一种HFC网络管理系统前端控制器

    摘要：本文介绍了一种由单片机控制的网络通信和管理系统。本系统可与PC机进行实时通信，并可对采集到的数据随时进行刷新存储。

    关键词：HFC  通信监控

引言

目前，随着我国有线电视（CATV）事业飞速发展，传统的有线电视网络正逐渐改变成为光纤同轴电缆混合网（HFC）。随着信息量的增长，HFC网的网络管理问题日益突出。本文介绍一种采用单片机作微处理的HFC网络前端管理系统前端控制器。在通信发展到光纤到户（FTTH）时可把数据直接调制到光纤中去，能较容易地实现网络升级。

本HFC网络管理系统主要是为了控制HFC网络上行信道噪声对通信质量的影响，而研制的一种用于HFC网络的上行信道进行干线放大器选通控制的双向中心装置系统。它主要是对多个用户终端的数据进行采集和处理，并对各个终端发出指令进行控制。能提供用户端机的温度、载波电平、信号电平、噪声、信噪比及其它一些控制和管理。在数据传输方面可根据网络建设情况选择通过有线电视线、电话线进行传输或用HFC网络和电话线结合传送数据。系统由两部分组成：前端控制器和用户端通信控制器。每个前端控制器最多可控制5000个用户端通信控制器。前端控制器通过轮询方式，寻址用户端通信控制器，接收用户端通信控制器送回的数据并进行处理。若确认该用户线路通信不正常，则前端控制器记下此用户端通信控制器的地址和发生时间，作为供外部查询时LCD显示和对延长放大器上行通道 进行关断或衰减增益的处理仪据。系统前端控制器功能主要有：

（1）登录功能：对各个用户端通信控制器原始信息的登录，包括一些指标的设置。

（2）监测功能：通过对地址相符的分支单元发出的信号进行监测和判断，确定通信可否，同时将载噪比的情况公平量通过LED十段显示。

（3）通信控制功能：此功能分手动和自动两种操作状态。手动是根据需要由操作员手动操作，指示用户端通信控制器对相应的放大器进行控制处理。而自动操作状态则由前端控制器依据通信状况自动对系统进行操作。

（4）信息存储功能：用外部扩展RAM存储相关信息，具有掉电保护功能。

（5）显示功能：通过键盘结合显示各项功能及信息。

系统硬件

系统硬件构成如图1。主要包括通信单元、中央处理单元、存储单元、实时时钟单元、显示单元、扩展数据输入输出口单元、数据调制解调单元等。

系统主控制单元

系统主控制单元为CPU2负责所有数据的采集与处理，其主要任务包括产生片选信号；读、写调制解调部分电路的输入输出数据；控制LCD显示单元的显示状态；负责判别键盘的输入信号；系统的读、写控制信号；通过扩展输入输出单元控制调制解调单元、指示灯、蜂鸣器等；确定RAM高位地址线的状态；另外由于CPU1和CPU2共用一个RAM，因此还要有确定系统存储器RAM控制权的通信控制信号。

实时通信单元

本系统使用一个专门的处理器CPU1与计算机进行实时通信。CPU1加电后即进入与计算机串行通信状态。操作为员可通过计算机发出的指令对存储器的内容进行读取或修改（主要是地址信息、工作状态等），也可以对整个系统进行操作。由于系统共用一个RAM，因此，任一个处理器若要使用RAM必须先确立其控制权。在一个CPU需要与系统RAM通信时，必须先判别RAM的控制权。若另一个CPU正在与RAM通信，则应等待其结束当前通信，让出RAM的控制权之后，再进行通信。任一个CPU在与RAM通信结束之后必须让出RAM的控制权。其连接如图2。

其中e1为CPU1的工作状态信号线，向CPU2表明其工作状态。e2为CPU2的工作状态信号线，向CPU1表明其是束正在使用RAM。而e1-2为它们之间工作状态转换的控制信号线。

系统实时时钟单元

系统实时时钟由时钟芯片及其外围电路组成。当主处理器CPU2通过片选元件送出时钟芯片选通信信号后，系统可通过CPU2的P0口设置时钟初值，启动时钟芯片工作，为整个系统提供一个实时时钟。在必要时，可由系统读出当前时间为系统数据做出时间标签，更新系统数据库，以便故障定位。

显示单元

显示单元包括LCD显示器和LED输入输出数据状态显示以及接收电平显示模块。LCD显示单元为系统提供一个可供观察的平台。它可以显示系统当前的工作状态，键盘的输入值也可为系统查询提供直观的显示。为避免硬件冲突，它需由片选元件提供片选信号。输入输出数据LED显示表明系统是否正在接收或发送数据。而接收电平显示模块则直观地显示接收信号的电平值。

