基于虛擬化的智能管道云網(wǎng)管系統(tǒng)

唐 亮，陳 聰

（1.中國(guó)電信股份有限公司北京研究院 北京100035；2.中國(guó)電信集團(tuán)公司 北京100010）

1 引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)使得運(yùn)營(yíng)商面臨被管道化的危險(xiǎn)，因此要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源價(jià)值進(jìn)行深入挖掘，智能管道技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。智能管道技術(shù)[1.2]利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)流量感知技術(shù)、策略決策和管控技術(shù)以及資源調(diào)度技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的精細(xì)管理，達(dá)到“四可”（用戶可識(shí)別，業(yè)務(wù)可區(qū)分，流量可調(diào)控，網(wǎng)絡(luò)可管理）的目的。具體來(lái)說(shuō)，智能管道使得運(yùn)營(yíng)商能夠針對(duì)每個(gè)用戶和每種業(yè)務(wù)，按照所約定的QoS策略對(duì)全部網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行按需分配，這樣就能夠避免出現(xiàn)高價(jià)值用戶得不到足夠網(wǎng)絡(luò)帶寬，而低價(jià)值用戶占據(jù)大量網(wǎng)絡(luò)流量的場(chǎng)景出現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，就需要統(tǒng)一的用戶接入、統(tǒng)一的策略控制、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)的支持，同時(shí)也需要有統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)承載業(yè)務(wù)的整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)及其中的設(shè)備進(jìn)行有效管理。在統(tǒng)一管理的基礎(chǔ)上，為了高效保障業(yè)務(wù)的QoS，還需要網(wǎng)管系統(tǒng)與策略控制系統(tǒng)等上層業(yè)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)連接，以根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的有效管理。但是目前整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)由于不同的廠商設(shè)備、不同的傳輸系統(tǒng)以及不同的管理方式導(dǎo)致了網(wǎng)管系統(tǒng)的紛繁復(fù)雜，而且網(wǎng)管系統(tǒng)和其他上層管理系統(tǒng)之間也缺乏連接性，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)無(wú)法做到及時(shí)有效保障，無(wú)法適應(yīng)智能管道的需求。

對(duì)于上述統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)的解決，相關(guān)參考文獻(xiàn)[3～5]都是基于讓不同廠商不同設(shè)備都使用統(tǒng)一的接口，但是這個(gè)解決方案需要廠商花費(fèi)大量時(shí)間重新開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，同時(shí)也不利于不同廠商開(kāi)發(fā)新功能，而且對(duì)于SDH系統(tǒng)和WDM系統(tǒng)很難進(jìn)行統(tǒng)一，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)也需要花費(fèi)大量成本重新采購(gòu)和部署設(shè)備。

這個(gè)情形和云計(jì)算系統(tǒng)需要管理大量的異種資源（不同廠商的產(chǎn)品）的情形很類似，因此在本文中利用了云計(jì)算[6,7]的解決思路，采用虛擬化思想屏蔽底層物理設(shè)備，構(gòu)建統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)，同時(shí)將網(wǎng)管系統(tǒng)與策略控制系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)了對(duì)業(yè)務(wù)QoS的保障。本文從網(wǎng)管系統(tǒng)現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合云計(jì)算和虛擬化技術(shù)，探討智能管道云網(wǎng)管系統(tǒng)的架構(gòu)、功能模塊和管理方式。

2 網(wǎng)管系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前的電信傳輸網(wǎng)管系統(tǒng)紛繁復(fù)雜且孤立存在，無(wú)法完全適應(yīng)智能管道的需求，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）傳輸網(wǎng)絡(luò)的混雜

傳輸網(wǎng)絡(luò)的混雜主要表現(xiàn)在傳輸系統(tǒng)和設(shè)備廠商的多樣化上?，F(xiàn)在的傳輸網(wǎng)絡(luò)中存在的主要傳輸系統(tǒng)為SDH系統(tǒng)和WDM系統(tǒng)，而這兩者之間的網(wǎng)管系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)兼容，同時(shí)對(duì)于新出現(xiàn)的40 Gbit/s、100 Gbit/s以及OTN等技術(shù)無(wú)法進(jìn)行有效管理。其次現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中存在包括北電、華為、中興通訊、烽火、阿爾卡特、西門子等多個(gè)廠商的設(shè)備。對(duì)于網(wǎng)管系統(tǒng)，雖然有規(guī)范對(duì)接口等部分進(jìn)行約束，但是不同廠商在具體實(shí)現(xiàn)上有各自的方式，特別是在北向接口上，很難達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）管理方式的混雜

不同系統(tǒng)、不同省市的網(wǎng)絡(luò)管理方式不盡相同，有的使用集中網(wǎng)管進(jìn)行管理，有的依靠各廠商專業(yè)網(wǎng)管進(jìn)行管理。集團(tuán)公司和各省市公司也都擁有各自的網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。這些混雜的網(wǎng)絡(luò)管理方式既重復(fù)浪費(fèi)，也不利于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理。

