李曉良，劉建平，趙培，高軍詩(shī)

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 引言

隨著國(guó)家“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略方案的逐步推進(jìn)實(shí)施，我國(guó)寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期。中國(guó)移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)從1-12期，業(yè)務(wù)帶寬不斷攀升，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)已經(jīng)邁入“大數(shù)據(jù)時(shí)代”。在這種形勢(shì)下，傳統(tǒng)基于CAD圖紙和Excel表格的規(guī)劃設(shè)計(jì)方式已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)，開(kāi)發(fā)以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的智能化、集中化規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)，成為一項(xiàng)迫切的需求。

骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)（TPADS）是針對(duì)省際骨干傳送網(wǎng)研發(fā)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工具。該平臺(tái)致力于解決傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法面臨困境，構(gòu)建以設(shè)計(jì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)、以信息化設(shè)計(jì)手段為核心的新設(shè)計(jì)架構(gòu)，推進(jìn)骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)方式變革。

2 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1 功能結(jié)構(gòu)

骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)由四大體系、八大核心功能構(gòu)成，平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該平臺(tái)打破傳統(tǒng)分散化、表格化規(guī)劃設(shè)計(jì)模式，提煉工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了集中一體化的全流程規(guī)劃設(shè)計(jì)功能，可有效提升網(wǎng)絡(luò)設(shè)備規(guī)劃設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量。其中，電路路由安排功能可基于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)等不同設(shè)計(jì)階段的需求，采用不同約束策略及算法，為批量電路安排最優(yōu)路徑，在計(jì)算效率方面，可在分鐘級(jí)別內(nèi)成功計(jì)算兩千余條電路路由。資源分配功能可按預(yù)設(shè)波長(zhǎng)分配方法，為已排好路由的電路分配波道資源，同時(shí)為復(fù)用段配置冗余保護(hù)波道。局站設(shè)計(jì)功能可在網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)完成后，自動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備連接方式，例如交叉、跨機(jī)架交叉、支路、預(yù)交叉等；可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、端口、ODF端子智能配置，并最終計(jì)算生成局站內(nèi)的通信系統(tǒng)連接表和物料線纜統(tǒng)計(jì)表等，指導(dǎo)采購(gòu)與工程施工。資源可視化功能可實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)、電路路由、機(jī)房平面圖、設(shè)備面板圖分層動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，可從工程建設(shè)和管理維護(hù)的不同角度進(jìn)行資源統(tǒng)計(jì)及呈現(xiàn)。此外，針對(duì)工程實(shí)施中多單位合作交互的特點(diǎn)，本平臺(tái)建立了多角色系統(tǒng)的用戶管理、用戶權(quán)限審批、任務(wù)管理、工程質(zhì)量監(jiān)督及進(jìn)度管控功能，對(duì)工程項(xiàng)目高效推進(jìn)提供了重要助力。

圖1 骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

2.2 平臺(tái)架構(gòu)[1]

考慮到該平臺(tái)的用戶相對(duì)固定，且工程設(shè)計(jì)人員有戶外工作、離線使用的需求，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為C/S架構(gòu)（即客戶機(jī)/服務(wù)器模式）。在戶外無(wú)網(wǎng)絡(luò)情景下工作時(shí)，用戶可通過(guò)離線登錄操作使用。

平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示，客戶端基于Java Swing開(kāi)發(fā)用戶界面；使用RMI遠(yuǎn)程方法調(diào)用，在客戶端與服務(wù)器之間利用遠(yuǎn)程對(duì)象互相調(diào)用，實(shí)現(xiàn)雙方通信；使用Spring框架分層管理JavaBean、邏輯Service層以及數(shù)據(jù)交互DAO層，使用了Spring內(nèi)置JDBC與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源交互。對(duì)于平臺(tái)中數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、拓?fù)涑尸F(xiàn)等功能，選擇了Apache POI、Drools、TWaver等第三方組件具體實(shí)現(xiàn)。

