专利名称：基于hfc网络设备的实时检测控制系统及其检测控制方法
基于HFC网络设备的实时检测控制系统及其检测控制方法
技术领域：
本发明涉及一种HFC (混合光纤同轴网)网络设备的控制管理领域，尤其是 指一种基于HFC网络设备的实时检测和控制的装置及其检测控制方法。
背景技术：
时下的HFC (混合光纤同轴网)网络网管系统普遍采用网管服务器与终端设 备组网的架构，且随着该项技术的普及，现有此类HFC网络往往其容量巨大， 这就造架设于HFC网络上的各设备成分散分布，导致了网管服务器对其网络上 架设的各设备间管理的困难，加之原有传输于HFC网络上传输的多为模拟信号， 其信号在传输过程中易受干扰并产生衰减，故往往与设备终端及网管服务器之 间需要依靠协议转换器作为中间转接站，而通常的协议转换器只能起到数据的 传输作用，随着HFC网络容量的不断增大，其网络上常常需要架设不同标准、 制式的各类网络设备，由于以往的协议转换器本身并不具备对HFC网络设备终 端的实时检测功能，更无法保存各网络设备终端的实时状态， 一旦网络设备容 量大到一定程度。必定会产生海量数据， 一是网络传送数据的能力有限，二是 网管服务器难以实时处理海量的数据。目前的网管系统难以稳定可靠的管理越 来越复杂，越来越多的HFC网络设备需要管理，而市面上缺乏一种有效的符合 实时要求的检测控制系统，对大容量的HFC网络设备也尚无一个合理有效的检 测管理方法，已无法满足社会进步的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种应用于HFC网络，具备实时 检测并存储相应设备工作状态功能及与整个控制过程中采用数字信号传递的基 于HFC网络设备的实时检测控制系统及其检测控制方法。
本发明的目的是这样实现的 一种基于HFC网络设备的实时检测控制系统， 其改进之处在于它包括用于实时检测、控制HFC网络设备的实时控制检测装 置及其上层完成控制管理的网管服务器，其中实时控制检测装置包括
中央处理器模块，用于核心算法的实现，中央处理器将来自HFC网络终端 设备的上行信号通过核心算法运算处理后与上层网管服务器间进行数据交 互并将相应控制指令下行至的光发射机后于HFC网络将该消息进行广播； 以太网模块，用于提供接口及协议转换，使得中央处理器可接入IP以太网 中并与其上层的网管服务器完成数据交互；
UART接收功能模块，用于接收经实时数字解调功能模块解调后的解调数字 信号并将其转换后传送至中央处理器；
实时数字解调功能模块，用于实时的对上行通道送来的信号进行数字解调；
信号预处理模块，用于将上行通道的高频信号经过载波、滤波等相应处理
后还原为低频的原始基带信号后输出至实时数字解调功能模块；
混合器，用于同时接收多路上行通道信号，并将多路信号进行混合后送至
信号预处理模块；
UART发送功能模块，用于将来自中央处理器的控制指令转换后送至数字调 制功能模块；
数字调制模块，用于将UART发送功能模块送来的数字信号直接调制成中频 信号并传送至分配器；分配器，用于将调制后的信号分配发送至HFC网络中的光发射机，后通过 光发射机于HFC网络中将该控制信号广播；
所述实时检测控制系统还包括客户端，客户端与网管服务器通过IP网相连，
用于为运营商端提供WEB服务的界面；
所述实时控制检测装置中的数字调制模块采用的是DDS调制方式； 所述实时控制检测装置中的UART接收与发送功能模块及实时数字功能解调
模块均由FPGA来玩成；
实时控制检测装置中的中央处理器为DSP;
一种基于HFC网络设备的实时检测控制方法，其改进之处在于将实时检 测控制装置的信号输入输出端接入相应HFC网络中，其控制端与网管服务器相 连；
具体检测控制方法步骤如下
a) 、对需监控的对象终端设备进行登记注册；
b) 、以遍历方式对已注册的终端设备进行访问；
c) 、向本次访问的终端设备发送获取实时工作参数的检测指令；
