新型運(yùn)營(yíng)商無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管方案研究與應(yīng)用

班瑞 鄒雨佳 王迪

中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司

0 引言

移動(dòng)通信系統(tǒng)的無(wú)線接入網(wǎng)目前主要通過(guò)IP（Internet Protocol Address，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址）方式實(shí)現(xiàn)基站設(shè)備與核心網(wǎng)之間的互聯(lián)承載。由于基站設(shè)備數(shù)量多且分布范圍廣，因此在無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)中，用于接入基站及其他業(yè)務(wù)的接入路由器（后續(xù)簡(jiǎn)稱“接入設(shè)備”）數(shù)量眾多，在典型的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)中，接入設(shè)備數(shù)量占整個(gè)無(wú)線本地承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量的比例超過(guò)80%。接入設(shè)備的施工效率對(duì)工程整體施工效率具有決定性的影響。

針對(duì)上述問(wèn)題，急需盡可能簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝工作，并實(shí)現(xiàn)配置初始化階段的自動(dòng)化。因此，本文提出一種新型無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管方案，可實(shí)現(xiàn)接入路由器配置初始化過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，這將大幅提升接入路由器施工效率，對(duì)無(wú)線本地承載網(wǎng)整體工程效率的提升起到重要作用。

1 現(xiàn)有接入設(shè)備納管存在的問(wèn)題

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，接入設(shè)備從開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)安裝到能夠上線投入使用并被網(wǎng)管系統(tǒng)完整管理，涉及到資源規(guī)劃、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝、配置初始化、設(shè)備上線并納入網(wǎng)管幾個(gè)主要步驟。其中接入設(shè)備配置初始化包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、資源分配、配置文件生成、配置文件下發(fā)四個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，在納管關(guān)鍵過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

（1）現(xiàn)有接入設(shè)備的配置初始化流程繁瑣且與各環(huán)節(jié)相關(guān)，耗時(shí)久，容易拉低整體效率；

（2）配置初始化過(guò)程中均需要運(yùn)維人員手工配置，人力成本耗費(fèi)大；

（3）手動(dòng)下發(fā)各類配置，人工錯(cuò)誤配置的可能性增加，為網(wǎng)絡(luò)后期運(yùn)行留下了隱患。

2 無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管方案設(shè)計(jì)思路

針對(duì)現(xiàn)有無(wú)線接入設(shè)備納管存在的不足，新型的接入設(shè)備自動(dòng)納管主要從以下幾個(gè)角度考慮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化接入納管。

（1）接入設(shè)備自動(dòng)識(shí)別

現(xiàn)場(chǎng)施工人員完成接入設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝，直至網(wǎng)管系統(tǒng)識(shí)別接入設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，全過(guò)程無(wú)需人工上報(bào)數(shù)據(jù)或其他人工干預(yù)，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)施工工作。

自動(dòng)識(shí)別的總體設(shè)計(jì)思路：接入設(shè)備加電后，可通過(guò)出廠缺省配置自動(dòng)上報(bào)NEIP、廠商、型號(hào)等信息，并觸發(fā)GNE（General Network Engine，通用網(wǎng)絡(luò)引擎）設(shè)備，通過(guò)SNMP（The Simple Network Management Protocol，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）trap消息通知網(wǎng)管系統(tǒng)，網(wǎng)管系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)起對(duì)接入設(shè)備的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，并獲取接入設(shè)備歸屬的接入環(huán)及環(huán)序號(hào)，使用該信息，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別接入設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（2）接入設(shè)備納管參數(shù)全自動(dòng)分配

接入設(shè)備初始配置所需的全部參數(shù)，包括管理IP地址、互聯(lián)IP地址、互聯(lián)使用的物理接口等參數(shù)，均由網(wǎng)管系統(tǒng)基于設(shè)備信息的自動(dòng)識(shí)別及預(yù)定義的規(guī)則自動(dòng)生成，無(wú)需任何人工干預(yù)，有效避免人工操作出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，并提升施工效率。另外，在參數(shù)自動(dòng)分配階段，IP地址的分配可靈活支持各種常見(jiàn)分配規(guī)則。

（3）SDN控制器屏蔽設(shè)備廠商差異，全自動(dòng)生成接入設(shè)備初始配置

通過(guò)SDN控制器全自動(dòng)生成接入設(shè)備初始配置，并下發(fā)配置至接入設(shè)備生效，有效屏蔽了不同廠商、不同型號(hào)接入設(shè)備配置方法的差異性。

