（计算机应用技术专业论文）基于光保护设备的ems数据采集服务研究与实现.pdf

摘要 随着光纤保护系统在通信领域的广泛运用，建立一整套软、硬齐全的光层 保护监控系统尤其重要。此种系统不仅可以实时监控光线路状态，对各种现象 给予及时处理，还可以很好的管理所有网元设备，为操作人员提供了极大的便 利。在软件方面，通常采用的方式是建立一种网元管理系统e m s ，将光纤保护设 备看成是网络中的网元进行统一管理。在网元管理系统中，数据采集模块是整 个系统的前提，也是核心。它是唯一面向网元设备的服务层，因此，对数据采 集模块的研究具有现实意义。 本文主要研究的是基于光保护设备的网元管理系统的数据采集模块。其主 要工作一方面是通过不断轮询网络中的设备，获得设备的各种性能值，同时捕 获设备告警，另一方面接到上层服务的命令，对下层设备下达相应命令。本文 对光迅公司的o l p 网元管理系统做了详细深入的分析，主要研究内容和创新如 下： 1 分析了光线路切换保护系统，简单介绍了o l p 设备的工作原理。提出了 以三层c s 结构为基础的整个系统框架结构。 2 根据需求确定了数据采集模块的功能，并设计出了采集模块的各个子模 块。包括t c p 通信模块，u d p 通信模块，数据轮询模块，命令处理模块和性能告 警管理模块。确定了各个子模块所完成的功能。 3 使用了特殊的数据结构：配置信息树结构、多种功能队列等实现了各个 子模块间的交流通信并通过图表方式进行了描述。另外，确定了多线程，同步 队列，多态等作为整个程序框架设计以及实现流程设计中的关键技术。 4 详细的介绍了各个子模块的实现方式，并通过流程图描述了子模块中每 个子线程的工作流程。对通信协议，命令处理，轮询机制，告警管理都有了具 体的介绍。最后进行了运行测试，并对测试结果进行总结与评价，提出了不足 与后期展望。 关键词：网元管理系统，光线路保护，数据采集服务 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ee x t e n s i v e l ya p p l i e do ft h eo p t i c a lp r o t e c t i o ns y s t e mi nt h ef i e l do f c o m m u n i c a t i o n ，i t se n g a g e sm o r ea n dm o r ep e o p l e sa t t e n t i o nt h a t b u i l d i n ga c o m p l e t eo p t i c a lp r o t e c t i o nm o n i t o rs y s t e mw i t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h i ss y s t e m c a l ln o to n l ys u p e r v i s et h ec o n d i t i o no fo p t i c a ll i n e sa t o n c e ，d e a l i n gw i t he v e r y e v e n t si nt i m e ，i tc a l la l s oa d m i n i s t r a t ea l lt h en e e q u i p m e n tw e l lw h i c hc a nb r i n g m o r ec o n v e n i e n c et o o p e r a t o r s o nt h es i d eo fs o f t w a r e ，d e s i g n i n ga ne l e m e n t m a n a g e m e n ts y s t e m ( e m sf o rs h o r 0t oa d m i n i s t e r o p t i c a lp r o t e c t i o nd e v i c e s r e g a r d e da sn e t w o r kd e m e n ti sc u s t o m a r i l ya d o p t e d i nt h ee m s ，t h ed a t ac 0 1 l e c t s e r v i c el a y e r ( d c s lf o rs h o r t ) i st h ek e y p a r tf o rt h ee m s ，b e c a u s ei ti st h eo n l v c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ef o rt h en e t w o r k e l e m e n t s o ，t h er e s e a r c ho fd c s li sm u c h v a l u a b l e t h i sa r t i c l ef o c u so nt h ed c s l o ft h eo l pe m s t h ed c s l h a s2m a i l lt a s k ：1 s t t a s ki sg e t t i n ga l lt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sb