（3）網(wǎng)管系統(tǒng)的孤立化

現(xiàn)在使用的傳輸網(wǎng)管系統(tǒng)并沒(méi)有與運(yùn)營(yíng)商的其他業(yè)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)相連。這種情況下，當(dāng)用戶業(yè)務(wù)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，需要人工通知網(wǎng)管人員，再由網(wǎng)管人員對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排查，找出并恢復(fù)故障，整個(gè)過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，影響業(yè)務(wù)的QoS保障。

傳輸網(wǎng)管系統(tǒng)的這些現(xiàn)狀造成了無(wú)法對(duì)整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效監(jiān)控，對(duì)業(yè)務(wù)QoS進(jìn)行保證。智能管道要實(shí)現(xiàn)對(duì)流量和業(yè)務(wù)進(jìn)行精細(xì)管理的目標(biāo)，要求網(wǎng)管系統(tǒng)首先能夠?qū)Τ休d業(yè)務(wù)流量的整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理，在全網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸資源的調(diào)控，而不用考慮傳輸系統(tǒng)和傳輸設(shè)備廠商之間的差異性；其次能夠?qū)τ脩魳I(yè)務(wù)的開(kāi)通，維護(hù)等業(yè)務(wù)層面需求在傳輸網(wǎng)絡(luò)層面上進(jìn)行快速響應(yīng)。因此需要一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)，能夠整合傳輸網(wǎng)絡(luò)中不同的設(shè)備，同時(shí)連接策略控制系統(tǒng)以符合智能管道的要求。這與云計(jì)算虛擬化技術(shù)屏蔽底層不同設(shè)備的特性不謀而合，同時(shí)云計(jì)算所提供的強(qiáng)大計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力能夠支撐網(wǎng)管系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。所以在本文中，筆者利用云計(jì)算的虛擬化思想，建立智能管道的云網(wǎng)管系統(tǒng)。

3 云網(wǎng)管系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬化技術(shù)[8～10]是為一組類似資源提供一個(gè)通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作之間的差異，并允許通過(guò)一種通用的方式來(lái)查看并維護(hù)資源。具體來(lái)說(shuō)，虛擬化技術(shù)包含了3層含義：第一，虛擬化的對(duì)象是各種各樣、不盡相同的資源；第二，經(jīng)過(guò)虛擬化后的邏輯資源為用戶隱藏了不必要的細(xì)節(jié)；第三，用戶可以在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其在真實(shí)環(huán)境中的部分或者全部功能。因此應(yīng)用到云網(wǎng)管中，對(duì)上層網(wǎng)絡(luò)管理員屏蔽底層不同廠商以及不同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以網(wǎng)管實(shí)例的形式為網(wǎng)絡(luò)管理員提供所需要的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)的構(gòu)建，如圖1所示。

原有網(wǎng)管系統(tǒng)中，如圖1左邊部分所示，不同廠商不同傳輸制式的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備與各自的設(shè)備管理系統(tǒng)（equipment management system，EMS）相連，網(wǎng)絡(luò)管理人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（network management system，NMS）連接到EMS上，通過(guò)EMS對(duì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備進(jìn)行告警上報(bào)、性能獲取、鏈路配置和管理等操作。因此對(duì)于擁有不同設(shè)備的現(xiàn)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，不同廠商不同傳輸制式的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備需要不同的網(wǎng)管系統(tǒng)，無(wú)法利用一套網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

在使用虛擬化技術(shù)后，在網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和網(wǎng)管系統(tǒng)之間添加一個(gè)虛擬層，如圖1右邊部分所示。網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備通過(guò)北向接口與虛擬層相連，虛擬層利用虛擬化技術(shù)將底層傳輸設(shè)備抽象為設(shè)備資源，多個(gè)傳輸設(shè)備則組成了設(shè)備資源池。這樣就使得底層物理設(shè)備對(duì)上層的設(shè)備管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)透明，也就為網(wǎng)絡(luò)管理人員屏蔽了底層傳輸設(shè)備的復(fù)雜性。網(wǎng)管人員只需要在虛擬層的基礎(chǔ)上建立一個(gè)網(wǎng)管實(shí)例，就能夠通過(guò)調(diào)用設(shè)備資源池中的設(shè)備資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。同時(shí)虛擬層還與策略控制系統(tǒng)相連，對(duì)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)的用戶業(yè)務(wù)需求，策略控制系統(tǒng)利用虛擬層的相關(guān)設(shè)備資源及網(wǎng)管功能進(jìn)行快速響應(yīng)，保障用戶業(yè)務(wù)的QoS需求。

4 云網(wǎng)管系統(tǒng)功能模塊

從圖1可以看出，云網(wǎng)管系統(tǒng)最重要的部分就是虛擬層，其保證了整個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)實(shí)行有效監(jiān)控。依據(jù)所起的作用，整個(gè)虛擬層可以劃分為用戶接口、告警管理、性能管理、電路管理、設(shè)備和拓?fù)涔芾?、工單系統(tǒng)、設(shè)備資源池7大模塊，如圖2所示，其中告警管理、性能管理、電路管理、設(shè)備和拓?fù)涔芾斫y(tǒng)稱為管理模塊。

