談數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)元拓撲動態(tài)管理設計
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摘要：通信運營商數(shù)據(jù)綜合網(wǎng)管實現(xiàn)對數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務系統(tǒng)管理時，對網(wǎng)元之間的連接關系管理是核心與關鍵。目前在網(wǎng)管系統(tǒng)中，一般是通過端口資源來靜態(tài)的繪制網(wǎng)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(fā)生變化時，網(wǎng)元之間的連接關系發(fā)生變化，網(wǎng)管系統(tǒng)拓撲不能及時準確地更新，導致網(wǎng)元管理與監(jiān)控不準確。針對此問題，我們基于端口屬性實現(xiàn)對網(wǎng)元連接關系的自動管理，以切實加強對數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元的管理，保障業(yè)務系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
關鍵詞：數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；網(wǎng)元拓撲；網(wǎng)元動態(tài)管理；圖數(shù)據(jù)庫
1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設備管理概述
數(shù)據(jù)業(yè)務作為通信行業(yè)中一個發(fā)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(shù)據(jù)業(yè)務。通信運營商在拓展數(shù)據(jù)業(yè)務的同時，同樣關注現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務質(zhì)量與客戶感知。將數(shù)據(jù)業(yè)務的基礎——數(shù)據(jù)網(wǎng)納入重點監(jiān)控范圍，進行7*24小時實時監(jiān)控。一般來說，通信數(shù)據(jù)網(wǎng)設備包含數(shù)據(jù)終端設備、數(shù)據(jù)交換設備，設備間使用傳輸鏈路組成一個交換網(wǎng)絡，并且在網(wǎng)絡協(xié)議的支持下，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交換。通信運營商對于數(shù)據(jù)網(wǎng)設備的管理主要體現(xiàn)在性能管理、故障管理、拓撲管理等。數(shù)據(jù)網(wǎng)設備通信組網(wǎng)現(xiàn)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(wǎng)絡或網(wǎng)元效能的報告和評估。收集通信網(wǎng)絡中有關設備實際運行的質(zhì)量數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于監(jiān)視或校正網(wǎng)絡、網(wǎng)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(guī)劃的依據(jù)。故障管理是對電信網(wǎng)設備及網(wǎng)絡通道的異常運行情況進行實時監(jiān)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(nèi)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(yè)務。網(wǎng)元的拓撲管理是實現(xiàn)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(wǎng)元拓撲與電路和光路進行關聯(lián)，可以精準的提供出一個網(wǎng)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(lián)，可以直觀的了解影響的業(yè)務范圍，根據(jù)業(yè)務范圍大小進行故障處理優(yōu)先級處理。與此同時，由于數(shù)據(jù)業(yè)務種類眾多，新業(yè)務產(chǎn)生速度快，數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)元拓撲采集工具，解決數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系的使用與屬性信息與實際不一致，對現(xiàn)網(wǎng)設備信息管理的缺陷，延誤了告警處理的速度。
2網(wǎng)元拓撲管理理論模型
網(wǎng)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(shù)學的一部分?，F(xiàn)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(lián)系。整個求解過程為：網(wǎng)元拓撲——>圖論建?！?gt;運用圖論相關理論求解——>轉(zhuǎn)化為網(wǎng)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(zhuǎn)化為圖論中的什么問題。每個節(jié)點代表一個實體（網(wǎng)元或者IT設備），每個關系代表兩個節(jié)點的關聯(lián)方式（網(wǎng)絡連接或者部署關系）。圖形數(shù)據(jù)庫是一種在線數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有處理圖形數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建，讀取，更新和刪除（CRUD）操作。與其他數(shù)據(jù)庫不同，關系在圖數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)連接。與關系數(shù)據(jù)庫或其他NoSQL數(shù)據(jù)庫相比，圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型也更加簡單，更具表現(xiàn)力。圖形數(shù)據(jù)庫是為與事務（OLTP）系統(tǒng)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(wǎng)元動態(tài)管理目標
由于目前我們對數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系的管理模式是靜態(tài)管理的模式，具體來說，就是根據(jù)維護人員提供的端口連接關系表繪制數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)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(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系動態(tài)管理的方法。在現(xiàn)有的管理模式的基礎上，我們從端口的屬性管理來實現(xiàn)網(wǎng)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(tài)、端口的描述、端口的流量數(shù)據(jù)、端口的IP等。從多個維度進行端口的使用情況進行監(jiān)管。端口初始描述了網(wǎng)元連接關系，有流量數(shù)據(jù)，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(jiān)控。通過基線對比算法最終可以計算出數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系是否發(fā)生變化，若發(fā)生變化，則通知用戶進行確認，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系的動態(tài)管理，保證數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系與現(xiàn)網(wǎng)實際情況的一致性。底層基于配置管理庫對當前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)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(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)，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(wǎng)元動態(tài)管理模塊設計
該方案可分為三部分：端口比對模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)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(shù)據(jù)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(tài)、端口管理狀態(tài)、端口IP地址等屬性信息是否發(fā)現(xiàn)變化，來判斷端口屬性信息是否發(fā)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(zhí)行。獲取前一天的端口變更表中的端口變化數(shù)據(jù)。同時獲取變化端口的流量數(shù)據(jù)。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(jù)描述信息和鏈路生成端口的拓撲連接，通過拓撲繪制網(wǎng)元連接關系，同時根據(jù)網(wǎng)元連接關系兩端的流量數(shù)據(jù)，來驗證該連接是否在設備上已經(jīng)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(fā)生變化，根據(jù)描述信息有和鏈路更新拓撲連接，同步更新系統(tǒng)已有的拓撲網(wǎng)元連接關系，同時根據(jù)網(wǎng)元連接關系兩端的流量數(shù)據(jù)，來驗證該連接是否在設備上已經(jīng)激活。2）如果是端口的狀態(tài)發(fā)生變化（并且長期處于閉合狀態(tài)）并且沒有設備告警情況發(fā)生，也就是UP變成DOWN，說明該網(wǎng)元連接關系已經(jīng)不存在，提示用戶是否可以刪除該網(wǎng)元連接關系。如果存在設備告警，說明設備存在故障，則該網(wǎng)元連接不能刪除。3）如果是端口的狀態(tài)發(fā)生變化，從DOWN變成UP，說明該網(wǎng)元連接關系剛剛建立，提示用戶是否可以建立該網(wǎng)元連接關系。4）如果是端口的IP發(fā)生了變化，查看端口描述信息是否變化如果未變化，根據(jù)網(wǎng)元連接關系兩端的流量數(shù)據(jù)，來驗證該現(xiàn)有連接是否在設備上已經(jīng)激活；如果變化，根據(jù)描述信息進行繪制網(wǎng)元連接關系，同時根據(jù)網(wǎng)元連接關系兩端的流量數(shù)據(jù)，來驗證該連接是否在設備上已經(jīng)激活。
4.3通知模塊
該模塊由數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系變化計算模塊進行調(diào)用，即如果存在數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系變化的情況，則數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系變化計算模塊調(diào)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(fā)工單、告警方式等。
5設計方案總結
本創(chuàng)文研究了一種基于端口屬性的數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系動態(tài)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(fā)現(xiàn)端口在資源和告警上的變更情況，并及時的自動的更新數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系，切實加強對數(shù)據(jù)網(wǎng)設備的管理，保障業(yè)務系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)元連接關系動態(tài)管理的方式，可以快速準確的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)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(fā)現(xiàn)了以前人工核查容易紕漏或者核查有誤的數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)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