yp o l l i n gt h ee v e r yd e v i c e m e n ti nt h e n e t w o r k ，a n dc a p t u r et h ea l a r ms i g n a l ；t h e2 n dt a s ki ss e n dc o m m a n d st od e v i c e m e n t o fl o wl a y e r , g e tt h es e r v i c ec o m m a n d sf r o mu p p e r l a y e rm e a n w h i l e t h ew i d ea n d d e e pa n a l y s ea n dr e s e a r c ha r em a d ef o rt h eo l p e m si nt h i sp a p e r , t h em a i nc o n t e n t s a r eb e l o w ： 1 a n a l y z i n gt h eo p t i c a ll i n ep r o t e c t i n gs y s t e m ，w i t ht h es i m p l ee x p l a n a t i o nf o r o p e r a t i n gp r i n c i p l e t h e0 1 2e m ss y s t e mi ss u m m a r i z e dw i t ht h e3 - 1 a v e rc s c o n f i g r a t i o n 2 e a c hs u b m o d u l eo fd a t a - c o l l e c tm o d u l ei sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ef i t n c t i o n r e q u i e m e n to fo l p p o l l i n g , i n c l u d i n gt c p , u d bd a t a p o l l i n g , c o m m a n dp r o c e s s i n g a n dp e r f o r m a n c ea l a r mm o d u l e s 3 u s i n gs o m es p e c i a ld a t ac o n f i g r a t i o n s ，s u c ha si n f r o m a t i o nt r e es e t t i ng m u l t i _ f u n c t i o na r r a y ，t oc o m p l e m e n tt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ne a c hs u b m l o d u i e a n dd e s c r i p t i n gi tw i t h d i a g r a m s i na d d i t i o n ，s o m ei m p o r t a n tt e c h n o l o g y , s u c h 嬲 m u l t i t h r e a d i n g sa p p l i c a t i o n ，s y n c h r o n i z a t i o nq u e u e sa p p l i c a t i o n ，a n dt h ea d v a n t a g e f o rp o l y m o r p h i s m i nt h ep r o g r a m m e c o n f i g r a f i o nd e s i g n ，a r ee x p l a i n e d h 4 h o wt or e a l i z et h ee a c hs u b m o d u l ea r ei n t r o d u e d d e t a i l l y t h ew o r k i n g p r o c e s sf o re a c hs u b t h r e a d i n go fs u b m o d u l e sa r ei l l u s t r a t e d a n dt h ec o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l ，p o l l i n gp r i n c i p l e ，a l a r mm a n a g e m e n ta r ei n t r o d u c e ds p e c i a l iy o p e r a t i n gt e s t i sd o n ef o re v a l u a t i o na n dm a k es o m eo u t l o o kf o rt h es h o r t c o m i n g sa n df u t u r e k e yw o r d s ：e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ，o p t i c a ll i n ep r o t e c t i o n ，d a t ac o l l e c t i o n s e r v e r i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：董鱼e t 期- 丑! ：! f 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一c ：垃驯：肆嗍鼍捌 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题的背景和意义 近年来，通信领域发展十分迅速，形成了包括数字微波，光纤，无线等多 种通信方式并举的通信网架。