陳福鋼，蔡 青，馬中海

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210014）

SNMP在衛(wèi)星通信視頻傳輸中的應(yīng)用

陳福鋼，蔡 青，馬中海

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210014）

本文研究的基于IP承載的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，引入了SNMP協(xié)議管理衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的圖像編解碼設(shè)備，具備了參數(shù)自動(dòng)配置、狀態(tài)監(jiān)控和故障報(bào)警等功能。

SNMP；優(yōu)先級；擁塞控制；衛(wèi)星通信

1 引言

傳統(tǒng)的多媒體衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，圖像編解碼器的傳輸速率、通信端口、視頻編解碼、音頻編解碼等參數(shù)是事先敲定或臨時(shí)協(xié)商的，任一終端不可隨意更改。本文引入了SNMP協(xié)議，通過SNMP查詢和設(shè)置衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中支持SNMP的設(shè)備（如圖像編解碼器）的參數(shù)，這樣既便于用戶管理通信對象的信息，又便于故障排查和問題的及時(shí)解決，確保了網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行。

2 SNMP協(xié)議簡介

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）的擬制工作始于1987年，其基礎(chǔ)是SGMP。1990年5月，RFC1157定義了SNMP的第一個(gè)版本SNMPv1。結(jié)合RFC1157和管理信息的RFC1150，提出了一種監(jiān)控和管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)方法。由于SNMP簡單和易于實(shí)現(xiàn)，SNMP得到廣泛應(yīng)用，并成為網(wǎng)絡(luò)管理的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。

由于SNMPv1本身缺乏一個(gè)較完備的體系結(jié)構(gòu)，且其安全性較差，SNMP在90年代初得到迅猛發(fā)展的同時(shí)，也暴露出明顯的不足。1993年4月，關(guān)于SNMP第2版標(biāo)準(zhǔn)的工作由Internet工作組完成，并提交給IETF驗(yàn)收，這些標(biāo)準(zhǔn)公布在RFC1441-1452中。SNMPv2包含了兩個(gè)明顯的改進(jìn)：協(xié)議本身和安全方面。

盡管SNMPv2對前一版本做了大量的改進(jìn)，總體管理能力上有了極大的增強(qiáng)，也得到廣泛的應(yīng)用。但是，其安全性方面仍然沒有得到提高，仍然使用了SNMPv1的以明文發(fā)送共同體的身份驗(yàn)證方式。為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，IETFSNMPv3工作組在1998年發(fā)布了RFC2271-2275，正式形成SNMPv3。SNMPv3定義了包含SNMPv1、SNMPv2所有功能在內(nèi)的體系框架和包含鑒權(quán)服務(wù)和加密服務(wù)在內(nèi)的全新的安全機(jī)制，同時(shí)還規(guī)定了一套專門的網(wǎng)絡(luò)安全和訪問控制規(guī)則。因此，SNMPv3是在SNMPv1和SNMPv2基礎(chǔ)上對SNMP的擴(kuò)展，它的推出解決了管理機(jī)制和安全性這兩個(gè)主要的問題，同時(shí)提供了一個(gè)可以擴(kuò)充的模塊化體系結(jié)構(gòu)[1]。

圖1 SNMP網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)

本文討論的基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用Manager/Agent結(jié)構(gòu)，如圖1所示。通過具體的功能模塊，可將異種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一到該網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)中?；贛anager/Agent結(jié)構(gòu)的通用網(wǎng)絡(luò)管理模式，主要分為兩部分，即管理端（Manager）和代理端（Agent）。代理端駐留在被管理的設(shè)備上，實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集被管理設(shè)備上的管理信息；而管理端軟件運(yùn)行在一臺(tái)PC機(jī)上，擁有一套數(shù)據(jù)分析、故障發(fā)現(xiàn)等能力，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)管理員的命令轉(zhuǎn)換成對遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)元素（代理端管理元素）的監(jiān)視和控制。管理端和代理端之間的通信是基于SNMP協(xié)議進(jìn)行的，SNMP協(xié)議規(guī)定了被管代理與管理軟件之間信息交互的動(dòng)作規(guī)則和數(shù)據(jù)格式。在SNMP協(xié)議中，所支持的操作主要包括對被管變量的查詢、設(shè)置和修改，四類常用的操作如下所述：Get由管理站去獲取代理的MIB對象；Set由管理站去設(shè)置代理的MIB對象；Trap使得代理能夠向管理站通告重要事件；Get-response：被管理結(jié)點(diǎn)對管理站Get和Set操作的響應(yīng)。

