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一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 摘要 通信网络管理系统是现代通信网络的重要组成部分，是保证通信网高效、 可靠、经济和安全运行的重要支撑手段。通信网络很多特性的使用和提供，在很 大程度上取决于相应的网络管理系统的能力鄹质量。从“八五”术期开始，国家 把网管系统的建设看成是提高服务质量和网络能力、保证网络运行质量、增加企 业效益的重要手段，从而开展了较大规模的网管系统的建设。长期以来，网管系 统在实际建设中严重依赖传统管理模式或技术，网管理论常与实际建设脱节，造 成网管系统的建设速度、质量等都难以满足网络建设的需要，因此，迫切需要网 管理论与实践经验紧密结合的工程型技术米指导网络管理系统的建设，进而在此 基础上进行高层次和深入层次的经验总结，逐步完善网络管理理论，进一步丰富 和系统化工程型技术，更好的支持网管系统发展。 结合实际工作中的需求情况，作者应用在校期f 叫学习的网管理论知识、管 理科学与) ：程理论、相关的数学算法等知识，参加了通道管理调度系统的总 体设计和算法部分的编程实现_ 丁作，并以此项工程作为研究瀑题，对管理科学与 工程理论方法在通信网管中的应用特点进行了总结和分析，撰写本硕士毕业论 文。 本文首先在第一章简要地介绍了论文的选题背景和目的；第二章，简单介 绍了通信网络管理有关的概念以及现代网络管理与控制常用理论和方法：第三 章，在调查分析国内外通信网络管理系统的现状和发展趋势基础上，就个人观点 提出我园通信网络管理中一些亟待解决的问题：第四章，针对本次课题研究，实 例介绍一个本人设计实现的通道调度管理系统；第五章，介绍该系统的特点和应 用情况，并对通信网管系统的建设进行总结分析；第六章，简述本次课题研究结 论，并提出发展性建设意见。 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 a b sr 】l a c i c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r ki sa l li m p o r t a n tp a r to ft h em o d e r n c o l m n t m i c a t i o nn e t w o r ka n dp r o v i d e sa ni m p o r t a n ts u p p o r t i n gm e a s u r et ok e e pt h e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kr u n n i n gs m o o t h l y , e f f e c t i v e l y ，r e l i a b l y ，e c o n o m i c a l l ya n d s a f e l yt h eu s i n ga n do f f e r i n go fm a n yn e t w o r kc h a r a c t e r i s t i c sl i eo nt h ea b i l i t ya n d q u a l i t yo ft h ec o r r e s p o n d i n gn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m a tt h ee n do ft h ee i g h t h f i v e y e a rp l a n ，o u rc o u n t r yh a sc o n s i d e r e dt h ec o n s t r u c t i o no fn e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e ma sa ni m p o r t a n tm e a s u r et oi m p r o v et h es e r v i c eq u a l i t ya n dn e t w o r ka b i l i t y , e n s u r et h er u n n i n gq u a l i t yo ft h en e t w o r ka n di n c r e a s et h eb e n e f i t so ft h ee n t e r p r i s e s ， a n dt h e nb u i l tt h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mo na l a r g es c a l e i nal o n gt e r m ，t h e c o n s t r u c t i o no ft h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e md e p e n d e dal o to nt h et r a d i t i o n a l m a n a g e m e n tm a n n e r sa n dt e c h n i q u e t h en e t w o r km a n a g e m e n tt h e o r