孟 進(jìn)，陳 亮

（西安工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安710048）

0 引 言

在“三網(wǎng)合一”（傳統(tǒng)的電信網(wǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)和廣電網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)融合與滲透）的大趨勢(shì)下，為了滿(mǎn)足數(shù)字電視交互業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的要求，廣電集團(tuán)通常要對(duì)現(xiàn)有的單向HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造，建立基于IP網(wǎng)的雙向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).因此，為了提高廣電集團(tuán)對(duì)有線(xiàn)電視網(wǎng)的管控能力和廣電網(wǎng)絡(luò)在“三網(wǎng)合一”中的競(jìng)爭(zhēng)力，構(gòu)建一個(gè)針對(duì)面向廣電業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)、具備IP網(wǎng)絡(luò)管控功能的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)（business &operation support system，BOSS）是目前廣電行業(yè)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題［1］.

廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理層（NML），從全局的角度對(duì)管理域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，提供網(wǎng)絡(luò)性能，使用情況和可用性指標(biāo)，它主要負(fù)責(zé)與業(yè)務(wù)管理層進(jìn)行交互，為BOSS的運(yùn)行提供環(huán)境支持［2］.簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（simple network management protocol，SNMP）是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組定義的一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理和維護(hù)的接口協(xié)議，也是電信運(yùn)營(yíng)商N(yùn)ML中常用的管理協(xié)議.文獻(xiàn)［3］提出將J2EE技術(shù)和SNMP相結(jié)合，來(lái)解決異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理等問(wèn)題.文獻(xiàn)［4］針對(duì)如何保證網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)視數(shù)據(jù)的有效采集、如何優(yōu)化故障管理策略、如何快速定位網(wǎng)絡(luò)故障等問(wèn)題，提出了分層分布式的網(wǎng)絡(luò)故障管理模型.文獻(xiàn)［5］分析了SNMP的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)了符合SNMP的上位機(jī)和有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，為進(jìn)一步使用SNMP管理有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)打下了基礎(chǔ).本文以湖南有線(xiàn)集團(tuán)雙向網(wǎng)改造為背景，通過(guò)深入研究有線(xiàn)電視雙向網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在廣電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理層，設(shè)計(jì)了基于SNMP協(xié)議的分層分布式管理模型，通過(guò)管理域、群兩級(jí)分層減少了管理報(bào)文的數(shù)量并提供了細(xì)粒度管理權(quán)限.在該模型的基礎(chǔ)上采用J2EE技術(shù)建立了面向廣電行業(yè)的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng).

1 有線(xiàn)電視雙向網(wǎng)管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體功能描述

湖南省長(zhǎng)沙、株洲、湘潭地區(qū)是我國(guó)第一批“三網(wǎng)融合”試點(diǎn)地區(qū)之一，為了滿(mǎn)足全省數(shù)字電視單向廣播業(yè)務(wù)、雙向交互業(yè)務(wù)、寬帶接入業(yè)務(wù)以及各類(lèi)增值業(yè)務(wù)的整體效能，湖南有線(xiàn)集團(tuán)對(duì)現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了雙向傳輸改造，建設(shè)了全省統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái).該網(wǎng)絡(luò)按照省骨干網(wǎng)、市州城域網(wǎng)和縣市接入網(wǎng)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，并且為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，所有入網(wǎng)設(shè)備均遵循SNMP.現(xiàn)有的SNMP規(guī)范中，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視數(shù)據(jù)的獲取和傳送的主要方法是輪詢(xún)和事件通知，該方法占用資源大，并且不具備分層安全管理能力［4］.為了對(duì)全省網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的分層管控，本文設(shè)計(jì)一種分層分布式網(wǎng)絡(luò)管理模型，其原理如圖1所示.分層分布式網(wǎng)絡(luò)管理模型按照省—市—縣將網(wǎng)絡(luò)劃分為具有樹(shù)狀層級(jí)關(guān)系的管理域，每級(jí)管理域由管理者、群首和代理三級(jí)組成.管理者是網(wǎng)管功能的中心，群首是分群子網(wǎng)的局部管理者，代理是所在網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)及周邊鏈路的局部管理者.多個(gè)代理形成一個(gè)群并由群首管理，所有群首由其所在管理域的管理者集中管理.

