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通信管理
传输网超大环隐患分析算法的研究与应用
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-20  浏览次数:752
作者:宋炜
(中国移动辽宁公司信息技术中心 110179)
摘要:随着移动网络规模的快速发展,传输网超大环隐患分析的重要性日益突出。本文研究并实现了一套传输网超大环隐患分析算法,针对超大环隐患采用IT手段进行有效管理,实现全自动的分析方式,辅助辽宁公司进行网络优化。
关键词: 拓扑;超大环;隐患分析
1.概述
      随着移动运营业务的快速发展,作为业务运营基础的传输通信网络设备的数量与日俱增,网络规模越来越复杂庞大。在日常网络维护和网络扩容过程中,为保证网络的安全性,运营商需要建立环状组网结构。传输网逻辑环上的网元数量和业务数量直接决定了故障所影响的范围,当同一个逻辑环网上出现双断的情况,可能导致该逻辑环承载的业务全部中断[1]。对于传输网汇聚层和接入层的网络结构[2],当接入环的网元(含接入环所带链上的符合预定义的业务数量标准的网元)的数量超标时(即超大环),这种以环网为基础的超大规模的传输网络隐患日趋明显。针对此种情况,需要运营商实时了解网络的结构状况,及时分析定位隐患网络[3],并提供必要的应对方案,对存在隐患的网络进行改造。
      目前,对于环形组网中存在的超大环,只能依靠维护人员手动查看网络拓扑进行隐患分析,整个过程工作量较大,统计周期较长,且人工操作干扰因素较多,无法及时提供网络整改方案,严重影响了隐患处理的准确性和及时性。甚至会因隐患未及时排除而导致故障升级恶化,引起用户的大量投诉。
      为解决上述问题,本文研究并实现了一套传输网超大环隐患分析算法。该算法针对超大环隐患采用IT手段进行有效管理:通过采集厂家网管的基础配置数据进行环网结构检测与分析,依据“环形网络遍历算法”[4]和接入环上的网元的数量标准,梳理出完整的解决算法,实现了对超大环隐患的全自动分析,辅助辽宁公司进行网络整改、优化。同时,全自动的分析方式极大地提升了发现超大环隐患的质量和效率,大幅度节省人力,提升维护工作质量。
2.技术方案
      本文提供了一种基于厂家网管采集基础配置数据检测超大环隐患的算法,与传统分析方法相比,此算法更简便、有效、准确、快捷。
      本文算法总体思路为:首先,从厂家网管的固有接口采集基础配置数据,进行骨干层、汇聚层和接入层环结构检测;其次,根据传输网元之间的拓扑连接关系,依据“网络环网遍历算法”,判断网元之间是否成环;最后,若在接入层的网络结构中,一个接入环上的网元数量超标(超大环网元数量门限由用户自定义)时,则该接入环为超大环。在检测超大环隐患过程中,主要遵循以下几条原则:
(1)一个接入环上的网元的数量超过用户定义的门限值(即网元的数量超标),则意味着该接入环存在超大环隐患;
(2)一个接入环上的网元的数量为:网元节点的数量(M)与环所带链上网元数量之和,但如果接入环所带的链上的交叉连接数≤2×2M,则不统计在内;
(3)若接入层的网络结构中,超大环网元占接入层网元比例不超过N%(用户自定义门限),则定义为不存在超大环隐患。
2.1 算法原理
      依照以上原则,超大环隐患分析算法具体描述如下:
2.1.1传输网络结构解析
      传输网络结构解析所需要的基础数据来源于两部分:一、来源于厂家网管提供的CORBA接口,通过CORBA接口自动采集传输网元对象、网元之间的拓扑连接、网元内的交叉连接数据、传输网元组成的通道数据;二、来源于手工整理导入的数据,通过手工的方式整理传输网元以及所属的网络级别信息。根据以上数据,组成了传输网络的拓扑结构图。下面结合图1,对本算法进行说明。

      首先,确定网络层次:根据传输网元的属性(网络级别)来确定骨干层、汇聚层、接入层的网元对象。如图1所示:A、B、C、D对象为骨干层网元、E、F、G、H、I对象为汇聚层网元、J、K、L、M、N、O、P、Q、R、S、T对象为接入层网元。其次,确定网元容量:根据传输网元的属性(网元容量)来确定10G、2.5G、622M、155M的网元对象。