d) 、等待终端设备回馈，若无回馈，重复步骤c;
e) 、获取终端设备实时工作参数数据并存储；
f) 、对终端设备上行的实时工作参数进行逐项分析；
g) 、判断该实时参数是否过设备注册时的相应配置标准；
h) 、若无超标，则重新向终端设备发送实时工作参数检测指令，检测下一 时段设备实时工作参数；若超标则组织生成报警数据包，并通过S丽P协议 将该报警数据包发送至网络服务器；
所述步骤a的注册准备流程中包括a) 、通过HFC网络发送终端设备允许注册包
由RF方式于HFC网络中以广播形式发送允许终端设备注册的指令包；
b) 、终端设备上行相应信息进行登记
HFC网络中尚未注册的终端设备将其自身相应配置信息打包(如设备的自身 属性、支持工作参数、物理地址等)上行至检测控制装置；
c) 、为终端设备进行登记注册
实时检测控制装置将为每个登记注册的终端设备分配唯一标识；
d) 、登记完成并存储
实时检测控制装置将注册完成通知下行至终端设备，同时将注册的终端设 备配置信息按照通道号与分配的唯一标识存入相应配置信息空间； 所述步骤e后还包括终端设备管理； 所述终端设备管理包括如下步骤
a) 、接收并解析来自网管服务器下发的对网络设备的控制指令；
b) 、生成相应HFC网络协议控制命令，通过RF方式下行广播；
c) 、相应终端设给接收命令；
d) 、相应终端设备完成命令处理并将控制结果上行反馈至实时检测控制装 置；
e) 、实时检测控制装置将反馈信息打包形成符合SNMP协议的信息包；
f) 、实时检测控制装置经由IP网络将该S丽P信息包送至网管服务器。 相比于常见的基于HFC网络设备的检测控制装置，本发明的有益效果在于
实时检测控制装置部分采用了基于DSP与FPGA技术的头端控制器与终端设备、 网管服务器的开放式的网络架构，解决了目前网管系统通讯数据量大，网管服 务器负荷重，难以实时管理庞大的网络设备等技术难题，且装置中整个信号传递采用了数字信号处理方式，与传统的模拟技术相比，数字技术能很好的解决 频漂问题，系统在高温恶劣环境中运行，网络信号中存在较大地噪声信号，该 数字解调技术也能保证准确地解调，减少通讯的误码率，使得头端控制器够准 确的接收数据，从而极大地提高了系统的抗干扰能力，进而提高了系统的稳定性。
本发明还提出了一种适用于上述检测控制系统的基于HFC网络设备的检测 控制方法，其有益效果在于当HFC网络中的终端设备于实时检测控制装置上完 成注册后，检测控制装置即可处理网管服务器对前端本身的工作状态的査询， 还可接收并处理来自上层网管服务器下发的各种GET、 SET等命令，对被管理设 备进行远程控制。如对已经注册的HFC网络上的终端设备的上行频率，下行频 率，功率，频偏，工作方式等参数的设置修改等操作，此外该控制装置还会对 被管理的HFC网络的终端设备进行实时检测，并对该终端设备的实时状态数据 信息进行存储，同时完成监控任务，监控对被管理设备运行状态是否达到预警， 一旦被管理设备的运行状态异常，立即向网管服务器发送告警信息并告警。此 外整个实时检测控制装置还支持网管软件通过S丽P协议(简单网络管理协议)对 前端本身进行管理，整个系统支持远程下载与在线升级，能及时地给头端控制器 进行软件升级，可以及其方便的进行在线维护。
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明实时检测控制系统总构成图。
图2为本发明实时检测控制系统的总模块构成示意图。
图3为本发明实时检测控制系统中实时检测装置具体实 例的模块构成图。图4为本发明的实时检测装置的信号预处理模块构成图。
图5为本发明的实时检测装置的实时数字解调及UART数据接受模块构成图。
图6为本发明的实时检测装置的UART数据发送模块构成图。
图7为本发明的实时检测装置的数字调制模块构成图。
图8为本发明的实时检测控制方法的总控制流程图。
