光传输网络的网管系统研究

李德军　涂婷婷

摘  要：文章介绍了光传输网络及其管理现状，并基于光传输网络网管系统的研究与建设需求，参考电信管理网（TMN）管理框架、管理功能分层结构、XML模型定义方法和Web Services分布式软件技术框架，从组织结构、管理功能、信息模型、管理接口等方面提出了光传输网络网管系统的设计思路，这些研究成果可用于指导网管系统的开发、建设，以提高光传输网络的管理维护效率。

关键词：光传输网络;网络管理系统;Web Services

中图分类号：TN929.1      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）02-0065-03

Abstract：In this paper，the present situation and the existing problems of network management for optical transmission network is introduced，and based on the research and construction requirement of network management for optical transmission network and with reference to Telecom Management Network（TMN） management framework，the layered structure of management function，XML model definition method and Web Services distributed software technical framework，the design ideas of network management system for optical transmission networks are put forward from the aspects of organization structure，management function，information model，management interface. These research findings can be used to guide the development and construction of network management system，in order to improve the efficiency of management and maintenance of optical transmission network.

Keywords：optical transmission network;network management system;Web Services

0  引  言

传输网是电信运营企业的基础网络，其好坏直接制约着电信网络的发展。近年来，随着我国电信业务的飞速发展，大容量光传输网络的建设已经覆盖我国大部分国土面积。由于对信息需求的不断增加，光传输网络在传输速度和质量、运行的可靠性和灵活性等方面都在不断改进[1]。但是，由于受到各种条件的制约，光传输网络建设形成了一个包含众多设备厂家和多样设备类型的复杂网络，迫切需要建设适应多厂商环境、完备、有效的光传输网络管理系统，以保证传输网经济、高效、安全地运行。

本文基于光传输网络管理现状，从组织结构、管理功能、信息模型、管理接口等方面阐述了光传输网络网管系统的研究成果。

1  光传输网络及管理现状

1.1  被管网络设备

这里以SDH光传输网络为例，主要的被管網络设备包括：

（1）终端复用器（TM）是线路终端设备，把多路低速信号复用成一路高速信号，并完成光/电转换及其逆过程;

（2）分插复用器（ADM）是光同步数字传送网（SDH）应用最多的设备，具有灵活的插入/分出光信号的功能，可作为插入和提取光信号的复用设备，灵活地进行网络组织;

（3）再生中继器（REG）具有信号放大的作用，主要功能包括对传输信号的均衡放大、定时提取和判决处理等，再将光信号传递给下游方向，实现长距离传输目标;

（4）数字交叉连接设备（DXC）是SDH传送网中非常重要的多功能传输设备，具有强大的交叉连接能力和丰富的软件功能，具有对复杂网络的自动保护与恢复功能，主要由交叉连接网、接入端口和监控单元三部分组成，目前在我国更多地用于网络枢纽和有多个方向路由的节点上。

1.2  网络拓扑

在SDH网络中，通常采用线形、星形、树形、环形和网孔形等多种网络结构，如图1所示[2]。

环形网络因其结构简单，且在系统故障时具有自愈功能，这对现代大容量光纤网络至关重要，所以受到人们的广泛关注，目前我国大多数军/民用光纤网络均采用环形作为最基本的结构形式。在实际应用中，如果单独采用某一种拓扑结构通常难以满足要求，应将一种以上的拓扑结构相互结合，以提供一个经济、可靠、灵活及结构合理的网络。

1.3  网络管理现状

在光传输网络的建设过程中，各设备厂家提供了各自的网元（EMS）/子网管理系统（SNM），对其设备进行监控管理，如华为公司的iManager T2000子网管理系统，NEC公司的INC100网元管理系统等。这些管理系统在建设初期发挥了重要的作用，但随着网络规模的扩大及各种条件制约，在同一传输网络中出现了众多厂家的设备，设备类型趋于多样化，管理的电路、设备、资料等各项内容成倍增长，给管理维护工作带来了很大压力。

