骨干传送网规划设计平台的设计与实现＊

2018-01-18李晓良刘建平赵培高军诗

电信工程技术与标准化 2018年1期

李晓良，刘建平，赵培，高军诗

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 引言

随着国家“宽带中国”战略方案的逐步推进实施，我国宽带网络基础设施建设进入了高速发展时期。中国移动省际骨干传送网从1-12期，业务带宽不断攀升，网络规模越来越大，网络资源数据已经迈入“大数据时代”。在这种形势下，传统基于CAD图纸和Excel表格的规划设计方式已经难以应对，开发以数据库为基础的智能化、集中化规划设计平台，成为一项迫切的需求。

骨干传送网规划设计平台（TPADS）是针对省际骨干传送网研发的规划设计工具。该平台致力于解决传统规划设计方法面临困境，构建以设计资源数据库为基础、以信息化设计手段为核心的新设计架构，推进骨干网网络规划设计方式变革。

2 平台总体设计

2.1 功能结构

骨干传送网规划设计平台由四大体系、八大核心功能构成，平台功能结构如图1所示。

该平台打破传统分散化、表格化规划设计模式，提炼工程设计经验，实现了集中一体化的全流程规划设计功能，可有效提升网络设备规划设计效率及质量。其中，电路路由安排功能可基于规划、设计、维护等不同设计阶段的需求，采用不同约束策略及算法，为批量电路安排最优路径，在计算效率方面，可在分钟级别内成功计算两千余条电路路由。资源分配功能可按预设波长分配方法，为已排好路由的电路分配波道资源，同时为复用段配置冗余保护波道。局站设计功能可在网络层设计完成后，自动计算网络节点的设备连接方式，例如交叉、跨机架交叉、支路、预交叉等；可实现设备、端口、ODF端子智能配置，并最终计算生成局站内的通信系统连接表和物料线缆统计表等，指导采购与工程施工。资源可视化功能可实现骨干网络、电路路由、机房平面图、设备面板图分层动态呈现，可从工程建设和管理维护的不同角度进行资源统计及呈现。此外，针对工程实施中多单位合作交互的特点，本平台建立了多角色系统的用户管理、用户权限审批、任务管理、工程质量监督及进度管控功能，对工程项目高效推进提供了重要助力。

图1 骨干传送网规划设计平台功能结构

2.2 平台架构[1]

考虑到该平台的用户相对固定，且工程设计人员有户外工作、离线使用的需求，该系统设计为C/S架构（即客户机/服务器模式）。在户外无网络情景下工作时，用户可通过离线登录操作使用。

平台架构如图2所示，客户端基于Java Swing开发用户界面；使用RMI远程方法调用，在客户端与服务器之间利用远程对象互相调用，实现双方通信；使用Spring框架分层管理JavaBean、逻辑Service层以及数据交互DAO层，使用了Spring内置JDBC与数据库进行通信，实现数据资源交互。对于平台中数据导入导出、数据校验、拓扑呈现等功能，选择了Apache POI、Drools、TWaver等第三方组件具体实现。

3 平台核心功能

3.1 数据资源管理

数据资源管理模块致力于解决现有数据存在的非结构化、不规范、查询统计困难、易错难审校等突出问题。在深入研究总结省际骨干传送网资源数据基础上，推进并实现了资源标识的标准化、物理化和全局化，统一网络层、设备层数据表格模版表格14张，定义全网资源统一标识几十项；以结构化方式归集了现网网络资源及设备资源数据，梳理完成各表格间关键字段维护关联关系，开发资源数据词典；在数据入库过程中规范、关联、清洗数百万条设计资源数据，解决了现有数据中存在的潜在问题。

骨干传送网规划设计平台数据模型分为3个层级结构：局站设备层、网络连接层、光通路层，库内各表相互关联且有层级关系，如图3所示[1]。

资源数据导入导出、数据维护等功能主要完成数据库的常规操作，平台通过POI技术实现Excel的读入和写出，以达到批量处理数据的目的。截至目前，该平台数据库已完成移动省际骨干网100 Gbit/s OTN网络网络层及设备层数据归集、标准化入库工作。

3.2 电路路由设计

图2 骨干传送网规划设计平台架构图

传送网网络规划通常是多约束、多需求条件下的最优化过程，即在传输业务部门给定详细的带宽需求、业务节点、保护方式、建设成本、服务质量等需求参数后，基于现网传输技术、现网拓扑结构、容量限制等制定一个详细的设计方案，实现性能最大化或成本最小化等目标函数，以满足在既定技术和经济条件下的业务需求。

基于现网资源数据集，依据不同建设策略及约束条件，安排合理规划网络拓扑安排电路路由是一项重要且繁琐的工作。在中国移动一期工程建设中，需要安排的电路路由数量通常多达数千条，而且业务需求频繁变换。