設(shè)備資源池負(fù)責(zé)將底層物理設(shè)備抽象化，通過(guò)對(duì)不同廠商的SDH、WDM、OTN等設(shè)備接口協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將底層設(shè)備轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的設(shè)備資源，以供具體的管理模塊使用。

管理模塊包括告警管理模塊、性能管理模塊、電路管理模塊以及設(shè)備和拓?fù)涔芾砟K。其中告警管理模塊負(fù)責(zé)設(shè)備告警的查詢、上報(bào)、存儲(chǔ)、故障定位、故障參數(shù)設(shè)置等。性能管理模塊負(fù)責(zé)設(shè)備性能的查詢、收集、存儲(chǔ)以及管理等。電路管理模塊負(fù)責(zé)電路的拆建、管理、調(diào)度以及路由的選擇和指配等。設(shè)備和拓?fù)涔芾砟K負(fù)責(zé)設(shè)備節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟樵?、配置管理等?/p>

用戶接口模塊與網(wǎng)管實(shí)例相連，負(fù)責(zé)接收用戶的網(wǎng)管需求，并根據(jù)需求調(diào)用相應(yīng)的管理模塊，同時(shí)將需求的處理結(jié)果返回給網(wǎng)管實(shí)例，同時(shí)對(duì)網(wǎng)管實(shí)例的接入進(jìn)行安全和權(quán)限控制，所接入的網(wǎng)管人員只能接觸自己權(quán)限范圍內(nèi)的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)用戶接口模塊還與策略控制系統(tǒng)相連，為策略控制系統(tǒng)提供相應(yīng)的設(shè)備資源池及網(wǎng)管功能，以使策略控制系統(tǒng)能夠迅速對(duì)接收自業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)的用戶業(yè)務(wù)需求進(jìn)行快速響應(yīng)。工單系統(tǒng)包含了傳輸網(wǎng)相關(guān)工單信息，用于輔助網(wǎng)管管理模塊以及提供給網(wǎng)管人員相關(guān)工單信息。

當(dāng)網(wǎng)管人員需要對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，網(wǎng)管人員首先創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)管實(shí)例，網(wǎng)管實(shí)例將所需要的網(wǎng)管功能傳遞給虛擬層的用戶接口模塊，用戶接口模塊根據(jù)網(wǎng)管實(shí)例所傳遞的網(wǎng)管功能信息，調(diào)用相應(yīng)的管理模塊，管理模塊再?gòu)馁Y源池中訪問(wèn)相應(yīng)的設(shè)備資源，如果需要的話，同時(shí)結(jié)合工單系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理，并將結(jié)果逆向返回網(wǎng)管實(shí)例。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)底層設(shè)備實(shí)時(shí)告警查詢、性能監(jiān)測(cè)、電路拆建和管理、路由選擇和指配等功能。

當(dāng)用戶業(yè)務(wù)需要開(kāi)通或者對(duì)故障進(jìn)行申告時(shí)，業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)將相關(guān)用戶業(yè)務(wù)需求傳遞給策略控制系統(tǒng)，策略控制系統(tǒng)通過(guò)用戶接口模塊和管理模塊調(diào)用告警、性能、電路等相關(guān)設(shè)備資源信息，完成對(duì)故障的定位及業(yè)務(wù)開(kāi)通所需資源的調(diào)度，并做出決策，自動(dòng)生成工單傳遞給工單系統(tǒng)。這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶業(yè)務(wù)QoS的保障，滿足了智能管道對(duì)統(tǒng)一網(wǎng)管及業(yè)務(wù)QoS保障的需求。

5 云網(wǎng)管系統(tǒng)管理方式

在現(xiàn)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)管理方式一般為廠商建立自己設(shè)備的EMS，同時(shí)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)管人員通過(guò)建立NMS調(diào)用EMS對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。在運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部，集團(tuán)公司和各地省市公司都建立有各自的NMS，這造成了一定的重復(fù)投資和混亂管理。在云網(wǎng)管系統(tǒng)中，可以在IDC服務(wù)器硬件上建立虛擬層，無(wú)論是集團(tuán)還是各地省市公司的網(wǎng)管人員都可以通過(guò)高速互聯(lián)網(wǎng)接入IDC，在虛擬層上創(chuàng)建自己的網(wǎng)管實(shí)例，來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，不同的網(wǎng)管實(shí)例之間互不干擾。同時(shí)運(yùn)營(yíng)商還可以向網(wǎng)絡(luò)用戶開(kāi)放相應(yīng)的監(jiān)控權(quán)限，專線大客戶可以建立自己的網(wǎng)管實(shí)例，監(jiān)控和自己租用線路相關(guān)的設(shè)備信息和電路信息。

6 結(jié)束語(yǔ)

云網(wǎng)管系統(tǒng)通過(guò)架構(gòu)、功能模塊、管理方式3方面對(duì)傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)做了改進(jìn)，建立了一個(gè)屏蔽底層物理設(shè)備差別及與業(yè)務(wù)系統(tǒng)相連的統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)。這就解決了現(xiàn)存網(wǎng)管體系混雜以及孤立化的缺點(diǎn)，滿足了智能管道對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)的要求，能夠更有效地對(duì)智能管道技術(shù)進(jìn)行支持。

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