谈数据通信网网元拓扑动态管理设计

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摘要：通信运营商数据综合网管实现对数据网业务系统管理时，对网元之间的连接关系管理是核心与关键。目前在网管系统中，一般是通过端口资源来静态的绘制网元之间的连接关系。端口资源一般在初始时一次性录入，但当端口用途发生变化时，网元之间的连接关系发生变化，网管系统拓扑不能及时准确地更新，导致网元管理与监控不准确。针对此问题，我们基于端口属性实现对网元连接关系的自动管理，以切实加强对数据网网元的管理，保障业务系统运行的稳定性。

关键词：数据通信网；网元拓扑；网元动态管理；图数据库

1数据通信网设备管理概述

数据业务作为通信行业中一个发展迅猛、前景广阔的领域，成为各大运营商关注的焦点，各大运营商纷纷扩展数据业务。通信运营商在拓展数据业务的同时，同样关注现有数据业务质量与客户感知。将数据业务的基础——数据网纳入重点监控范围，进行7*24小时实时监控。一般来说，通信数据网设备包含数据终端设备、数据交换设备，设备间使用传输链路组成一个交换网络，并且在网络协议的支持下，最终实现数据传输与交换。通信运营商对于数据网设备的管理主要体现在性能管理、故障管理、拓扑管理等。数据网设备通信组网现有结构如图1所示。性能管理主要提供有关通信设备状况、网络或网元效能的报告和评估。收集通信网络中有关设备实际运行的质量数据，形成统计数据用于监视或校正网络、网元或设备的状况和效能，为管理人员提供评价、分析、预测以及规划的依据。故障管理是对电信网设备及网络通道的异常运行情况进行实时监视，对设备断电、容量预警、设备故障等信息进行接收，用户通过对故障管理平台对告警信息进行分析和定位，尽可能短的时间内做出反应和决定，并采取相应的措施，对故障进行隔离和校正，恢复由故障而影响的业务。网元的拓扑管理是实现以上管理的基础。一个实时有效的拓扑，在设备割接以及故障处理有着强大的帮助，通过网元拓扑与电路和光路进行关联，可以精准的提供出一个网元影响的范围，提前对用户精准的告知，将客户感知降到最低，同时在拓扑与告警设备关联，可以直观的了解影响的业务范围，根据业务范围大小进行故障处理优先级处理。与此同时，由于数据业务种类众多，新业务产生速度快，数据网网元及其端口资源的变更情况也非常频繁，需要一套自动化的网元拓扑采集工具，解决数据网网元连接关系的使用与属性信息与实际不一致，对现网设备信息管理的缺陷，延误了告警处理的速度。

2网元拓扑管理理论模型

网元拓扑处理适合用图论的方式来分析和解决。拓扑图论是研究点、线间关系的一门学科，属于应用数学的一部分。现实生活中，凡是涉及到事物间的关系，都可以抽象为图论模型。点表示事物，连线表示事物间的联系。整个求解过程为：网元拓扑——>图论建模——>运用图论相关理论求解——>转化为网元拓扑的解整个过程关键在于图论建模，所谓图论建模，就是明确点表示什么，连线表示什么，原问题转化为图论中的什么问题。每个节点代表一个实体（网元或者IT设备），每个关系代表两个节点的关联方式（网络连接或者部署关系）。图形数据库是一种在线数据库管理系统，具有处理图形数据模型的创建，读取，更新和删除（CRUD）操作。与其他数据库不同，关系在图数据库中占首要地位。这意味着应用程序不必使用外键或带外处理（如MapReduce）来推断数据连接。与关系数据库或其他NoSQL数据库相比，图数据库的数据模型也更加简单，更具表现力。图形数据库是为与事务（OLTP）系统一起使用而构建的，并且在设计时考虑了事务完整性和操作可用性。如图2所示。