管理域內(nèi)部采用SNMP／RMON協(xié)議分析與管理網(wǎng)元及子網(wǎng).群首通過(guò)SNMP輪詢(xún)與事件結(jié)合的方式獲取域內(nèi)各網(wǎng)元設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)加工采用SNMP報(bào)文發(fā)送給域管理者，從而獲知管理網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況.管理域間的通信主要是針對(duì)不同層級(jí)管理功能的通信，如集團(tuán)中心管理域可以獲取地市管理域的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，而反之則不可以.為了保證通信的可靠性，上下級(jí)管理域間通過(guò)TCP報(bào)文進(jìn)行通信.

該模型通過(guò)域、群兩級(jí)分層實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)的獨(dú)立管理，既能有效減少SNMP報(bào)文的傳播數(shù)量，又能提供細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)管理權(quán)限，從而提升網(wǎng)絡(luò)管理的性能和有效性.

圖1 分層分布式網(wǎng)管模型Fig.1 Hierarchical distributed management model

1.2 系統(tǒng)功能模塊分析

分層分布式管理模型中各管理域的功能模塊類(lèi)似，因此可以針對(duì)管理域設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模塊.根據(jù)文獻(xiàn)［6］，本文確定管理域的功能包含拓?fù)涔芾?、資源管理、故障管理和性能管理等4部分，并進(jìn)一步構(gòu)建系統(tǒng)功能模塊，如圖2所示.

（1）拓?fù)涔芾碜酉到y(tǒng) 該子系統(tǒng)提供維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編輯以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)監(jiān)視等功能.

（2）資源管理子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)對(duì)有線(xiàn)電視雙向網(wǎng)中的各種網(wǎng)元資源（包括路由器、交換機(jī)、接入服務(wù)器、USR、EPON、媒體服務(wù)器等）以及網(wǎng)絡(luò)資源（包括IP、子網(wǎng)、鏈路、端口、VLAN）進(jìn)行集中管理，包括資源查看、資源添加、資源刪除、資源修改以及資源同步等功能.

（3）性能管理子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)包括檢測(cè)任務(wù)管理和性能門(mén)限管理2部分.用戶(hù)通過(guò)設(shè)置采集周期、起止時(shí)間、采集對(duì)象等信息定制性能任務(wù)，定期收集網(wǎng)元類(lèi)型、網(wǎng)元設(shè)備和性能指標(biāo)的組合，通過(guò)計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的算術(shù)平均值、幾何平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差等評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)；門(mén)限設(shè)置對(duì)某一網(wǎng)元設(shè)備或網(wǎng)元類(lèi)型的監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行門(mén)限設(shè)置，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限后系統(tǒng)將產(chǎn)生性能越限告警.

（4）告警管理子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)包括告警管理、故障通知和故障處理等功能.告警管理包括告警定義、告警確認(rèn)、告警清除等；告警通知將告警通過(guò)前轉(zhuǎn)條件關(guān)聯(lián)到管理員，當(dāng)出現(xiàn)告警時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)EMail、短信或語(yǔ)音提示等通知相關(guān)人員；告警處理包括故障判定、故障工單處理等，主要在管理員的決策支持下確定故障類(lèi)別、緊急度和優(yōu)先級(jí)，并形成故障工單進(jìn)行過(guò)程跟蹤.

（5）客戶(hù)端呈現(xiàn)子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)是與網(wǎng)管人員交互的界面，主要包括視圖管理、性能查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、資源查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、告警呈現(xiàn)和告警查詢(xún)統(tǒng)計(jì)等功能.

（6）網(wǎng)絡(luò)通信模塊 該模塊實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的通信協(xié)議封裝，包括SNMP通信、Syslog通信、Telnet通信、RMI和JMS通信等.

（7）數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的封裝.

