李 鵬1，2，于洪濤1，徐靜波

(1.國(guó)家數(shù)字交換工程技術(shù)研究中心，鄭州 450002；2.珠海高凌信息科技有限公司，廣東 珠海 519060；3.解放軍信息工程大學(xué) 信息工程學(xué)院，鄭州 450052)

1 引 言

隨著我國(guó)電信行業(yè)的迅速發(fā)展，各種通信網(wǎng)(如固定、移動(dòng)電話網(wǎng))的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，作為通信支撐網(wǎng)的七號(hào)信令網(wǎng)，地位也越來(lái)越重要。早期對(duì)七號(hào)信令網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)的方法是使用交換機(jī)本身的功能，以及借助監(jiān)測(cè)儀表完成，其維護(hù)手段和維護(hù)能力有很大的局限性。目前，一般采用獨(dú)立的系統(tǒng)對(duì)七號(hào)信令網(wǎng)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和管理，這種七號(hào)信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獨(dú)立于電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之外，通過(guò)高阻跨接方式或由交換機(jī)內(nèi)部分切導(dǎo)出的電接口終端連接方式[1]，在七號(hào)信令鏈路上直接采集七號(hào)信令的鏈路數(shù)據(jù)，對(duì)各種用戶部分或應(yīng)用部分信令進(jìn)行實(shí)時(shí)或歷史微觀分析，從而判斷七號(hào)信令網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行性能以及七號(hào)信令網(wǎng)支撐的電信業(yè)務(wù)的運(yùn)行質(zhì)量、跟蹤呼叫信令的過(guò)程等，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，查找故障點(diǎn)。

目前，業(yè)內(nèi)七號(hào)信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由前端采集設(shè)備、監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器、監(jiān)測(cè)終端組成，形成了包括本地級(jí)、地區(qū)級(jí)、總部級(jí)的三級(jí)分布式七號(hào)信令監(jiān)測(cè)體系結(jié)構(gòu)，其中，每級(jí)監(jiān)測(cè)中心均可并行提供信令監(jiān)測(cè)以及分析維護(hù)功能，這就包括對(duì)下級(jí)中心進(jìn)行信息同步、數(shù)據(jù)匯總，以便根據(jù)需求進(jìn)行后繼的數(shù)據(jù)挖掘，信令分析工作，同時(shí)，還需要對(duì)下級(jí)中心采集信令消息進(jìn)行冗余備份，以便故障恢復(fù)。因此，系統(tǒng)內(nèi)部需要實(shí)現(xiàn)上下級(jí)信令監(jiān)測(cè)中心間的數(shù)據(jù)同步，以便實(shí)現(xiàn)上述功能，本文即對(duì)此同步方法展開研究。

2 數(shù)據(jù)同步技術(shù)分析

2.1 主流數(shù)據(jù)同步技術(shù)

(1)遠(yuǎn)程鏡像

遠(yuǎn)程鏡像又叫遠(yuǎn)程復(fù)制，是保持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步和實(shí)現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)的基礎(chǔ)[2]。它利用物理位置上分離的存儲(chǔ)設(shè)備所具備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接功能，在遠(yuǎn)程維護(hù)一套數(shù)據(jù)鏡像，為地理上分散的站點(diǎn)提供聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制。遠(yuǎn)程鏡像采用第三方基于文件的遷移與Oracle基于日志的恢復(fù)機(jī)制以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，但需要特殊的軟硬件支持，如采用光纖連接主備數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，需要EMC軟件等，造價(jià)昂貴，成本很高。

(2)數(shù)據(jù)衛(wèi)士(Data Guard)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步可以考慮使用ORACLE 9i Data Guard，它通過(guò)將主數(shù)據(jù)庫(kù)的重做日志傳到并應(yīng)用到在線備用數(shù)據(jù)庫(kù)，使備用數(shù)據(jù)庫(kù)與主數(shù)據(jù)庫(kù)保持同步[3]。應(yīng)用中分為同步和異步兩種方式。其主備用切換時(shí)需重啟數(shù)據(jù)庫(kù)，后期維護(hù)工作量巨大。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)的觸發(fā)器