SNMP網(wǎng)絡(luò)管理中，管理站和被管代理之間是一對多的關(guān)系：管理站可以訪問多個(gè)被管代理的MIB對象，并且接收來自多個(gè)代理的Trap。同時(shí)，被管代理和管理站之間也是一對多的關(guān)系：每個(gè)被管代理管理著自己本地的MIB，因此它必須能夠控制許多管理站對它的MIB的使用。如果存在許多管理站，被管代理必須保護(hù)本地的MIB，避免未經(jīng)授權(quán)的訪問[2]。

3 SNMP視頻管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，各設(shè)備的參數(shù)與狀態(tài)僅局限于本地，其通信對象的參數(shù)與狀態(tài)無法獲取。通信時(shí)各終端只能配置成既定的參數(shù)，如需臨時(shí)修改還需與對端設(shè)備進(jìn)行協(xié)商，缺乏機(jī)動(dòng)性和靈活性。一旦視頻傳輸出現(xiàn)異常，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只能監(jiān)測到本地的異常狀態(tài)，而無法獲知通信對象的異常信息，這不便于用戶使用。為了解決上述問題，本文采用SNMP協(xié)議進(jìn)行衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理。

SNMPv2提供了分布式網(wǎng)絡(luò)管理操作，即網(wǎng)元具有管理者和代理者的雙重身份。雖然SNMPv3在安全性方面得到了極大的改善，但是它具有比SNMPv2更長的消息長度，帶來相比SNMPv2高達(dá)1.7倍的網(wǎng)絡(luò)流量和2倍的計(jì)算時(shí)間，增加了系統(tǒng)資源的消耗。同時(shí)，SNMPv3需要占用數(shù)兆的內(nèi)存空間，考慮到衛(wèi)星資源有限，若采用SNMPv3可能會(huì)造成資源浪費(fèi)[3]。因此，本文采用了SNMPv2協(xié)議。

3.1 系統(tǒng)工作原理

圖2 SNMP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)工作原理

如圖2所示，站控設(shè)備根據(jù)呼叫號(hào)碼可以查詢到通信對象的圖編IP和地球站IP，若用戶在站控計(jì)算機(jī)上發(fā)起呼叫，建鏈成功后站控計(jì)算機(jī)可以把設(shè)置對端地球站或圖編的參數(shù)打成SNMP包，通過交換機(jī)發(fā)送到地球站，地球站再將SNMP包通過衛(wèi)星信道發(fā)送至對端地球站，對端地球站解析SNMP包之后，把發(fā)給自己的包交給SNMP協(xié)議層處理，其他的包就發(fā)到交換機(jī)上，這樣圖編就完成了對端站控的SNMP參數(shù)配置。若一端圖編出現(xiàn)告警，也會(huì)把告警信息打包成SNMP Trap信息，經(jīng)交換機(jī)、地球站、衛(wèi)星信道和對端地球站，傳輸?shù)綄Χ苏究赜?jì)算機(jī)，這樣站控計(jì)算機(jī)就能通過SNMP監(jiān)測到對端圖編的故障信息。

3.2 可靠性傳輸

SNMP包的傳輸層采用的是UDP協(xié)議，而UDP協(xié)議是面向無連接的，無法確保報(bào)文正確地到達(dá)目的地，再加上衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較大、傳輸性能起伏大、誤碼率偏高以及傳輸數(shù)據(jù)量不對稱等特點(diǎn)，從而無法確保網(wǎng)管數(shù)據(jù)及時(shí)到達(dá)目的地，因此在應(yīng)用層上建立可靠的傳輸機(jī)制顯得尤為重要。

（1）衛(wèi)星信道擁塞控制。為了確保SNMP數(shù)據(jù)能在衛(wèi)星信道中順利傳輸，首先要防止衛(wèi)星信道出現(xiàn)擁塞。假設(shè)衛(wèi)星信道的總帶寬為A，圖編的視頻速率為B，信道剩余帶寬則為A-B。因此，控制SNMP數(shù)據(jù)和其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的總帶寬小于A-B，就保證了衛(wèi)星信道數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)擁塞。

