談數據通信網網元拓撲動態管理設計
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摘要：通信運營商數據綜合網管實現對數據網業務系統管理時，對網元之間的連接關系管理是核心與關鍵。目前在網管系統中，一般是通過端口資源來靜態的繪制網元之間的連接關系。端口資源一般在初始時一次性錄入，但當端口用途發生變化時，網元之間的連接關系發生變化，網管系統拓撲不能及時準確地更新，導致網元管理與監控不準確。針對此問題，我們基于端口屬性實現對網元連接關系的自動管理，以切實加強對數據網網元的管理，保障業務系統運行的穩定性。
1數據通信網設備管理概述
數據業務作為通信行業中一個發展迅猛、前景廣闊的領域，成為各大運營商關注的焦點，各大運營商紛紛擴展數據業務。通信運營商在拓展數據業務的同時，同樣關注現有數據業務質量與客戶感知。將數據業務的基礎——數據網納入重點監控范圍，進行7*24小時實時監控。一般來說，通信數據網設備包含數據終端設備、數據交換設備，設備間使用傳輸鏈路組成一個交換網絡，并且在網絡協議的支持下，最終實現數據傳輸與交換。通信運營商對于數據網設備的管理主要體現在性能管理、故障管理、拓撲管理等。數據網設備通信組網現有結構如圖1所示。性能管理主要提供有關通信設備狀況、網絡或網元效能的報告和評估。收集通信網絡中有關設備實際運行的質量數據，形成統計數據用于監視或校正網絡、網元或設備的狀況和效能，為管理人員提供評價、分析、預測以及規劃的依據。故障管理是對電信網設備及網絡通道的異常運行情況進行實時監視，對設備斷電、容量預警、設備故障等信息進行接收，用戶通過對故障管理平臺對告警信息進行分析和定位，盡可能短的時間內做出反應和決定，并采取相應的措施，對故障進行隔離和校正，恢復由故障而影響的業務。網元的拓撲管理是實現以上管理的基礎。一個實時有效的拓撲，在設備割接以及故障處理有著強大的幫助，通過網元拓撲與電路和光路進行關聯，可以精準的提供出一個網元影響的范圍，提前對用戶精準的告知，將客戶感知降到最低，同時在拓撲與告警設備關聯，可以直觀的了解影響的業務范圍，根據業務范圍大小進行故障處理優先級處理。與此同時，由于數據業務種類眾多，新業務產生速度快，數據網網元及其端口資源的變更情況也非常頻繁，需要一套自動化的網元拓撲采集工具，解決數據網網元連接關系的使用與屬性信息與實際不一致，對現網設備信息管理的缺陷，延誤了告警處理的速度。
2網元拓撲管理理論模型
網元拓撲處理適合用圖論的方式來分析和解決。拓撲圖論是研究點、線間關系的一門學科，屬于應用數學的一部分。現實生活中，凡是涉及到事物間的關系，都可以抽象為圖論模型。點表示事物，連線表示事物間的聯系。整個求解過程為：網元拓撲——>圖論建模——>運用圖論相關理論求解——>轉化為網元拓撲的解整個過程關鍵在于圖論建模，所謂圖論建模，就是明確點表示什么，連線表示什么，原問題轉化為圖論中的什么問題。每個節點代表一個實體（網元或者IT設備），每個關系代表兩個節點的關聯方式（網絡連接或者部署關系）。圖形數據庫是一種在線數據庫管理系統，具有處理圖形數據模型的創建，讀取，更新和刪除（CRUD）操作。與其他數據庫不同，關系在圖數據庫中占首要地位。這意味著應用程序不必使用外鍵或帶外處理（如MapReduce）來推斷數據連接。與關系數據庫或其他NoSQL數據庫相比，圖數據庫的數據模型也更加簡單，更具表現力。圖形數據庫是為與事務（OLTP）系統一起使用而構建的，并且在設計時考慮了事務完整性和操作可用性。如圖2所示。
3網元動態管理目標