光传输网络管理系统研究与建设需求主要源于以下几方面考虑[3]：

（1）光传输网络建设规模达到一定程度后，網络的经济效益和社会效益将主要体现在网络的运维管理水平;

（2）从全局的角度监视网络运行情况，分析和评估网络运行质量，为宏观调整和优化网络提供科学依据;

（3）充分利用网络资源，从全网的角度实现跨厂家、跨子网的资源调度;

（4）提供全网设备的维护管理，避免各厂家设备网管分散维护带来的维护效率低下问题;

（5）网管技术研究的重点从网管协议转向工程化、实用化方向，以解决系统的可持续性发展及建设问题。

这时就迫切需要建设多厂商环境下的网络管理系统，利用各厂商提供的网元/子网管理系统，对光传输网络进行综合、统一管理，对网络资源进行统一规划、调配，达到网络资源的高效利用和网络的可靠、稳定运行。

2  网络管理系统设计

2.1  网管系统的组织结构

参照电信管理网（TMN）的分层管理结构，网元管理层的管理功能由各厂家提供，业务管理层只有很少的标准，事务管理层几乎无标准可用，因此，光传输网络网管系统将主要定位于网络管理层，是基于各设备厂家提供的网元管理系统构建的上层网络管理系统（NMS），其组织结构如图2所示。

基于管理简单的原因，在子网管辖范围内，网元设备、网元/子网管理系统通常由同一厂家提供，图中的A、B、C三个厂家组成了三个不同的子网，具备相应的网元（EMS）/子网管理系统（SNM），通过接口适配器与网管系统互联，它们之间为标准开放的接口，倾向基于Web Services的。随着网络规模和覆盖范围的增大，网管系统可以采用分级的管理结构，上下级之间也是标准开放的接口。

2.2  管理功能

光传输网络网管系统的管理功能为网络层管理功能，主要包括网络监控、资源管理和调度、网络分析、系统管理等功能。

2.2.1  网络监控功能

提供对光传输网络和设备运行情况的实时监控功能，使网络维护人员能及时处理网络和设备运行中的故障告警，保证网络正常运行。网络监控功能又可细分为以下几个方面：

（1）故障管理：对设备运行中的故障告警进行管理，包括告警监视呈现、告警上报、告警等级管理、故障诊断、故障测试与校正等;

（2）性能管理：自动采集网络性能数据，进行性能监视告警，为网络性能分析提供数据支撑，包括性能监测、性能数据上报、性能门限管理等;

（3）拓扑管理：获取网络拓扑数据，自动呈现光传输网络拓扑结构。

2.2.2  资源管理和调度功能

全面了解光传输网络中各种资源的使用和分布情况，提供网络资源的管理、调度功能，为合理利用和调整资源提供依据。资源管理和调度功能又可细分为以下几个方面：

（1）资源管理：自动获取或人工录入网络资源数据，支持资源查询、统计;

（2）资源调度：根据当前资源使用情况进行资源的调度，包括对通道的调度、光纤的调度、电路的调度等，自动或人工完成调度预案;

（3）配置管理：提供对网络和设备运行参数的配置功能，包括子网、设备、通道等参数的查询和修改。

2.2.3  网络分析功能

采集并分析网络运行数据，掌握网络实际使用和运行情况，为网络规划、调整提供决策依据。网络分析功能又可细分为以下几个方面：

（1）故障/性能分析：分析一段时期以来网络的故障、性能运行数据，为网络的评估、优化、调整提供依据;

（2）资源使用分析：分析网络资源在全网的使用数据和网络发展趋势，为网络资源的优化配置提供数据支持。

2.2.4  系统管理功能

提供对网管系统本身的各种管理功能，保证网管系统安全、正常运行。系统管理功能可细分为以下几个方面：

（1）安全管理：包括用户登录认证、用户权限管理、操作日志管理和被管系统发现接口安全性漏洞时的安全告警上报;

（2）数据备份、恢复：实现网管系统数据的备份、恢复操作，防止数据意外丢失和破坏;