3 平臺(tái)核心功能

3.1 數(shù)據(jù)資源管理

數(shù)據(jù)資源管理模塊致力于解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)存在的非結(jié)構(gòu)化、不規(guī)范、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)困難、易錯(cuò)難審校等突出問(wèn)題。在深入研究總結(jié)省際骨干傳送網(wǎng)資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了資源標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化、物理化和全局化，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層數(shù)據(jù)表格模版表格14張，定義全網(wǎng)資源統(tǒng)一標(biāo)識(shí)幾十項(xiàng)；以結(jié)構(gòu)化方式歸集了現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源及設(shè)備資源數(shù)據(jù)，梳理完成各表格間關(guān)鍵字段維護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，開(kāi)發(fā)資源數(shù)據(jù)詞典；在數(shù)據(jù)入庫(kù)過(guò)程中規(guī)范、關(guān)聯(lián)、清洗數(shù)百萬(wàn)條設(shè)計(jì)資源數(shù)據(jù)，解決了現(xiàn)有數(shù)據(jù)中存在的潛在問(wèn)題。

骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)據(jù)模型分為3個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)：局站設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)連接層、光通路層，庫(kù)內(nèi)各表相互關(guān)聯(lián)且有層級(jí)關(guān)系，如圖3所示[1]。

資源數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)維護(hù)等功能主要完成數(shù)據(jù)庫(kù)的常規(guī)操作，平臺(tái)通過(guò)POI技術(shù)實(shí)現(xiàn)Excel的讀入和寫(xiě)出，以達(dá)到批量處理數(shù)據(jù)的目的。截至目前，該平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)已完成移動(dòng)省際骨干網(wǎng)100 Gbit/s OTN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層及設(shè)備層數(shù)據(jù)歸集、標(biāo)準(zhǔn)化入庫(kù)工作。

3.2 電路路由設(shè)計(jì)

圖2 骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)圖

傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃通常是多約束、多需求條件下的最優(yōu)化過(guò)程，即在傳輸業(yè)務(wù)部門(mén)給定詳細(xì)的帶寬需求、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、保護(hù)方式、建設(shè)成本、服務(wù)質(zhì)量等需求參數(shù)后，基于現(xiàn)網(wǎng)傳輸技術(shù)、現(xiàn)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、容量限制等制定一個(gè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)性能最大化或成本最小化等目標(biāo)函數(shù)，以滿足在既定技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下的業(yè)務(wù)需求。

基于現(xiàn)網(wǎng)資源數(shù)據(jù)集，依據(jù)不同建設(shè)策略及約束條件，安排合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒才烹娐仿酚墒且豁?xiàng)重要且繁瑣的工作。在中國(guó)移動(dòng)一期工程建設(shè)中，需要安排的電路路由數(shù)量通常多達(dá)數(shù)千條，而且業(yè)務(wù)需求頻繁變換。

本平臺(tái)電路路由設(shè)計(jì)功能，基于中國(guó)移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，面向規(guī)劃、可研、維護(hù)等不同設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段，綜合考慮路徑長(zhǎng)度、資源均衡、通路跳數(shù)、帶寬需求、保護(hù)規(guī)則等多種約束條件，基于Dijkstra算法、KSP算法、機(jī)器學(xué)習(xí)分類(lèi)算法等，為大批量電路排路需求提供最優(yōu)電路路由設(shè)計(jì)，提升了電路排路效率及設(shè)計(jì)方案的合理性。在計(jì)算效率方面，基于該平臺(tái)電路路由算法，可在分鐘級(jí)內(nèi)成功計(jì)算兩千余條電路路由。

3.3 集中化局站設(shè)計(jì)

本平臺(tái)集中化局站設(shè)計(jì)功能平滑承接網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)局站內(nèi)設(shè)備端口智能配置及通信系統(tǒng)連接設(shè)計(jì)。面向勘察人員可提供設(shè)備勘察入庫(kù)接口，勘察數(shù)據(jù)入庫(kù)后，可自動(dòng)完成全網(wǎng)絡(luò)、各局站的設(shè)備配置、端口分配、ODF端子分配，計(jì)算通信系統(tǒng)連接方案及物料線纜用量估計(jì)，批量生成全網(wǎng)各局站的通信系統(tǒng)全連接表及設(shè)備組架圖，用于指導(dǎo)工程施工。