图9为本发明的实时检测控制方法的终端设备注册准备流程图。
图10为本发明的实时检测控制方法的终端设备管理流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细描述。 如图1所示，本发明公开了一种基于HFC网络设备的实时检测控制系统， 它由设置于HFC网络上的实时控制检测装置及其上层网管服务器及客户端组成， 根据所需监控HFC网络设备数量的多少，可配置若干台实时控制检测装置，该 装置主要用于完成对HFC网络上的各设备进行实时的检测及控制；网管服务器 则通过IP以太网与实时控制检测装置完成连接通讯，其一方面通过下挂的实时 控制检测装置对己注册的HFC网络上的终端设备进行控制及管理，另一方面将 实时控制检测装置检测所得HFC网络设备的相应运行参数进行存储；客户端与 网管服务器通过IP网相连，根据用户需要可于IP网上分布设置若干台客户端， 用于为运营商端提供WEB服务的界面对网管服务器进行操控。
参见图2为实时控制检测系统所包括的功能模块示意图，其包括 中央处理器模块，用于核心算法的实现，中央处理器将来自HFC网络终端 设备的上行信号通过核心算法运算处理后与上层网管服务器间进行数据交互并将相应控制指令下行至的光发射机后于HFC网络将该消息进行广播； 以太网模块，用于提供接口及协议转换，使得中央处理器可接入IP以太网 中并与其上层的网管服务器完成数据交互；
UART接收功能模块，用于接收经实时数字解调功能模块解调后的解调数字 信号并将其转换后传送至中央处理器；
实时数字解调功能模块，用于实时的对上行通道送来的信号进行数字解调；
信号预处理模块，用于将上行通道的高频信号经过载波、滤波等相应处理
后还原为低频的原始基带信号后输出至实时数字解调功能模块；
混合器，用于同时接收多路上行通道信号，并将多路信号进行混合后送至
信号预处理模块；
UART发送功能模块，用于将来自中央处理器的控制指令转换后送至数字调 制功能模块；
数字调制模块，用于将UART发送功能模块送来的数字信号直接调制成中频 信号并传送至分配器；
分配器，用于将调制后的信号分配发送至HFC网络中的光发射机，后通过 光发射机于HFC网络中将该控制信号广播； 网管服务器，用于完成对检测控制装置进行控制操控管理； 用户端，用于为运营商端提供WEB服务的界面对网管服务器进行操控。 如图3，在本具体实施例中的实时检测控制系统中实时检测装置采用了 DSP 做为中央处理器，装置中的UART接收与发送功能模块及数字解调模块由FPGA 整合实现，于FPGA的I/O 口上设置了 32路的数字解调输入端，对应的外部设 有32路信号预处理模块及混合器，每路混合器均可接收来自HFC网络的8台终 端设备的信号，由此可见，实施例中的检测控制装置可实现同时管理多台终端设备的目的，且单台装置最多可管理256台终端设备。
检测控制装置中的信号预处理模块功能如图4所示，经过混合器将多路上 行通道信号混合厚的信号在输入后，首先对其进行信道滤波，从而将有用的信 令频段信号从接收的宽带信号中抽取出来，然后对抽取出的信令频段信号在信 号预处理模块的模拟电路中进行信号放大，所得的中频信号经过基带滤波进行
信号分离再放大后形成待解调数字信号输入FPGA中进行解调。
参见图5为实时检测装置的由FPGA实现的实时数字解调及UART数据接受 模块示意图，FPGA对输入的待解调数字信号在同步时钟的驱动下对其进行定时 判决，得到基带数字信号从而转换为适合数字解调器的频段，然后于FPGA中该 基带数字信号在接收Baud (波特率)发生器控制下，逐一送入移位寄存器中， 直至接收到一帧数据后，在uart控制器将接收的一帧数据送入接收缓冲器中， 接收缓冲器再送入接收缓冲区中，整个过程中直到接收到一个完整的数据包后， 通知中央处理器(DSP)读取相应数据包。
