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光纤网络资源智能化管理

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摘要:

针对现有光纤网络资源管理方法无法有效地保证数据准确性及灵活处理复杂多变的现场状况的问题,提出了一种半分布式光纤网络资源智能化管理方法。该方法利用光纤网络区域化管理的特点,对光纤资源信息库中的资源数据按照区域进行数据块划分,将数据块副本分布存储于智能管理终端节点中。基于该方法,设计并实现了一种智能化光纤网络资源管理系统。对该系统的测试结果表明:所提出的半分布式光纤资源方法在性能指标上达到了光纤网络的管理标准,并能够很好地解决光纤网络管理的瓶颈问题。

关键词:

光纤网络;智能化;资源管理;集中式;半分布式

智能化是指综合利用当前计算机网络技术、通信信息技术、智能控制技术以及相关行业技术而实现的针对行业某一方面的自动化、电子化的应用。随着计算机网络的迅速发展,世界上每一个物体实现连接交互均已成为了可能,这为智能化的快速发展提供了基础。智能化也可以看作是对计算机网络在其他行业内应用的一次大胆尝试,而移动互联网的迅速发展,更加速了智能化的普及。目前,世界上越来越多的国家开始重视宽带技术的发展,这为全球的宽带覆盖及信息化水平的提高提供了机遇[1]。在中国,宽带相关产业包括云计算、互联网视频等也开始了快速发展。截止2012年4月,中国的宽带用户规模已经达到1.59亿,然而中国宽带不宽的现象一直遭人诟病[2]。光通信是以光作为信息传输的载体,它主要以光纤作为物理链路进行传输,相对于传统的电通信而言,光通信具有更高的传输速率和更高的可靠性,因而成为促进宽带发展的重点。工信部于2013年8月提出了“宽带中国”发展战略[3],旨在规模化部署光纤,实现光纤入户(FTTH,FiberToTheHome)[4],提高宽带质量。光纤网络即是为实现大规模部署光纤而构建的网络系统。光纤网络是FTTH规模部署的核心网络,其管理将直接影响部署的最终实施效果。将智能化应用于光纤网络中,实现光纤网络中光纤资源的高效智能化管理,已经成为电信行业资源管理领域进行光纤资源合理配置的研究重点。本文通过对现有手工的和智能化的光纤网络资源管理方法的研究,提出了一种半分布式光纤网络资源智能化管理方法。该方法利用光纤网络区域化管理的特点,对光纤资源信息库中的资源数据按照区域进行数据块划分,将数据块副本分布存储于智能管理终端节点中,通过智能管理终端中的数据块副本来实现对光纤网络资源的半分布式管理。

1光纤网络资源管理

光纤网络资源的管理是通过手工或者自动化的手段来管理大规模的光纤网络设备并支持在这些设备上进行施工[5]。在对光纤网络中的设备进行管理时,资源管理中心根据客户的业务需求下发管理任务给现场管理人员,现场管理人员领取任务后到设备现场根据任务要求对设备进行施工。施工完毕后,管理人员将结果返回给资源管理中心进行记录。光纤网络资源管理流程如图1所示。目前,光纤网络资源的管理主要有传统光纤网络资源管理和集中式智能化光纤网络资源管理两种方法。

1.1传统光纤网络资源管理方法传统光纤网络资源管理方法是通过手工的方式以纸质工单作为管理任务信息的载体来进行远端光纤设备的管理施工[6]。传统管理方法依赖手工进行管理,手工操作设备,手工记录施工结果,手工将结果数据录入光纤网络的资源库中。这种管理方法存在以下问题:网络手工管理,效率低下;网络中设备资源的数据错误率高;故障点分散,难以排查;故障解决时间长。光纤网络手工管理的难题严重制约着光纤产业的发展及光纤网络的规模化部署[7],实现智能化的光纤网络资源管理已经成为光纤网络规模化部署的迫切要求。