局站設(shè)計(jì)功能流程如下所述。（1）根據(jù)電路路由設(shè)計(jì)方案及機(jī)房設(shè)備勘察結(jié)果，計(jì)算設(shè)備連接方式，完成局站內(nèi)設(shè)備、線路端口智能配置，并計(jì)算本期工程所需支路端口數(shù)量。（2）為本期新增設(shè)備、端口建立具有全局性、可讀性的物理標(biāo)識(shí)，即機(jī)架編碼、機(jī)框編碼、機(jī)槽編碼、端口編碼、ODF端子編碼等。（3）按照層級(jí)關(guān)聯(lián)關(guān)系，將本期工程新增機(jī)架、機(jī)框、槽位、端口、端子等資源數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。（4）根據(jù)業(yè)務(wù)需求及電路路由設(shè)計(jì)方案，遵循均衡、保護(hù)原則，自動(dòng)分配支路端口及ODF端子。（5）針對(duì)需要核實(shí)的支路端口、ODF端子連接關(guān)系，生成支路端口ODF端子表，提供給勘察人員。（6）補(bǔ)充勘察反饋數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成通信系統(tǒng)連接表及設(shè)備組架圖；統(tǒng)計(jì)物料線纜需要，生成布線計(jì)劃表。批量輸出圖紙、表格用于指導(dǎo)施工。

圖3 平臺(tái)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意

傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)連接和設(shè)備安裝設(shè)計(jì)等工作，采用以局站為單位的分散作業(yè)方式，無(wú)統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)，設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)，局站間設(shè)計(jì)結(jié)果有較大差異。此外，由于設(shè)計(jì)時(shí)需要翻閱大量圖紙表格，設(shè)計(jì)效率較低。本平臺(tái)提供的集中化局站設(shè)計(jì)功能打破了傳統(tǒng)分散化的局站設(shè)計(jì)模式，提煉并固化了設(shè)計(jì)人員優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，批量輸出骨干網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果，有效提升了設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.4 資源數(shù)據(jù)可視化

骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)資源數(shù)據(jù)可視化功能，基于端到端設(shè)計(jì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了骨干網(wǎng)絡(luò)、電路路由、機(jī)房平面圖、設(shè)備面板圖分層動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，并且可以從工程建設(shè)和管理維護(hù)等不同角度進(jìn)行資源統(tǒng)計(jì)及呈現(xiàn)。解決了傳統(tǒng)CAD圖紙表達(dá)信息有限、數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)聯(lián)、無(wú)地理信息、難以查詢(xún)統(tǒng)計(jì)等問(wèn)題。

資源可視化具體包括：路由設(shè)計(jì)方案動(dòng)態(tài)展示、網(wǎng)絡(luò)層復(fù)用段資源分層呈現(xiàn)、局站設(shè)備資源分層呈現(xiàn)等功能。設(shè)計(jì)人員選取任意一條現(xiàn)網(wǎng)電路，可在地圖上直觀查看該電路路由方案。在路由設(shè)計(jì)時(shí)，平臺(tái)可實(shí)時(shí)展現(xiàn)路由設(shè)計(jì)結(jié)果，為設(shè)計(jì)提供便利。如需查看網(wǎng)絡(luò)層資源，可根據(jù)用戶需求按工程期、平臺(tái)等查詢(xún)條件，在地圖上分層統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)骨干網(wǎng)城市段、局站段、復(fù)用段、波道、時(shí)隙資源數(shù)據(jù)；可按照資源總數(shù)、工作資源、冗余資源、保護(hù)資源、空閑資源的等分類(lèi)統(tǒng)計(jì)查詢(xún)現(xiàn)網(wǎng)資源現(xiàn)狀。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可分層呈現(xiàn)機(jī)房平面圖、設(shè)備面板圖、承載業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)等信息。