3 無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管設(shè)計(jì)流程

無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管詳細(xì)流程如圖1所示，總體包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、接入設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)施工、接入設(shè)備自動(dòng)識(shí)別、配置參數(shù)自動(dòng)生成、接入設(shè)備配置初始化、自動(dòng)納入網(wǎng)管六個(gè)組成部分。

圖1 接入設(shè)備自動(dòng)納管整體流程圖

3.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（1）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃信息

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，運(yùn)維/規(guī)劃人員需要確定下列網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃信息，并將規(guī)劃信息錄入網(wǎng)管系統(tǒng)：

①網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，包括每個(gè)接入環(huán)連接的匯聚設(shè)備、每個(gè)接入環(huán)中每個(gè)接入設(shè)備的設(shè)備名稱、局址、機(jī)房、型號(hào)（可選）、互聯(lián)使用的物理端口（可選）等信息；

②各地市接入設(shè)備管理IP地址、接入設(shè)備互聯(lián)IP地址使用的地址段；

③每臺(tái)接入設(shè)備管理IP地址、接入設(shè)備之間及接入設(shè)備與匯聚設(shè)備之間的互聯(lián)IP地址分配規(guī)則。

（2）接入設(shè)備互聯(lián)物理接口使用規(guī)范

為簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)施工工作，并提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段的可管理性，需事先確定接入設(shè)備互聯(lián)物理接口的使用規(guī)范，即針對(duì)同一種型號(hào)的接入設(shè)備，事先規(guī)定左聯(lián)物理接口與右聯(lián)物理接口。

①在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，無(wú)需手工分配接入設(shè)備左聯(lián)物理端口與右聯(lián)物理端口，避免手工分配互聯(lián)端口的隨意性；

②在施工階段，現(xiàn)場(chǎng)施工人員基于設(shè)備型號(hào)和端口使用規(guī)范進(jìn)行施工操作，無(wú)需查詢網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工工作；

③在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維階段，由于相同型號(hào)的接入設(shè)備均使用相同的左聯(lián)端口與右聯(lián)端口，可有效簡(jiǎn)化運(yùn)維工作難度。

（3）IP地址分配規(guī)則

在接入設(shè)備自動(dòng)納管階段，IP地址分配包括接入設(shè)備管理IP地址與接入設(shè)備互聯(lián)IP地址，本方案可靈活支持常用的IP地址分配規(guī)則，并在規(guī)則的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)IP地址分配自動(dòng)化。具體包括下列規(guī)則：

規(guī)則一 ：按照地市自動(dòng)分配。每地市預(yù)分配連續(xù)IP地址段，根據(jù)接入設(shè)備在地市內(nèi)上線順序自動(dòng)分配地址。

規(guī)則二 ：按照成對(duì)匯聚設(shè)備自動(dòng)分配。每對(duì)匯聚設(shè)備預(yù)分配連續(xù)IP地址段，同匯聚設(shè)備下的接入設(shè)備按上線順序自動(dòng)分配地址。

規(guī)則三 ：按照接入環(huán)自動(dòng)分配。每個(gè)接入環(huán)分配連續(xù)IP地址段，相同接入環(huán)內(nèi)接入設(shè)備按上線順序自動(dòng)分配。

規(guī)則四 ：按照接入環(huán)內(nèi)序號(hào)順序分配。每個(gè)接入環(huán)分配連續(xù)IP地址段，按照順/逆時(shí)針為接入設(shè)備順序分配IP地址。

在規(guī)則一中，IP地址從歸屬該地市的IP地址段中順序分配，全部接入設(shè)備共享整個(gè)地市的空閑IP地址段，因此地址使用效率相對(duì)最高，但由于接入設(shè)備獲取的IP地址由設(shè)備上線順序決定，因此地址分配的規(guī)律性相對(duì)最差，不利于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

在規(guī)則四中，需要把歸屬該地市的IP地址段事先分配到各個(gè)接入環(huán)，接入設(shè)備按照在環(huán)中的序號(hào)自動(dòng)分配IP地址，由于各接入環(huán)的空閑IP地址不能共享，因此地址使用效率相對(duì)最低，但地址分配的規(guī)律性最強(qiáng)，有利于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

規(guī)則四雖然地址規(guī)律性相對(duì)最強(qiáng)，但發(fā)生網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兏鼤r(shí)（例如破環(huán)加點(diǎn)），為保持該規(guī)則，需要變更大量在線接入設(shè)備的IP地址，不利于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定性。

