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第三代移动通信网的网络管理接口分析与设计

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-11

  文章提出了以CORBA为基础、参考TMN思想结构的3G移动通信核心网的网管体系结构。 此结构的接口设计发挥CORBA技术的优秀性能,充分考虑了网管技术和实际工程结合中的问题,全面分析网管服务器的接口功能,提出了以网管的功能集合为设计思路的新概念,拓展了面向对象的开发思想在3G网管开发中的使用。

  为了使第三代移动通信(3G)系统能够真正提供高效、快捷和高质量的业务服务,必须有功能强大、可靠性高、使用便捷的移动网络管理系统来操作和维护它。3G网络管理采用集团和省两级集中管理体制。总部网管属于集团3G网管系统,负责对全集团网络的集中、统一管理,管理各省级3G网管系统;省级网管系统负责本省内3G网络的集中、统一管理,管理省内各设备商提供的网元管理系统,它对下管理网元设备,对上向省级网管系统提供符合3G网管标准的操作维护接口。网管接口在网管系统和网元之间起重要作用,是网管信息的基础来源。

  如图1所示,系统建立在网管支撑网的基础上,数据通信网(DCN)是传输网管信息的物理网络。操作维护终端、服务器和网元适配层是网管体系中的主要部件。操作维护终端和服务器通过CORBA接口实现通信交互。服务器负责收集网络运维信息、下达网管指令等任务,同时,服务器为了适应三级结构,还必须提供对上下级服务器的北向CORBA接口,形成三级形式的服务器群。网元适配层是对各个网络设备进行管理的软件,有两个功能:一是和物理设备的接互信息,收集信息,下达服务器传过来的指令;二是适配物理设备上报的信息,在适配层作统一化的处理之后,以我们网管系统约定的统一形式上报给服务器的公共管理模块。

  结合图1和图2,网管服务器系统基于CORBA总线的分布式软件结构,提供对这些设备集中的配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、日志管理和远程操作维护等功能。如果把网元上报的信息称为网管“数据”的话,那么我们把服务器的系统软件从功能结构上分为采集数据、处理数据和应用数据三个交互层次,通过这三层之间的交互完成对网络运行状况的获取(主要是网元设备的信息获取以及据此计算得出的网络运行状况的分析)和对网络设备的操纵控制。

  采集数据就是利用不同的接口将不同类型设备通过网元适配器处理后的性能、配置和告警数据写入网管系统的原始数据库,对应于图2的公共管理模块提供的功能。因各厂家设备的接口很难达到完全统一,故每种数据格式设置一个独立的接口模块,接口模块之间为相互独立的关系,与上层的处理层之间采用统一的数据接口。这使增加接口数量、改变单个接口结构非常方便,升级和扩容非常平滑。数据采集与数据处理间采用统一的标准接口,不同类型的数据采集服务都通过这一接口将数据传递到数据处理层;利用不同网络协议采集来的不同类型的数据共用统一的文本解析模块对数据格式进行解析。

  处理数据主要是将各厂家不同的数据内容转换为统一的格式,并将其保存在统一化的数据库中。在图2中,处理数据就是数据库操作。应用数据从层次结构上可以理解为服务方的业务逻辑层。系统的业务逻辑包括:配置管理、性能管理、安全管理、故障管理和资源管理等管理功能。

  网元适配器为这些管理功能子系统提供公共的网元接口。采用多线程的设计方式,所有的子系统都以独立的线程启动运行,降低子系统间的耦合度,降低合作开发的难度。网元适配器和网元之间采用基于TCP/IP的自定义通信协议进行交互,其他子系统之间以及与网管服务器之间使用CORBA提供的各种服务进行交互。

  我们以接口功能集的概念来设计系统软件架构。在系统设计时,上面把公共管理功能集合分开,同时将数据处理分为采集、处理和应用三步,就是为了以功能集的概念设计接口。功能集设计接口的核心思想就是面向对象的开发思想,但是结合了3G网管中大量复杂的网元设备的实际情况后,面向对象就可以抽象为网管中的功能集设计思想。一个功能集是完成特定管理内容的模块,这个模块在系统运行中是以一个线程为表现形式,但是实例化了功能集类。