yo f t e ns e p a r a t e s f r o mt h ep r a c t i c eo fc o n s t r u c t i o n ，w h i c hm a d et h ec o n s t r u c t i o ns p e e da n dq u a l i t yo f n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mh a r dt os a t i s f yt h er e q u i r e m e n to fn e t w o r kc o n s t r u c t i o n t h e r e f o r e ，i ti su r g e n tf o ru st ou s ee n g i n e e r i n gt e c h n i q u e ，w h i c hc o m b i n e st h e n e t w o r km a n a g e m e n tt h e o r ya n dp r a c t i c ee x p e r i e n c e ，t oi n s t r u c tt h ec o n s t r u c t i o no f n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m t h e no nt h i sb a s e w es u m m a r i z et h ee x p e r i e n c ei n h i g h e ra n dd e e p e rl a y e r ，p e r f e c tt h en e t w o r km a n a g e m e n tt h e o r ys t e pb ys t e p ，f a r t h e r e n r i c ha n ds y s t e m a t i z ee n g i n e e r i n gt e c h n i q u e ，a n dm o r es u p p o r tt h ed e v e l o p m e n to f n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m i a p p l i e dt h en e t w o r km a n a g e m e n tt h e o r e t i ck n o w l e d g e ，t h ea r i t h m e t i c k n o w l e d g e ，t h es c i e n t i f i cm a n a g e r m e n ta n dp r o j e c tt h e o r y ，w h i c hih a v el e a r n e di n t h eu n i v e r s i t y ，t op a r t i c i p a t et h ew o r ko fs y s t e m a t i co v e r a l ld e s i g na n ds o m e p r o g r a m o ft h ea r i t h m e t i c ，a n dn o wu s et h ep r o j e c ta sm yt h e s i st oa n a l y z ea n ds u m m a r i z et h e a p p l i e dc h a r a c t e r i s t i c so fs c i e n t i f i cm a n a g e r m e n ta n dp r o j e c tu s e i n gi nt h eb u i l d i n g o fn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m i nt h i st h e s i s ，f i r s t l yb r i e f l yi n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do ft h i sp r o j e c ta n d s i g n i f i c a n c e s e c o n d l y , i n t r o d u c e ss o m eb a s i cc o n c e p t so fn e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e m ，b a s i ct h e o r ya n dr e g u l a rm e t h o d t h i r d l y , r e s e a r c ha n da n a l y s et h et h ea c t u a l s t a t eo fa f f a i r sa n dd e v e l o pt r e n do ft e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r km a n a g e m e n t e 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 ：一 f o u r t h l 弘i td e t a i l e d l y d e s c r i b e st h ed e s i g no ft h ec h m a n e l sm a n 8 9 e m 。