1.2集中式智能化光纤网络资源管理方法智能化光纤网络资源管理方法以光纤资源管理中心为管理核心,以管理人员在设备现场手持的管理终端作为任务信息传输中介来实现对光纤设备的智能化管理[8-9]。光纤网络中所有的资源数据均存储于资源管理中心资源信息库中,由资源中心产生工单任务并下发到现场管理人员手持的管理终端,由终端对设备进行管理。集中式智能光纤管理系统的结构如图2所示。为实现集中式智能化光纤网络资源管理,需要进行以下6个步骤:(1)首先改变传统光纤网络中光纤设备的无源特性,对光纤设备以及设备上的机框、板卡、端口等进行唯一编码并能识别。(2)创建光纤网络资源信息库,将光纤网络中的设备、端口等资源在信息库中存储。(3)在受理用户业务后,业务管理员根据业务信息从资源库中提取设备资源信息产生工单任务并指派给现场管理人员。(4)管理人员手持管理终端获取工单任务并将工单指令发送给光纤设备上管理控制器,控制器对相关资源进行状态变更。(5)现场管理人员根据设备指示进行施工。完毕后,控制器识别设备资源状态变化并将该资源信息编码后发送到管理终端。(6)管理终端施工后将设备对应资源实际信息上传到光纤网络资源库中存储。集中式智能化方法框架如图3所示。根据集中式智能化管理方法,管理人员在施工前从管理终端远程获取电子工单任务。施工时,终端将工单任务编码成控制指令发送给设备,施工人员根据指示完成施工。施工完成后,任务结果数据由终端上传到光纤网络资源库中进行持久化保存。集中式智能化的管理方法解决了传统管理方法的手工管理问题,但是,由于并未根据光纤网络管理的实际情况做出相应改变,因此存在以下3个缺陷:(1)资源集中式存储,难以克服资源库单点故障;(2)光纤设备在线管理,难以应对复杂管理场景;(3)终端缺乏管理自主性,难以应对现场突发状况。集中式智能化管理方法虽然可以很好地保证资源数据管理的可靠性,然而其缺陷导致在实际操作过程中,光纤网络资源智能化管理的效果并未达到预期。

2半分布式智能化管理方法

为了解决集中式智能化管理方法中存在的问题,本文提出了一种半分布式光纤网络资源智能化管理方法。

2.1方法概述半分布式智能化管理方法是在集中式方法的基础上结合光纤网络区域管理、设备管理独立的管理特点提出的。在该方法中,光纤网络中资源数据的存储管理仍然以光纤网络资源管理中心为中心,而将光纤资源信息库的资源数据根据区域进行划分,并将不同区域的数据的副本存储于智能管理终端中。通过终端中的资源副本数据实现对设备的管理。该方法将区域数据块副本分布式存储于管理终端,因此称之为半分布式管理方法。基于该方法的管理结构如图4所示。从图4中可以看出,资源信息库位于资源管理中心,作为整个光纤网络管理的中心,管理终端作为辅助节点围绕资源库来执行具体管理任务。资源信息库按照区域划分多个数据块,终端存储划分后的某个数据块副本。半分布式智能化管理方法是在集中式管理方法的基础上结合光纤网络实际管理特点而提出的,可以分为支持半分布式智能化管理的基础框架和基于角色的半分布式智能化管理框架两部分。半分布式智能化管理方法的组织框架如图5所示。

2.2支持半分布式智能化管理的基础框架支持半分布式智能化管理的基础框架分为硬件和软件两部分。硬件支持主要基于光纤设备智能化来进行,软件支持则基于光纤网络资源库和智能管理终端来进行。

2.2.1光纤设备智能化对于光纤设备的智能化实现本质上是对设备上管理控制器的改造和设备资源的编码,使之与外部通信模块交互并识别、控制设备中资源状态。设备管理控制器是可编程的单片机控制器芯片,在单片机芯片上固化控制程序实现对已编码资源的识别控制。

