家庭网络拓扑的设计与实现

摘  要： 拟通过终端故障定位和处理的自动化和智能化，来降低故障的定位和处理难度。通过获取家庭网络各终端的静态信息、业务数据、实时状态和自动诊断数据、周期采集历史数据，自动分析处理上连下挂各端口的状态，生成显示用格式数据，绘制各终端的真实组网拓扑关系和故障的告警位置，智能修复故障。设计并实现了一种家庭终端网络的自动诊断、可视化拓扑显示、智能修复的系统，并通过运营商的实践使用验证了该系统的良好效果。

关键词： 家庭网络; 可视化; 拓扑; 自动诊断; 智能修复; 运营商

中图分类号：TP393          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）01-29-04

Abstract： This paper intends to reduce the difficulty of fault location and processing by automation and intellectualization of terminal fault location and processing. By acquiring static information， service data， real-time status， automatic diagnosis data and periodic historical data of each terminal of the home network， automatically analyzing and processing the status of each port linked up and down， generating display format data， drawing the real network topology relationship and fault alarm location of each terminal， intelligently repairs the faults. An automatic diagnosis， visual topology display， intelligent repair system for home network is designed and implemented， and the good effect of the system is verified by the practice of operators.

Key words： home network; visualization; topology; automatic diagnosis; intelligent repair; operator

0 引言

终端设备位于用户侧，作为家庭用户接入网络的入口，提供基础的宽带接入、语音业务、IPTV等核心业务和其他增值业务。家庭终端网络主要包括家庭网关、机顶盒、无线访问接入点AP、路由器等终端设备，以及手机、电脑、电视等各类下挂设备[1]。

终端网元管理系统是终端设备的业务部署和远程管理平台，其主要用于家庭网关、企业网关、机顶盒、IMS等终端设备的注册、配置、监控、远程故障诊断与修复等功能，如中国电信的终端综合管理系统ITMS[2]。其对外通过北向接口与电信运营商的业务运营支撑系统进行对接，处理终端设备的开销户、业务配置等工单业务，并通过自身的门户系统提供完整的终端操作管理功能，其对终端设备的操作主要通过TR069管理协议实现[2-3]。

1 现状分析

随着移动互联内容应用的日益普及，运营商在网络、业务等服务环节面对着客户的抱怨和投诉时一般采用“一点受理，多点回复”的模式：客服人员收到客户投诉后，如果能够简单判断出原因，则直接给客户提供解决方案;如果是原因复杂涉及到技术方面的，则将其投诉工单发送给技术支撑部门，由技术人员进行处理，并将处理结果反馈给客服中心，由客服人员回复给顾客[4-5]。

因为终端设备通常都位于用户侧，大多数是直接安装在客户家中，不受运营商控制。运营商提供接入终端设备后，具体家庭组网通常由用户自己决定，因此组网也非常多变复杂，可能出现各种连接问题，如下挂设备端口连接错误、接口松动、终端配置信息被修改等不可预期的问题，而发生问题时客户一般都会选择进行投诉。基于以用户为中心的宗旨，快速定位解决问题便是一个重要的课题。

在投诉的故障中，很多由于客户使用不当造成的问题是可以在技术层面自动检测，智能识别处理的。以宽带报障为例，存在下述流程的问题诊断排查手段：①承载接入网络问题，诊断手段可以是PING测试、在线状态检测、Trace Route测试等;②用户侧终端上连异常，如账号、连接方式等配置错误，诊断手段可以是仿真测试、工单参数校验等;③用户侧下挂异常，如下挂设备LAN口连接错误、连接状态异常，Wi-Fi质量等问题，诊断手段可以是终端状态检测、业务绑定信息校验。

定位故障时往往需要用到多种手段，逐一排查比较低效，流程复杂。实践使用时往往依赖经验，具有一定的猜测性，一般都不具备自动检测，智能修复的功能。而实际上可以整合现有的各类诊断检测和修复功能，以整个家庭终端网络拓扑为中心，实现自动检测、可視化显示、故障智能修复，并且可以针对具体使用场景进行优化。

具体来说，可以基于终端设备信息、业务信息和各项诊断数据，实现自动检测和分析，精确区分为可远程处理、远程指导和上门处理的场景。绘制精确到端口的家庭终端网络拓扑图，并进行功能扩展，实现组网的可视化显示和故障精确提示。对可以远程处理的问题，整合相关的修复功能，如重启、重做业务、修复配置等到显示页面。

2 设计

2.1 架构设计

基于现有的终端网元管理系统，进行家庭终端网络拓扑的设计和实现，其结构如图1所示。

2.2 拓扑数据来源

作为家庭终端网络拓扑显示的基础，拓扑数据主要包括基本信息、业务信息、实时数据和采集数据，来源于多种途径。

基本信息来源包括：①电信运营商下发的开户工单，经工单服务处理后交由静态信息服务存储并提供获取接口;②终端设备通过Tr069 协议上报的信息，经ACS处理后交由静态信息服务存储并提供获取接口。