图1 一般传输网络的拓扑结构示意图
2.1.2网络拓扑环检测
      本文采用“环形网络遍历算法”判断网元之间是否成环。以接入环分析为例,从一个汇聚层网元出发,遍历该汇聚网元与接入网元的每一条拓扑,找到与该“根”网元拓扑相连接的第一个接入层网元。再从这个接入层网元出发,遍历这个接入层网元上的所有拓扑,找到与该网元拓扑相连下一个网元,如此递归下去,直到满足以下条件:
(1)此网元为接入层网元,且已经存储在之前遍历过的网元列表中,则放弃该条路径,回溯至上一个网元;
(2)此网元为接入层网元,且已通过遍历再也无法找到任何新的拓扑连接,则放弃此条路径,回溯至上一个网元;
(3)此网元为汇聚层网元,且已经在之前的网元列表中,必定为第一个汇聚网元,至此,得到一个单汇聚点的接入环;
(4)此网元为汇聚层网元,且不在之前遍历所得到的网元列表中,则意味着找到一个候选接入环,需要继续分析两个汇聚网元之间的连接关系。
      对所有候选接入环,遍历一个汇聚点上的所有拓扑,寻找下一个汇聚层网元,直到以下条件:
(1)此汇聚网元已经在汇聚网元列表中,则放弃此条路径,回溯至上一个汇聚层网元;
(2)此汇聚网元再没有新的与汇聚网元连接的拓扑了,则放弃此条路径,回溯至上一个汇聚层网元;
(3)此汇聚网元为候选接入环的另外一个汇聚点,则找到一个接入环。
2.1.3分析定位超大环
      依照算法原则和用户自定义门限分析定位超大环隐患。
2.2 算法应用说明
      针对骨干层、汇聚层、接入层,超大环的隐患分析的算法略有不同(汇聚层与接入层算法基本一致),下面将逐个图示进行说明不同层面的网络设备的超大环分析算法说明。
2.2.1骨干层算法说明
      图2所示为骨干层网元拓扑,算法具体步骤如下:

图2 骨干层网元拓扑图

      Step 1:从任意一个骨干层网元出发,只遍历该网元的所有骨干层拓扑,直到回到原网元或者再也无法找到任何新的拓扑连接,则停止;
      Step 2:遍历结果;
      环1:A→B→C→D→A
      环2:A→B→C→D→E→F→G→A
      环3:A→D→E→F→G→A
      Step 3:整合(取最小环);
      环1:A→B→C→D→A
      环3:A→D→E→F→G→A
      Step 4:每个骨干网元遍历一次;
      Step 5:去重入库:Local ring network(环网表),Local ring network link(环网拓扑表),Local ring networkme(环网网元表)。