觸發(fā)器也是現(xiàn)在大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)都具備的功能，因而可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)基于表的數(shù)據(jù)同步。當(dāng)對(duì)表執(zhí)行特定操作時(shí)，就會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)觸發(fā)器。以O(shè)racle為例，在創(chuàng)建觸發(fā)器之前，須為該觸發(fā)器創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接指向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)。這種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)同步，可當(dāng)對(duì)端數(shù)據(jù)庫(kù)故障時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接的更新操作會(huì)有較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間，且基于頻繁操作表上的觸發(fā)器也會(huì)降低數(shù)據(jù)庫(kù)性能。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的高級(jí)復(fù)制

主流的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)比如Oracle、SQL Server、Sysbase等都提供高級(jí)復(fù)制功能。數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)復(fù)制主要是在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境中維護(hù)表副本的過(guò)程，在一個(gè)復(fù)制環(huán)境中任何對(duì)復(fù)制對(duì)象的更新都會(huì)反映到其它站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)象中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。復(fù)制關(guān)系可靈活配置，復(fù)制對(duì)象類型支持表、索引和視圖等類型。

對(duì)本系統(tǒng)來(lái)講，遠(yuǎn)程鏡像造價(jià)過(guò)于昂貴，Data Guard其主/備數(shù)據(jù)庫(kù)在切換時(shí)需要重啟數(shù)據(jù)庫(kù)，且同步過(guò)程復(fù)雜，性能欠佳，數(shù)據(jù)庫(kù)觸發(fā)器性能差、可維護(hù)性不好，高級(jí)復(fù)制因其低成本、配置方式靈活、無(wú)縫切換等優(yōu)點(diǎn)而被選擇應(yīng)用于此系統(tǒng)。

2.2 高級(jí)復(fù)制方法的應(yīng)用分析

圖1 三級(jí)分布式七號(hào)信令監(jiān)測(cè)體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The three-level distributed SS7 monitoring architecture

目前，包含本地級(jí)、地區(qū)級(jí)、總部級(jí)的三級(jí)分布式七號(hào)信令監(jiān)測(cè)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。同時(shí)，在七號(hào)信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，各級(jí)監(jiān)測(cè)中心對(duì)數(shù)據(jù)同步的實(shí)時(shí)性要求不高，且各級(jí)中心對(duì)收集信令原始數(shù)據(jù)無(wú)修改要求，可利用Oracle高級(jí)復(fù)制的多級(jí)物化視圖實(shí)現(xiàn)，在一些文章中有相關(guān)研究，基本的方法如下：

(1)每個(gè)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)中均有一信令數(shù)據(jù)表，統(tǒng)一存儲(chǔ)所有信令消息；

(2)采用可更新實(shí)體化視圖機(jī)制。一級(jí)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置為主數(shù)據(jù)庫(kù)，二級(jí)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)和三級(jí)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)是從數(shù)據(jù)庫(kù)，所以整個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是“一主多從”的結(jié)構(gòu)。一級(jí)監(jiān)測(cè)中心信令數(shù)據(jù)表A1作為實(shí)體表，二級(jí)監(jiān)測(cè)中心信令建立以A1為實(shí)體表的可寫物化視圖A2，三級(jí)監(jiān)測(cè)中心創(chuàng)建以A2為實(shí)體表的可寫物化視圖A3，所有二級(jí)管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)站點(diǎn)都是基于一級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)主站點(diǎn)的物化視圖站點(diǎn)，并且每個(gè)三級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)是作為它管轄的二級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)的目標(biāo)站點(diǎn)[4]。

這種方法中，每個(gè)監(jiān)測(cè)中心采集的信令數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中，這樣既便于監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制關(guān)系建立步驟也較為簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的應(yīng)用中也存在一些問題：

