[科普中国]-通用接口适配器

简介

接口适配器作为自动测试系统的重要组成部分，是待测设备与测试仪器之间的桥梁。目前，大部分测量仪器是可以通用的，而接口适配器是专用的，如果1个待测对象对应1个接口适配器，就会使接口适配器种类繁多、测试系统庞大，造成资源浪费。而使用通用接口适配器，用户可通过测控计算机控制矩阵开关自动切换以适应不同的测试对象，从而实现1个测试系统对应多个测试对象的目的，解决接口适配器重复开发的问题。1

常用接口适配器FC型光适配器这种连接器最早是由日本NTT研制。FC是FERRULECONNECTOR的缩写，表明其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针（PC），而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。

SC型光纤适配器这是一种由日本NTT公司开发的光纤连接器。其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，。其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。ST和SC接口是光纤连接器的两种类型，对于10BASE-F连接来说，连接器通常是ST类型的，对于100BASE-FX来说，连接器大部分情况下为SC类型的。ST连接器的芯外露，SC连接器的芯在接头里面。

双锥型适配器这类光纤连接器中最有代表性的产品由美国贝尔实验室开发研制，它由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。

DIN型光纤适配器这是一种由德国开发的连接器。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较小。

设计原则接口适配器是测试设备与待检测设备之间的信号枢纽，汇聚了大量的待检测信号，其功能是将待检测设备各个接口的信号通过不同的调理模块转接送至测量仪器。一般来说，通用接口适配器设计应遵循以下原则:

1)接口适配器设计应尽可能采用无源器件。有源器件受环境参数的影响更大，会增加测试结果的不确定性因素。

2)设计时应采用模块化、标准化设计，增加接口适配器的可靠性与可维护性。

3)能够实现待测设备与测试仪器之间的电器隔离，对测试系统具有一定的安全保护作用。

4)接口适配器中应包含必要的校准设计，对适配器所带来的测量误差能起到一定校准功能。

综合网管通用接口适配器随着网络规模的扩大和技术的进步,通信网络结构也越来越复杂。目前国内大多数业务提供商分别建立了各自的网络管理系统,这些网管系统之间相互割裂,遗留下管理信息不能互通、网管协议互不兼容等问题。因此需要建立一个能够在混合网络环境下支持混合网络资源管理、网络运行监控、网络优化和业务调度的综合网络管理系统,从全网的角度提高网络资源综合利用率,加强全网维护能力。要实现对多专业网络的综合管理首先需要将各个专业网管系统采集来的数据进行统一整合适配,所以构建一个通用的接口适配器是构建综合网管系统的基础。

软件设计原则设计一个功能齐全、易于维护、便于“捆绑插拔”的接口适配器,必须有一套具有高度复用性和灵活性的系统设计方法。将设计模式引入到网管项目开发中,可以设计出一套易于维护、复用度高的系统。在接口适配器设计中遵循如下的软件设计原则:

1)“开-闭”原则。一个软件实体应对扩展开放,对修改关闭。做到“开-闭”原则的关键在于抽象化。给出一个或多个抽象类或接口,规定出所有的具体类必须提供的方法的特征作为系统设计的抽象层。

2)里氏代换原则。任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充,是对实现抽象化的具体步骤的规范。

3)依赖倒转原则。要依赖于抽象,不要依赖于实现。

4)接口隔离原则。为客户端提供尽可能小的单独的接口,而不要提供大的总接口,使一个软件系统在功能扩展的过程当中,不会将修改的压力传递到其他的对象。

5)软件可移植性。适配器(Adapter)设计的目标是整个程序几乎可不做任何修改,就可以在各种平台上运行。2

系统实现1 接口适配业务流程

在大型网管系统中通常有多厂家协议接口,这些协议支持不同的厂商设备,或者它们可以处理由不同厂家对象产生的事件。为了保证网管系统之间的互通和互操作能力,提供协议发现功能模块来标识被管系统所支持的协议以及它们所能处理的操作和事件。一旦用户得到了协议的信息,就可以自动选择协议适配模块来适配命令和操作,并可以以统一的格式上报子系统的数据。