如图6为实时检测装置的由FPGA实现的UART数据发送模块示意图，首先 中央处理器(DSP)将需要发送的数据包写入FPGA的发送缓存区中，接着该数 据包推送至发送缓冲器中，在UART控制器操控下将要发送的并行数据送入移位 寄存器，在发送Baud(波特率)发生器控制下，移位寄存器逐一发送位数据，直到 发送完成一个完整的数据包。
图7所示为实时检测装置的数字调制模块示意图，该数字调制模块采用了 先进的直接数字合成调制技术(DDS调制)，使用数字fsk调制方式，在微控制器 的控制下把经FPGA发送来的数据直接调制为中频信号，由于在调制前，对基带 信号进行了了高斯滤波处理，在dss调制后其信号具有相位连续，频率分辨率 高，波形性能好的特征，经DSS调制后的中频信号通过带通滤波器，过滤高次杂波后输入功率放大单元，然后再经过可编程功率器二级放大，带通滤波后最
终通过RF方式由下行通道发射信号发送出去。通过该数字调制模块结合由FPGA
实现的高质量数字信号解调及相应数字信号的发送与接受，可使得最终形成的 下行通道发射信号具有带负载能力强，稳定可靠的特点，且控制信号的频谱纯
净，无杂波。
由此可见，本实时检测控制系统，其实时检测控制装置部分采用了基于DSP 与FPGA技术的头端控制器与终端设备、网管服务器的开放式的网络架构，解决 了目前网管系统通讯数据量大，网管服务器负荷重，难以实时管理庞大的网络 设备等技术难题。极大的提高了组网的灵活性，减少了设备的通讯量，极大的 提高了通讯效率。减轻了网管服务器的负荷，增大了网管系统的容量。此外采 用了 DSP处理技术，在硬件设计上由于采用了先进的DSP信号处理器，可以直 接对线路信号进行软件处理，这样就避免了在接入不同地区的不同标准或制式 网络中带来的不兼容问题。同时采用了FPGA技术对调制信号进行数字解调，与 传统的模拟解调技术相比，数字解调技术能很好的解决频漂问题，系统在高温 恶劣环境中运行，网络信号中存在较大地噪声信号，该数字解调技术也能保证 准确地解调，减少通讯的误码率，使得头端控制器够准确的接收数据，从而极 大地提高了系统的抗干扰能力，进而提高了系统的稳定性。
实际应用时，整实时检测控制装置中采用的是POLLING和ALOHA结合的通 讯算法，采用该算法的好处是于正常情况下系统可根据用户的要求实时或定时 获取被监控设备的状态，而当被监控终端设备出现异常情况时，可主动向网管 服务器发送告警信息，具有极快的异常情况反应能力。新的通讯算法提高了通 讯效率和通讯能力，在正常情况下，每个网管服务器可管理更多的被监控设备。
整个系统较以前技术，拥有前向纠错等功能，达到在要求较高的通信情况下，信道载噪比必须达到20分贝以上才能正确通信的要求。为了让产品可在极 其恶劣的条件下工作，产品设计在原标准的基础上增加了加扰/解扰，交织/解
交织，CRC和FEC编/解码等技术。采用这些技术后，即使在信道载噪比为5分 贝条件下，系统也可正常工作，该方案既提供了正常情况下的网管系统设备间 的兼容性，又解决了异常情况或恶劣条件下网管系统的存活能力和可靠性。
如图8-9所示，本发明还公开了一种适用于上述实时检测控制系统的基于 HFC网络设备的实时检测控制方法，首先将实时检测控制装置的信号输入输出端 接入相应HFC网络中，其控制端与网管服务器相连；
实时检测控制装置的方法，首先要求终端设备向实时检测控制装置(头端) 注册，然后头端即可完成实时检测终端设备运行工作参数，终端设备运行工作 参数数据存储、终端设备数据处理及终端设备管理控制。
其具体步骤如下
具体检测控制方法步骤如下
a)、对需监控的对象终端设备进行登记注册；
aa) 、通过HFC网络发送终端设备允许注册包
由RF方式于HFC网络中以广播形式发送允许终端设备注册的指令包；
ab) 、终端设备上行相应信息进行登记
HFC网络中尚未注册的终端设备将其自身相应配置信息打包(如设备的 自身属性、支持工作参数、物理地址等)上行至检测控制装置；