  如图3所示,网元适配是接口设计的重点。为其设计一个较高层次的抽象类:接口管理功能(用例形式),各大管理功能集由此继承。各管理功能集合是多继承的,还需要从公共管理功能集类中继承属性。接口管理功能集与公共管理功能集之间有所区别,前者主要是提供管理必须的基础信息如操作用户信息、操作的网元信息等等,后者提供各功能集合与网元管理互相操作的基本方法集合。

  从功能集合设计上可以看出,公共管理功能为其他的管理集合功能提供公共的服务,与网元适配器交互,承担着信息通道、分发和部分适配的功能,所以应该包括访问入口点功能、通知管理功能、链路监视功能、日志管理功能和文件传输功能。其中,访问入口点功能提供一个各功能集访问的入口点对象(根据接口管理功能提供的基础信息判断权限),该对象是网管系统与被管系统交互的首要访问对象。网管系统通过入口点对象,获取被管系统中被管对象的引用,并调用相关操作来执行特定的管理功能。

  其他的管理管理集分别对应于接口管理功能的子集,完成配置、性能、安全、故障和资源等相应管理功能。具体的管理功能是网管中普遍关心的问题,如设备的入网出网、网络的性能指标、告警和异常实时通知数据、拓扑信息的维护等等,都有成熟的理论讨论和实现技术,不再赘述。

  (1)通信技术。采用TCP/IP的通信方式。服务器与网元适配器的数据交互采用标准TCP/IP协议编程接口(Socket),在通信中使用面向连接的流套接口,实现可靠的数据传输服务,并通过停止等待协议实现对传输过程中的流量进行控制。

  (2)通信的数据报文格式。分割符“$#$”是各个字段之间的分割标志。与网元适配器之间的交互消息格式可以分成两大模式:通知模式和Trap模式。所谓通知,就是将上层的业务处理层发来的对网元操作维护指令通知下去。Trap是指网元适配器接受到的网元的告警或者异常信息或者某项统计指标结果的上报消息。从功能上分,又有配置管理、性能管理、安全管理、故障管理和资源管理几大类。前者在PDU性质字段中体现,后者在类型标识码上体现。报文内容以小分割符号(不同于分隔符的另一个分隔符“@@”)来区分。如表1所示:

  (3)交互方式。交互方式针对通知和Trap两种方式,分别是有服务器的公共功能模块发起连接通知(通知模式)、由网元适配器发起通知(Trap模式)。建立TCP连接后,交互消息,交互结束后拆除连接。两边都要建立定时机制,以防止死连接的发生,同时也可以实现同步操作(即发出一条报文后,在收到另一方的应答前不接受其他的报文)的需求。

  公共管理功能集封装了网元适配器向业务功能模块提供的所有的IDL(Interface Definition Language)接口。IDL接口是业务功能模块调用公共管理功能集中方法的唯一入口,通过它可将分布式对象服务的提供者和它们的客户端??某个SGSN网元单板的操作为例,首先其实现的类使用UML简化描述为图4。

  单板是SGSN网元的一个配置项,它有三个主要属性,框号(SRN)、槽号(SN)和板位置(BP)。客户端输入修改后的SGSN网元的单板的这三个属性,然后发起修改单板的命令(send(struct Not,int length)),调用公共管理功能模块的修改单板的IDL接口,公共管理功能模块分析由业务处理功能模块从CORBA的通道服务IDL文件中传入的参数(SRN、SN、BP),组织成报文,如表2所示:

  00001是配置管理报文的类型标识,192.168.1.21是网元适配器在内部网中的IP地址,9080为网元设配器提供的接收端口,SRN=1@@ SN=112BP=PMCUP 56@@FDN=“.0.4.1”分别代表业务处理功能模块传入的参数(SRN、SN、BP),0为通知模式,&&为报文结束标志。

  当网元适配器处理完毕并返回结果时,公共管理模块会再通过CORBA的通道服务向业务处理模块返回确认信息(bool Dis(int Trap,int length)),然后业务处理模块刷新Oracle数据库表。