3网元动态管理目标

由于目前我们对数据网网元连接关系的管理模式是静态管理的模式，具体来说，就是根据维护人员提供的端口连接关系表绘制数据网网元连接关系。针对此问题，我们考虑了一种基于端口属性来实现数据网网元连接关系动态管理的方法。在现有的管理模式的基础上，我们从端口的属性管理来实现网元之间连接关系的自动管理。端口的属性包括端口的up/down状态、端口的描述、端口的流量数据、端口的IP等。从多个维度进行端口的使用情况进行监管。端口初始描述了网元连接关系，有流量数据，有端口描述信息，有ip地址信息，对端口的属性逐一的进行监控。通过基线对比算法最终可以计算出数据网网元连接关系是否发生变化，若发生变化，则通知用户进行确认，从而实现了数据网网元连接关系的动态管理，保证数据网网元连接关系与现网实际情况的一致性。底层基于配置管理库对当前数据和历史数据进行保存，方便未来的配置变更管理和自动信息收集，配置管理库作为唯一配置来源确保信息的及时性的权威性。该方案依托于现有的数据网综合管理系统，从而简化该功能的软件架构，最大限度利用原有软硬件资源，降低软件部署的难度。

4网元动态管理模块设计

该方案可分为三部分：端口比对模块、数据网网元连接关系变化计算模块、通知模块。该功能的框架图如图3所示：

4.1端口比对模块

每天定期通过采集程序采集存量端口，通过端口比对模块对存量端口资源数据进行比较，包含端口相应属性，确定端口是新增、修改、删除。通过端口ID来判断设备的端口是否存在增减；其次，在端口ID在两个比对点都存在的情况下，通过判断端口名称、端口描述信息、端口使用状态、端口管理状态、端口IP地址等属性信息是否发现变化，来判断端口属性信息是否发生变化。最后，将端口比对的结果，即端口增减情况，以及端口属性信息变化情况记录到端口变更表中。

4.2变化计算模块

该模块每天定期执行。获取前一天的端口变更表中的端口变化数据。同时获取变化端口的流量数据。具体算法如下：（1）对于新增端口，获取端口的描述信息以及设备上端口的连接链路，根据描述信息和链路生成端口的拓扑连接，通过拓扑绘制网元连接关系，同时根据网元连接关系两端的流量数据，来验证该连接是否在设备上已经激活。（2）对于已有端口1）如果是端口的描述信息以及端口的连接链路发生变化，根据描述信息有和链路更新拓扑连接，同步更新系统已有的拓扑网元连接关系，同时根据网元连接关系两端的流量数据，来验证该连接是否在设备上已经激活。2）如果是端口的状态发生变化（并且长期处于闭合状态）并且没有设备告警情况发生，也就是UP变成DOWN，说明该网元连接关系已经不存在，提示用户是否可以删除该网元连接关系。如果存在设备告警，说明设备存在故障，则该网元连接不能删除。3）如果是端口的状态发生变化，从DOWN变成UP，说明该网元连接关系刚刚建立，提示用户是否可以建立该网元连接关系。4）如果是端口的IP发生了变化，查看端口描述信息是否变化如果未变化，根据网元连接关系两端的流量数据，来验证该现有连接是否在设备上已经激活；如果变化，根据描述信息进行绘制网元连接关系，同时根据网元连接关系两端的流量数据，来验证该连接是否在设备上已经激活。

4.3通知模块

该模块由数据网网元连接关系变化计算模块进行调用，即如果存在数据网网元连接关系变化的情况，则数据网网元连接关系变化计算模块调用通知模块，告知相关管理人员进行变更信息的确认。通知的方式有多种，包括短信方式、派发工单、告警方式等。

5设计方案总结

本创文研究了一种基于端口属性的数据网网元连接关系动态管理的方法，对端口以及端口的各种属性信息进行准实时的比对，以发现端口在资源和告警上的变更情况，并及时的自动的更新数据网网元连接关系，切实加强对数据网设备的管理，保障业务系统运行的稳定性。数据网网元连接关系动态管理的方式，可以快速准确的发现数据网网元连接关系的增删及属性变更信息，并及时的通知相关人员对变更信息进行确认，很多以前需要依靠人工进行的核查变成了纯自动，效率提高了90%，同时，更是发现了以前人工核查容易纰漏或者核查有误的数据网网元连接关系变化情况，准确性也提高了30%。

作者：张旺 廖丽华 单位：中国移动通信集团天津有限公司