n ts y s t e m f i l y ，i n t r o d u c et h ep e c u l i a r i t ya n da p p l i c a t i 。n sc i r c s 。ft h es y s t e m ，s u i n m 盯i 2 。8 “d a n a l y s et 1 1 e c 。n s t n l c t 。ft e l e c 。m m u n i c a t i 。n n e t w 。r km a n a g e m e n t l a s t , i t 。v e r s i m p l i f i e dm ec 。n c l u s i 。n 。f t h i st a s k ，a l a dp u tf o r w a r ds 。m e 。n 8 t r “。t i ”e a d y a r l c c s 6 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 第一章绪论 1 1 选题的背景和目的 1 1 1 通信大发展的现状和趋势 世纪之交，现代信息产业和作为信息载体的通信技术得到了空前规模的发 展。仅从中国的情况来看：二十世纪最后二十年，中国信息通信业从无到有( 计 算机及其网络) 、从小到大( 通信网络) ，有了飞速的发展。二一卜年中，中国通信 业发展年均增长率达2 0 7 0 以上，大部分年份增长率为g d p 增长率的2 2 3 倍。 2 0 0 1 年，中国通信业增加值为2 4 2 6 亿元( 2 9 4 亿美元) ，占g d p 比重为2 2 3 7 0 。 信息通信业已深入到社会的各个方面，对经济、政治、文化、人民生活起着巨大 的影响，已成为人们工作、生活中不可缺少的手段和环境。 作为一个人均g d p 还不到1 0 0 0 美元的发展中困家，中国信息通信业的发展 成就是相当突出的。当前，信息产业已经成为推动我国现代化建设和社会经济发 展的支柱产业。但是，形势大好并不代表没有问题。自从2 0 0 0 年下半年以来， 世界通信、发展的泡沫破裂，网络股遭到沉重打击，通信业也丌始陷入低迷，有 的通信企业处境艰难甚至破产。尽管就总体而言，通信市场的趋势仍然存向前发 展，但发展势头已经减缓。要看到，目前的世界通信业尚未走出低谷，通信业的 发展正进入调整阶段，业界也正在反思脱离应用需求的宽带圈地运动、违背市场 发展规律的3 g 狂潮、不训成本的兼并与扩张、网络烧钱的眼球经济等所造成的 影响。可以说c o m 炒作、政府监管缺位导致企业之间过度竞争，资本市- 场强加 在传统产业电信业的高增长“规律”造成了今天灾难性的局面：1 、网络设 施过多。国内各大电信企业5 年内投入4 万亿元建成了目前覆盖全国、距离超过 2 0 0 万公早的光纤通信传送网。其带宽大大超出当前业务需求，造成当前传输利 用率尚不足i o ? o 。2 、电路价格和股i 丁暴跌，投资浪费严重。网络公司蒸发投资 达1 万亿元：相形之下，全球电信企业则蒸发投资2 2 万亿元。加之当今时代通 信产业的激烈竞争，生存性已成为现代通信网络运营者间的重要竞争焦点。 面对当前这样一个挑战与机遇并存的局而，国内通信企业应该如何应对? 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 如何采取有效措施扩大自己的竞争优势? 本人认为，国内电信企业在分拆重组 后，纷纷投入资金和人力，紧跟通信领域新技术潮流，企业规模日益庞大，包揽 的用户群数量巨大。同时，随着市场竞争的加剧，电信运营商必须面对提高网络 可靠性和降低维护成本的问题。如何有效采集整理电信市场信息? 如何合理利用 电信资源? 如何准确提供建设规划依据? 如何提高网络可靠性和降低维护成本 呢?个行之有效的办法就是建立完善的网络管理系统，以保证网络的运营质 量。目前，在电信业已经进入竞争后发展阶段的情况下，各电信企业所掌握的技 术相差无几，其总体实力也各有特点。可以说：此阶段对硬件设施的投入产出将 远不如对“软系统”的投入产出大。所以，网管系统将逐步成为电信业价值增长 的倍增器，其建设也将成为现代电信业发展的热点。网管系统的好坏将直接影响 到电信企业的生存和发展。 1 1 2 现代通信网络管理与控制的莺要性 现代通信网络管理的重要性日渐凸显，主要体现在以下几个方面： 第一，网络设备的复杂化要求网络管理与控制必须采用先进有效的方法。 网络设备的复杂有两个含义：一是功能复杂，j 是生产厂商多，产品规格不统一， 这种复杂性使得网络管理和控制无法用传统的手工方式完成，必须采用先进有效 的手段。 第二，网络的经济效益越来越依赖网络的有效管理与控制。现代网络已经 成为一个极其庞大而复杂的系统，它的运营、管理、维护和开通越来越成为一个 专门的学问。没有一个有力的网络管理和控制系统作为支撑，就难以在网络运营 巾有效地疏通、k 务量，提高接通率，避免诸如拥塞、故障等问题。使网络经营者 在经济上受到损失，给用户带来麻烦。同时，现代网络在业务能力等方面具有很 大的潜力，这种潜力也要靠有效的网络管理与控制挖掘。 第三，网络用户要求删络管理与控制能够先进和可靠。