ac) 、为终端设备进行登记注册
实时检测控制装置将为每个登记注册的终端设备分配唯一标识；
ad) 、登记完成并存储
实时检测控制装置将注册完成通知下行至终端设备，同时 注册的终端设备配置信息按照通道号与分配的唯一标识存入相应配置信息空 间；
b)、以遍历方式对已注册的终端设备进行访问；
C)、向本次访问的终端设备发送获取实时工作参数的检测指令；
d) 、等待终端设备回馈，若无回馈，重复步骤C;
e) 、获取终端设备实时工作参数数据并存储；
f) 、对终端设备上行的实时工作参数进行逐项分析；
g) 、判断该实时参数是否过设备注册时的相应配置标准；
h) 、若无超标，则重新向终端设备发送实时工作参数检测指令，检测下一 时段设备实时工作参数；若超标则组织生成报警数据包，并通过S丽P协议 将该报警数据包发送至网络服务器。
参见图IO，其中上述步骤e后还包括终端设备管理，它包括如下步骤-
a) 、接收并解析来自网管服务器下发的对网络设备的控制指令；
b) 、生成相应HFC网络协议控制命令，通过RF方式下行广播；
c) 、相应终端设给接收命令；
d) 、相应终端设备完成命令处理并将控制结果上行反馈至实时检测控制装 置；
e) 、实时检测控制装置将反馈信息打包形成符合S丽P协议的信息包；
f) 、实时检测控制装置经由IP网络将该S丽P信息包送至网管服务器。 综上所述，整个实时检测控制方法的流程如下，首先实时检测控制装置向
网管服务器(丽S)请求注册自己。接收网管服务器下发的配置信息，HFC网络 上的终端设备于实时检测控制装置上完成注册后，检测控制装置即处理网管服务器对前端本身的工作状态的查询，还可接收并处理网管服务器发下来的命令
来自上层网管服务器的各种Get， Set等指令，对被管理设备进行远程控制。如 对已经注册的HFC网络上的终端设备的上行频率，下行频率，功率，频偏，工 作方式等参数的设置修改等操作，此外该控制装置还会对被管理的HFC网络的 终端设备进行实时检测，并对该终端设备的实时状态数据信息进行存储，同时 完成监控任务，监控对被管理设备运行状态是否达到预警， 一旦被管理设备的 运行状态异常，立即向网管服务器发送告警信息并告警。此外整个实时检测控 制装置还支持网管软件通过S丽P协议(简单网络管理协议)对前端本身进行管理， 整个系统支持远程下载与在线升级，能及时地给头端控制器进行软件升级，可 以及其方便的进行在线维护。
权利要求
1、一种基于HFC网络设备的实时检测控制系统，其特征在于它包括用于实时检测、控制HFC网络设备的实时控制检测装置及其上层完成控制管理的网管服务器，其中实时控制检测装置包括中央处理器模块，用于核心算法的实现，中央处理器将来自HFC网络终端设备的上行信号通过核心算法运算处理后与上层网管服务器间进行数据交互并将相应控制指令下行至的光发射机后于HFC网络将该消息进行广播；以太网模块，用于提供接口及协议转换，使得中央处理器可接入IP以太网中并与其上层的网管服务器完成数据交互；UART接收功能模块，用于接收经实时数字解调功能模块解调后的解调数字信号并将其转换后传送至中央处理器；实时数字解调功能模块，用于实时的对上行通道送来的信号进行数字解调；信号预处理模块，用于将上行通道的高频信号经过载波、滤波等相应处理后还原为低频的原始基带信号后输出至实时数字解调功能模块；混合器，用于同时接收多路上行通道信号，并将多路信号进行混合后送至信号预处理模块；UART发送功能模块，用于将来自中央处理器的控制指令转换后送至数字调制功能模块；数字调制模块，用于将UART发送功能模块送来的数字信号直接调制成中频信号并传送至分配器；分配器，用于将调制后的信号分配发送至HFC网络中的光发射机，后通过光发射机于HFC网络中将该控制信号广播。
2、 如权利要求1所述的基于HFC网络设备的实时检测控制系，其特征在于所述实时检测控制系统还包括客户端，客户端与网管服务器通过IP网相连，用 于为运营商端提供WEB服务的界面。