(1)信令數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲(chǔ)到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表，運(yùn)行階段此表會(huì)迅速膨脹，不利于后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。下面，就信令數(shù)據(jù)表容量做一個(gè)估算：

假設(shè)一個(gè)中等規(guī)模的三級(jí)監(jiān)測(cè)中心下管理2個(gè)信令點(diǎn)，每個(gè)信令點(diǎn)有100條電路，一個(gè)中繼電路平均每小時(shí)有28個(gè)呼叫，一個(gè)TUP/ISUP呼叫平均有9條消息(IAM,SAM×4,ACM,ANC,CLI,RLG)，每天此信令點(diǎn)呼叫記錄數(shù)約為28×9×100×24=64.08萬(wàn)條，此三級(jí)信令中心每天數(shù)據(jù)量為64.08×2=128.16萬(wàn)條，此中心10天累計(jì)數(shù)據(jù)量約為1 280萬(wàn)條，對(duì)一個(gè)千萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)表查詢統(tǒng)計(jì)操作的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，很難讓用戶滿意；

(2)在可更新物化視圖中，對(duì)實(shí)體表的更新操作是在目標(biāo)站點(diǎn)物化視圖中按主鍵快速刷新，但對(duì)目標(biāo)站點(diǎn)物化視圖的更新則需通過(guò)延遲事務(wù)層層推回上級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，再逐級(jí)向下進(jìn)行刷新，耗時(shí)較長(zhǎng)，特別是針對(duì)大數(shù)據(jù)表的刷新，速度更是難以接受，無(wú)法體現(xiàn)物化視圖快速刷新的特性。而在目前的應(yīng)用中，恰恰是作為從數(shù)據(jù)庫(kù)的二、三級(jí)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)物化視圖需要進(jìn)行頻繁的更新。

3 高級(jí)復(fù)制方法的優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)

3.1 方案優(yōu)化

針對(duì)系統(tǒng)的需求及常用的高級(jí)復(fù)制方法存在的不足可采取如下優(yōu)化措施。

(1)信令數(shù)據(jù)分表存儲(chǔ)

信令數(shù)據(jù)表按日存放，將信令消息分開存儲(chǔ)至多個(gè)表中，以避免單一表的過(guò)度膨脹。

信令數(shù)據(jù)表分兩類：本地采集數(shù)據(jù)表和下級(jí)采集數(shù)據(jù)表，統(tǒng)一命名為SIGNALYYYYMMDD_LNN，其中，YYYYMMDD表示為8位的年月日，LNN表示為3位的監(jiān)測(cè)中心編號(hào)，三級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)下級(jí)采集數(shù)據(jù)表，一級(jí)、二級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)兩類數(shù)據(jù)表都存在，各個(gè)中心編號(hào)間上下級(jí)隸屬關(guān)系各個(gè)監(jiān)測(cè)中心可預(yù)先配置。

N級(jí)中心從N+1級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)收集數(shù)據(jù)(1≤N<3)，收集的數(shù)據(jù)包含上述兩類信令數(shù)據(jù)表信息，定義下級(jí)收集數(shù)據(jù)配置表(命名為SUBCDCFG)，存儲(chǔ)相關(guān)信息,如表1所示。

表1 下級(jí)收集數(shù)據(jù)配置表Table 1 The sub-level collected data config table

(2)調(diào)整信令數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

增加監(jiān)測(cè)中心編號(hào)(NCID)，采集點(diǎn)標(biāo)識(shí)(NMPC)字段與原表主鍵字段一起作為新的聯(lián)合主鍵。監(jiān)測(cè)中心編號(hào)(NCID)用以區(qū)分不同的監(jiān)測(cè)中心，命名為L(zhǎng)NN，三位數(shù)字統(tǒng)一編碼，L表示本監(jiān)控中心等級(jí)，取值為1～3，NN表示此中心在本級(jí)編號(hào)，取值為00～99，例如，301表示一個(gè)編號(hào)為01的三級(jí)監(jiān)控中心；采集點(diǎn)標(biāo)識(shí)(NMPC)，記錄本信令消息來(lái)自哪個(gè)接入點(diǎn)，存儲(chǔ)此信令點(diǎn)點(diǎn)碼。這樣三級(jí)信令數(shù)據(jù)表可保持一致結(jié)構(gòu)，以便上級(jí)中心后繼數(shù)據(jù)處理。