2.2.2资源库区域划分、权限机制和远程同步在设备智能化的基础上,对设备已编码资源进行存储并根据设备区域编码来进行管理划分,并提供权限管理机制和资源同步操作。设备资源所包含的基本数据域如下:(1)唯一索引值Id,Id∈{1,2,3,4,…,N}。(2)设备唯一编码。编码是设备资源在整个光纤网络中的唯一数据标识。(3)设备名称。为便于识别设备而为之命名的方便管理的名称。(4)区域唯一编码。区域编码根据设备实际所在位置确定。光纤网络由多个管理区域组成,每一个区域都包含有多个设备资源。资源信息库对光纤网络中的每一个区域都定义有唯一编码。光纤网络资源信息库根据区域编码进行划分的物理视图见图6。整个光纤网络资源数据库中的设备资源根据其区域编码进行数据块的划分,区域与其中的设备数据进行关联映射,以区域编码为Key,区域内数据块为Value。区域数据块的集合构成该区域的资源数据,所有区域的数据集合构成整个网络的资源数据。权限管理机制用以保证资源数据副本的可靠性。权限管理机制使用基于角色的访问控制模型,通过为管理人员添加角色信息来提高对数据访问的可靠性。对于管理人员来说,可以拥有多个角色和数据访问权限;对于角色来说,可以被多个管理人员所拥有,角色有相应的数据访问权限;对于班组来说,可以拥有多个权限,多个管理人员;对于权限来说,可以被多个管理人员、班组所拥有。在区域划分和副本存储的基础上,为管理终端定义设备信息同步操作,定义如下:Sync(device),该操作根据device中唯一编码进行资源库中数据的持久化同步存储。半分布式方法资源库进行资源数据划分根据区域唯一编码来进行。根据区域划分是资源划分的理想情况,在实际情况中可能更复杂。

2.2.3智能管理终端副本存储及管理智能管理终端与管理区域一一对应,终端中存储和管理着所管理区域设备的数据块副本的集合。区域数据块副本的数据结构所包含的基本域如下所示:(1)区域唯一编码Id。区域编码Id根据智能管理终端管理区域确定。(2)设备资源数据记录列表List,该列表由区域所在设备确定。在存储区域数据副本的基础上,该方法为管理终端管理数据副本定义了以下操作:(1)Append(device,List),该操作表示将区域设备追加到已管理设备列表中。(2)Create(device,List),该操作表示终端通过查询设备device来创建工单任务。(3)RemoteSync(device),该操作通过远程调用资源库Sync(device)操作进行设备信息与资源库的远程同步。

2.3基于角色的半分布式智能化管理框架通过半分布式智能化方法进行光纤网络管理时,可分为3类角色进行,系统管理员负责资源信息库管理;业务管理员负责业务信息管理;现场管理人员负责现场设备管理。光纤网络的管理需要这3类角色协作完成。

2.3.1系统管理员管理资源管理中心系统管理员主要负责管理人员信息管理,其中最重要的当属人员的权限管理,包括人员的角色授权及变更。系统管理员进行权限管理的流程如下:(1)登录光纤网络资源信息库;(2)对管理人员进行角色评估,评估标准基于管理人员操作正确率来进行;(3)根据上述步骤中评估结果对管理人员的角色进行授权或更改。系统管理员参与光纤网络管理进行权限管理的流程如图7所示。

2.3.2业务管理员管理资源管理中心业务管理员在进行网络管理时,主要负责工单任务的创建、工单任务下发以及资源数据同步确认。业务管理员参与光纤网络管理的流程如下:(1)通过浏览器登录光纤网络资源信息库,受理用户业务;(2)根据受理的业务信息生成对应的工单任务,或根据光纤网络本身的管理需求创建相应工单任务;(3)根据工单任务指定信息将工单指派给指定区域管理人员。资源管理中心业务管理员进行一次管理操作的流程如图8所示。

2.3.3现场管理人员管理在资源管理中心中管理员完成工单指派后,现场管理人员在设备现场就可以登录智能管理终端获取工单任务进行管理操作。现场管理人员参与管理的流程如下:(1)管理人员在设备现场对设备加电,终端与设备管理控制器进行连接;(2)现场管理人员登录管理终端,远程获取或创建工单任务;(3)管理人员通过终端编码指令发送;(4)设备管理控制器通过外接通信模块接收到指令后,进行施工指示;(5)管理人员根据设备指示进行管理;(6)控制器设备管理变动信息发送到管理终端,调用Append(device,List)和RemoteSync(device)操作进行副本数据块与资源信息库的更新存储和远程同步。现场管理人员的管理流程如图9所示。半分布式光纤网络智能化管理方法是针对现有集中式方法的缺陷进行改进的。它改变了集中式方法中资源数据完全集中存储于信息库的弊端,将资源的数据块副本分布存储于管理终端,可有效克服资源库单点故障。终端可根据副本进行离线管理,而不是必须实时与资源库进行信息通信,可以有效应对网络较差的场景。半分布式方法中终端具有创建工单任务的能力,遇到突发状况可以自行决策并解决,提高了终端的管理自主性,有效提高管理效率。通过半分布式方法进行管理时,可通过两种管理模式进行:在线管理和离线管理。在线管理时,管理人员通过终端直接从资源库请求任务。离线管理时,管理人员通过终端操作数据块副本并创建任务。半分布式管理方法能够在不改变集中式光纤网络资源智能化管理流程的条件下,提高智能管理终端的自主性和光纤网络管理的持续性、健壮性。