（2）SNMP數(shù)據(jù)優(yōu)先。由于衛(wèi)星信道的時(shí)延很大，數(shù)據(jù)在空中傳輸?shù)臅r(shí)間可達(dá)500多毫秒。視頻數(shù)據(jù)、SNMP數(shù)據(jù)及其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同時(shí)在衛(wèi)星信道傳輸，其中SNMP數(shù)據(jù)量相對較少，只有在衛(wèi)星信道建鏈成功或用戶設(shè)置時(shí)發(fā)送一次控制SNMP，用戶查詢對端狀態(tài)時(shí)發(fā)送查詢SNMP，代理端有故障或告警時(shí)發(fā)送SNMPTrap。因此，為了保證SNMP的可靠傳輸，可將SNMP數(shù)據(jù)放到優(yōu)先級較高的傳輸隊(duì)列中。

（3）SNMP重傳機(jī)制。在SNMP協(xié)議中，當(dāng)SNMP代理端收到Get數(shù)據(jù)報(bào)或Set數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，需要使用Response PDU進(jìn)行響應(yīng)。若管理端在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到Response PDU，就需要進(jìn)行超時(shí)重傳。因?yàn)閁DP協(xié)議不具備超時(shí)重傳的特性，所以可在傳輸層上加入超時(shí)重傳機(jī)制，結(jié)合衛(wèi)星信道的特點(diǎn)，超時(shí)重傳時(shí)間取為3秒，超時(shí)重傳次數(shù)設(shè)置為3次。

（4）SNMP故障信息優(yōu)先級。在SNMPv2中，當(dāng)代理故障發(fā)生時(shí)，可以通過發(fā)送Trap或InformRequest兩種方式向管理端上報(bào)故障[4]，這兩種方式存在著區(qū)別。當(dāng)代理發(fā)送Trap時(shí)，管理端在接收到Trap時(shí)不會(huì)向代理發(fā)送確認(rèn)信息，這樣發(fā)送者無法知道Trap是否被正確接收；當(dāng)代理發(fā)送InformRequest時(shí)，管理端收到后會(huì)發(fā)送Response確認(rèn)，這樣可以確保InformRequest正確到達(dá)接收端。在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中使用這兩種方式時(shí)，各有利弊。

InformRequest雖然可以確保trap正確到達(dá)管理端，但I(xiàn)nformRequest可能會(huì)被重復(fù)發(fā)送，這將會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)流量，增加網(wǎng)絡(luò)額外的開銷，這個(gè)問題在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中顯得尤為突出。Trap雖然是不可靠傳輸，但是它消耗更少的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源。因此，在選擇Trap或InformRequest時(shí)，需要根據(jù)可靠性要求和系統(tǒng)資源狀況統(tǒng)籌考慮?；谝陨戏治?，在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，我們可以制定相應(yīng)的trap消息發(fā)送策略，首先將代理可能出現(xiàn)的故障劃分等級，可以分為嚴(yán)重和一般，嚴(yán)重的故障可以使用InformRequest進(jìn)行發(fā)送。對于一般的故障可以使用Trap發(fā)送，這樣就可以在可靠性要求和系統(tǒng)資源狀況之間進(jìn)行很好的折中。

4 結(jié)束語

本文采用了SNMP協(xié)議作為衛(wèi)星網(wǎng)管開發(fā)協(xié)議，針對衛(wèi)星信道的通信特點(diǎn)，對SNMP協(xié)議進(jìn)行了修改，主要通過修改應(yīng)用層協(xié)議來適應(yīng)衛(wèi)星信道環(huán)境，確保SNMP信令能優(yōu)先可靠的在衛(wèi)星信道上傳輸。建鏈成功后，站控可以通過衛(wèi)星信道，控制另一端信道和圖編的參數(shù)，查詢狀態(tài)信息，接收報(bào)警和故障信息，能方便掌握整個(gè)通道的狀態(tài)，極大地方便了用戶的使用。

[1] 林偉軍．基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．浙江大學(xué)，2005:8-9

[2] 黃勇．SNMP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．電子科技大學(xué)，2003:9

[3] 姜月秋，馮永新，劉治國等．基于衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理模型[J]．東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24(01): 15-18

[4] W Richard Stecens．TCP/IP詳解卷一：協(xié)議[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.4

Application of SNMP in Satellite Communication Video Transmission

Chen Fugang, Cai Qing, Ma Zonghai
（Nanjing Panda Handa Technology Co., LTD., Nanjing, 210014）

In this paper, the satellite communication system based on IP is studied,in which the SNMP(Simple Network Management Protocol) is introduced to manageimage codecsfor realizingautomatic configuration of parameters, status monitoring and fault alarm.

SNMP; Priority; Congestion Control; Satellite Communication

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.003

TN927+.2文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）08-0008-03

陳福鋼，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星通信系統(tǒng)。

蔡 青，女，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星通信產(chǎn)品。

馬中海，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星通信軟件。