四種規(guī)劃規(guī)則具有不同的IP地址整體使用效率與IP地址規(guī)律性，具體情況如圖2所示。

圖2 四種規(guī)則對(duì)應(yīng)IP地址的整體使用效率和規(guī)律性

從圖2中可看到，地址分配規(guī)則的IP地址整體使用效率越高，其規(guī)律性越弱，各地市可根據(jù)實(shí)際情況選擇適合本地市實(shí)際情況的IP地址分配規(guī)則。

3.2 接入設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)施工

在接入設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)施工階段，現(xiàn)場(chǎng)施工人員完成接入設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝、網(wǎng)絡(luò)連接、設(shè)備加電，并通過(guò)設(shè)備指示燈判斷設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)鏈接是否正常。不需要施工人員進(jìn)行任何設(shè)備配置操作。

現(xiàn)場(chǎng)施工人員在網(wǎng)絡(luò)鏈接施工時(shí)，根據(jù)設(shè)備型號(hào)，按照前述確定的“接入設(shè)備互聯(lián)物理接口使用規(guī)范”連接接入設(shè)備物理接口，避免施工人員現(xiàn)場(chǎng)查詢網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工工作。

3.3 接入設(shè)備自動(dòng)識(shí)別

接入設(shè)備自動(dòng)識(shí)別包括圖1中的步驟3（Open Shortest Path First，開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先） Type 10 LSA（Service Level Agreement，服務(wù)級(jí)別協(xié)議））、步驟4（SNMP trap）、步驟5（設(shè)備信息解析）、步驟6（接入設(shè)備拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)），以下簡(jiǎn)記為步驟3、4、5、6。

●步驟3：接入設(shè)備加電后，根據(jù)出廠配置，生成全網(wǎng)唯一的NEIP地址，并自動(dòng)在DCN（Data communication network，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)）、VRF（Virtual Routing Forwarding，虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)）內(nèi)運(yùn)行OSPF路由協(xié)議，通過(guò)定制的OSPF Type 10 LSA泛洪NEIP地址，在該LSA中，同時(shí)包含設(shè)備的NEID、NEIP、廠商、型號(hào)等信息。

●步驟4：接入設(shè)備歸屬的匯聚設(shè)備作為GNE設(shè)備，在接收到定制的OSPF Type 10 LSA后，生成NEIP路由，并產(chǎn)生SNMP trap消息，該消息中包含新上線設(shè)備NEID、NEIP、廠商、型號(hào)等信息，匯聚設(shè)備將該消息上報(bào)至網(wǎng)管系統(tǒng)。

●步驟5：網(wǎng)管系統(tǒng)接收到SNMP報(bào)文后，解析NEID、NEIP、廠商、型號(hào)等信息，解析SNMP TRAP報(bào)文源IP地址，根據(jù)該地址判斷上線設(shè)備歸屬省份及地市。

●步驟6：網(wǎng)管系統(tǒng)使用接入設(shè)備NEIP，自動(dòng)發(fā)起拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，判斷新上線接入設(shè)備歸屬接入環(huán)及在環(huán)中的序號(hào)，網(wǎng)管系統(tǒng)建立該設(shè)備與規(guī)劃數(shù)據(jù)中設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.4 配置參數(shù)自動(dòng)生成

接入設(shè)備配置參數(shù)自動(dòng)生成，指網(wǎng)管系統(tǒng)基于設(shè)備自動(dòng)識(shí)別的結(jié)果，生成對(duì)應(yīng)接入設(shè)備初始化配置所需的所有參數(shù)，對(duì)應(yīng)圖1中的步驟7（分配管理IP地址，查詢其他配置參數(shù)）。

（1）網(wǎng)管系統(tǒng)根據(jù)接入設(shè)備廠商及型號(hào)，按照前述的“接入設(shè)備互聯(lián)物理接口使用規(guī)范”，生成該設(shè)備的左聯(lián)物理端口與右聯(lián)物理端口。

（2）網(wǎng)管系統(tǒng)根據(jù)接入設(shè)備歸屬的省份、地市、接入環(huán)及環(huán)序號(hào)，按照IP地址分配規(guī)則，生成該設(shè)備的管理IP地址及互聯(lián)IP地址（左聯(lián)物理端口IP地址及右聯(lián)物理端口IP地址）。

（3）生成設(shè)備納管所需其他配置參數(shù)。具體包括下列內(nèi)容：

●SNMP采集服務(wù)器IP地址段，全國(guó)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SNMP訪問(wèn)ACL（Access Control Lists，訪問(wèn)控制列表）中應(yīng)允許該地址段SNMP訪問(wèn)；