（3）系统监视：实现网管系统本身运行情况的实时监视，具备系统日志功能。

2.3  管理信息模型

光传输网络的管理为了实现不同类型管理系统之间的互操作，必须对管理信息的一致性加以规范，使得对被管网络对象有共同的描述。光传输网络网管系统从网络管理层的角度出发，考虑的是如何从物理上和逻辑上表示网络的信息，如网络设备间如何相关、如何拓扑互连、如何配置等，因此网络管理层的信息模型将是面向软件和应用的，区别于网元管理层面向硬件和面向协议的信息模型，具有更好的复用性，是组建高层网管的基础。

当前被广泛采用的管理信息模型及描述语言包括CMIP/ GDMO/ASN.1、SNMP/SMI和基于Web服务/XML的管理信息模型等。光传输网络结构复杂，包括不同厂家的子网、不同类型的设备，管理层次包括网元、网络等不同管理层次。因此，光传输网络的管理信息建模需要针对网络特点，从不同视角分析管理需求，采用适合SDH网络管理信息模型的建模方法，选用通用性强、表述准确、扩展性强的管理信息模型描述语言，侧重于管理信息的通用描述和信息共享。基于XML Schema的模型定义方法允许开发者创建特定领域的标记，生成具有一定语义表示能力的结构化的XML文档，具有较强的灵活性和扩展性，适用于光传输网络网管系统管理信息模型的建立和描述。

2.4  管理接口

网管系统接口可分为北向接口和南向接口。北向接口是网管系统与上级网管之间的信息交互接口，用于向上级网管系统提供告警信息、配置参数和性能数据，主要包括CORBA、Web Services、XML、数据库接口等;南向接口是网管系统与网络设备之间的信息交互接口，主要包括Q3、SNMPv1/SNMPv2c、CORBA等。各厂家对于网元管理系统（EMS）的南向接口功能已开发得比较完善，但各厂家EMS系统向NMS系统提供的北向接口的标准还不统一，为此，EMS将通过接口适配器与NMS连接，如图2所示，提供标准开放的接口，以实现网管系统对光传输网络综合、统一的管理。

光传输网络网管系统依据TMN管理框架，采用Web Services+XML开放管理接口。Web Services是一种分布式软件技术框架，为分布应用进行简单的可共同操作的消息收发提供了基础，特别适合于网管系统的集成。Web Services由一系列描述面向服务的分布式软件体系结构的标准集合起来，其协议栈如图3所示。

基于Web Services的技术架构具有如下优势：

（1）基于标准的，不再需要对专有的解决方案进行投入，避免了受制于个别厂商;

（2）支持解决方案间的互操作，可以采用不同厂商的、具有单项优势的产品，显著降低系统成本;

（3）支持机构内的集成，并且可以被扩展为支持机构间和跨机构的集成。

XML被用于定义Web Services间消息的结构。XML是表示结构化信息的一种标准文本格式，正逐步被诸多网络协议所引用，用来描述系统间的交互信息。

3  结  论

光传输网络作为电信网的重要基础网络，采用集中、统一的网络管理，无疑是减轻维护压力，提高传输网管理维护效率的有效手段。本文通过对光传输网网管系统组织结构、管理功能、信息模型、管理接口等方面的研究成果进行分析，可有效指导网管系统的开发、建设。但网管系统的建设不是一朝一夕的，需要分阶段逐步完成，后续还需要在数据挖掘、分析，加强与业务用户的连接以提升服务质量，网络优化及资源整合利用等方面进行深入研究，以充分发挥光传输网络网管系统应有的效益。

参考文献：

[1] 姜碧田，王辉.智能光网络的沿革、现状和发展 [J].通信技术，2011，44（9）：114-116+119.

[2] 付卫星.军用SDH综合网络管理系统的研究 [D].西安：西安电子科技大学，2008.

[3] 陈建文，李华初，陈兴渝.SDH传输网综合网管系统建设的探讨 [J].军事通信技术，2008，29（4）：71-74.

作者简介：李德军（1984-），男，汉族，江苏滨海人，项目经理，工程师，硕士，主要研究方向：网络管理。