3系统及测试

基于半分布式方法,本文设计并实现了一种半分布式光纤网络资源智能化管理系统,并进行了相关测试来验证该方法的有效性。

3.1基于半分布式方法的光纤资源管理系统基于半分布式方法的光纤网络管理系统可分为基础模块和半分布式模块来实现。基础模块包括了资源库和管理终端中基本功能的实现。半分布式模块则包括了体现系统半分布式特性的功能的实现。光纤网络资源智能化管理系统的总体设计如图10所示。在系统基础模块中,光纤网络资源数据库中存储了工单资源、设备资源等数据,并主要提供了工单管理、设备管理等功能,光纤网络资源库为业务管理员提供管理接口,方便管理员对其进行管理。管理终端中主要拥有工单管理、施工管理等功能。在系统半分布式模块中,光纤网络资源库进行资源数据逻辑划分并添加权限管理机制和远程同步操作。管理终端实现了数据副本存储管理和工单的创建。本系统光纤网络资源库中资源存储使用SQLServer数据库基于Java语言进行后台开发,Hiber-nate作为数据持久化框架,Tomcat作为资源库服务器。智能管理终端中客户端基于Android智能操作系统平台进行开发。光纤网络资源库与智能管理终端的通信基于WebService技术[11-12]实现,智能管理终端与光纤网络设备的近程传输则是基于蓝牙技术[13]来实现。当前,基本上所有智能移动终端设备上均配置有蓝牙模块,可有效降低管理成本[14]。

3.2系统测试系统的测试包括了半分布式模块的功能测试和系统的操作性能测试[15-16]。前者包括了终端工单创建、资源远程同步和权限控制的测试。后者包括了系统中工单任务和告警信息的传输以及系统操作等方面的测试。对系统半分布式模块进行测试的测试用例如表1、表2、表3所示。系统根据上述测试用例对其半分布式模块进行功能测试。智能管理终端中工单任务的创建如图11所示,工单信息的远程同步确认如图12所示。终端根据登录人员的管理角色级别进行操作限制。初级管理人员登录终端后只能对设备执行相关自动化的操作,如图13所示。对系统操作性能的测试时,通过多线程的方式模拟多用户访问。根据某公司光纤网络资源智能管理标准,系统测试主要包括了对工单和告警信息的传输时间的测试以及系统操作性能的测试。工单的下载传输测试结果如表4所示。系统操作性能的测试则包括了现场管理人员进行设备配置、自检和身份验证的传输时间测试。系统操作性能及告警传输测试结果如表5所示。根据光纤网络资源智能化管理标准,工单任务远程下载时间不能高于3s,设备信息的读取时间应不高于120s,管理人员身份验证时间不能高于5s,设备自检的时间不能高于45s。在现场施工时,告警信息从发生到在管理终端上显示通知的时间应不高于2s。从上述表中测试结果可以看出,各项操作的时间性能符合该标准要求。

4结束语

本文通过对光纤网络资源现有手工管理方式和智能化管理方法进行研究分析,提出了一种半分布式智能化光线网络资源管理方法。该方法利用光纤网络区域化管理的特点,对光纤资源信息库中的资源数据按照区域进行数据块划分,将数据块副本分布存储于智能管理终端节点中。本文对该方法的基础软硬件框架和管理框架进行了详细的阐述说明,同时根据该方法设计实现了光线网络资源智能化管理系统,并根据智能化管理标准对该系统进行了测试分析。测试结果表明,本文提出的半分布式方法能够很好地解决光纤网络管理瓶颈问题,实现的系统在性能方面能够达到标准。在今后的工作中,我们将继续研究其他因素对光纤网络管理的影响,并对该方法进一步改进,提高管理效率。

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作者:赵光 郭卫斌 李建华 罗飞 范贵生 单位:华东理工大学信息科学与工程学院

光纤网络资源智能化管理责任编辑:杨雪    阅读:人次