SCTE HMS开放式网管标准介绍
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路通电子技术有限公司 顾纪明 王刚 |
| 【摘要】本文首先简要介绍了SCTE HMS开放式网管标准的形成，然后较为详细地描述了该标准的体系结构：探讨了两个核心文件：HMS物理层（PHY）规范和HMS媒体访问控制（MAC）层规范的精髓所在；介绍了应用报文层的实现途径和管理信息库（MIB）的结构，最后指出了HMS规范的产品测试的重要性和HMS规范的技术特点。 |
| 【Abstract】This paper first introduces the formation of the SCTE HMS open standards then describes the global structure of the standards system.Two core documents: 《Hybrid Fiber Coax Outside Plant Status Monitoring – Physical(PHY) Layer Specification》 and 《Hybrid Fiber Coax Outside Plant Status Monitoring –Media Access Control (MAC) Layer Specification》are discussed in details. Also introduces the implementation of application layer and the structure of management information base( MIB), and finally indicates the importance and technical characteristics of HMS standards. |
| 1．前言 |
随着有线电视的发展，HFC网的建设得到了飞速的发展，由于HFC网的宽带特性，人们越来越希望将它用来完成综合信息的传输。然而，目前HFC网络的可靠性还远远不能满足综合信息传输的要求。要提高HFC网络的可靠性，只有对它实施有效的监控，因此，一种可靠性高、兼容性好、功能强大和可升级的HFC网络设备监控系统,对广大HFC网络运营者来说就十分重要了。
国外一些厂家过去推出的网管系统，由于当时还没有统一的标准，其兼容性差，不同厂家的设备不能在同一个网络中应用。国内也有个别厂家研制了自行定标的“网管系统”，也同样存在不兼容的问题，难以推广应用。
对于HFC网络设备的状态检测和管理系统应该有一个统一的标准,符合规范标准的产品可实现即插即用的兼容性。这一点已成为国内外有线电视业界和厂家一致的看法和要求。
SCTE HMS规范的产生正是为了支持交互管理系统的设计与实施，从而推进HFC电缆网络的发展。 |
| 2．SCTE HMS标准 |
HMS（Hybrid Management Sub-Layer Subcommittee）从1998年开始，经过3年多的酝酿、定义和测试等工作，在2000年10月，一个对HFC网络的运行状态进行监测和控制的HFC网络设备监控系统的标准协议终於诞生，并得到了SCTE（Society of Cable Telecommunications Engineers）的批准，也得到了许多国际大公司的认可,后来也被美国批准为国家标准。
HMS标准是一整套的协议规范，它支持各种不同的HFC网络管理系统的互操作性（开放性和兼容性）。
在标准中，首先对在HMS系列规范中采用的应答器作了分类，见表1。
表1 应答器分类
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类型 |
含 义 |
应 用 |
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类型0 |
不支持HMS协议的早期应答器 |
这类应答器用于老的网络设备，它可通过代理方式或其它方式实现管理。 |
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类型1 |
升级后能支持HMS协议的早期应答器 |
这类应答器用于老的网络设备，升级后能支持HMS协议。 |
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类型2 |
兼容HMS协议的独立应答器 |
这类应答器与网络设备的接口是根据HMS标准规定的电气和物理规范设计的，可在工厂或现埸安装。 |
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类型3 |
内置或独立的兼容HMS协议的应答器 |
这类应答器与网络设备的接口是根据HMS标准规定的电气规范设计的，它不一定满足HMS规范的物理连接要求。它能够在工厂装配,但不一定能在现埸安装。 |
接着对HFC正反向信道的HMS规范参考结构作了定义，见图1。
涉及正向通道发送和反向通道接收的所有参数都在图1的A点进行测量。涉及正向通道接收和反向通道发送的所有参数对双端口器件在图1的B点进行测量，对单端口器件在图1的C点进行测量。
表2提供了HMS系列规范文件。
HMS标识
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名 称 |
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SCTE HMS PHY |