这不仅提高了传输速度，也加强了传输效率。现 在，光纤传输已经逐步取代了过去的电缆传输，因为光纤传输不仅容量大，而 且损耗也相对较低。但是，光缆材质较电缆材质要脆弱的多，据调查，我国每 年会发生超过2 0 0 0 次的光缆阻断，由此所造成的经济损失不容忽视。因此，对 光纤资源的维护管理得到了高度重视。在这种情况下，如果使用单一的监控系 统监测光纤质量，管理网元设备，功能产生了局限性，而网元管理系统不仅可 以对整个通信过程中的网元设备做到实时监控，还能及时管理网元设备，采集 设备的性能数据，快速定位故障发生的位置等等，由此可见，网元管理系统提 供的作用远远强于监控系统，建立网元管理系统是通信发展的必然趋势n 1 。 网元管理系统需要与大量的网元设备交换数据，数据的交换工作都是由数 据采集模块完成的，所以数据采集就是获取网元设备的各种性能数据，经过处 理后转交给上层服务，同时伴随着告警的产生。通常数据采集都会按照自己设 定的轮询机制主动或被动的获得设备数据。 数据采集模块是整个网元管理系统的最底层，也是基础与前提，它设计的 好坏直接影响到网元管理系统对网元设备管理的好坏。数据采集通常包括通信 模块，告警模块，数据轮询模块，命令处理模块等。各个模块相互协调，利用 全局数据结构达到管理好网元设备的目的。不但使得监控管理操作完全自动化， 更能及时获得所有网元设备的性能数据以及配置更该等信息，而且能迅速定位 故障发生的位置，便于工作人员及时解决，所以数据采集模块是整个网元管理 的核心部分，所有原始数据都是数据采集模块提供的。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 国际电信联盟电信标准化部门( n u t ) 口1 于1 9 8 8 年，参考o s i 系统管理框 架提出了具有标准协议、接口和体系结构的管理网络一电信管理网 ( t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tn e t ，t m n ) ，作为管理现代电信网的基础口1 。 考虑将提供业务的电信网及其管理功能进行分离，使管理功能从电信网中独立 武汉理工大学硕士学位论文 出来单独组成一个网，即t m n 。t m n 制定了一系列的标准和管理功能，包括被 管网元和网络管理系统之间的接口均被标准化了。只要被管网元和网络管理系 统之间遵循t m n 标准，完成一定的管理功能，就能够实现不同厂商的不同设备 以及不同网络管理系统之间的互连互通操作。t m n 体系结构按照不同的管理需 求将整个电信网管理功能从低到高分作5 层：网元层( n e l ) 、网元管理层( e m l ) 、 网络管理层( n m l ) 、业务管理层( s m l ) 、事务管理层( b m l ) 嘲。 当前最典型的网络管理协议有基于o s i 七层模型的公共管理信息协议 ( c m i p ) 和基于t c p i p 的简单网络管理协议( s n m p ) 啼1 。0 s i c m i p 系统管 理模型是目前理论上最完备的网络管理模型，是其他网络管理模型的基本参考。 但由于该模型比较复杂，实现代价高，因此并没有得到广泛的应用。相反，当 初只是为了管理t c p i p 网络的s n m p 却得到了迅速的发展和广泛应用。s n m p 网络管理模型的突出特点是简单、易于实现，因而得到了厂商的支持。特别是 在i n t e m e t 上的成功应用，使得它的重要性越来越突出，已经成为事实上的工业 标准。 华为的统一网管平台是基于s n m p 协议，利用目前常见的操作系统和标准 网管平台，开发出的管理华为所有网络设备的图形工作平台，兼容目前常用网 管平台的操作习惯，可以实现对设备面板级的图形化管理，端口实时流量图形 显示统计等，国内外常用网管功能。 烽火科技公司经过了十几年的摸索和研究，总结出了一套比较成熟的通信网 络网元管理体系结构，该结构严格遵循t m n 架构，采用自定义通信协议，避免 了s n m p 协议中冗余的报文格式，能够运行在u n i x 操作系统和w i n d o w s 操 作系统之上，能够在真实地图上显示全国联网设备的拓扑图，对所有设备的告 警进行统一管理，本文研究的数据采集服务该管理系统中的第三层。 由于现在对网元管理系统的需求逐渐增加，今后会更需要能兼容大量不同类 型设备的网管系统，并能管理数量庞大的多种设备，传输速率更快，传输效率 更高，丢包个数降到最低，智能化管理网络中所有设备。 1 3 论文研究内容及创新点 本文针对一种现有的光路保护设备o l p 进行网元管理系统的开发与实现。 