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.2 System function modules

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

J2EE是開(kāi)發(fā)安全、可擴(kuò)展和高可用性的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了一種多層分布式應(yīng)用模型，國(guó)內(nèi)外電信級(jí)BOSS系統(tǒng)大多采用J2EE框架實(shí)現(xiàn).傳統(tǒng)J2EE規(guī)范中EJB代碼具有依賴(lài)容器、啟動(dòng)緩慢、部署復(fù)雜、資源占用高等缺點(diǎn)，而Spring、Hibernate等輕量級(jí)框架采用普通常規(guī)Java對(duì)象（plain ordinary Java object，POJO）、控制反轉(zhuǎn)（inversion of control，IOC）、切面編程（aspect-oriented programming，AOP）等技術(shù)簡(jiǎn)化了編程模型，同時(shí)這些框架之間的松耦合特性分離了表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層，使得代碼對(duì)框架的依賴(lài)最小化，因此本文采用輕量級(jí)J2EE多層體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng).其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示.

圖3 基于J2EE的有線(xiàn)電視網(wǎng)管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The system architecture diagram of cable television network management system based on J2EE

系統(tǒng)分為客戶(hù)端、管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)探針和數(shù)據(jù)庫(kù)4層邏輯結(jié)構(gòu).其中網(wǎng)絡(luò)探針對(duì)應(yīng)分層分布模型中群首的功能，采用SNMP、Syslog等協(xié)議獲取網(wǎng)元的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的包裝處理形成局部子網(wǎng)的狀態(tài)分析數(shù)據(jù)；管理服務(wù)器是業(yè)務(wù)邏輯的核心，對(duì)應(yīng)分層分布模型中管理者的功能，其一方面匯總網(wǎng)絡(luò)探針獲取到的數(shù)據(jù)提供給網(wǎng)絡(luò)管理人員，另一方面下發(fā)網(wǎng)絡(luò)管理員的管理命令給網(wǎng)絡(luò)探針；客戶(hù)端是網(wǎng)絡(luò)管理員的管理前臺(tái)，為了使得展示效果美觀(guān)整潔，客戶(hù)端采用Swing技術(shù)實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放網(wǎng)絡(luò)的資源、性能等相關(guān)管理數(shù)據(jù)，為了使得系統(tǒng)的層次清晰，只有管理服務(wù)器能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)處理.系統(tǒng)各層可以部署在不同的物理機(jī)器上，客戶(hù)端與管理服務(wù)器以及管理服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)探針之間均存在同步通信和異步通信，同步通信主要通過(guò)遠(yuǎn)程方法調(diào)用（Remote Method Invocation，RMI）實(shí)現(xiàn)，異步通信主要通過(guò)Java消息服務(wù)（Java Message Service，JMS）實(shí)現(xiàn).

J2EE設(shè)計(jì)模式是采用J2EE框架解決某類(lèi)問(wèn)題的可行方案，具有高可重用和可伸縮性，對(duì)于節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高代碼質(zhì)量具有重要作用.Facade模式用以定義一個(gè)高層接口，降低組件的客戶(hù)與組件中各種復(fù)雜子系統(tǒng)之間的過(guò)度耦合，系統(tǒng)中采用該模式實(shí)現(xiàn)不同功能模塊間的調(diào)用；Proxy模式使得客戶(hù)端對(duì)一個(gè)對(duì)象的方法調(diào)用只能間接通過(guò)代理類(lèi)進(jìn)行，這對(duì)于降低遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)中組件的耦合度具有重要作用，因此本系統(tǒng)中遠(yuǎn)程調(diào)用采用該模式實(shí)現(xiàn).

2.2 有線(xiàn)電視雙向網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在以上的分析基礎(chǔ)上，本文采用輕量級(jí)J2EE框架開(kāi)發(fā)了有線(xiàn)電視雙向網(wǎng)管理系統(tǒng).其中管理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)探針程序在Windows2003操作系統(tǒng)上運(yùn)行，而客戶(hù)端程序在Windows XP操作系統(tǒng)上運(yùn)行.