HMS室外设备状态监控—物理（PHY）层规范 |
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SCTE HMS MAC |
HMS室外设备状态监控—MAC（Media Access Control）层规范 |
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SCTE HMS PSTIB |
HMS室外设备状态监控—电源到应答器接口总线（PSTIB）规范 |
| SCTE HMS ALARMS MIB |
HMS报警MIB |
| SCTE HMS COMMON MIB |
HMS公共MIB |
| SCTE HMS FIBERNODE MIB |
HMS光节点MIB |
| SCTE HMS PROPERTY MIB |
HMS报警特性MIB |
| SCTE HMS PS MIB |
HMS电源MIB |
| SCTE ROOT MIB |
SCTE根源MIB |
| SCTE HMS GEN MIB |
HMS电源发电机MIB |
| SCTE HMS TIB MIB |
HMS应答器接口总线MIB |
| SCTE HMS DOWNLOAD MIB |
HMS应答器固件下载MIB |
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SCTE HMS TREE MIB |
HMS根对象标识MIB |
SCTE HMS分委员会提供的一整套协议规范，主要定义了三层协议的构件，它们分别为：物理（PHY）层，媒体访问控制（MAC）层以及报文层。 |
| 2．1 HMS物理（PHY）层规范 |
HMS物理（PHY）层规范是描述中心前端控制器(HE)与被管理的室外设备（网络单元NE）的应答器接口之间通信的物理层协议，即传输字节的规则，它详细说明HMS的物理层的特定要求，并要求各类应答器的接口都要遵循HMS规范。
HMS规范列举了各个国家和地区的频谱划分；传输的电平和精度；实现数据通信比特流和字节流的技术规范；数据载波传输信道的物理特性规范；数据调制解调的技术特性规范等，这些都在正反向信道的HMS物理层通道RF和调制规范中详细给出，见表3。然后，对规范中的名词和术语进行了详尽的解释。
特别值得注意的是：规范允许通信载波可跳频，载波发送功率可自动控制。
表3 HMS 物理层通道RF及调制规范
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项目 |
前端控制器 |
应答器 |
发射功率电平 |
＋40dBmV～＋51dBmV |
＋25dBmV～＋45dBmV |
发射功率精度 |
±2dB |
±3dB |
发射功率步进 |
2dB |
2dB |
发射频率（北美） |
48MHz—162MHz，6MHz带宽（频道划分略） |
5.0MHz-21MHz,带宽为4MHz（频道划分略） |
| 发送机调谐范围 |
在每个确定的6MHz工作频率范围内全可调 |
在每个确定的4MHz工作频率范围内完全可跳频 |
| 发送机调节频率步长 |
100kHz |
100kHz |
| 发送频率精度 |
±10kHz |
±10kHz |
| 发送机关闭 |
不适用 |
1秒 |
| 发送机开机状态下，工作频道带外寄生幅射 |
-65dBc，全部正向频带内（相对于未调制正向载波） |
-55dBc，全频带内 |
| 发送机关机状态下，工作频道带外传导寄生幅射 |
不适用 |
单端口设备：－35dBmV（5－1000MHz）双端口设备，发射端口：－35dBmV(5－200MHz)－15dBmV(200－1000MHz)双端口设备，接收端口：－15dBmV(5－50MHz)－35dBmV(50－1000MHz) |
| 频谱特性 |
<400kHz@100dBc/Hz，48-162MHz |
<800kHz@95dBc/Hz， 5-13MHz<400kHz@95dBc/Hz，13-21MHz |
| 发送机带外噪声抑制 |
正向频带内，4MHz测量带宽时，C/N优于-60dBc （应为60dB－译注） |
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| 标称的发射阻抗 |
75Ω |
75Ω |
| 发射的反射损耗 |
正向频带内8dB或更好 |
12dB或更好 |
| 最大上升(Ramp-Up)时间 |
不适用 |
100μS(从峰值电平的10%到90%) |
| 最大下降(Ramp-Down)时间 |
不适用 |
100μS(从峰值电平的90%到10%) |
| 发送机前沿时间 |
不适用 |
600μs－1.2ms |
| 接收机动态范围 |
-20dBmV－+20dBmV |
-20dBmV－+20dBmV |
| 接收机调谐范围 |
在每个确定的4MHz反向工作频率范围内全可调 |
在每个确定的6MHz正向工作频率范围内全可调 |
| 接收机频率步进 |
100kHz |
100kHz |
| 接收机C/(N+I)（BER优于10-6） |
20dB |
20dB |
| 接收机的选择性 |
在通带边沿的CW载波可比带内接收到的信号功率高+10dB |
在偏离接收机中心频率±250kHz处的CW载波，比通带内接收到的信号功率可高+10dB |
| 接收机的标称阻抗 |
75Ω |
75Ω |
| 接收的反射损耗 |
在整个反向频谱优于12dB或更好 |
12d B或更好 |
| 发送机的最大摆动率 |
8μs |
15μs |
| 发送机通断比 |
