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网络故障检测仪设计和实现
【摘 要】 为解决某专用应急通信网络联试联调及互联组网过程中网络故障问题,设计了一种便携式网络故障检测仪,通过中心节点和分布节点的便携检测仪相互协同,采用基于规划解析与网络中设备运行状态的对比分析技术实现全网络的故障检测.检测仪结构小巧,部署方便,通过用户使用验证,效果良好,能有效解决改专用应急通信网络当前所面临的网络级故障检测难题,极大提高网络设备维护保障的效率.
【关键词】 网络故障 规划解析 故障定位 节点
一、前言
民用领域中,网络管理主要是针对静态的网络设备( 如传输设备、交换中心) 的遥控和监视,并搜集各种报警信息[1].网络的管理系统是高度集中的系统,所有的故障信息都汇集于系统的中心节点.而某专用通信网是由电台网、综合通信系统、升空平台和卫星等通信网络络组成,主要用于机动通信,如应急保障、抢险救灾等机动性强的环境中的通信[2].网络遂行应急需求灵活部署,网络拓扑可变,网络设备多样,网络事件复杂,网络故障的实时传播和通信业务的实时传播相互依赖,要准确定位一个网络级别的故障较为困难.而各级网络管理系统和节点管理系统侧重于网络的规划和管理,故障检测和自动修复的功能还较弱,网络故障大多依赖设备维护人员或者有经验的用户人为的通过设备更换或者通话等手段进行排查,会耗费大量的人力、物力及时间成本.
二、系统应用及故障检测原理
某专用通信网系统由父节点组成的骨干网络和子节点组成的各种接入子网组成,骨干网络父节点之间有微波、光纤、被复线和卫星等多种备份的互联手段.各种用户接入子网类型较多,和用户的应用编制、应用需求相一致,无论网络的拓扑结构在细节上如何变化,但网络的结构大体上应该是树型结构[3].因此,网络的故障检测可充分利用应急通信网络多链路的特点,将便携式网络检测仪分布在各子节点通信车内,按照权限设立一个中心站和其余的分布式从站,各节点便携式检测仪自动采集本节点车内设备网络状态信息、测试本节点车内设备故障,并通过现有的通信网络链路将各个节点的故障信息汇集在中心节点,最终定位全网络故障.
如图1 所示为便携式网络检测仪的原理框图.通过深入分析某专用应急通信网络系统的故障模式,将专用应急通信网络故障分为配置类故障和非配置类故障.配置类故障指网络中各个节点配置参数出错而引起的网络故障,配置内故障括网段、IP 地址、路由协议、接口速率、无线通信模式、频段等一系列配置参数；非配置类故障通常指物理上、电气上的或者干扰等导致网络不通,比如接线错误、某个设备单元器件损坏、电磁干扰导致无线链路中断.
对配置类故障,检测仪通过车内以太网交换机接入车内局域网,自动采集车内设备配置信息,和既定的网络规划文件进行比较分析.对非配置类故障,检测仪通过和车类设备的业务接口互联,在本节点内进行收发业务比较判定,将故障定位到本地的单元板.两类故障结果经过综合分析模块后,定位本节点的具体故障,然后得到故障定位结果.其余节点的按照相同的原理完成本节点的故障检测,最后将结果通过当前的专用应急通信网络送到中心节点,确定全网络的故障情况,并给出维修建议.
三、硬件方案
如图2 所示为便携式网络故障检测仪的硬件组成框图,由人机交互电路、单板计算机模块、测试板单元、电源单元和充放电电池组成.
其中,人机交互电路由触摸显示器和键盘电路组成.触摸屏选用四线电阻屏,实现对人机界面的操作；液晶屏选用8.4 寸TFT-LCD 真彩液晶屏显示器,提供图形化的结果显示界面；键盘电路完成相关测试参数的输入和选择.
Com Express 是时下及未来主流的架构标准,该标准定义了模块化的物理尺寸,接口连接和散热接口[4].COMExpress 使得市场上最小、最先进的嵌入式模块达到了最高的模块性能[5].综合目前的Com Express 的几种物理尺寸和连接器引脚定义,选用Com Express Mini 架构的单板计算机,尺寸为84mm×,结构小巧,适合手持便携式设备的应用.同时,考虑到低功耗的要求,选用Intel Atom 的N2600 处理器,其中CPU 为N2600,双核 1.6GHz,1M 的 L2缓存；内存为DDR3 800 2GB；板载Flash 为8GB MLC；显示为LVDS 接口,分辨率为1366×768；接口资源包括1 个10M/100M/1000M 以太网口,8 个USB2.0 口,3 个PCIE 接口；1 个SPI 接口,通过LPC 扩展RS232 口和RS422 口；典型功耗为7W,最大功耗为8.6W.
测试板单元由FPGA、SDRAM、时钟电路和接口电路组成,测试板单元通过PCIE 接口和单板计算机模块之间进行信息的交互.其中,FPGA 选用低功耗的EP4CGX75F672,内部集成Nios II 软核.FPGA 对上通过PCIE 接口完成和单板计算机模块的测试命令和结果的交互；对下完成各种接口时序的处理,建立和被测试设备对应接口间的软件协议交互逻辑通道,并产生测试业务数据、测试数据的转换、测试数据的解析与比较等功能.接口电路包括通用的如RS232、RS485 等接口电路,包括专用的如模拟二线、音频、E1、中继和远传等接口电路,用于和被测试设备接口匹配互联.
如图3 所示为系统软件组成框图.网络故障检测仪采用分布式诊断策略,包括网络故障远端软件和中心端软件.其中,
远端软件软件包括人机界面功能,单车故障信息收集,故障定位控制、故障信息上报和数据库等功能.人机界面部分包括触摸、键盘响应处理和图片、文字等显示处理；单车信息采集完成各种网络参数和状态的采集与故障修复；测试业务收发完成和被测试设备的协议交互并控制底层硬件进行测试业务的收发；故障定位控制用于控制诊断系统产生实时的测试业务,同时完成和中心端的网络协同诊断,由故障信息上报模块将本节点故障信息送到中心端,数据库包括规划文件数据库、结果数据库和网络故障专家数据库；
中心端软件软件包括人机界面功能,单车故障信息收集,全网信息采集、故障定位控制、故障信息接收和数据库等功能.中心端软件除了完成本节点的故障信息采集外,还控制其他节点协同工作,完成整个网络的故障诊断.
五、试验验证
如图4 所示为全网信息采集界面图,检测到网络中第2号车交换机的电话号码位数异常,第3 号车用户口2 链路状态异常,第5 号车跳频网号异常,第6 号车电台模式异常.如图5 所示为故障分析与排除界面,对配置类故障可手动修改或者自动更新配置参数,对非配置故障给出了检测线路或更换单元板的维修建议.
六、结论
针对某专用应急通信网络组网开通难度大、网络故障难于发现等问题,本文通过分析其网络的组网特点及网络故障特点、故障模式,提出了利用分布式的便携式网络故障检测仪进行全网络的故障检测的策略,介绍了硬件和软件基本实现方案.通过用户的实际应用验证,效果良好,能有效解决某专用应急通信网络当前所面临的网络级故障检测难题,极大提高网络中设备的维护保障的效率.为其它机动通信网络的故障检测提供一定的参考思路.
网络故障论文范文结:
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