当今时代，人们划 嘲络的依赖越来越强，普通人通过网络打电话、发传真、发e m a i l ，企业通过 网络发布产品信息，获取商业情报，甚至组建企业专用网。在这种情况下，用户 难以容忍网络的故障，同时也要求网络有很高的安全性。 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 1 - 1 3 现代通信网络管理与控制的目标和任务 网络管理与控制的根本目标是要满足网络经营者以及用户对网络的基本要 求，具体表现在以下几个方面： 1 网络应是有效的，要能准确及时地传递信息。即网络业务要保证质量。 2 网络应是可靠的，能够稳定运转。 3 现代网络要具备开放性。即网络要能够接受多厂商生产的异种设备。 4 现代网络要有综合性。即网络要提供综合业务和综合性管理功能。 5 现代网络要有很高的安全性。即网络足够安全，以确保用户利益。 6 网络要有经济性。这种经济性不止是剥网络经营者而苦的，也是对用户 而言的。 正是为满足上述要求，网络管理与控制必须完成以下任务： 1 状态监测：通过状态监测，呵以获得分析网络各种性能的原始数据。 2 数据收集：要能够及时了解网络的运营状态，还需要将分散监测到的有 用数据集中管理和分析处理。 3 状态分析：即利用建立的管理模型，并根据收集到的监测数据对网络的 状态进行分析判断，为实施有效管理提供决策依据。 4 状态控制：状态控制就是根据状态分析的结果对网络采取控制措施，从而 实现有限管理。 1 1 4 课题来源 现代通信网络的发展特点是：业务种类越来越多、网络容量越来越大、网 络结构越来越复杂、网络设备高技术含量越来越大。可以说，随着现代社会逐步 进入信息化时代，其每一步发展都对通信产生着越来越严重的依赖性。 根据美国某权威部门实际i 算，若通信中断l 小时，可能会对其国内航空 公司造成直接损失2 5 0 万美元、投资银行直接损失6 0 0 万美元、证券公司卣接损 失达到6 4 5 万美元；如果通信中断2 天则足以使一个具备相当规模的银行倒闭。 由于现代通信领域中新技术的不断创新和引入，通信容量和质量都得到了翻天覆 地的巨大变化。同时，也因此而加剧了网络故障的危害性和影响面( 如一套 3 2 0 g b s 系统的故障可以能影响到3 8 4 万条话路) 。9 1 1 事件中曾导致2 0 万条电 9 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 话线、1 0 万条企事业电话线和3 6 0 万条数据电路受到破坏和中断。仅完全修复 上述通信损毁就需要花费1 4 亿美元，而因上述通信中断造成的损失数额不难想 象有多么巨大。从上述事例可见，现代通信网络已经成为影响现代企业生存的重 要因素之一。 本人白参加工作以来，一直从事国内电信级通信网络管理系统的研发工作。 目前，己成为国内某大型电信公司网管中心的高级技术管理人员。依据长期从事 电信业务的管理经验，木人认为：在网络管理系统方面不断开拓和创新，是今后 通信网络管理发展的必然方向，也是目前投入产出比最高的管理模式。因此，本 人应用所掌握的管理学理论和自动化技术知识，没计实现了一个“基于消息机制 的电信级通道调度算法”，力求在现代通信网络管理领域进行有益的摸索和尝试， 并依据此系统的研发过程，撰写本文作为自己在中国科大学习期间的研究生毕业 论文。 1 1 5 选题目的 本人工作所在的国内某大型电信公司，管理着覆盖全国的多种通信嘲络。 其中，仅固定光纤传输网络目就已敷设光缆x x x x x x 公里，形成了个覆盖全 国范围的栅格状网络，开通和预留传输通道上百万条。面剥如此众多的传输通道 管理，其工作十分繁琐，工作量是非常巨大。如何按照每f _ _ i 的通道涧度需求，及 时制定和实施通道调度方案，并确保其调度准确性和实时性，始终是相关管理人 员难以解决的问题。 按照以往的：i ：作模式，日常的通道调度工作人多依赖熟悉并掌握网络资源 现状、富有工作阅历的凋度人员凭借个人记忆和经验完成。主要工作流程如下： 1 、拟订调度方案；2 、核查电路资料，确认渊度路由和空闲信道情况；3 、测试 信道质量；4 、生成通道调度单，并下发相关业务部门实施。5 、修改通道资料并 存档。 通过对以往工作流程的认真分析，结合本人多年开发网管系统的经验和对 自动化技术的掌握，本人认为：通道调度工作完全可以规范为固定模式的数据采 集和处理流程即完全可以转化为e h ；, t 一算机程序实现的自动化处理过程。转化 为自动化处理的流程如下：1 、收集并掌握全州通道资源和质量情况；2 、接受通 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 道调度任务；3 、借助自动化手段生成通道调度方案；4 、测试通道质量；5 、生 成通道调度单、修改通道资料并存档：6 、实现通道自动调度。 依照该规范化流程，本人将有关管理学、运筹学等相关知识算法与实际应 用情况紧密结合，设计了一个“基于消息机制的电信级通道调度算法”，并将该 算法编程实现为一套电信级的通道调度管理系统。 在系统建设中，本人主要承担了系统的总体设计和算法编程的实现工作。 目前，该系统编程和测试任务已经基本完成，正在进入应用验证期。通过前期的 实际使用，该系统町将通道调度实现周期由原来的几天、甚至几周h , j 间有效地缩 短为几个小时，大大简化了工作的复杂性、极大地降低了相关管理人员的劳动强 度。同时，建立起一套行之有效的自动化管理机制，完善了通信网络资料管理环 节，为下一步通信网络的其他管理应用打下了坚实的基础。 