2.2.2汇聚层算法说明

      图3所示为汇聚层网元拓扑,算法具体步骤如下:
图3 汇聚层网元拓扑图
      Step 1:从任意一个骨干层网元出发,若该网元所有拓扑对端无汇聚层网元,则分析下一个骨干层网元,例如从A出发,对端无汇聚层网元,则到B,同理,再到C,C有三个对端汇聚层网元,从1开始分析;
      Step 2:从1开始递归,直到回到骨干层网元或者再也没有拓扑,则停止或回到上一个网元继续分析;
      Step 3:从C出发分析结果(开环候选环);
      环1:C→1→2→3→C
      环2:C→1→2→4→5→6→D
      环3:C→1→2→4→7→8→9→E
      环4:C→3→2→4→5→6→D
      环5:C→3→2→4→7→8→9→E
      环6:C→11→12→13→F
      Step 4:整合(取最小环);
      环1:C→1→2→3→C
      环4:C→3→2→4→5→6→D
      环6:C→11→12→13→F
      Step 5:查找每个环上两个骨干网元之间的关系:若相同,则为单点环(如环1);若不同,且能直接到达,则为双点环(如环4);若不同,但不能直接到达,则放弃(如环6);从C分析出来的汇聚环只保留环1和环4;
      Step 6:每个骨干网元遍历一次;
      Step 7:去重入库。
2.2.3接入层算法说明
      与汇聚层超大环隐患分析算法基本一致,不做详细阐述。
2.3 算法价值
      本文所述传输网超大环隐患分析算法的应用主要具有以下四点价值:
(1)分析手段简单直观:摆脱了原有手工整理及EXCEL表格工具等手段,维护方式调整为系统操作,通过简单的培训讲解,可以达到无基础人群的维护操作,系统页面的简单易懂,大大提升了数据分析的直观性,以及易操作性;
(2)降低数据统计的耗费成本:超大环隐患分析功能,主要是以传输综合平台为依托的一键式统计功能,全自动的过程取代了之前维护人员原始的手工分析方式,大大降低人工成本,显著减小统计误差;
(3)为迅速提供网络整改方案提供了有效手段:为地市公司的传输网络拓扑改造提供了迅捷、完备、准确的数据基础,并可以作为日常管理的数据依据;
(4)辅助提升网络质量:本成果辅助优化网络结构,帮助减少同一逻辑环上两点断所造成的业务中断数量,提升网络质量。
3.应用效果
      2013年4月,本文所述功能在辽宁公司的沈阳、铁岭市公司正式投入使用。目前,此功能针对省内中兴、华为、烽火的SDH网管进行了试运行,取得了明显的应用效果,计划将该系统大范围推广应用于省内的其他12个地市的日常网络设备分析的维护工作中。
3.1 降低分析手段耗费资源,节省人力成本
      本成果采用系统自动化的超大环隐患分析手段,将维护人员从原始的手工分析方式中解脱出来,避免耗费大量的人力资源。
      下面对本成果预计节省的人力成本进行估算:
      辽宁全省地市SDH设备的EMS共计45台,其中在低于1000个网元的EMS数量在35台,在1000至2000网元之间的EMS数量在6台,高于2000个网元的EMS数量在4台。经过对地市公司的调研分析,1000个网元的EMS统计需要1人天/台,1000至2000网元的EMS统计超大环隐患需要1.5人天/台,高于2000个网元的EMS统计超大环隐患需要2人天/台。现通过系统辅助分析超大环隐患一次,将平均节省35×1(人天)+6×1.5(人天)+4×2(人天) = 52(人天)。详见如下(表1)参数统计:

表1 全省SDH超大环隐患分析节约工作量(单次)

      一般情况下,每月统计一次(排除因网络优化或偶然任务需要的统计和分析),那么全省全年需要投入52*12=624人天。
3.2 提升分析准确率
      由于传统的分析手段是手工实现,人工操作干扰因素较多,尤其是在网络规模比较大的厂家网管拓扑图上,很容易遗漏或错判,最终导致分析结果的偏差。通过超大环的隐患的分析算法,直接呈现统计结果,避免人为统计误差。
3.3 增加辽宁公司的管理手段
      通过此功能辽宁公司与地市公司并用,可以帮助省公司有效管理和监控地市公司的超大环网络整改情况,并通过数据指标达到对地市公司有效的考核和管理。
3.4 社会效益
      本文所述功能为维护人员分析超大环隐患提供有效的自动化手段,辅助优化网络结构,帮助减少同一逻辑环上两点断所造成的业务中断数量,有效地减小或者避免此类障碍对用户使用业务的影响,降低用户投诉,提升网管质量,树立良好的移动运营商品牌形象。
4.结束语
      本文研究并实现了一套传输网超大环隐患分析算法,本算法突破了原有手工分析超大环隐患的分析思路,通过对厂家网管采集的基础配置数据的分析,梳理出完整的解决算法,实现了对超大环隐患的全自动分析,提升了隐患处理的准确性与及时性。隐患分析算法投入使用后,使维护人员从繁重的手工分析方式中解脱出来,大幅节省了人工成本。在今后的工作中,我们将把该系统大范围推广应用于省内的其他12个地市的日常网络设备分析的维护工作中,与此同时,系统的进一步完善和优化将是我们今后研究工作的重要方向。
参考文献:1 霍晓莉. 自动交换光网络的生存性及保护恢复[J]. 电信科学, 2003(8).
2 闫伟. 城域传输网络的组网结构探讨[J]. 信息通信, 2013(8).
3 罗青松,阳华,刘志强,张湘英. 光网络安全现状及关键技术研究[J]. 中国电子科学研究院学报, 2013(4).
4 邵明基,上官右黎. 冗余拓扑图简易遍历算法的研究与应用[J]. 世界科技研究与发展, 2008(6).
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