(3)更改各級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)站點(diǎn)實(shí)體表-物化視圖對(duì)應(yīng)關(guān)系

為了提高物化視圖刷新效率，將下級(jí)站點(diǎn)更新頻繁的表作為上級(jí)站點(diǎn)的實(shí)體表，所有二級(jí)管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)站點(diǎn)都是基于三級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)主站點(diǎn)的物化視圖站點(diǎn)，并且每個(gè)一級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)是作為它管轄的二級(jí)中心數(shù)據(jù)庫(kù)的目標(biāo)站點(diǎn)，這樣以來(lái)，就形成了與原來(lái)相反的復(fù)制體系結(jié)構(gòu)。

每個(gè)中心可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，以中心為單位靈活對(duì)信令數(shù)據(jù)采集/上傳進(jìn)行配置。最終形成的多級(jí)物化視圖層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多級(jí)物化視圖層次結(jié)構(gòu)Fig.2 The hierarchical structure of multilevel materialization view

在二、三級(jí)中心可為實(shí)體表建立物化視圖日志表，以實(shí)現(xiàn)快速刷新。

(4)物化視圖動(dòng)態(tài)生成

信令消息具有時(shí)效性，采集設(shè)備生成信令消息的時(shí)間戳總是本日的，而對(duì)應(yīng)信令數(shù)據(jù)表是按日存放，所以當(dāng)前操作的只是本日對(duì)應(yīng)的信令數(shù)據(jù)表，歷史表是不會(huì)再被更新。每日可在系統(tǒng)閑時(shí)定時(shí)生成新物化視圖并移除過(guò)期物化視圖，整理刷新組。

3.2 復(fù)制關(guān)系配置

建立高級(jí)復(fù)制環(huán)境有兩種方式：一種是采用Oracle企業(yè)管理器中的復(fù)制管理工具來(lái)管理復(fù)制環(huán)境；另一種就是采用后臺(tái)腳本的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，相關(guān)配置見Oracle手冊(cè)[5]，這里不再贅述。另外，需在物化視圖站點(diǎn)創(chuàng)建一刷新組，定時(shí)物化視圖的控制刷新，周期可設(shè)定為30 min。

3.3 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建物化視圖

物化視圖的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建由數(shù)據(jù)庫(kù)JOB實(shí)現(xiàn)，可按照如下策略維護(hù)各站點(diǎn)的物化視圖：

(1)定時(shí)生成3日內(nèi)兩類信令數(shù)據(jù)表(帶主鍵)，針對(duì)這些表生成對(duì)應(yīng)視圖日志，以便實(shí)現(xiàn)快速刷新；

(2)定時(shí)生成3日內(nèi)物化視圖并加入刷新組，以O(shè)N PREBUILT TABLE/REFRESH FORCE模式創(chuàng)建，ON PREBUILT TABLE參數(shù)表示以現(xiàn)有表創(chuàng)建，以便即使物化視圖被刪除，對(duì)應(yīng)實(shí)體表依然存在，REFRESH FORCE參數(shù)可實(shí)現(xiàn)快速刷新[6]，默認(rèn)為只讀；

(3)將3日前物化視圖移出刷新組;

(4)定時(shí)刪除3日前物化視圖以及物化視圖日志表。

3.4 性能對(duì)比

本文就方案改進(jìn)后的系統(tǒng)效率進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試環(huán)境如下：