本平臺(tái)資源可視化功能，基于TWaver Java和TWaver GIS，實(shí)現(xiàn)了基于地理信息的傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源分層展示；實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層與局站設(shè)備層數(shù)據(jù)可視化功能的無(wú)縫銜接；采用數(shù)據(jù)異步加載的技術(shù)，改進(jìn)拓?fù)洳季炙惴ǖ男阅埽岣吡舜髷?shù)據(jù)條件下拓?fù)涞募虞d和響應(yīng)速度。此外，本平臺(tái)不僅支持資源數(shù)據(jù)可視化，而且也支持資源數(shù)據(jù)批量導(dǎo)出。例如，本平臺(tái)不僅可以呈現(xiàn)局站內(nèi)設(shè)備面板圖，也支持批量導(dǎo)出全網(wǎng)各局站設(shè)備面板圖，節(jié)省了人工繪圖的時(shí)間。圖4為逐級(jí)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约霸O(shè)備面板圖。

4 平臺(tái)應(yīng)用效果

4.1 引領(lǐng)設(shè)計(jì)方式的變革

目前，該平臺(tái)主要服務(wù)于中國(guó)移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)的工程設(shè)計(jì)。中國(guó)移動(dòng)省際骨干網(wǎng)作為世界上最大的傳送網(wǎng)絡(luò)，每批次工程設(shè)計(jì)，僅WDM/OTN層，就有數(shù)千條電路，需要使用數(shù)十萬(wàn)條波道時(shí)隙來(lái)承載。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要多人參與，通過(guò)數(shù)個(gè)Excel表格關(guān)聯(lián)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，一次計(jì)算幾十分鐘，安排1條電路耗時(shí)2～3天時(shí)間。基于該平臺(tái)，可以在分鐘級(jí)別批量生成接近最優(yōu)的電路路由，極大提高了設(shè)計(jì)效率。

4.2 推進(jìn)資源管理方式的變革

當(dāng)前的省際骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，由多套網(wǎng)管和綜合資管系統(tǒng)共同管理。資源管理方式是：在設(shè)計(jì)、施工完成后，由廠家將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)管，然后再導(dǎo)入資管平臺(tái)。設(shè)計(jì)及維護(hù)人員查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)資源，需要使用不同廠家的多個(gè)網(wǎng)管，不同廠家網(wǎng)管使用各自私有標(biāo)識(shí)和方式，造成諸多不變及管理困難。骨干網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)將打破網(wǎng)管的局限，將跨廠家、跨網(wǎng)絡(luò)的資源數(shù)據(jù)，從工程建設(shè)和管理維護(hù)的不同角度進(jìn)行管理和呈現(xiàn)?？梢酝瑫r(shí)呈現(xiàn)光纜層、WDM/OTN、SDH和PTN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層、業(yè)務(wù)層信息，可以實(shí)現(xiàn)端到端的電路路由呈現(xiàn)，這是傳統(tǒng)資源管理方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

4.3 初步應(yīng)用成果

目前該平臺(tái)已經(jīng)成為中國(guó)移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)工程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)平臺(tái)。骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)投入生產(chǎn)應(yīng)用，有效緩解了中國(guó)移動(dòng)省際骨干網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)引發(fā)的資源數(shù)據(jù)管理難題和設(shè)計(jì)效率提升壓力。

圖4 逐級(jí)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

5 總結(jié)

針對(duì)骨干網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需要，創(chuàng)新設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)，可有效解決現(xiàn)階段骨干網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及資源管理的難題，是應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源全生命周期管理的必然選擇。該平臺(tái)的應(yīng)用，有助于提升骨干網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、集中化、專(zhuān)業(yè)化水平。

[1] 李曉良. 一種基于設(shè)計(jì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2017,30(5):56-60.

[2] 劉建平, 高軍詩(shī), 李曉良. 大數(shù)據(jù)時(shí)代的傳送網(wǎng)工程設(shè)計(jì)[C].中國(guó)通信學(xué)會(huì)2016年通信線路學(xué)術(shù)年會(huì)論文集, 北京：人民郵電出版社，2016,9.