  在公共管理功能集中,对于不同的业务处理模块将会给出不同的处理方法,如图5所示,即一个TCP/IP的发送接收方法,有数个对应于不同业务模块的方法。这些方法在CommFun类中实现,所以分别被业务处理类继承,也容易增加新的方法。

  以上过程更一般化的总结可以表述为:公共功能集合是从CORBA继承而来的,通过IDL接口,其使用CORBA的通道服务、名字服务和生命周期服务与各个业务模块交互。服务器发起通信时,由服务器调用CORBA命名服务或通道服务将相关的参数传递给通信服务模块。通信服务器作为CORBA服务提供者完成对参数的整合处理,将形成的数据通过TCP传给网元适配器。将网元适配器返回的确认信息再通过CORBA告知业务处理模块。接收网元适配器传回的数据信息时,首先在通信服务器内进行预处理,将网元适配器信息整理成业务功能模块需要的格式后,调用CORBA通道服务通知业务模块。

  业务管理模快的任务主要有:创建性能检测任务,告警过滤指令和配置指令。根据业务模快下发的任务查询数据库获得所需的信息,按照协议规定的信息格式,将信息组装起来,依据上层提交的相关地址信息,发送到指定的网元适配器;同时,要等待接受方返回的确认信息,收到后继续发送后续信息,否则超时要重新传送当前下发信息。公共功能模块采用客户端访问的方式,根据任务需求实时的对网元适配器发起连接,任务信息下达完毕后自动释放连接。

  (2)接收网元适配器传回Trap形式的信息,作相关处理并提交给业务功能模块。

  Trap形式的信息主要有:网元适配器定期发回的网元话务信息和负载信息,告警信息和异常信息。利用多线程技术,依据上层提交的相关地址信息,同时连接多个网元适配器,接收并解析来自网元适配器的信息,通过判断是告警还是话务信息,发送到CORBA的ORB总线上,经过处理后写入数据库,并提交上层服务器;返回确认信息给网元适配器。

  网元适配器的功能是提供维护被管对象(MO,Managed Object)即网元信息的接口,实现对MO的配置维护操作,包括了创建、修改、删除、查询MO,改变以及获取MO配置状态,更新数据库。

  网元适配器的功能是完成到各网元的通讯适配,并且完成系统所理解的数据模型和网元理解的数据模型的相互转换,从而对不同网元的接口变化进行屏蔽;另一方面,网元适配器还具有向网元发送配置命令和接收网元返回的配置结果的功能。

  网元适配器收到服务器系统中的公共管理模块的请求,会根据所修改的网元类型选择相应的适配机制。需要注意的是,由于有的网元不能支持字符串(服务器通知来的指令是字符串格式)的解析,只支持二进制命令的识别。这时,网元适配器需要将指令转换成二进制命令下发给网元;当网元处理完毕成功修改了设备属性并返回响应报文后,网元适配器会对响应报文进行解析,同样的,如果响应的是二进制报文,网元适配器仍需要进行一次向指令报文反向转换;随后,将解析结果返回给服务器系统中的公共管理功能模块。需要注意以下两点:

  ◆要设置监视,不时对连接得是否畅通进行检查,发现问题及时通知上层,并自动对断开重新连接。若无法重新连接,则向上层报告。

  网络管理的质量不仅关系着网络运行的质量,而且影响着网络业务提供的质量,一套完善的、科学的网络管理架构必将对3G网络产生深刻的影响。而3G网络的管理是相当复杂的,这种复杂性首先体现在网元设备的多样性,其次体现在管理的需求的多样性,并且考虑三级网络的管理需求又会增加复杂性。但是本文创造性地提出了一种基于公共服务功能集合的网管接口设计方案,以管理功能集合的概念来设计和分析网管服务器和网元之间的交互,可以降低开发的复杂度和成本,提高软件的重用性。在设计中,采用了成熟的CORBA技术来实现服务器管理功能集合之间以及与公共管理集合之间的交互,实现了较松的耦合,使服务器的软件结构达到了很好的统一性和扩展性,这也为整个网管系统的统一、集中和扩展提供了基础。

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