o l p e m s 网元管理系统设计的基本方法是在原来已经成熟的烽火网管系统基础 上，通过对原有网管系统的修改与添加，设计出符合o l p 网元设备的e m s 系统。 整个o l p 网元管理系统的设计与实现完全依照电信t m n 基本框架，完成的管 2 武汉理工大学硕士学位论文 理功能包括故障管理、配置管理、性能管理、和安全管理等。采用节约成本的 c s 模式设计，由客户端图形界面、数据采集层、数据服务处理服务器，三层结 构构成，系统功能庞大，本文接下来主要介绍数据采集层的设计与实现。 论文主要研究的内容包括： ( 1 ) 光保护设备o l p 的基本工作原理。 ( 2 ) 光保护设备网元管理系统解决方案。 ( 3 ) 基于光保护设备o l p 的网元管理系统三层结构设计，系统功能介绍。 ( 4 ) o l p 网元管理系统数据采集服务的设计与模块实现。 ( 5 ) o l p e m s 数据采集模块在设计实现中的重要技术。 ( 6 ) 数据采集服务的运行测试及前景。 本课题主要研究基于o l p 光线路自动保护设备的网元管理软件的设备数据 采集以及基于t c 唧协议的数据传输与处理。整个设备数据的收集与处理构成 了一个庞大的数据采集模块，最终设计成为一个后台服务在系统中运行。该服 务包括数据轮询、命令处理、配置管理以及协议处理等模块。为了实现各个模 块的功能，对多线程、t i c p p 协议、u d p 通信、同步通信与队列、通信设备告 警管理等方面进行了有针对性的研究与实践。 本文的创新点有： ( 1 ) 根据成熟的t m n 体系，确定了基于光保护设备的网元管理系统的三层 ( s 结构，并将服务层分为数据处理服务层和数据采集服务层两层。 ( 2 ) 针对数据采集模块所要完成的功能，提出了多模块相互配合操作的构 想，每个模块都包含若干个线程，分别完成接收数据，发送数据，处理数据等 不同的功能。 ( 3 ) 实现数据采集模块时，采用树形结构构造全局信息配置树，方便对网 络中所有设备的遍历及轮询。大量使用了同步队列，使得收发数据更快更安全。 通信采用自定义协议格式，避免了s n m p 协议冗余的报文格式1 。 ( 4 ) 兼容多种网元设备，除了o l p 设备，e d f a , o e o 设备均可以，为后期 扩展奠定基础。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章o l p 设备简介 2 1 无阻断的通信 当前世界各国大力发展信息高速公路，而通信发展始终在追求两个目标， 一是远距离传输，二是大容量通信。通信容量与电磁波频率成正比例增大，频 率越高，容量越大，而光通信中所用的光载波是人们熟悉的与无线电波相似的 电磁波，其频率非常高。所以光纤通信在高速通信干线宽带综合业务通信网络 中发挥着越来越大的作用。 组建大容量的光纤传输网络，不断提高传输线路上的信号速率，扩宽传输 频带，就好比一条不断扩展的能容纳大量车流的高速公路。现在，d w d m ( 密集 型光波复用) 技术和高数字交换技术普遍被应用口1 。这样就造成越来越多的信息 业务集中到较少节点和线路上，这对线路所在的光网络可靠性提出了越来越高 的要求。据统计每年我国发生超过2 0 0 0 多次的光缆阻断，造成超过l o 亿元的 巨大直接通信损失口1 。因此，网络生存能力成为影响网络设计与构建的重要因素， 而一套软、硬齐全的标准光路层的保护与恢复设备对于整个网络生存能力有着 重大的影响哺1 。 当前各通信运营商采用的光网络保护方式主要有以下几种：s d h 自愈环保 护、光路分流保护、人工调度保护、光路自动切换保护技术。采用光路传输分 流和人工调度预案保护方式效率较低，已经无法满足无阻断通信服务质量要求。 s d h 传输设备制式和地理环境限制使得s d h 自愈保护功能无法实现。光路自动 切换保护是对光传输层的保护，且控制机制只针对光纤路由，与传输设备关系 较小，不存在兼容问题，容易组成光路保护网络，目前国内已有一些光层保护 有着上层业务不可比拟的优点。如光层恢复可靠性高、光层恢复速度快、光层 恢复成本低、同时对不同业务提供保护。接入干线几乎不影响传输特征n 们。 2 2 光路自动切换保护技术 要想保证通信线路实现无阻断的传输，除了传输设备因素外，首先要考虑 的问题就是对光传输物理路由实施自动保护的技术解决方案，同时方案应具有 安全可靠、保护迅速、具有强大的抗灾害和抗阻断能力，且投资少、见效大， 具有高度应用推广价值。目前通信领域主要采用的光网络保护方式主要有：s d h 4 武汉理工大学硕士学位论文 自愈环保护、光路分流保护、人工调度保护、光路自动切换保护技术n 。本文 所论述o l p 网元管理系统所针对的设备是基于光线路自动切换保护的，所以主 要介绍一下光路自动切换保护技术。 2 2 1 光路自动切换保护基本原理 光路自动切换保护技术是通过对光缆中传输光功率变化的实时监视、告警 信息的自动分析，能够及时发现故障及隐患，在出现严重故障时，快速将工作 光路自动切换到备用通道，在极短的时间内恢复通信，完成对光缆故障的快速 反应和恢复机制。 该技术是在光层完成路由切换操作，同时随着1 x 2 、2 x 2 光开关器件的应用 而产生的，保护对象是光纤物理路由，应用前提是具有备用的光路由。 如图2 - 1 所示，在发射端和接收端分别使用1 ：2 光分路器和光开关，或采 用其它手段，在发送端对合路的光信号进行功率分配，在接收端，对两路输入 光信号进行优选。 