尽管研发此系统只是通信网络管理系统研制这座巨大冰山的个微不足道 的小角，但却是国有电信企业在现代通信网管系统自研建设过程中的一次有益尝 试。相信该系统的研发和应用理念具有一定普遍适用性，若将之应用于其他专业 通信网络的通路管理，只需针对具体情况进行相应调整，即可同样达到有效的自 动管理和调度目的，并产生较高应用效益。 1 2 研究的主要内容和方法 1 2 1 课题研究过程中采用的主要方法 1 管理学相关知识和理论 管理的控制职能，是对组织内部的管理活动及其效果进行衡量和校j f ，以 确保组织目标以及为此而拟定的计划得以实现。转化到一个具体的通信网络管理 系统中，控制就是对通信系统内部某项业务活动及其效果进行衡量和校j 下，以确 保相关业务目标以及为此而拟定的预期得以实现。 在课题研究过程中，本人充分发挥自己所掌握的管理学理论和知识，通过 软件系统，将管理学中的控制理论较好地应用于实际通信网络管理系统的研发和 应用中。 在日常工作中，我们可以看到计划工作的重点日益集中在决策上，同时呵 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 以看到，影响组织结构的主要因素，除了目标与战略、工艺和技术、环境和人际 关系之外，还有信息管理方式和手段的因素。本系统的研制征是对国有电信企业 在信息管理方式和手段方面的一次强化。通过相关管理系统的建立，有利于企业 运营数据的采集和分析，最终町以有效地服务于企业的发展决策。 2 运筹学相关理论 运筹学是一门研究如何有效地组织和管理人机系统的科学。由于它同管理 科学的紧密关系，研究解决实际问题时的系统优化思想，以及从提出问题、分析 建模、求解到方案实施的一整套严密科学方法，使它在管理应用系统中发挥着极 为重要的作用。 在本课题研究中，尤其是通道路由算法的实现中，本人大量借鉴和参考了 运筹学的专业知识。 3 应用统计学相关理论 统计学是研究不确定性现象数量规律性的方法论科学，也是对客观现象进 行定量分析的重要工具。在通信网络管理中经常会遇到通信资源供求、通信质量 状况分析和通信运营前景预估等不确定性现象，要进行科学的管理和决策，上述 问题的分析和解决大多r u 以应用到统计学的相关理论。 统计学可以分为理论统计学和应用统计学两类。前者侧重于统计方法的数 学理沦，后者侧重于统计方法在各个领域的应用。本课题主要是借鉴了统计方法 在各个领域的部分应用特点和思路。 4 软件工程技术 软件工程技术是实现本次课题研究的主要手段之一。它是将人们生活或工 作中的某些规则加以规范量化后，通过编程方式，借助计算机技术得以实现的新 兴科学。 现代通信网络管理和控制技术的发展利实现与软件t 程技术密不可分。本 系统f 是通过软件工程技术手段实现了准确、高效的自动化管理。 1 2 2 研究的主要内容 本次课题研究的主要内容是：如何利用先进的管理学理论和相关技术知识， 通过自动化手段，实现对现代通信网络资源的有效管理和充分利用。主要工作有 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 以下几个部分：首先，本人对所在国内某电信公司的通道调度管理流程进行分析 和建模；第二，通过数据采集系统、优化算法和计算机技术，实现全网传输通道 的实时管理和调度。从而，在最大限度上减轻人工管理的复杂性和大工作量，有 效提高了通道调度管理的准确性和及时忡。 任何一个通信网络管理系统都是一个大的系统工程，所涉及的学科众多。 以本课题为例，虽然系统仅仅是大型通信网络管理中的一个很小的应用系统，就 已涉及到到光纤通信、光通信设备接口标准、数据库、计算机图形显示、计算机 网络、计算机软件工程、运筹学算法、人工智能、管理科学与工程理论等多个领 域的专业知识。现代通信网络管理与控制研发道路之漫长和艰辛、待作工作量之 巨大，任务性质之艰巨，由此可见一斑。 1 3 论文的结构框架 本文主要分为六个部分。 第一章，介绍论文选题的背景和目的：第二章，简单介绍了通信网络管理 有关的概念、嘲络管理功能和相互关系、现代网络管理与控制常用理论和方法等 内容；第三章，调查分析国内外通信网络管理系统的现状和发展趋势，并提出我 国通信网络管理中一些亟待解决的问题；第叫章，针对本次课题研究，实例介绍 本人设计实现的一个通道调度管理系统；第五章，介绍该系统的特点和应用情况， 并对通信网管系统的建设进行总结分析；第六章，就本次课题研究提出发展性建 设意见。最后是鸣谢和参考资料清单。 第二章现代通信网管理论发展情况 2 1 有关通信网管的概念 研发一个实用的、能够有效实现管理目标的现代通信网络管理系统，首先要 充分了解现代通信网络的基本概念和常用理论。 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 2 1 1 现代通信网络的基本结构 现代通信嘲络按其所能实现的、【k 务种类分为两大类，即：业务删和支撑网。 其中，业务网中又分为传送网、电话网、数据网、图像网、智能网、移动网、多 媒体网等；支撑网中分为信令网、同步网、管理网等。按照网络的服务范围可分 作企业网、本地网、长途网和国际网等。但不管实现何种业务，还是服务何种范 围，其网络的基本结构形式都是一致的。目前，通信网络实现的基本结构主要有 网型网络、星型网络、复合网络、环型网络和总线型网络五种。 如图1 所示。 