信网主干设备。SDH光端设备的广泛应用，对操作、维护设备的技术人员的培训也相应地增多。然而SDH光端设备成本高、生产厂家型号多。若在线培训，人员误操作造成的影响较大，而离线培训费用又太高。目前的培训，主要是基于设备生产厂家的售后培训，其人员培训代价高，且不能满足众多技术人员的要求。
　　
　　同样，随着SDH光端设备在通信部队的广泛使用，部队的训练、院校学员的设备实习也存在上述问题，业已严重影响了装备性能的发挥。部分操作甚至还依赖于设备生产厂家，给通信的安全保密性也带来严重隐患。因此，研制一套低成本、兼容多厂家设备、仿真程度高的SDH光端设备模拟训练系统具有重要意义。
　　
　　在SDH光端设备模拟系统中，网管系统占很大比重。开发出具有逼真网管操作界面、能同时提供多人上机操作训练、实时完成对网元模拟设备进行各项管理的网管模拟系统成为必要。
　　
　　本文详细介绍了一套SDH光端设备模拟训练系统的设计和实现过程，并重点介绍了Windows 2000 server平台下用MS SQL Server7、Delphi5开发的基于C/S模式的网管系统。该系统简单易实现，能模拟实现SDH光端设备的各项指标测试、业务调配等；同时还具有逼真的模拟网管操作界面，能实时实现SDH网管系统各项功能，并且能对培训人员进行在线帮助和随机测评。
　　
　　1 SDH 光端设备模拟训练系统
　　　　
　　1.1 系统组成
　　
　　SDH光端设备模拟系统由SDH网元模拟投备和网管模拟系统构成。本系统是在实际机架上模拟实现SDH设备中ADM设备在环型网上的应用。
　　
　　三个以上的网元（NE）模拟设备在逻辑上构成一个环状拓扑网络，在物理上通过接口和服务器相连构成网络，利用其提供的面板可模拟实现SDH光端设备的各项指标测试和告警指示。实习终端和服务器通过集线器（HUB）相连，共同构成网管模拟系统。培训人员通过其提供的界面和通信接口，可登陆到各个网元进行操作。服务器与网元的接口相当于一串口集线器，相互之间均通过串口进行通信，解析、转发与传送数据。这就构成了一个SDH模拟训练网。
　　
　　1.2实现功能
　　
　　SDH网元模拟设备主要实现SDH的面板功能。该系统具备的模拟功能为告警指示、性能测试功能，要求对设备面板和测试仪表进行仿真；交叉连接功能，能够实现在群路与支路、群路之间、支路口上各级通道之间的带宽分配、保护功能，可成环配置、构成自愈网。本系统模拟实现复用段保护（MSP）、通道单元保护（PPS）和单元保护。

　　SDH网络管理的内容一般包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理等。本网管模拟系统主要实现除计费管理外的其它管理。结合培训的特点，系统还包括智能评分系统和用户在线帮助系统，智能评分系统是为适应培训的特殊需求而设计，主要由理论题库、操作规程、操作智能判断等模块构成，和在线帮助系统一起构成对培训人员的训练、辅导与测评。
　　
　　1.3网元模拟设备　　
　　
　　网元模拟设备组成主要由控制单元、串行集线器、测试端口等部分组成。其中主控制单元包括微处理器（MCU）、四个串行通信控制器（SCC）、并行接口（PIP）、逻辑控制模块等。
　　
　　串行集线器负责收集各网元信息，在数据前加上相应网元标识后通过串口送到网管服务器，并接收服务器数据分析后送到相应网元进行处理，从而保证多终端同时登录服务器进行管理操作。各测试端口模拟SDH设备面板指标测试及告警指示。逻辑产生模块根据各测试端口状态和操作进行相应逻辑判断，产生相应的动作和结果，并提供面板显示，与MCU之间通过并行接口通信。
　　
　　1.4 基于C/S模式的SDH网管系统
　　
　　C/S模式是计算机的一种应用模式，是指把一个大型的计算机应用系统变为多个能互为独立的子系统，服务器是整个应用系统资源的存储与管理中心，多台客户机则各自处理相应的功能，共同实现完成的应用。其工作划分：客户机用于界面表示/显示、用户交互、应用程序逻辑控制、请求表述，服务器用于共享资源的查询定位、数据管理、事务处理、中央应用程序逻辑控制、通讯、计算等。　　
　　
　　实习终端（客户机）由数据库应用系统和用户图形接口等构成，提供用户网管操作界面，并通过网络和服务器通信，向服务器发出数据请求，并将返回数据在界面显示。
　　
　　服务器由数据库、数据库管理及通信模块组成。主要提供数据库服务及数据库管理，以及和硬件交互数据的接口。它接受客户端数据请求提供数据服务，并根据客户端要求发出相应指令，通过通信模块和硬件通信，并将返回数据相应地在数据库更新。
　　
　　2 关键技术及实现方法
　　
　　2.1 网元模拟设备实现技术
　　
　　网元模拟设备主要基于单片机技术实现。
　　