扩展数据输入输出单元

扩展数据输入输出口为网络管理系统的主要部分。主控制器CPU2通过它实现与终端设备的通信。系统利用扩展输入输出单元的定时输出线作为蜂鸣器的输入线。在使用电话线传送数据时它可根据需要发出各种声音如拨号音、回铃音、忙音、告警音等，也可由另一条扩展输出线来控制电话信令信号以决定是否让其接通蜂鸣器。在一般情况下蜂鸣器只发出告警音。另外利用扩展输出线来驱动两个LED，以识别系统是否正在接收或发送数据及控制接收电平显示模块。此外由扩展输入线连通手动控制开关来实现多种通信方式的选择。另上由多条扩展输入输出线作为调制解调单元的控制信号线。

调制解调单元

本单元分为接收和发射两部分。系统由两个手动控制开关来实现电话线、电缆、电缆前传一电话线后传三种通信方式的选择。

电话传送方式

本方式使用一个MODEN电话调制器调器，包括一个音频信号发生器和一个线缆调制解调器（一般只需用低速率的线缆调制解调器）组成。其中音频信号发生器的先通信号线、时钟和数据线及低速率线缆调制解调器的三条控制信号线及MODEN单元的摘机控制信号线均由扩展输入输出单元提供。线缆调制解调器的输入数据由主控制器CPU2提供，其输出数据直接送给CPU2处理。这种传送方式一般在用户端的上行噪声过大而无法利用电缆进行传送时使用。

电缆传送方式

这种传送方式利用HFC网络的电缆传送数据。因此数据需调制到较高频带。此部分使用一个可编程双锁相环频率合成器及一个低功率窄带FM接收机来实现对发送和接收数据的调制。首先需对锁相进行编程同，确定其接收和发送的频率锁定值。由于HFC网络的后向通道噪声比较大。一般需要设置可自动倒换的一另一通道。我们在接收端各端设置两个可供选择的频率，不传数据的频率可作为不送信号时（静默状态）的噪声检测。两个频率可根据需要进行倒换。从单片机送来的数据经调制、放大后发送出去。接收数据先经两级放大后输入低功率窄带FM接收机进行解调后输出一个限幅的音频信号，此信号经门限电路比较输出数字信号。数据送到单生机进行处理。这种调制方式只需用三条扩展输出线来设定锁相环的频率。这种传送方式在电缆性能比较优良、噪声较小时使用。

电缆前传-电话线后传传送方式

这种方式是根据光纤同轴电缆混合网上行通道噪声远大于下行噪声的网络特点而设计的。在网络信道噪声比较大的上行通道用电话线进行传输，而在噪声较小的下行通道仍用光纤由轴电缆混合网络进行传输。

软件设计

本系统的系统软件由两个主模块和四个子模块组成。其中CPU2主模块为系统主控制单元对系统接收到的数据进行处理，同时对各个端机发出指令。CPU1主模块为实时通信单元程序模块。其总体结构如图3所示。

其中，通信控制子模块首先判断所要通信的用户端机（单地址、范围或组别等）的工作状态（是否删除、放大器状态、通信好环）确定确定需要通信的用户端机。然后通过发送该用户端机的地址信息（电话传送方式则拨打该地址的电话号码）与该用户端机建立联系，接收用户端机的温度、信号电平、噪声、信噪比等数据并记录当前时间以作为该地址的最新通信时间。此外单地址参数设定包括：电话号码、工作状态和地址设置。

结语

本系统采用专门的CPU1作为与PC机进行实时通信的通信控制单元，确保了系统与PC机的实时通信和数据库数据的刷新。本系统还采用一个实时时钟以记录数据的刷新时间，方便查阅和故障定位。此外本系统使用一个带背光的LCD显示器在无PC机时也可显示系统运行。特别是本系统采用多种数据传输方式，可适应于不同的网络，组网比较灵活。本系统在进行数据传送时，反向信道可自动切换传输频率，在系统噪声不稳定时具有很大的优越性。本系统每个主机可带5000个端机，可以满足HFC网络故障点管理的一般需要。

若对用户端机加以改进扩展，使其能收集有线电视用户的其他用户信息（如水电煤气的用量等信息），则本系统只需在用户端要几主机之间的通信信息加上家庭用户地址字节和数据字节。这样，本系统功能就可以得到较大的扩展和完善。