工作氰绽 保护氰统 图2 - 1 光线路保护 这种技术只在线路上进行1 + 1 保护，而不对终端设备进行保护，只有光缆 和d w d m 的线路系统( 如光线路放大器) 是备份的，而d w d m 系统终端站的 s d h 终端和复用器等则是没有备份的。相对于1 + 1 光通道保护，光线路保护降 低了成本。光线路保护只有在不同路由的两条光缆中实施时才有实际意义n 羽。 2 2 2 光路自动切换保护分析 光路自动切换保护是对光传输层的保护，且控制的机制只针对光纤路由， 与传输设备关系较小，不存在兼容问题，容易组成光路保护网络，目前国内已 有一些应用。 光层保护有着上层业务保护不可比拟的优点。如光层恢复可靠性高、光层 恢复速度快、光层恢复成本低，同时可以对不同业务提供保护。 5 武汉理工大学硕士学位论文 光路自动切换保护技术应用存在的主要问题是备用路由的条件是否满足光 路自动切换技术。备用光纤路由的选择应该与受保护的主用光纤路由在不同构 的两条光缆上，如果一级干线的第二路由不具备这种条件，可利用二级干线或 本地网同向光缆作备用路由。 2 3 o l p 光线路自动切换保护系统 光线路自动切换保护系统是一个独立于通信传输系统、完全建立在光缆物 理链路上的自动监测保护系统。当工作线路光纤损耗增大导致通信质量下降或 工作线路光纤发生阻断时，系统能够实时自动地将光通信传输系统从工作光纤 切换至备用光纤，实现光缆线路的同步切换保护，从而大大提高光缆线路的可 用性，增强通信系统的可靠性，保证服务质量。 o l p ( o p t i c a ll i n ep r o t e c t i o n ) 光线路自动切换保护系统是为保护光传输线路 上的传输信号不受各类光纤故障影响所设计的。o l p 系统可以对光层起到良好 的保护作用，提供网络所需的保护功能，对某些特定的网络故障( 如节点故障， 链路故障，通道故障等) 能提供更有效的保护。o l p 系统采用了上节所提到的 低成本光线路保护原理，针对线路以外故障而设计完全独立与s h d 系统和 d w d m 系统的网元设备，结合备用光纤路由的情况下，可以组建自动切换到备 用保护网络。提高了故障发现和修复的速度，无须中断业务传输，实现了无阻 断的通信。 o l p 光线路自动切换保护系统可以实现对d w d m 系统和s d h 系统的自动 保护。当主光纤意外中断或故障时，o l p 设备实现自动切换到备用光路由，并 且提供多种可选方案。光纤线路保护技术主要有两种：双发选收保护方案( 即 1 + 1 保护) 和选发选收保护方案( 即1 ：1 方案) 。具有插入损耗小、线路切换时 间短、实时备线路监测等特点。图2 - 2 为1 + 1 保护方式示意图，站点a 发出的 光信号经5 0 ：5 0 的耦合器分束后，经过主、备用线路同时传输到站点b ，在接收 端，根据接收到的两路信号的功率，站点b 的接收机选择接收一路信号。 6 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 21 + 1 方式保护的原理图 图2 3 为1 ：l 保护方式示意图，站点a 和站点b 之间有两条线路，光传输 系统选择其中的某条传输线路作为主用线路，另外一条传输线路作为备用线路， 用来传输次一级信号或者不传输信号。主用线路或者主用线路的某根光纤缆发 生故障造成通信质量下降时，主用线路的接收端监测到信号的功率下降，自动 将传输信号路由从主用线路切换至备用线路，另外一端的o l p 设备会同步地将 当地的线路切换至备用线路上去。 备用线麓 图2 - 31 ：1 方式保护的原理图 2 4 本章小结 本章介绍了光线路自动切换保护技术的基本原理，光路自动切换保护是对 光传输层的保护，主要是在光层完成路由切换操作。针对这一原理，介绍了o l p 光线路自动切换保护系统，这一系统可以实现对d w d m 系统和s d h 系统的自 动保护。当主光纤意外中断或故障时，o l p 设备实现自动切换到备用光路由。 并分别介绍了两种保护方案，双发选收保护方案( 即1 + 1 保护) 和选发选收保 护方案( 即1 ：l 方案) 。通过这一章，我们能够了解本网管系统所管理的网元设 备基本工作原理。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章o l p 网元管理系统数据采集模块概述 3 1 什么是数据采集 数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入 到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦 克风，都是数据采集工具n 钔。 被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压 力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间 ( 称采样周期) 对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某 段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有 接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被 测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。 