　　串行集线器以串口连接服务器，采用定时或中断的方式接收控制信息，先进行预处理，判断是对哪个网元的操作并送至相应网元的MCU进行处理，然后将处理好的数据放入预先定义的存储器；同时不断从底层收集各种状态信息，按一定格式进行处理，最后加上相应网元标识，按要求送至服务器。
　　
　　MCU采用Motorola公司的MC68360芯片，同时利用其提供的四个串行通信控制器可完成串行通信。
　　
　　编程语言采用C++，编译器、连接器使用由瑞典Diab公司开发的专门针对Motorola MC68K系列芯片的D-CC & D-C++可将C或C++语言编译连接成在MC68360芯片上的可执行文件。
　　
　　将连接好的可执行文件载入芯片，跟踪调试工作在由德国Lauterbach公司提供的TRACE32 In-Circuit Debugger上完成。
　　
　　与底层的通信使用预定义的存储器作为介质，采用定时的方式；与上层的通信使用RS-232串口作为介质，数据格式参考LAP-D协议，采用定时与中断相结合的方式。
　　
　　2.2 网管模拟系统实现技术

　　网管模拟系统采用客户机/服务器模式，是基于其下特点而考虑的：系统的模块化设计、系统的分布特性、资源的充分利用、较高的事务处理能力、网络数据传输减少，从而网络负荷较轻、系统便于维护和移植、面向对象特性、简单易实现等。
　　
　　网管系统要解决的主要问题包括：客户端网管软件界面、客户机/服务器通信、服务器端数据库建库、数据库管理、服务器与网元模拟设备的通信等。
　　
　　客户机端按照网管功能要求，开发网管界面，并建立和服务器数据库的连接，从数据库获取数据或修改、更新数据库数据。
　　
　　服务器端按照SDH网管各管理功能模块，按性能参数相应建立数据库表，将数据库表与前端客户界面及下层串行通信的内容相对应。在服务器端对数据库进行管理，使之能实时体现前端用户的需求和反映下层设备状态的变化。　　
　　
　　数据库以MS SQL Server 7.0为工具建立，供客户端查询、修改及更新数据等，并在服务器端数据库管理系统的控制下，通过通信接口模块和硬件交互数据。
　　
　　数据库管理系统用于描述、管理和维护数据库，并组织数据的传输，提供数据库与硬件数据通道，根据协议进行相应数据库操作或指令发送。
　　　　
　　通信模块向上层（数据库管理系统）提供标准的函数接口，其功能是：与设备建立通信联系；从设备处获取数据并解读出有用信息，以约定格式向上层提供；从上层获得操作人员对设备的指令，识别后组装成设备能理解执行的指令向设备发送；向上层汇报通信状况。
　　
　　各子模块协同工作过程为：接口函数子模块通过上层调用初始化函数激活整个通信模块；在上层调用发送命令函数发送联机命令后，通信模块开始接收设备上报的数据；在收完一个数据后，放在接收数据循环队列中，向数据处理子模块发送请求处理信息；数据处理子模块收到该消息后，进行数据解读处理，解读后分配一段内存将数据按约定的格式写入，然后向上层发送准备好的数据、消息；上层收到消息后，调用读数据函数取出解读过的数据。在读取过程中，通信模块负责释放分配的内存。在发送命令时，接口子模块中的发送命令函数识别上层命令，将该命令组装成设备能识别的命令数据，向数据发送子模块发出请求发送消息，由数据发送子模块按通信协议将组装好的数据发送到设备。
　　
　　网管软件与硬件接口采用RS-232串口通信，利用Delphi串口通信控件编程实现。其传送数据格式参考数据链路层LAP-D协议为：标志段，一组特殊比特码组，用作帧头和帧尾。地址段，用于标识终端端点，即网元地址和业务接入点（实习终端操作）。控制段，用于数据传送的监视和控制，并可用于检错。信息段，即用户数据，内容包括命令类型代码、唯一标识AID（Access IDentification）、状态信息等。其中，命令类型代码用于指示硬件执行操作类型，包括性能监视命令、对设备的各项控制命令等。盘名、AID Type和AID合起来唯一标识执行操作或数据交互的对象。状态信息指上层采集的硬件告警信息、性能数据等，用于指示操作的数据结果。其中告警信息包括告警类型、严重等级、产生位置、方向等；性能数据包括监视类别、性能参数设置、监视名称、方向、时间周期、监测日期时间等。
　　
　　3 结束语
　　
　　SDH光端设备模拟系统的设计与实现，将能解决部队训练、学校设备实习，以及SDH设备维护操作人员的培训等问题。该系统不仅能模拟实现SDH光端设备的指标测试、业务调配、实时网络管理等功能，而且结合学习和培训的特点，还具有在线帮助系统和智能测评系统，因而具有重大的应用价值。
　　
　　参考文献：
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