业务信息来自于电信运营商下发的宽带业务、语音业务、IPTV业务的工单信息，主要包括各业务的账号、连接信息，由工单服务提供获取接口。

实时数据主要为进入拓扑页面时实时从终端获取的信息，如上连下挂口的通断状态、各业务的运行情况信息、WLAN 状态信息，以及下挂设备的信息等[6]。

采集数据主要来自终端周期上报的运营数据，如流量信息、网络质量等，其基于宽带上网通道通过FTP方式上传至数据存储分析服务，并由其处理后提供获取接口。

2.3 终端上连分析算法

终端上连信息主要指家庭终端网关接入运营商网络侧的相关信息，其通过对比工单信息并进行仿真测试生成，算法流程如图2所示。

2.4 家庭终端组网分析算法

家庭终端组网信息主要通过递归方式获取家庭终端网络所有终端的信息，并结合业务信息的端口绑定关系进行分析获取，算法流程如图3所示。

2.5 网络流量和质量数据分析算法

网络流量和质量数据结合历史采集数据、实时数据和业务数据分析获取，算法流程如图4所示。

3 实现

3.1 后端改造实现

基于现有的终端网元管理系统，在南向增加FTP服务器接收采集数据，并增加数据存储分析服务。数据存储分析服务主要实现了两个主要功能：①对采集数据进行分析处理，并使用Elastic Search进行存储;②提供标统一的查询Restful接口供调用。

增加并实现家庭终端网络拓扑服务，其通过各服务接口实现信息的获取和操作的实现，并提供Restful系列接口，供前端浏览器实现显示数据的获取和操作功能的调用。

3.2 前端界面显示与修复

使用AJAX异步加载方式对拓扑数据分批次从服务端获取并显示，提升用户的易用性体验。

基于从家庭终端获取的各终端实际关联关系绘制拓扑图，精确显示家庭中所有终端设备和下挂设备的实时连接状态。对终端设备，显示WAN、LAN、Wi-Fi、语音端口的状态，并将设备间的连接线精确到端口，以常规的红（故障）黄（告警）绿（正常）三色标识线路和端口状态，并用灰色表示离线时的默认值。

基于简约至上的交互式设计策略，巧妙使用彻底隐藏，适时出现的隐藏策略[7]，仅在故障告警生成的具体位置处高亮显示标识，鼠标移动到显示标识上时，故障细节信息、建议信息和修复操作才适时出现。

在家庭终端网络拓扑显示页上，增加实现了可定制的图形化模块，对常规的统计指标，如流量、升级轨迹、Wi-Fi信道等，实现了定制化显示和独立加载。

通过对拓扑图的展示实现，清晰的显示了家庭网络中各终端设备的运行状态、业务状态、端口状态和网络质量，以及各终端设备的关联关系，并内嵌实现的智能修复操作。

通过实现各项故障告警自动绑定对应的修复操作，可以方便的调用修复操作完成异常的修复和修复后效果的二次确认，并且实现了一键智能修复所有建议项的功能。

4 结论

实现了家庭终端网络拓扑的系统后，使用者可以在不掌握较复杂的技术手段时，即可快速定位到终端故障的问题点，并根据诊断建议直接进行修复处理或移交上门人员处理，实现投诉的快速响应和快速处理。

5 结束语

本文设计并实现了一种家庭终端网络的自动诊断、可视化拓扑显示、智能修复的系统。通过运营商的实际使用验证了该系统的良好效果。并且在终端网元管理系统实现了家庭终端网络拓扑化的功能后，作为一个特色亮点，在多个运营商局点收到了很高的评价，进一步提升了终端网元管理系统整体的好评度。

参考文献（References）：

[1] 龙戎.智能家庭网关发展趋势研究[J].电信网技术，2014.9：1-5

[2] 沈昕，孟建庭.与ITMS融合的IPTV终端管理技术[J].电信科学，2009.3：27-31

[3] 郝振强.终端处理方法、装置及终端网络管理系统：中国，106301878[P]，2017-01-04.

[4] 于建华，卢和宇.电信行业客户投诉管理现状及方法分析[J].北方经济，2013.10：92-93

[5] 岳丹阳.移动通信客户投诉的智能诊断方法研究[J].中國新通信，2016.17：1-3

[6] 郝振强.基于TR069协议的家庭网络拓扑显示系统及其方法：中国，105429772[P]，2016-03-23.

[7] （英）科尔伯恩（Colborne， G.）著，李松峰，秦绪文译.简约至上：交互式设计四策略[M].人民邮电出版社，2011.