专利名称：计算机网基次群链路故障检测系统及方法
技术领域：
本发明属于计算机检测技术领域，特别涉及一种计算机网基次群(E1)链路故障检测系统及方法。
背景技术：
在电信网络以及军用指挥自动化网络中，网络拓扑采用了树型拓扑或分层结构的其他形式拓扑，在网络中大量使用基次群(E1)链路作为与上级网络相连接的接入链路。在实践中，E1接入链路由电缆，调制解调器，路由器端口和加解密设备组成。在网络运行过程中出现了E1接入链路故障发现时间长，故障处理时间长的问题，其原因在于故障的发现和处理过程都是人工过程。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种计算机网E1链路故障检测系统及方法，其结合了电缆状态检测和流量检测。
本发明系统包括电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块、电源、交换机或集线器、监控终端，其中电缆检测单元与E1网络连接，逻辑判断单元分别与电缆检测单元、以太网模块相连，交换机或集线器分别与以太网模块、监控终端相连，电源为电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块供电，如图1所示；由电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块组成的硬件装置连结于外网链路和本地网链路之间，监控终端连接与本地局域网内。
本发明的电路原理如图4所示，其中电缆检测单元选用比较器MAX9012，逻辑判断单元选用单片机AT89C51，以太网模块选用基于RealTek8019和MAX232的RS232或MAX490的RS485——二选一以太网转换模块。比较器U7的管脚1通过电阻R72和电缆相连，比较器U6的管脚1通过电阻R62和电缆相连，U7的管脚7连接到计数器U9的管脚14，U6的管脚7连接到计数器U8的管脚14，U8、U9的管脚8均连接到二选一开关S1上，S1的四个选择端分别与单片机U51的管脚12、13、14、15相连。单片机10脚、11脚通过二选一开关S5与串口通讯芯片U10的12脚、11脚或串口通讯芯片U49的2脚、3脚相连，U10的管脚13、14分别与插口232的3、2孔相连，U49的管脚5、6、7、8分别与插口485的2、6、7、3孔相连。插口232、485与交换机串口相连，交换机通过以太网电缆与监控终端相连。
本发明的硬件装置工作过程如图2所示，包括以下步骤(1)、硬件装置初始化；(2)电缆检测单元将电缆上的信号与基准电压V1、V2相比较；(3)、逻辑判断单元根据比较结果判断电缆是否有故障；(4)、有故障时，逻辑判断单元通过以太网模块、交换机向监控终端发送电缆故障报文；无故障时，则电缆检测单元继续取电缆信号进行比较，返回步骤(2)。
本发明中至少存在一台作为监控终端的PC机，PC机中嵌入监控软件，PC机通过以太网电缆与交换机相连。交换机(路由器)必须具备至少两个可用的E1接口，如果目标网络是交换式以太网还需要以太网交换机具有端口汇聚功能。监控软件基于WIN2K/XP操作系统，采用VC++6.0和MFC4.2编程，内存不小于128MByte；剩余硬盘空间20MByte以上。监控软件流程如图3所示。
在基于TCP/IP的计算机网络中，最常见的故障检测方法就是利用ICMP报文，即使用PING命令进行故障诊断。在计算机网基次群链路故障检测系统中，由于故障判定需要由机器来完成，因此若要使系统能够快速准确的判定故障就需要频繁发送ICMP报文，并能够根据路由器端口对于报文的响应来判定是否发生了故障。这种方案存在两方面的问题其一、故障判定时间取决于ICMP报文发送的频繁程度，即实时性要求越高，报文发送越频繁，这给网络带来了很大管理负担，对网络的正常工作性能有较大影响；其二、有些情况下，路由器即使没有故障也会不响应ICMP报文，此时就会产生误判。因此，引入了一种被称为“疑是故障”的中间状态，即首先通过检测电缆状态和流入局域网的流量来判断系统是否进入“疑是故障”的状态，然后再通过ICMP报文来确认是否发生了故障。
本发明系统故障检测的方法如图3所示，包括以下步骤(1)、监控软件初始化，然后设置网卡为混杂模式，对套接字进行初始化；(2)判断规定时间间隔内是否有外网段数据包；如果是，则进行步骤(3)；如果否，则进入步骤(4)，即进入“疑是故障”状态。