矜必 网型星型混合型环型总线型 图1 通信网络的基本结构类型 上述五种类型的网络结构由于特点不同，可分别应用于不同的通信方式。 2 1 2 现代通信网络的构成要素 从上述通信网络基本结构可以看出，构成通信网的基本要素是：终端设备、 传输系统、转接交换设备。 终端设备是通信网的源点和终点，是通信的信源和信宿，包括要传送的信 息的变换和反变换装置。终端设备的主要功能是把待传送的信息与在信道上传输 的信号之间相互转换。这就需要发送传感器来感受信息和接收传感器将信号恢复 成能被利用的信息。此外，还需要有能够处理信号的设备以便与传输信道相匹配。 另外，需要有能产生和识别网内所需的信令信号或规约的第三种功能，以便相瓦 联系和应答。对应不同的通信业务有不同的信源和信宿，也就有着不同的变换和 反变换装置。因此，对应不同的通信业务有不同的终端设备，如电话业务的终端 设备就是电话机；对传真业务就是传真机；对数据业务就是数据终端等等。 传输系统是网络结点的连接媒体，是信息的传输通路。它除主要对应信道 部分外还包括一部分变换和反变换装置。传输系统的实现方式很多，最简单的传 输系统就是简单传输线，如明线、电缆、光缆等，它们用于一般的前内电话网的 1 4 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 用户终端到交换结点之间的信号传输。其次，在网络结点之间，一般有载波传输 系统、p c m 传输系统、数字微波传输系统、光纤传输系统等实现方式。 转接交换设备是现代电信网中的核心，它的基本功能是完成对接入到交换 结点的链路上的信号进行汇集、转接和分配。由于网上传送的业务存在有话音、 数据、图像和传真等不同类型的信号，因而交换设备也有所不同。如电话通信对 时延特性要求比较严格，因此多采用电路交换方式；数据通信对可靠性要求比较 高，对时间特性要求比较低，常采用“存储转发”方式的分组交换设备；图 像通信频带比较宽，且对实时性和可靠性均有较高要求，目前多采用a t m 交换技 术。 随着通信技术的不断发展和突破，现代通信网络丁f 朝着技术体制数字化、 传输交换宽带化、通信、i k 务综合化和控制管理智能化的方向发展。 2 1 3 现代通信网络管理的内涵 现代通信网络管理的内涵是：对实际运行中的网络状态和性能进行监视与测 量，在必要时采取适当的技术手段，对网络的业务流量和流向进行控制。网络管 理的目标是要使全网达到尽可能高的呼叫接通率，使网络设备和设施在任何情况 下都能发挥最大的运行效益。国际电联组织( c c i t t ) 把网络的几个主要管理功 能总称为o a m & p ，即运营( o p e r a t i o n ) 、管理( a d m f n i a r a r a t i o n ) 、维护 ( m a i n t e n a n c e ) 和保障( p r o v i s i o n ) 。运营功能是指支持网络业务的管理；管 理功能是检验网络服务水平和资源使用的最佳化；维护功能是负责改l f 和预防故 障的管理；保障功能是支持提供服务的网络配置，但不包括网络的物理安装。网 络运营维护管理的定义是：为保持电信网络正常运行和服务，对它进行有效的管 理、维护和操作所建立的硬件、软件系统和网络的组织体系的总称。 网络管理系统可根据各网络结点问流量、流向统计出的数据，最有效地组 织业务流量的分配；根据监测告警系统提供的网络状态分析判断，组织调度电路 和控制业务流量流向，避免刚络过载和拥塞，提高全网接通率和整体运行效率。 2 1 4 通信网络管理方法的演变 嘲络管理方法是随着电信网络的发展而逐步发展起来的。 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 在早期人工接续的交换方式时，电信网络的管理工作主要是由话务接线员完 成的。网络中发生的事情，接线员可以知道并且用来调节网络巾的业务量。这是 一种在没有建立自动网络之前人工的网络管理，并且没有建立网络管理系统。后 来随着自动电信的建立，才逐步建立起俐络管理系统，对整个电信网络进行全面 的自动化管理。 自动化网络管理刚刚出现时是以电子技术为基础，分散地由各个网元( n e ， 如传输设备、复用器、交换设备等) 设备收集有限的网络状态数据，并由各地的 网元设备独立处理，对网络进行简单的小规模、区域性控制管理。 随后是结合计算机技术的广泛应用，实现以网元设备为基础的全面而综合的 刚络管理系统。在这个时期，各个网元设备收集的有限网络状态数据由一个网管 中心集中处理，再由各网元管理器对网络实施控制。 随着计算机技术的进步以及计算机成本的降低，网元设备的智能处理功能越 来越高，网元设备的容量和电信网络的规模也越来越大。其直接结果是网冗设备 收集到的网络状态数据大量增加，继续由一个网管中心进行处理已经不能适应需 要。所以，网元设备也直接完成部分管理工作，只有一部分数据需要由网管中心 处理。这时是网管中心与网元设备共同完成网络的管理和控制。 由于网络管理的重要性越来越高，网元设备本身的管理能力已经不能适应网 络的复杂管理需要，由此产生了独立于网元设备的网络管理系统。总而言之，可 以粗略地把网络管理从原米传统的人工方式发展到现代化的自动方式的过程分 为两个阶段：第一阶段是从人工的分散的管理向自动的集中管理方式发展：第二 阶段是从分离的多系统管理方式向综合的电信管理网发展。 目前，通信网络的管理发展正处在第一阶段术期和第二阶段初期之间，网 络管理的广阔领域正等待着我们去积极实践和探索。 