通過(guò)系統(tǒng)拓?fù)涔芾砉δ苤卸龑油負(fù)湟晥D，管理員可以清楚地了解到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元設(shè)備類(lèi)型、廠(chǎng)商、IP規(guī)劃、網(wǎng)元的鏈接關(guān)系、網(wǎng)元狀態(tài)等基本情況，并根據(jù)管理域和群的職責(zé)、權(quán)限將網(wǎng)絡(luò)顯示為不同的組和子圖域.系統(tǒng)性能分析和告警管理，主要作用是監(jiān)視網(wǎng)元設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等資源的各種性能數(shù)據(jù)，如接口流量、狀態(tài)、可達(dá)性、CPU／內(nèi)存使用率等，并采用JFreeChart、Twaver等圖形控件和報(bào)表工具提供清晰明了的圖表顯示.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)主動(dòng)通過(guò)聲音、圖形、E-mail、手機(jī)短信等方式向管理員發(fā)出警告，使管理員能及時(shí)有效地定位網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的問(wèn)題.

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的主要關(guān)鍵技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)管理的主要任務(wù)是監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量，其中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)視是其中2個(gè)重要的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)算法 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫W(wǎng)絡(luò)管理人員提供了從全局上把握網(wǎng)絡(luò)狀況的途徑，因此設(shè)計(jì)好的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法是網(wǎng)絡(luò)管理中的重要研究方向［7-8］.拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)通常分為網(wǎng)絡(luò)層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和鏈路層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)主要通過(guò)SNMP方式獲取MIB2中ipRouteTable中的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)，而鏈路層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)主要通過(guò)AFT算法實(shí)現(xiàn).在廣電雙向網(wǎng)絡(luò)中存在大量EPON設(shè)備，并且EPON設(shè)備的ONU部件均采用透?jìng)鞣绞焦ぷ?，因此ONU與上行OLT的拓?fù)滏溌凡荒懿捎肁FT算法發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)通過(guò)各設(shè)備商私有MIB發(fā)現(xiàn).

（2）網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)視算法 網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)視是網(wǎng)絡(luò)管理者通過(guò)輪詢(xún)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和由代理主動(dòng)發(fā)送事件通知來(lái)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的一種方法.在傳統(tǒng)的SNMP規(guī)范中，管理者一般采用固定周期輪詢(xún)的方式獲取域內(nèi)被管對(duì)象的狀態(tài)信息，只有當(dāng)網(wǎng)元有重大異常時(shí)才發(fā)送故障事件通知給管理者.為了節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，本系統(tǒng)采用一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視算法，管理者根據(jù)輪詢(xún)和事件通知獲得群首中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)發(fā)送告警的可能性；如果沒(méi)有告警可能性，則管理者對(duì)群首的輪詢(xún)延時(shí).該方法既能減少輪詢(xún)的發(fā)生，又能在網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域有異常時(shí)通過(guò)群首的事件通知及時(shí)獲知異常信息.

2.4 與集中式系統(tǒng)的比較

實(shí)際的測(cè)試使用默認(rèn)的SNMP配置參數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完全不通的情況下，響應(yīng)時(shí)間最少是16s.設(shè)分層分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)部署N個(gè)網(wǎng)絡(luò)探針節(jié)點(diǎn)，同時(shí)分層分布式和集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的輪詢(xún)周期均為Ps，則集中式的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)最多可以有效管理［P／16］個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備.而分層分布式的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)探針節(jié)點(diǎn)都可以看作是一個(gè)單獨(dú)的集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，所以它可以有效管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)是集中式的N倍，也就是N×［P／16］個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備.由此可以得出分層分布式的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在對(duì)網(wǎng)元的管理能力上更加高效.

3 結(jié)束語(yǔ)

采用域、群兩級(jí)分層管理可以有效減少管理報(bào)文的數(shù)量，并提供細(xì)粒度的分層權(quán)限控制；應(yīng)用輕量級(jí)J2EE，通過(guò)多層框架實(shí)現(xiàn)層間業(yè)務(wù)的松散耦合，使得系統(tǒng)易于維護(hù).

該系統(tǒng)已在湖南有線(xiàn)集團(tuán)測(cè)試和試運(yùn)行，具有很高的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性.

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