(3)判断监控终端是否收到电缆故障报告；如果收到电缆故障报告，则进入步骤(4)“疑是故障”状态；如果没有收到电缆故障报告，则返回步骤(2)。
(4)进入“疑是故障”状态，用ICMP报文确认故障，若ICMP报文得到应答则无故障，返回步骤(2)。
(5)故障定位，故障处理；返回步骤(2)。
这里需要说明的是ICMP报文的发送方式采取了以T为时间间隔，连续发送N个报文，只要得到一个正确应答就认为链路无故障的故障确认方法。其中的参数T和N应根据实际应用环境进行亍调试得到一个最佳值。
本发明的电缆故障探测方法简单易行；E1链路的故障判定方案在稳定性和实时生方面作出了很好平衡。
图1为硬件装置结构框图；图2为硬件装置控制流程图；图3为监控软件流程图；图4为本发明中的硬件装置电路原理图。
具体实施例方式
本发明的硬件装置如图4所示，检测过程包括以下步骤步骤一如图2所示，硬件装置初始化；步骤二电缆检测单元将电缆上的信号与基准电压相比较。此电路中基准电压V1是由可调电阻R73、电阻R74分压得到的，设置为+3.5V，输入比较器U7的反向输入端管脚2；电缆信号经可调电阻R72、电阻R71分压，输入U7的同相输入端1脚；U7的输出端7脚输出比较结果。比较器U6的基准电压V2设置为+2.5V，电路原理与上完全相同。V1、V2可根据实际情况设定。
电缆检测单元实施原理为，E1标准的电缆使用的是特征阻抗为50欧姆，Q9接头的同轴电缆，当收发双方阻抗匹配时，电缆上传送的数据是以幅度为2.75V，速率为2.048Mbps，占空比为1∶1的双向电脉冲形式存在的。如果有一端的负载脱落(即电缆断裂或者接口松动)，则电缆上的数据脉冲幅度变为4V，并持续一段时间(不同型号的路由器持续时间不同)，然后电脉冲消失。根据这一个特点，可以把电缆信号输入两个模拟比较器U7、U6，其基准电压分别设置为V1和V2，通过对比较器输出结果的逻辑判断可反映出电缆的工作状态。
步骤三逻辑判断单元根据比较结果判断电缆是否有故障。
发明中比较器U7的输出端7脚把比较结果输入计数器U9的输入端14脚，R75位上拉电阻；计数器U9的另一输入端1脚与它的一个输出端12脚短接，使计数器分频；另一路由U6与U8的组成电路工作原理与上述完全相同。计数器的两路输出U9的8脚、U8的8脚通过二选一开关S1选择工作方式中断或定时器工作模式，这两种工作模式都可完成电缆工作状态的逻辑判断。单片机根据比较器的输出结果通过软件判断电缆是否有故障。这里需要说明的是计数器只是起到分频、缓冲、降低对器件要求的作用，并不影响判定逻辑，其计数周期可根据实现方案的实际需要灵活选取。
步骤四有故障时，逻辑判断单元通过以太网模块、交换机向监控终端发送电缆故障报告；无故障时，则电缆检测单元继续取电缆信号进行比较，返回步骤二。以太网模块选用基于RealTek8019和MAX232的RS232或MAX490的RS485二选一以太网转换器。逻辑判断单元选用单片机AT89C51，二选一开关S1可选择与中断0管脚12、中断1管脚13或计时器T0管脚14、T1管脚15相连，即选择中断或定时器工作模式，这两种工作模式都可完成电缆工作状态的逻辑判断。单片机的收、发端10脚、11脚通过二选一开关S5与串口通讯芯片U10的输出端12脚、输入端11脚或串口通讯芯片U49输出端2脚、输入端3脚相连；U10的管脚13、14分别与插口232的3、2孔相连，U49的管脚5、6、7、8分别与插口485的2、6、7、3孔相连，插口232、485与交换机相连，可根据实际情况选择RS232或RS485协议，实现和监控终端之间的全双工通讯。
电路中计数器芯片、比较器芯片的电源与地之间用电容滤波。
本发明嵌入监控终端的监控软件执行的系统故障检测方法如图3所示，按以下步骤进行(1)、监控软件初始化，然后设置网卡为混杂模式，对套接字进行初始化；
(2)判断规定时间间隔内是否有外网段数据包；如果是，则进行步骤(3)；如果否，则进入步骤(4)，即进入“疑是故障”状态。
(3)判断监控终端是否收到电缆故障报告；如果收到电缆故障报告，则进入步骤(4)“疑是故障”状态；如果没有收到电缆故障报告，则返回步骤(2)。