2 2 网络管理功能及相互关系 网络管理实际上是一系列解决方案的总和，目的足保持全网正常运行和充 分提高网元的利用率，尽可能避免网络发生故障或拥塞，从而全面提高网络的可 用时间和设备的利用率、网络性能、服务质量和安全性等指标。网络管理涉及到 刚络资源和活动的规划、组织、监视、计费和控制等多个方面。围际标准化组织 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 一直致力于网络管理的标准化，它定义了差错、配置、性能、帐务和安全五大主 要管理功能区域。但是，其他的管理功能域也非常重要，同样需要花费管理各个 电信企业投入大量的智慧和资源。如图2 所示。 管理功能 o s i 管理功能 非o s i 管理功能 图2 网络管理功能区域 完成某项管理功能往往需要其他管理功能的配合，所以说网络管理功能互 相之间不是孤立存在的。在网络管理当局、网络设备供应厂商、网络用户和上述 网络管理功能之间存在着密切的相互影响、相互促进的关系。 2 2 i 故障管理 故障管理是检测和确定网络环境中异常操作所需要的一组设施。无论故障 是短暂的还是持久的，都可能导致网络系统不能达到预期的运营指标。故障管理 设施通过检测异常事件来发现故障，通过日志记录故障情况，根据故障现象采取 相应的跟踪、诊断和测试措施。 一一一一一一一一 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 2 2 2 配置管理 配置管理功能支持为了网络服务的连续性而对管理对象进行的控制、鉴别， 从中收集数据和向它提供数据。配置管理设施也提供命名手段，使某个名字和特 定的管理对象联系起来。 2 2 3 性能管理 性能管理是一组评价管理对象行为和通信活动有效性的设施。它通过收集 统计数据并按照定的算法来分析网络的运行趋势，以获得网络的性能参数。性 能管理通常采用一定的模型来评价网络是否满足吞吐量要求：是否有充裕的向应 时间；是否过载或网络是否得到有效地使用。性能管理与接通率、差错率、传输 时延、连接建立时延等许多协议层的概念和设施有关。 2 2 4 安全管理 安全管理负责提供一个安全政策，根据安全政策确保只有授权的合法用户 才可以访问受限的网络资源。安全管理涉及所有网络管理功能。防止非法用户对 网络资源和网络管理功能的访问是具有普遍性的安全管理任务。对用户的访问权 限常利用用户预定义文件米管理。 2 2 5 计费管理 计费管理负责监视和记录用户对资源的使用，并分配嘲络运营成本。 2 2 6 规划管理 规划管理利用性能管理计算出的数据，按照网络管理当局的发展框架和用 户需求调查结果，采用数据模型进行分析，根据分析结果向资源、业务配胃管理 发出调整配置申请，向资产管理发出设备需求预测，并通过资产管理向供应厂商 预订购设备，达到优化网络结构和配置的目的，为未来网络发展提供依据。 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 2 2 7 资产管理 资产管理负责维护网络中设备和设施的详细记录。并根据规划、资源配置、 业务配置的申请和供应厂商可以提供的货源，向有关供应厂商发出定单，通知人 员管理安排人员培训等。 2 2 8 人员管理 受过良好训练的网络操作员和有效的管理工具是网络管理的两大要素，人 员管理记录着与网络运营维护相关管理人员的基本情况。人员管理大多是应资 源、业务配置和故障管理的要求，分配有关人员管理和处理相关运营事宜，并将 工作结果e 报f 二级管理人员和上级管理功能。 上述每个管理功能区域又可以分解为更多的功能细分，每个功能细分按照 管理区域和职能的不同，分别管理着通信网络中的诸多相关资源。全部管理功能 细分的并集就构成了整个通信网络的网络管理系统。 本论文仅就作者完成的一个电信级通信网络光纤传输通道( 电路) 管理系 统的实现展开研究和讨论。 2 3 现代网络管理与控制常用理论 2 3 1 通信网络类型 当前的通信网络存在着多种不同类型。常用通信网络按照采用技术、实现 方式或用途的不同主要区分为：光纤传输通信网、电话交换刚、数据交换网、无 线通信网、卫星通信网、移动电话网和综合业务数字网等。 尽管各个专业通信网络应用的业务种类不同，其采用的技术体制也存在着 较大区别。但从管理层面看，在某种程度 ：都存在着比较密切的联系。尤其是在 信道资源分配和质量管理等方面，有些管理技术或理论非常近似，甚至是相同的。 下面简要介绍一下常用的通信网络拓扑分析和流量与拥塞控制方法。 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 2 3 2 通信网络的拓扑分析 通信网络是信息交换结点和信息传送信道的集成，构成通信网络的设备称为 网络元素( 网元) ，系统的连通性表征了网络元素和其通信通路被连接在一起的 情况。对于系统连通性的管理可以有主动方式和被动方式两类。主动方式是将测 试信息注入到系统内部正在传送的数据流中，以引发系统的反应来收集系统性能 的变化，被动方式只是观测系统运行中的异常状态变化。 通信网络的拓扑分析就是利用图论的方法来分析网络中各交换结点的连接 关系。网络的连通性可用关联矩阵进行表示。网络结合度用来表示嘲络连通的可 靠性，结合度越大则网络可靠性越高。网络的最小链路割集是描述引起网络连通 性故障的结点互连最少链路的问题，可用于对网络进行链路故障的测试和故障定 位。