3、 如权利要求1所述的基于HFC网络设备的实时检测控制系，其特征在于: 所述实时控制检测装置中的数字调制模块采用的是DDS调制方式。
4、 如权利要求1所述的基于HFC网络设备的实时检测控制系，其特征在于: 所述实时控制检测装置中的UART接收与发送功能模块及实时数字功能解调模块 均由FPGA来玩成。
5、 如权利要求1所述的基于HFC网络设备的实时检测控制系，其特征在于: 实时控制检测装置中的中央处理器为DSP。
6、 一种基于HFC网络设备的实时检测控制方法，其特征在于将实时检测 控制装置的信号输入输出端接入相应HFC网络中，其控制端与网管服务器相连;具体检测控制方法步骤如下a) 、对需监控的对象终端设备进行登记注册；b) 、以遍历方式对已注册的终端设备进行访问；C)、向本次访问的终端设备发送获取实时工作参数的检测指令；d) 、等待终端设备回馈，若无回馈，重复步骤C;e) 、获取终端设备实时工作参数数据并存储；f) 、对终端设备上行的实时工作参数进行逐项分析；g) 、判断该实时参数是否过设备注册时的相应配置标准；h) 、若无超标，则重新向终端设备发送实时工作参数检测指令，检测下一 时段设备实时工作参数；若超标则组织生成报警数据包，并通过S丽P协议 将该报警数据包发送至网络服务器。
7、 如权利要求6所述的基于HFC网络设备的实时检测控制方法，其特征在于所述步骤a的注册准备流程中包括a) 、通过HFC网络发送终端设备允许注册包由RF方式于HFC网络中以广播形式发送允许终端设备注册的指令包；b) 、终端设备上行相应信息进行登记HFC网络中尚未注册的终端设备将其自身相应配置信息打包(如设备的自身 属性、支持工作参数、物理地址等)上行至检测控制装置；c) 、为终端设备进行登记注册实时检测控制装置将为每个登记注册的终端设备分配唯一标识；d) 、登记完成并存储实时检测控制装置将注册完成通知下行至终端设备，同时将注册的终端设 备配置信息按照通道号与分配的唯一标识存入相应配置信息空间。
8、 如权利要求6所述的基于HFC网络设备的实时检测控制方法，其特征在 于所述步骤e后还包括终端设备管理。
9、 如权利要求8所述的基于HFC网络设备的实时检测控制方法，其特征在 于所述终端设备管理包括如下步骤a) 、接收并解析来自网管服务器下发的对网络设备的控制指令；b) 、生成相应HFC网络协议控制命令，通过RF方式下行广播；c) 、相应终端设给接收命令；d) 、相应终端设备完成命令处理并将控制结果上行反馈至实时检测控制装 置；e) 、实时检测控制装置将反馈信息打包形成符合SNMP协议的信息包；f) 、实时检测控制装置经由IP网络将该S丽P信息包送至网管服务器。
全文摘要
本发明提供了一种基于HFC网络设备的实时检测控制系统及其检测控制方法，其中实时检测控制装置由用于实时检测、控制HFC网络设备的实时控制检测装置及其上层完成控制管理的网管服务器和客户端构成，实时检测控制装置部分采用了基于DSP与FPGA技术进行全数字信号传输通过相应检测控制方法，当HFC网络中的终端设备于实时检测控制装置上完成注册后，检测控制装置即可处理网管服务器对前端本身的工作状态的查询，还可接收并处理来自上层网管服务器下发的各种GET、SET等命令，对被管理设备进行远程控制。与传统相比，整个检测控制过程中，更好的解决了频漂及误码率问题，使得系统可在高温恶劣环境中运行，即使网络中存在较大噪声信号，依然能保证准确检测控制。
文档编号H04L12/24GK101662381SQ20081021405
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月26日 优先权日2008年8月26日
发明者何宏云, 卜毅龙, 张松柏, 章仁义 申请人:深圳市同迈盛世科技有限公司