(4)进入“疑是故障”状态，用ICMP报文确认故障，若ICMP报文得到应答则无故障，返回步骤(2)。
(5)故障定位，故障处理；返回步骤(2)。
权利要求
1.一种计算机网基次群链路故障检测系统，其特征在于该系统包括电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块、电源、交换机或集线器、监控终端，其中电缆检测单元与E1网络连接，逻辑判断单元分别与电缆检测单元、以太网模块相连，交换机或集线器分别与以太网模块、监控终端相连，电源为电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块供电；由电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块组成硬件装置连结于外网链路和本地网链路之间，监控终端连接于本地局域网内。
2.根据权利要求1所述的计算机网基次群链路故障检测系统，其特征在于所述的电缆检测单元选用比较器MAX9012，逻辑判断单元选用单片机AT89C51，以太网模块选用基于RealTek8019和MAX232的RS232或MAX490的RS232485——二选一以太网转换模块；比较器U7的管脚1通过电阻R72和电缆连接，比较器U6的管脚1通过电阻R62和电缆相连，U7的管脚7连接到计数器U9的管脚14，U6的管脚7连接到计数器U8的管脚14，U8、U9的管脚8均连接到二选一开关S1上，S1的四个选择端分别与单片机U51的管脚12、13、14、15相连；单片机的10脚、11脚通过二选一开关S5与串口通讯芯片U10的10脚、11脚或串口通讯芯片U49的2脚、3脚相连，U10的管脚13、14分别与插口232的3、2孔相连，U49的管脚5、6、7、8分别与插口485的2、6、7、3孔相连；插口232、485与交换机相连；插口232、485与交换机串口相连，交换机通过以太网电缆与监控终端相连。
3.权利要求1所述的计算机网基次群链路故障检测系统，其特征在于所述的电缆检测过程按以下步骤执行(1)、硬件装置初始化；(2)、电缆检测单元将电缆上的信号与基准电压相比较；(3)、逻辑判断单元根据比较结果判断电缆是否有故障；(4)、有故障时，逻辑判断单元通过以太网模块、交换机向监控终端发送电缆故障报告；无故障时，则电缆检测单元继续取电缆信号进行比较，返回步骤(2)。
4.权利要求1所述的计算机网基次群链路故障检测系统的检测方法，其特征在于该系统的检测按以下步骤进行(1)、监控软件初始化，然后设置网卡为混杂模式，对套接字进行初始化；(2)判断规定时间间隔内是否有外网段数据包；如果是，则进行步骤(3)；如果否，则进入步骤(4)，即进入“疑是故障”状态；(3)判断监控终端是否收到电缆故障报告；如果收到电缆故障报告，则进入步骤(4)“疑是故障”状态；如果没有收到电缆故障报告，则返回步骤(2)；(4)进入“疑是故障”状态，用ICMP报文确认故障，若ICMP报文得到应答则无故障，返回步骤(2)；(5)故障定位，故障处理；返回步骤(2)。
全文摘要
一种计算机网基次群链路故障检测系统，包括电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块、电源、交换机或集线器、监控终端，其中电缆检测单元与E1网络连接，逻辑判断单元分别与电缆检测单元、以太网模块相连，交换机或集线器分别与以太网模块、监控终端相连，电源为电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块供电；由电缆检测单元、逻辑判断单元、以太网模块组成硬件装置连接于外网链路和本地网链路之间，监控终端连接于本地局域网内。该系统及其测试方法在稳定性和实时性方面作出了很好平衡，尤其电缆故障探测方法简单易行。
文档编号H04L12/56GK101087216SQ20071001139
公开日2007年12月12日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者刘书生, 张高原, 潘学俊, 钱东瑜, 宋经平, 张洪元, 杨国联, 田勇, 刘立胜, 孟艳梅, 杨玉春 申请人:东北大学, 中国人民解放军65047部队