不适用 |
60dB |
| 调制方法 |
FSK，Δf＝67kHz±10kHz |
FSK，Δf＝67kHz±10kHz |
| 调制变换 |
传号＝ fc+△f，空号＝ fc-△f |
传号＝fc+△f，空号＝fc-△f |
| 比特率 |
38.4kbps |
38.4kbps |
| 比特率精度 |
±100ppm |
±100ppm |
| 传号和空号的发送机功率差 |
1dB |
2dB |
| 双向传输方式 |
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半双工 |
| 传输模式 |
连续数据包传输，在数据包之间为传号 |
突发数据包传输，在数据包之间关闭信号 |
| RF 连接器 |
室外型 “F” 阴头。参见ANSI/SCTE IPS SP 400或室内型“F”阴头，参见ANSI/SCTE IPS SP 406 |
室外型“F” 阴头。参见ANSI/SCTE IPS SP 400 |
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工作温度范围 |
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-40℃－＋85℃ |
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| 2．2 HMS的MAC层规范 |
HMS的MAC（Media Access Control）层规范阐述了网络数据链路层（DLL）所执行的所有信息交换的方法与协议，这个规范可保障在室外设备的网络单元（NE）上符合HMS规范的2类和3类应答器与中心的前端控制器（HE）之间所必须执行的MAC层协议，以支持宽带管理和通信联络可靠、有效。
SCTE HMS V1.0的MAC层协议的主要特点：
● 支持HFC网络在上、下行RF信道内基于“问答式”的数据消息包交换。这种交换方式既可由HE发起也可以由NE发起。
● 支持在HFC网络在上、下行RF信道内进行多种网络PDU类型的传送，包括（但不局限于）基于串行协议的IP包及SNMP包。
● 保留了今后对其它网络PDU类型传送功能的支持。
● 以HE为中心，对所有网络上的NE反向发射时机的管理，使HFC网络上的整个上、下行RF信道的带宽，得到充分有效的利用。
MAC层规范的主要内容：
首先对上下行信道、网元、数据包、最高字节、位号表示法和保留位进行了定义；对MAC包传送的字节发送格式和次序、位发送顺序、上下行数据包发送的时间限制进行了约定；对MAC包结构的同步（Synch）字段、协议控制（Control）字段、单播广播组播的地址（Address）字段，发送信息的顺序号（Sequence），包括消息顺序号和数据包里的同步位进行了描述；接下来又对MAC层里包的Payload字段的长度和Payload字段本身、MAC数据包帧校验序列（FCS）、MAC包的界定符进行描述；最后，对MAC协议数据单元（PDU）进行了详尽的描述。
MAC层协议中特别引人关注的是：
● 通过PayLoad字段和协议控制字段的引用，它很好地实现了与更高层协议的接口，例如简单网络管理协议（SNMP）是最直接的引用；
● 定义了多项操作机制：自动注册（Auto-Registration）机制,自动信道（Automatic Channel Discovery）机制，报警“先通知后搜集（notify and gather）”机制——通知有轮询模式（Polled Mode）通知或竞争模式（Contention Mode）通知；
● 通信数据交换是“问答式”的，即从一个“询问方”发出的每条初始消息都会得到“应答方”相应的响应，而不管是哪一方发出该消息，用顺序号（Sequence）字段来定义一个消息的顺序号以保证消息的交换是同步的，顺序号可对付可能出现的消息丢失，也可以避免在更高协议层出现的消息重复。
对照ISO的7层开放系统互联（OSI）的参考模型，HMS物理（PHY）层规范对应参考模型的第1层，而HMS的MAC（Media Access Control）层规范对应参考模型的第2层。更高层的协议，HMS没有必要制定，采用internet的有关协议即可，简单网络管理协议（SNMPv1.0）是最直接引入到规范中的，UDP/IP协议可为SNMP协议提供无连接的数据通信通道。 |
| 2．3 应用报文层 |
| 在应用报文层，简单网络管理协议（SNMPv1.0）的引入，实际给出了网络管理的模型：管理者（Manager）和代理（Agent）的模型。管理者和代理之间通过SNMP标准消息包通信，一个SNMP的代理能够回答来自管理者的关于MIB中定义的对象信息的各种查询，给管理者提供MIB信息的都是SNMP的代理。代理/管理者模型能够正常工作，两者之间的通信必须使用同样的协议——SNMP协议。SNMP协议的有5种消息类型：Get_Request、Get_NextRequest、Set_Request、Get_Response、Trap。SNMP的管理者使用Get_Request从代理处获得设备的信息，SNMP代理以Get_Response消息应答Get_Request消息。获得特定对象的信息用Get_Request消息，而获得特定对象的下一个对象信息用Get_NextRequest。SNMP的管理者使用Set_Request消息对设备中的参数进行远程配置。SNMP Trap是SNMP代理主动发送给SNMP管理者的消息，而非管理者的请求，Trap消息通知管理者发生了特定的事件如一个对象参数报警。 |