协议适配模块能够被发现,首先必须向平台框架登记。这通过该模块提供的两个接口方法注册和撤销注册来实现。这两个操作只作为组件功能的一部分,并不属于管理接口,从而可使服务与对象信息模型独立。一旦实现以后,协议发现模块不会因为对象信息模型的不同而发生改变,可用于Adapter平台集中管理系统中的所有协议模块。

2 协议发现功能模块

如图所示,Adapter进程启动时首先读取配置文件config.xml,配置文件中描述接入平台的网管系统接口适配所采用的技术,利用虚拟工厂模式生成相应的接口适配对象实例,并向注册中心注册该实例。如果有新的接口适配接入,Adapter进程可以在运行中reload(Configcfg),FindService可以根据配置文件到对象池中发现该协议的接口类,生成相应的代理类,通过动态代理类实现协议发现。

协议发现模块控制对象的创建,隔离客户端与需求创建的对象。当客户端需要创建某个对象时,它必须先创建一个特定的工厂,然后触发工厂对应的方法去创建实际的对象。这个模块提供了创建关联对象与对象组两个功能,主要用于配置管理的对象工厂的实现。系统的设计目标是跨越多个操作系统平台,系统中有少部分功能需要针对不同操作系统平台作不同地实现。由于Adapter进程一启动就需要创建实例,然而当运行时,这些对象必须保证是同一个平台的实现,因此采用桥接模式和抽象工厂模式,为每一种平台提供一个工厂以创建所有对象,保证对象间的关联。

3 接口适配实现技术

在网管系统互操作的双方接口不一致的情况下,需要识别双方接口的差异,并针对具体的接口差异来定制接口适配器,最直接的定制方法就是直接编程实现接口之间的转换过程,包括通信协议、数据语法表示、语义表示各个层面上的转换。其中,专业网管系统的北向接口由各厂商提供,接口采用的通信协议和信息模型有很大差异。有新的接口接入就需要重新编程实现,重复性比较大,不利于统一管理。2

自动测试系统通用接口适配器总体方案所有测试仪器均通过接口适配器与待测设备相连，当待测对象发生改变时，只需根据待测设备端口信号特性切换矩阵开关和更换相应的调理模块即可对其进行测试，进而大大提高系统的通用性和可扩展性。接口适配器主要由矩阵开关、数字信号调理模块和模拟信号调理模块组成。其主要功能是对数字、模拟等各种信号进行调理，使之满足测试仪器要求，同时也起到保护仪器安全的作用。其实现框图如图所示。

内部模块1)矩阵开关设计

矩阵开关是接口适配器的重要组成部分，担负着控制信号流向的任务，是实现自动测试与提高通用性的关键。图为待测端口到仪器端口映射过程示意图，其中A=(a1，a2，…，an)为待测端口，B=(b1，b2，…，bn)为仪器端口，L为A，B的映射关系，M为A，C的映射关系，N为C，B的映射关系。从图中不难看出，矩阵开关设计的关键在于映射关系M与映射关系N的确定。如果L已知，只需求得M或N任一映射关系，便可知另一映射关系。

2)模拟信号调理模块设计

模拟信号调理模块的主要作用是对模拟信号进行适当的调理，使其电压范围满足测量仪器输入电压要求。调理电路中采用了运算放大器芯片AD827。该芯片最高带宽为50MHz，芯片内部集成了2片运放，分别用来进行信号放大平移和衰减。模拟信号调理电路如图所示。

图中左半部为第1个环节，输入为V1，输出为V2，其作用是对微弱信号进行放大。右半部为第2环节，这个环节是信号衰减环节，其最大增益为1，通过调节电位器，可以将信号最小衰减为0。

3)数字号调理模块设计

数字信号调理模块采用SN74ABT16245作为驱动芯片，通过开关K1和K2可控制信号方向，如果T/R1和T/R2均为高电平，则信号方向为A0～A15到B0～B15；如果T/R1和T/R2均为低电平，则信号方向为B0～B15到A0～A15。数字信号调理电路如图所示。