(1)硬件

惠普ProLiant DL580；

CPU：Intel Xeon處理器2.80 GHz×4個(gè)；

內(nèi)存：4G MB雙路交叉PC2100 DDR SDRAM內(nèi)存；

外存：熱插拔SCSI硬盤容量72G×2；

以太網(wǎng)卡：2個(gè)Compaq NC7781 PCI-X千兆位網(wǎng)卡。

(2)軟件

Windows server 2003，Oracle 9i。

(3)測(cè)試預(yù)置條件

按照2.2中對(duì)數(shù)據(jù)量的估算，每天每個(gè)三級(jí)中心的信令數(shù)據(jù)表容量約為128萬(wàn)條記錄，以10天作為一個(gè)測(cè)試單元，假設(shè)按照改進(jìn)方案，系統(tǒng)存貯數(shù)據(jù)到一個(gè)數(shù)據(jù)表SINGNAL2009中，改進(jìn)后系統(tǒng)分開存儲(chǔ)到10個(gè)表中(SIGNAL20090101～SIGNAL 20090110)，其中，SINGNAL2009約有記錄1 280萬(wàn)條，每個(gè)SIGNAL200901xx中約有記錄128萬(wàn)條，均在主鍵上建索引。

(4)測(cè)試項(xiàng)目

查詢統(tǒng)計(jì)性能：計(jì)算某一信令點(diǎn)1日內(nèi)數(shù)據(jù)總和;計(jì)算某一信令點(diǎn)3日內(nèi)數(shù)據(jù)總和;計(jì)算某一信令點(diǎn)10日內(nèi)數(shù)據(jù)總和，如圖3所示。

圖3 查詢統(tǒng)計(jì)性能Fig.3 The query & statistics performance

物化視圖刷新時(shí)間：增加1 000條記錄刷新耗時(shí);增加1萬(wàn)條記錄刷新耗時(shí);增加10萬(wàn)條記錄刷新耗時(shí)，如圖4所示。

圖4 物化視圖刷新時(shí)間Fig.4 The refresh time of materialization view

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以得出如下結(jié)論：對(duì)于查詢統(tǒng)計(jì)操作來(lái)說(shuō)，針對(duì)涉及全表遍歷的求和操作，執(zhí)行速度有明顯提高，特別是較短日期范圍內(nèi)的操作，提高更為顯著;對(duì)于物化視圖刷新方面，由于改進(jìn)前物化視圖的主體表均在上級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，每次更新操作需通過(guò)延遲事務(wù)推入上級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)站點(diǎn)，耗時(shí)較久，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速更新，并占用大量資源，其刷新周期一般較長(zhǎng)，改進(jìn)后，主體站點(diǎn)數(shù)據(jù)表按日期分表存儲(chǔ)，物化視圖站點(diǎn)也對(duì)應(yīng)創(chuàng)建多個(gè)物化視圖與之一一對(duì)應(yīng)，此時(shí)，對(duì)應(yīng)物化視圖為簡(jiǎn)單物化視圖，可實(shí)現(xiàn)按主鍵的快速刷新，刷新時(shí)間大大縮短，進(jìn)而可定義一個(gè)較短的刷新周期，例如30 min，從而大大提高了上級(jí)站點(diǎn)數(shù)據(jù)同步的實(shí)時(shí)性和效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文使用Oracle高級(jí)復(fù)制的物化視圖來(lái)解決分布式七號(hào)信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步問題，針對(duì)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的時(shí)效性特點(diǎn)，采用基于信令數(shù)據(jù)分表存儲(chǔ)、物化視圖動(dòng)態(tài)管理的優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了上下級(jí)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的快速同步，大大提高了對(duì)于短期數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計(jì)效率，有效保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的完整性。但是，分表存儲(chǔ)和物化視圖的動(dòng)態(tài)生成也在一定程度上提高了應(yīng)用層訪問和數(shù)據(jù)配置的復(fù)雜度，在工程應(yīng)用中需要得到進(jìn)一步的改進(jìn)。

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