由于目前我們對數據網網元連接關系的管理模式是靜態管理的模式，具體來說，就是根據維護人員提供的端口連接關系表繪制數據網網元連接關系。針對此問題，我們考慮了一種基于端口屬性來實現數據網網元連接關系動態管理的方法。在現有的管理模式的基礎上，我們從端口的屬性管理來實現網元之間連接關系的自動管理。端口的屬性包括端口的up/down狀態、端口的描述、端口的流量數據、端口的IP等。從多個維度進行端口的使用情況進行監管。端口初始描述了網元連接關系，有流量數據，有端口描述信息，有ip地址信息，對端口的屬性逐一的進行監控。通過基線對比算法最終可以計算出數據網網元連接關系是否發生變化，若發生變化，則通知用戶進行確認，從而實現了數據網網元連接關系的動態管理，保證數據網網元連接關系與現網實際情況的一致性。底層基于配置管理庫對當前數據和歷史數據進行保存，方便未來的配置變更管理和自動信息收集，配置管理庫作為唯一配置來源確保信息的及時性的權威性。該方案依托于現有的數據網綜合管理系統，從而簡化該功能的軟件架構，最大限度利用原有軟硬件資源，降低軟件部署的難度。
4網元動態管理模塊設計
該方案可分為三部分：端口比對模塊、數據網網元連接關系變化計算模塊、通知模塊。該功能的框架圖如圖3所示：
4.1端口比對模塊
每天定期通過采集程序采集存量端口，通過端口比對模塊對存量端口資源數據進行比較，包含端口相應屬性，確定端口是新增、修改、刪除。通過端口ID來判斷設備的端口是否存在增減；其次，在端口ID在兩個比對點都存在的情況下，通過判斷端口名稱、端口描述信息、端口使用狀態、端口管理狀態、端口IP地址等屬性信息是否發現變化，來判斷端口屬性信息是否發生變化。最后，將端口比對的結果，即端口增減情況，以及端口屬性信息變化情況記錄到端口變更表中。
4.2變化計算模塊
該模塊每天定期執行。獲取前一天的端口變更表中的端口變化數據。同時獲取變化端口的流量數據。具體算法如下：（1）對于新增端口，獲取端口的描述信息以及設備上端口的連接鏈路，根據描述信息和鏈路生成端口的拓撲連接，通過拓撲繪制網元連接關系，同時根據網元連接關系兩端的流量數據，來驗證該連接是否在設備上已經激活。（2）對于已有端口1）如果是端口的描述信息以及端口的連接鏈路發生變化，根據描述信息有和鏈路更新拓撲連接，同步更新系統已有的拓撲網元連接關系，同時根據網元連接關系兩端的流量數據，來驗證該連接是否在設備上已經激活。2）如果是端口的狀態發生變化（并且長期處于閉合狀態）并且沒有設備告警情況發生，也就是UP變成DOWN，說明該網元連接關系已經不存在，提示用戶是否可以刪除該網元連接關系。如果存在設備告警，說明設備存在故障，則該網元連接不能刪除。3）如果是端口的狀態發生變化，從DOWN變成UP，說明該網元連接關系剛剛建立，提示用戶是否可以建立該網元連接關系。4）如果是端口的IP發生了變化，查看端口描述信息是否變化如果未變化，根據網元連接關系兩端的流量數據，來驗證該現有連接是否在設備上已經激活；如果變化，根據描述信息進行繪制網元連接關系，同時根據網元連接關系兩端的流量數據，來驗證該連接是否在設備上已經激活。
4.3通知模塊
該模塊由數據網網元連接關系變化計算模塊進行調用，即如果存在數據網網元連接關系變化的情況，則數據網網元連接關系變化計算模塊調用通知模塊，告知相關管理人員進行變更信息的確認。通知的方式有多種，包括短信方式、派發工單、告警方式等。
5設計方案總結
本創文研究了一種基于端口屬性的數據網網元連接關系動態管理的方法，對端口以及端口的各種屬性信息進行準實時的比對，以發現端口在資源和告警上的變更情況，并及時的自動的更新數據網網元連接關系，切實加強對數據網設備的管理，保障業務系統運行的穩定性。數據網網元連接關系動態管理的方式，可以快速準確的發現數據網網元連接關系的增刪及屬性變更信息，并及時的通知相關人員對變更信息進行確認，很多以前需要依靠人工進行的核查變成了純自動，效率提高了90%，同時，更是發現了以前人工核查容易紕漏或者核查有誤的數據網網元連接關系變化情況，準確性也提高了30%。
作者：張旺 廖麗華 單位：中國移動通信集團天津有限公司