不定割集是指利用网络路由表中规定的任何链路集合都不能使结点n i 到达 n s ，则可以逐个移去最可能导致该事件发生的链路，使变成一个新的连通图，并 对新图作链路割集，以找出最可能出错的链路的故障定位方法。 2 3 3 流量与拥塞控制方法 通信网络是通信用户实现信息交换的共享资源。当对某一网络资源的需求超 过其标称容量时，就会出现网络拥塞问题。网络流量与拥塞控制是研究如何最大 限度地利用网络资源以减少拥塞发生不良影响的方法。最大流算法( m 算法) 是 个从单源到单宿端逐次寻找可增流以实现网络最大流量的方法，这个方法不仅 简单而且易于计算机技术实现。对于多源多宿的网络最大流问题，可以通过虚设 总源端v s 和总宿端v t 、把v s 和所有网内源点用容量为。的有向边相连、v t 和 网内宿点也用容量为o 。的有向边相连的方法化成单源单宿问题，从而可用m 算法 求解全网的最大流量。 无级动态流量分配的马氏决策过程，是针对动态无级电路交换网中心业务流 量的最优分配问题的精确数学解析算法，以使发生流合理地疏通到它们可利用的 路由中去。该方法对于管理无级网络的动态流量分配问题有很好的应用，但由于 该计算模型的建立比较复杂，需要花费很长时间才能对一个较小规模的通信网络 实例作出精确数学解，因此】：_ = 程上实现困难较大。而该方法在较小规模通信网络 上的最侍流量分配的精确解析解，可以用来对其他的流量分配近似算法进行分析 2 0 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 和评价，进而找出更好的实用化方法。 当然，在实际应用中，数学建模的分析方法可以灵活组合和变异。本次系统 实现中使用的是一种借鉴上述算法特点的搜索树算法，同时结合采用动态路由选 择控制技术予以实现。 2 4 现代网络管理与控制技术 当今的通信网络发展f 1 新月异，其网络管理技术也在迅猛发展。概括而言 主要有以f 几个方面： 2 4 1 面向对象的分析与设计技术 面向对象技术是将问题看成事物( 对象) 之问的相互作用，通过定义有关 对象的属性、可产生的或被施加的操作以及对象之间的相互关系来处理问题。面 向对象的分析与设计技术从出现到至今的短短f 余年间，得到了迅速的发展和普 及应用。目前，已经成为解决现代通信网络管理与控制问题最有力的工具。 面向对象技术克服复杂问题的关键因素有以下几个方面： 1 抽象性：对同一个事物，可以有不同的观点。利用抽象性，可以用各种 较单纯的观点来观察同一对象，这对于网络管理中大型复杂列象的管理具有决定 性的意义。在网络管理中，抽象性有两种应用方法，一坪十是先将网络资源逐级分 类( 类中有类) ，然后从各类资源中找出相同性，作为对象进行描述。另一种是 构造公共型对象，用来表示那些对恻络资源的公共”观点”。 2 。封装性；指对实现细节进行隐藏。它将对象所包含的特殊信息和操作隐 藏在对象的内部，刘外提供标准的属性和标准的操作。运用这一特性，不但多厂 商多类型的同类网络设备可以用共同的被管对象描述，而且变化了的嘲络设备结 构、技术以及功能也可以被管理在已有的管理系统巾。 3 继承性：对象具有派生能力，即父对象州以派生出子对象。子对象除继 承父对象的属性和操作之外，还l l ，增加一些属性和操作。这种派生能力一u 以非常 方便地表达事物从一般到特殊，从简单到复杂的层次关系。 4 同质异构性：同一个对象，在不同的应用场合表现出的结构或特性是不 相同的。这便是对象的同质异构性。这一特性对分散化的网络管理系统的改造和 一个电信级通道管理调度系统的设计实现研究 升级具有重要意义。当远程管理者发来旧版本的操作命令时，对象就按旧版本的 结构和特性应答，发来新版本的操作命令时，就按新版本的结构和特性应答。 2 4 2 数据库技术 数据库是网络管理系统的核心。在o s i 标准中这个数据库被称为管理信息 库( m i b ) 。网络操作员在管理和控制网络时，只与m i b 打交道。当他要对网络进 行功能性改变时，只更新数据库中对应的数据即r u ，实际对物理网络的操作由数 据库系统控制完成。 数据库并不是简单的数据堆积。为了满足多个用户共享数据的需要，要将 相关数据按照合理的数据模型在计算机中进行组织和存储，以提供方便、高效、 可靠、一致的信息服务。数据库的控制、管理和维护需要有数据库管理系统 ( d b m s ) ，由d b m s 提供定义数据模式和操纵数据( 包括数据的填加、删除、修改、 查询、报表等) 的语言、编程环境及运行环境。 网络m i b 中的数据可大体分为三类：感测数据、结构数据和控制数据。感 测数据表示测量到的网络状态，结构数据描述网络的物理和逻辑构成，控制数据 存储网络的操作设置。感测数据是通过网络的监测过程获得的原始信息，包括节 点队列长度、重发率、链路状态、呼叫统计等。这些数据是网络的计费管理、性 能管理和故障管理的基本数据。对应感测数据，结构数据是静态的( 变化缓慢的) 网络信息，包括网络拓扑结构、交换机和中继线的配置、数据密钥、用户记录等。 这些数据是网络的配置管理和安全管理的基本数据。控制数据代表网络中那些可 调整参数的设置，如中继线的最大流、交换机输出链路业务分流比率、路由表等。 控制数据主要用于网络的性能管理。 2 4 3 计算机仿真技术 计算机仿真技术在网络性能分析预测中发挥着十分重要的作用。 用计算机仿真方法进行性能分析预测，网络可以由计算机程序来模拟，通 信协议也可以由程序算法实现，对网络资源的随机需求，可以利用随机数发生器 米模拟。这样的模型称为概率模型。这