在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布 式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中 的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次，总线兼容型数据采 集插件的数量不断增大，与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国 内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。 在0 l p 网元管理系统中，也专门设计了一个数据采集服务器，它是面向网 元设备的唯一接口。通过数据采集模块，实时获取0 l p 设备的有效性能值。 3 2 什么是0 l p 网元管理系统 网元管理系统( e m s ) 是管理网络中特定类型的一个或多个网络单元( n e ) 的系统。一般来说，e m s 对每个n e 进行配置管理和功能管理，但并不理会网络 中不同网元之间的交流。网元( n e ) 则是可以包括许多类型的电信设备或系统。 例如：传输系统、交换系统、信命终端、前端处理、计算机、群路控制设备等。 它们全部可以用一组管理对象来表示，并且可以利用网元管理系统( e m s ) 来 管理。网元管理负责向网络管理提供与批发商无关的网元描述n 引。 网元管理主要功能如下： ( 1 ) 独立或集中地控制和协调网元中的各个设备。 ( 2 ) 维护统计日志、记录以及网元设备的相关其他数据n 叼。 8 武汉理工大学硕士学位论文 一个完整的o l p 系统是包含硬件设备和软件控制两方面的，目前市场上的 光线路保护系统基本上都附带监控软件n 舢。由于o l p 设备可以处于不同的地区， 并且每个设备都对应唯一的i p 地址。所以，如果我们把网络中每一个o l p 设备 都看作一个电信网络单元( n e ) 的话，那么管理这些网元o l p 的软件就叫o l p e m s 即o l p 网元管理系统了。 这种基于光保护的网元管理系统提供了一个与厂商无关的操作界面，可以 统一的部署所管辖网络中的任何一个光保护设备，扮演着其所属范围内管理所 有信息负责人的角色。管理功能除了包括o l p 路由配置管理，o l p 设备数据采 集与实时性能监控，故障告警管理等e m s 系统应具的基本功能外，还应该具备 自动倒换路由，光告警门限设定等独有的功能。 o l p 网元管理系统是针对o l p 设备的一种监控管理软件，用来监控光纤线 路自动切换保护系统的面向设备、面向客户的网管系统。o l p 网元管理系统 可适应各种规模的部署方式，可为各级网络运营商和企业用户裁减构建贴身的 网络，真正有效地帮助网络运营商在极大地满足和适应运维管理制度发展的基 础上，提高网络运行维护效率，实现快速故障定位，降低企业运营维护成本阳1 。 3 30 l p 网元管理系统设计 3 3 1 三层c s 结构 在实际的网络连接布局方案中，客户端软件需要拥有监控和操作不同地区 上千台网元设备的能力，如果直接使用客户端软件与终端设备通信，必定会带 来很多麻烦的事情啪1 。一来客户端需要承载很大的工作量，每秒需要处理成千 上万条命令，这就要求客户端采用较高配置的计算机；二来不同客户端无法保 证数据达到一致性，也不能共享。因此，建立一个中间服务器系统是十分必要 的，同时也符合了电信构架t m n 的要求。所以，o l p 网元管理系统采用三层 c s 结构。主要由客户端，数据处理服务器，数据采集服务器和下层网元设备组 成2 。 目前建立服务器的结构有两种：一是在上个世纪八十年代及九十年代初得 到了大量应用的客户端服务器模式( c s ) ，二是基于w e b 游览器的浏览器服 务器模式。在系统的性能方面，b s 占有优势的是其异地浏览和信息采集的灵活 性。任何时间、任何系统，只要可以使用浏览器上网就可以使用8 s 终端。但 是，采用b s 结构，客户端只能完成游览、查询、输入等简单功能，决大部分 9 武汉理工大学硕士学位论文 工作由服务器承担，这使得服务器的负担很重。对于需要适时与设备通信，保 证路由畅通的o l p 设备来说无疑会造成服务器负担太重而瘫痪的可能，这种情 形下的损失是无法估量的乜2 1 。因此，o l p 网元管理系统采用c s 结构设计，客 户机和服务器都具有处理能力，虽然对客户机要求较高，但服务器的处理负担 减轻，系统的稳定性保证了。 根据c s 结构，o l p 网元管理系统的体系结构设计如图3 1 所示。 i i 数据采集服务器 百丽习阿 数据库服务器 i i 苗一亩二鞫l ； 图3 - 1o l p 网元管理系统体系结构图 故障管理f m ：f a u l tm a n a g e m e n t ，配置管理c m ：c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ， 性能管理p m ：p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t ，事件管理e m ：e v e n tm a n a g e m e n t ，安 全管理s m ：s e c u d t ym a n a g e m e n t ，日志管理l m ：l o gm a n a g e m e n t ，北向接口 ni ：n o r t h e r ni n t e r f a c e 。 