本平台电路路由设计功能，基于中国移动省际骨干传送网网络现状，面向规划、可研、维护等不同设计生产阶段，综合考虑路径长度、资源均衡、通路跳数、带宽需求、保护规则等多种约束条件，基于Dijkstra算法、KSP算法、机器学习分类算法等，为大批量电路排路需求提供最优电路路由设计，提升了电路排路效率及设计方案的合理性。在计算效率方面，基于该平台电路路由算法，可在分钟级内成功计算两千余条电路路由。

3.3 集中化局站设计

本平台集中化局站设计功能平滑承接网络层设计，可实现局站内设备端口智能配置及通信系统连接设计。面向勘察人员可提供设备勘察入库接口，勘察数据入库后，可自动完成全网络、各局站的设备配置、端口分配、ODF端子分配，计算通信系统连接方案及物料线缆用量估计，批量生成全网各局站的通信系统全连接表及设备组架图，用于指导工程施工。

局站设计功能流程如下所述。（1）根据电路路由设计方案及机房设备勘察结果，计算设备连接方式，完成局站内设备、线路端口智能配置，并计算本期工程所需支路端口数量。（2）为本期新增设备、端口建立具有全局性、可读性的物理标识，即机架编码、机框编码、机槽编码、端口编码、ODF端子编码等。（3）按照层级关联关系，将本期工程新增机架、机框、槽位、端口、端子等资源数据录入数据库。（4）根据业务需求及电路路由设计方案，遵循均衡、保护原则，自动分配支路端口及ODF端子。（5）针对需要核实的支路端口、ODF端子连接关系，生成支路端口ODF端子表，提供给勘察人员。（6）补充勘察反馈数据，自动生成通信系统连接表及设备组架图；统计物料线缆需要，生成布线计划表。批量输出图纸、表格用于指导施工。

图3 平台数据结构示意

传统的通信系统连接和设备安装设计等工作，采用以局站为单位的分散作业方式，无统一资源标识，设计方案与设计者经验具有强关联，局站间设计结果有较大差异。此外，由于设计时需要翻阅大量图纸表格，设计效率较低。本平台提供的集中化局站设计功能打破了传统分散化的局站设计模式，提炼并固化了设计人员优秀设计经验，批量输出骨干网各节点设计结果，有效提升了设计效率及设计质量。

3.4 资源数据可视化

骨干传送网规划设计平台资源数据可视化功能，基于端到端设计资源数据库，实现了骨干网络、电路路由、机房平面图、设备面板图分层动态呈现，并且可以从工程建设和管理维护等不同角度进行资源统计及呈现。解决了传统CAD图纸表达信息有限、数据无关联、无地理信息、难以查询统计等问题。

资源可视化具体包括：路由设计方案动态展示、网络层复用段资源分层呈现、局站设备资源分层呈现等功能。设计人员选取任意一条现网电路，可在地图上直观查看该电路路由方案。在路由设计时，平台可实时展现路由设计结果，为设计提供便利。如需查看网络层资源，可根据用户需求按工程期、平台等查询条件，在地图上分层统计呈现骨干网城市段、局站段、复用段、波道、时隙资源数据；可按照资源总数、工作资源、冗余资源、保护资源、空闲资源的等分类统计查询现网资源现状。在网络节点，可分层呈现机房平面图、设备面板图、承载业务、业务数据流转等信息。

本平台资源可视化功能，基于TWaver Java和TWaver GIS，实现了基于地理信息的传送网网络资源分层展示；实现了网络层与局站设备层数据可视化功能的无缝衔接；采用数据异步加载的技术，改进拓扑布局算法的性能，提高了大数据条件下拓扑的加载和响应速度。此外，本平台不仅支持资源数据可视化，而且也支持资源数据批量导出。例如，本平台不仅可以呈现局站内设备面板图，也支持批量导出全网各局站设备面板图，节省了人工绘图的时间。图4为逐级呈现网络拓扑以及设备面板图。

4 平台应用效果

4.1 引领设计方式的变革

目前，该平台主要服务于中国移动省际骨干传送网的工程设计。中国移动省际骨干网作为世界上最大的传送网络，每批次工程设计，仅WDM/OTN层，就有数千条电路，需要使用数十万条波道时隙来承载。传统设计需要多人参与，通过数个Excel表格关联计算来实现，一次计算几十分钟，安排1条电路耗时2～3天时间。基于该平台，可以在分钟级别批量生成接近最优的电路路由，极大提高了设计效率。

4.2 推进资源管理方式的变革

当前的省际骨干网网络资源，由多套网管和综合资管系统共同管理。资源管理方式是：在设计、施工完成后，由厂家将设计数据输入网管，然后再导入资管平台。设计及维护人员查询网络资源，需要使用不同厂家的多个网管，不同厂家网管使用各自私有标识和方式，造成诸多不变及管理困难。骨干网规划设计平台将打破网管的局限，将跨厂家、跨网络的资源数据，从工程建设和管理维护的不同角度进行管理和呈现。可以同时呈现光缆层、WDM/OTN、SDH和PTN网络设备层、业务层信息，可以实现端到端的电路路由呈现，这是传统资源管理方式无法实现的。