●SNMP trap服務(wù)器IP地址；

●SNMP trap UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）端口號(hào)；

●網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SNMP community；

●Telemetry服務(wù)器IP地址；

●Telemetry TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）端口號(hào)；

●其他保障管理IP地址路由可達(dá)的配置參數(shù)；

●其他需要初始化的配置參數(shù)；

●其他配置規(guī)范要求的配置參數(shù)。

3.5 接入設(shè)備配置初始化

接入設(shè)備配置初始化包括圖中步驟8（配置參數(shù)下發(fā)）、步驟9（生成配置命令）、步驟10（配置文件下發(fā)）、步驟11（配置文件生效），以下簡(jiǎn)記為步驟8、9、10、11。

●步驟8：網(wǎng)管系統(tǒng)將接入設(shè)備初始配置所需配置參數(shù)（步驟7生成的全部參數(shù)）及接入設(shè)備NEIP、廠商、型號(hào)信息傳遞至SDN控制器。

●步驟9：SDN控制器根據(jù)設(shè)備廠商、型號(hào)，并使用步驟8傳遞的配置參數(shù)及其他網(wǎng)絡(luò)方案所要求的配置規(guī)范，生成接入設(shè)備配置文件。

●步驟10：SDN控制器使用接入設(shè)備的NEIP地址，將生成的配置文件下發(fā)至接入設(shè)備。

●步驟11：接入設(shè)備運(yùn)行配置文件，進(jìn)入可被網(wǎng)管系統(tǒng)完整管理、可開(kāi)通業(yè)務(wù)，并符合網(wǎng)絡(luò)方案要求的各類配置規(guī)范的狀態(tài)。

3.6 自動(dòng)納入網(wǎng)管

接入設(shè)備自動(dòng)納入網(wǎng)管包括圖1中步驟12（設(shè)備上線通知）、13（生成資源屬性信息）、14（網(wǎng)管系統(tǒng)直接對(duì)接入設(shè)備進(jìn)行管理），以下簡(jiǎn)記為步驟12、13、14。

●步驟12：SDN控制器完成配置初始化后，將接入設(shè)備信息傳遞至網(wǎng)管系統(tǒng)。

●步驟13：網(wǎng)管系統(tǒng)建立接入設(shè)備的屬性信息，并采集接入設(shè)備資源、性能等數(shù)據(jù)。

●步驟14：網(wǎng)管系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備進(jìn)行完整管理，完成接入設(shè)備自動(dòng)納管全部流程。

4 無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管應(yīng)用情況

無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管目前已通過(guò)了設(shè)備廠家互通測(cè)試，將逐步投入到運(yùn)營(yíng)商日常無(wú)線接入設(shè)備的納管場(chǎng)景中，具備以下特點(diǎn)：

應(yīng)用效果上，一方面能最大限度簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)施工。復(fù)雜的設(shè)備上線配置工作由網(wǎng)管系統(tǒng)自動(dòng)化完成，最大程度降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員及運(yùn)維值班人員的技能要求，避免現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置操作，僅完成接入設(shè)備物理安裝、網(wǎng)絡(luò)連接、設(shè)備加電；設(shè)備初始配置由網(wǎng)管系統(tǒng)自動(dòng)化完成，正常情況下無(wú)需人工干預(yù)，常見(jiàn)故障場(chǎng)景可由運(yùn)維值班人員與現(xiàn)場(chǎng)安裝施工人員配合解決。

另一方面，通過(guò)無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管方案，成功實(shí)現(xiàn)了接入設(shè)備識(shí)別自動(dòng)化、接入設(shè)備IP地址分配自動(dòng)化和接入設(shè)備初始配置自動(dòng)化，改變了業(yè)務(wù)傳統(tǒng)的配置模式，分省平均月減少建設(shè)運(yùn)維6人力的配置工作；接入設(shè)備的自動(dòng)上線納管流程優(yōu)化，推動(dòng)建設(shè)智能化進(jìn)展，分省平均月減少7人力的配置工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的運(yùn)營(yíng)商無(wú)線接入設(shè)備自動(dòng)納管方案，是未來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)施工效率的關(guān)鍵手段，目前已在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用成功并取得良好的運(yùn)作效果。接入設(shè)備自動(dòng)納管方案的設(shè)計(jì)能夠更加自動(dòng)化、靈活快速滿足運(yùn)維人員配置需求，建立設(shè)備與網(wǎng)管系統(tǒng)之間的連接，極大提升運(yùn)維效率，減少人力成本。