3 3 2 系统设计决策 完成了基于o l p 设备的e m s 系统设计之后，应针对光保护设备和光纤网络 的特殊要求，分析出适合该系统的最好的软硬件配置，从下面几个方面来具体 考虑有关决策的问题1 。 ( 1 ) 运行平台 在实际应用中，网元管理系统会对许多不同型号和种类的设备进行统一管 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 理，有时还需要集成其他厂商已有的应用系统以及通信协议，所以设计人员必 须做出完善的决策，决定网元管理系统将运行在哪些硬件和软件平台之上嘲。 根据本系统的特性设计出硬件平台( 如表3 一1 ) 和软件平台( 如表3 2 ) 。 表3 - 1o l p e m s 硬件平台 硬件建议配置 c p up i v3 g 2 内存 2 g s a t a 硬盘，2 x 8 0 g 服务器 硬盘 以上 显示器1 7 寸 网卡1 0 0 m 以太网卡 c p u p i v3 g 管理界面 内存 2 g ( g u i ) 硬盘 4 0 g 显示器1 9 寸 网卡1 0 0 m 以太网卡 表3 - 2o l p e m s 软件平台 软件类别配置要求 操作系统 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 大型关系数据库软件 m ss q ls e r v e r2 0 0 0 j a v a2s d k ， s t a n d a r d j 2 s ev e r s i o n1 4 2 以上 e d i t i o n o l p p o l l i n g数据采集服务器 o l p s e r v e r数据处理服务器 o l p g u ig u i 的j a r 包 2 资源优化 网元管理系统涉及到的数据量非常巨大，每秒有上千条的指令通过数据服 务器。例如，5 0 0 个在线用户通过客户端对数据服务器下发命令，同时几百个被 管理的网元设备向采集服务器传送数据。可能在某一时刻数据量过大，超过了 预期峰值。只有提高系统服务端的可伸缩性，才能保证当用户和网元增多时， 简便的扩充服务器的处理能力，就能避免整个系统程序的崩溃。本系统在设计 武汉理工大学硕士学位论文 时采用了一个数据处理服务器同时多个的数据采集服务器共同工作的思想，根 据当前网络上连接的客户端以及网元设备的数量有选择性的开启数据采集服务 器2 5 1 。 3 3 。3o l p 网元管理系统结构 前面已经提到，本文所讨论的o l p 网元管理系统是采用三层c s 结构来构 建的。这小节来具体看下三层结构是如何设计的。 o l p 网元管理系统采用了成熟的电信管理网体系构架，将系统分成三层： 用户操作界面( g u i ) ，数据服务层以及下层网元设备。其中数据服务层又分为 数据处理服务器( o l p s e r v e r ) 和数据采集服务器( o l p p o l l i n g ) 2 7 o 每层都有 明确的分工，层间采用严格定义的协议进行通讯。图3 - 2 为o l p 网元管理系统 总体结构图。 图3 2o l p 网元管理系统总体结构图 g u i 即用户操作界面，是系统与用户的接口，用户可以通过g u i 向设备下发 切命令。 o l p s e r v e r 是数据处理服务器，不仅处理来自g u i 的各种配置，安全处理， 性能查询等命令请求，而且还会处理来自o l p p o l l i n g ( 简称p o l l i n g ) 的告警上 报，同时将有关数据存入数据库d a t a b a s e 中。 p o l l i n g 是面向设备的唯一接e 1 ，一方面将o l p s e r v e r 下发的命令经过协议 转换后下发给设备，另一方面不断轮询设备的告警及性能数据，同时将捕获到 的告警及性能数据及时上报给o l p s e r v e r 。由于当前光保护设备都没有实现主动 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 上报功能，设备告警以及性能数据都必须由p o l l i n g 进行轮询采集。随着业务的 发展壮大，连接到的设备的数量会不断增加，客户对系统的管理能力也需要同 步加强，如果依然使用一个p o l l i n g 来轮询网络中所有设备，不仅会影响到采集 数据的速度，甚至整个系统可能会因此而崩溃，所以采用了多个p o l l i n g 来与设 备进行交互的方法，不仅可以有效减轻采集服务器的数据吞吐压力，而且大大 提升了系统的管理能力，并缩短了系统响应的周期。用户可以根据当前网络环 境来选择性的开启一个或者多个p o l l i n g ，如果今后设备支持主动上报，使用一 个p o l l i n g 就能满足要求的时候就只开一个，能够伸缩自如。 g u i 与o l p s e r v e r 及p o l l i n g 与o l p s e r v e r 之间的通讯均采用自定义的协议 标准。 