| 2．4 规范化的管理信息库（MIB） |
管理信息库MIB（Management Information Base）是通过网络管理协议可以访问的信息集合，即网管中的被管资源。用对象表示被管资源某一方面的属性。MIB规定每一个对象都有一个唯一的对象标识符（OID），该标识由对象在树型结构的MIB树中的位置决定，通过SNMP可以访问MIB的对象，被访问的对象是该对象的一个特定实例而不是该对象的类型。管理信息库（MIB）标准定义MIB树的每一个节点OID。SCTE HMS标准定义了HFC网络传输设备监控对象在MIB树上节点OID位置。
MIB树图参见如图2，我们可以发现ScteRoot节点的OID为1.3.6.1.4.1.5591，ScteHmsTree节点的OID为1.3.6.1.4.1.5591.1，以及在ScteHmsTree节点下的几个节点。这些节点都是有关HFC网络管理的MIB树节点，都由SCTE HMS标准定义。
例如，从图中可以看出，OID：1.3.6.1.4.1.5591.1.5就是HFC网络中的光通信节点的对象标识符。
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| 3．网管系统产品的测试鉴定 |
| HMS规范标准的开发已经取得的巨大的进展，符合HMS规范的产品将会不断出现，对于厂商的产品是否完全符合HMS规范，必需要有一个测试鉴定的过程。如何执行这个过程，HMS分委员会也在努力制定一个HMS产品鉴定测试的统一方法。所有厂商的产品都被要求进行独立的鉴定测试是否符合HMS技术规范。因为厂商自己鉴定自己的产品与标准的一致性，虽可缩短产品投放市场的周期，但对有线电视网络运营者来说，会带来相当大的危险，有可能存在厂商声称符合HMS规范的产品，并非完全符合规范，或者是仅仅符合部分规范，这样，时间一长将会造成网络运行的成本大大增加，这对有线电视网络运营者和HMS规范的推广都是很不利的。 |
| 4 SCTE HMS规范技术的特点 |
SCTE HMS技术的特点众多，它的发布使得HFC网管系统的开发和应用中的许多问题迎刃而解。
（1）毋须执行前端控制器的供货商规定的解决方案，只要符合HMS标准应答器（Transponder）都可接入网络中，这样向有线电视网络的运营者提供了一种可互操作的、可以适用任何前端系统的应答器。
（2）尽管不同的供货商提供的应答器之间可能存在巨大差异，但这些应答器都采用相同的通信协议，都被要求符合HMS接口设计规范，它们是相互兼容的。
（3）有经验的有线电视网络运营者可测试来自各个厂商的符合HMS规范的应答器/前端系统，比较各种不同应答器的有关性能，确定何种应答器能最大限度地满足其对网络监测系统（NMS）的特别需求。这样运营者拥有最大程度的选择不同品牌的应答器的选择权。
（4）无需“定制”多种多样的应答器，从而减少各种技术培训需求，降低了维护使用的难度，长期效益可显著提高。
（5）简化网络运行，显著提高网络的管理和维护水平，同时将逐步降低网络运行的总成本，从而提高服务质量。
（6）在执行标准的过程中，同类产品厂商之间可以一种更积极的态度，创建某种产品或技术合作的环境，使得厂商集思广益，加快发展先进的网络管理解决方案，这对有线电视运营者和产品供货商双方都有利。 |
| 5 结论 |
| SCTE HMS是一整套HFC网络管理系统的协议规范，支持各种不同的HFC网络管理系统的开放性和兼容性，它为我国制定HFC网络监控系统的规范提供了很宝贵的借鉴。 |
参考文献 |
1、 IETF RFC 1157：简单网络管理协议（SNMP）；
IETF RFC 1157. A Simple Network Management Protocol (SNMP).
2、 SCTE，2001：SVTE HMS COMMON MIB，HMS公共管理信息数据库，宾州Exton市，电缆电信工程师协会。
SCTE. 2001. SCTE HMS COMMON MIB, HMS Common Management Information Base. Exton, PA: Society of Cable Telecommunications Engineers, Inc.
3、 SCTE，2001：SCTE HMS PHY，混合光纤同轴电缆户外装置的状态监视——物理层规范版本1.0，宾州Exton市，电缆电信工程师协会。
SCTE. 2001. SCTE HMS PHY, Hybrid Fiber Coax Outside Plant Status Monitoring – Physical(PHY) Layer Specification v1.0. Exton, PA: Society of Cable Telecommunications Engineers, Inc.
4、 SCTE，2001：SCTE HMS MAC，混合光纤同轴电缆户外装置的状态监视——媒体访问控制（MAC）层规范版本1.0，宾州Exton市，电缆电信工程师协会。
SCTE. 2001. SCTE HMS MAC, Hybrid Fiber Coax Outside Plant Status Monitoring –Media Access Control (MAC) Layer Specification v1.0. Exton, PA: Society of Cable Telecommunications Engineers, Inc. |
| 作者简介 |
| 顾纪明 无锡市路通电子技术有限公司 副总工程师 网管项目设计师 |
| 王 刚 无锡市路通电子技术有限公司 网管项目设计师 |