可见o l p p o l l i n g 是系统设计的关键部分，是连接上层o l p s e r v e r 和下层o l p 设备的桥梁，承担着获取设备重要数据信息的重大责任，它的吞吐速度将直接 影响整个网管系统的运行速度。因此设计时需要尤为细心。本文将在下面的章 节具体讲述数据采集模块o l p p o l l i n g 的设计与实现。 3 4 本章小结 本章介绍了基于o l p 网元设备的网元管理系统，分析了该系统使用的三层 c s 结构，并与传统c s ，b s 结构进行了比较，接着分析了本系统所需要的最基 本的软硬件配置以及如何进行资源优化。最后，具体介绍了三层结构每层所完 成的功能以及层与层间是如何协调通信的。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 第4 章o l p 网元管理系统数据采集模块的设计及关 键技术 4 1 数据采集服务通信 o l p 网元管理系统服务层分为两部分，即数据处理服务层( o l p s e r v e r ) 和 数据采集服务层( o l p p o l l i n g ) 。层间均采用严格自定义的协议进行通信。下面 来看看数据采集服务层是如何与上层数据处理服务层以及下层设备通信的。 o l p p o l l i n g 与o l p s e r v e r 之间采用t c p 协议通讯，t c p 通信是面向连接的 通信，可靠性高，能够保证数据发送到目的地。由于从设备捕获到的性能数据 以及告警信息都是重要的数据并且需要以各种形式存入数据库，所以这里选用 t c p 通信协议就可以保证数据安全到达目的地。 在o l p p o l l i n g 向o l p s e r v e r 成功注册后，o l p s e r v e r 应该与其维持两个通 道，一个命令通道，一个上报通道。对于o l p s e r v e r 而言，命令通道是主动的， o l p s e r v e r 将通过命令通道向o l p p o l l i n g 下发各种命令，包括管理配置更改命 令、告警订阅取消命令、性能的订阅取消命令，读取设备性能命令等。而上 报通道是被动的，自o l p p o l l i n g 上报的各种信息将由此通道传给o l p s e r v e r ， 包括告警、性能数据等。 另外，o l p p o l l i n g 采用实时高效的u d p 协议与网元设备通信，因为u d p 协议不需要连接等待，速度相比t c p 协议要快的多，与设备通信选择u d p 协议 也是基于此原因。随着网点的不断扩展，网络中的设备会越来越多，与下层设 备交换数据的核心就在于速度。所以，相比t c p 通信协议，u d p 协议更适合与 下层是设备通信。在这里，也有命令通道和上报通道，o l p p o l l i n g 通过命令通 道下发u d p 命令给o l p 设备，在轮询过程中，设备将各种告警性能数据通过上 报通道返回给o l p p o l l i n g 。将在下章作详细的介绍。 4 2 数据采集服务主模块设计 4 2 1 设计概要 数据采集模块是整个网管系统中的基础模块，也是核心模块，该模块是 o l p s e r v e r 和o l p 之间的模块，主要负责将从o l p 设备轮询获得的数据进行转 换、处理后再传给o l p s e r v e r ，同时还负责对设备下达各种命令，例如配置信息 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 命令等。整个p o l l i n g 最终设计为一个后台服务在系统中运行，不需要界面。 由c n t s e r v i c e 服务类派生c o l p p o l i i n g s e r v i c e ，将整个数据采集模块 ( o l p p o l l i n g ) 封装成一个后台服务。对于系统中大量使用的、在各个子模块 之间共享的同步队列，采取统一的管理，将所有同步队列放置到一个同步队列 数组中，并将这个同步队列数组封装到c o u e u e h e l p e r 类中。 在主模块的o n s t a r t 函数中实例化所有的子模块，并启动各个子模块中的所 有线程，而在o n s t o p 函数中停止所有线程。o l p p o l l i n g 和o l p s e r v e r 之间有一 些命令是需要在主模块来处理的，在这里将它们定义为系统命令，主要包括： 注册命令、退出命令、校时命令和服务器退出命令等，通过一个独立的系统命 令线程来完成对系统命令的发送和处理。 4 2 2 功能设计 主模块的主要功能设计如下： ( 1 ) 读系统配置文件，获取配置相关信息，主要有：服务器( o l p s e r v e r ) 的i p 地址及端口号、系统自身的用户名称和用户口令、系统的轮询周期、命令 超时的时间长度等。 ( 2 ) 创建全局的共享数据：配置信息树( 包含性能订阅列表) 、告警订阅 哈希表、同步队列数组及其中的同步队列。 ( 3 ) 启动各个子模块：u d p 通讯模块、t c p 通讯模块、数据轮询模块、命 令处理模块以及告警和性能模块。 ( 4 ) 启动系统命令处理线程。 ( 5 ) 监测系统退出请求，如果有则向各个子模块发系统退出请求，停止服 务。 ( 6 ) 服务停止前向o l