干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)研究論文
1引言
隨著數(shù)據(jù)量及業(yè)務(wù)量的大幅增加，這種傳統(tǒng)設(shè)計方法已經(jīng)力不從心。借助以資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)的規(guī)劃設(shè)計新工具解決干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計困境，已經(jīng)成為運營商面臨的一項迫切需求。本文設(shè)計實現(xiàn)了一種以資源數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以路由安排、資源分配、局站設(shè)計、資源呈現(xiàn)為核心功能的干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)。首先，該系統(tǒng)打破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式，建立省際骨干網(wǎng)設(shè)計資源數(shù)據(jù)庫，解決數(shù)據(jù)零散、不規(guī)范、難關(guān)聯(lián)、取用困難、移植難、審校難的問題。其次，該系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了路由安排、資源分配、局站設(shè)備連接、資源統(tǒng)計呈現(xiàn)等網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計核心功能，可有效提升干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計效率。
2系統(tǒng)總體設(shè)計
2.1功能結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)依據(jù)中國移動省際骨干傳送網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計需求研制開發(fā)，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由四大體系、八大核心功能構(gòu)成。四大體系包括：數(shù)據(jù)管理體系、工程設(shè)計體系、資源呈現(xiàn)體系和系統(tǒng)管理體系。數(shù)據(jù)管理體系主要完成數(shù)據(jù)庫的常規(guī)操作，如資源數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、查詢統(tǒng)計和數(shù)據(jù)維護等,系統(tǒng)通過POI技術(shù)實現(xiàn)Excel的讀入和寫出，以達到批量處理數(shù)據(jù)的目的。工程設(shè)計體系基于資源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)路由安排、資源分配和局站設(shè)計。其中，路由安排功能可基于規(guī)劃期、設(shè)計期、維護期等不同設(shè)計階段的需求，采用不同約束策略及算法，為電路批量安排最優(yōu)路徑；資源分配功能可為已排好路由的電路分配合理的.波道資源，同時為復(fù)用段配置冗余保護波道；局站設(shè)計功能可在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)束后，自動計算設(shè)備連接方式，例如交叉、跨機架交叉、支路、預(yù)交叉等；實現(xiàn)支路端口自動分配和物料線纜統(tǒng)計，并最終生成系統(tǒng)連接表,指導(dǎo)采購與施工。拓撲操作體系可實現(xiàn)設(shè)計資源分層拓撲展示與操作，并輸出設(shè)備組架圖。系統(tǒng)管理體系實現(xiàn)項目管理、用戶權(quán)限審批等輔助功能。
2.2系統(tǒng)架構(gòu)
考慮到該系統(tǒng)的用戶相對固定，且工程設(shè)計人員有戶外工作、離線使用的需求，該系統(tǒng)設(shè)計為C/S架構(gòu)（即客戶機/服務(wù)器模式）。在戶外無網(wǎng)絡(luò)情景下工作時，用戶可通過離線登錄操作使用。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，客戶端基于JavaSwing開發(fā)用戶界面；使用RMI遠程方法調(diào)用，在客戶端與服務(wù)器之間利用遠程對象互相調(diào)用，實現(xiàn)雙方通信；使用Spring框架分層管理JavaBean、邏輯Service層以及數(shù)據(jù)交互DAO層，使用了Spring內(nèi)置JDBC與數(shù)據(jù)庫進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源交互。
3核心功能設(shè)計
3.1數(shù)據(jù)管理
干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型分為3個層級結(jié)構(gòu)：局站設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)連接層、光通路層，庫內(nèi)各表相互關(guān)聯(lián)且有層級關(guān)系，如圖3所示。我們通過ID字段在數(shù)據(jù)庫中建立主、外鍵關(guān)聯(lián)，修改上級的數(shù)據(jù)使得下級的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)同時得到修改。局站設(shè)備層從上而下包含省份表、城市表、局站表、機架表、機框表、機槽表和端口表，其中每一個對象都向上關(guān)聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)連接層從上而下包含省份段、城市段、局站段、復(fù)用段、波道和時隙6張表，其中每一個對象都向上關(guān)聯(lián)，并與局站設(shè)備層進行雙端關(guān)聯(lián)；光通路層從上到下包含電路表、主備路由表和路由通路表。移動省際干線傳送網(wǎng)前期工程積累了大量不規(guī)范的設(shè)計資源數(shù)據(jù)。為完成資源數(shù)據(jù)標準化入庫，定義了14張網(wǎng)絡(luò)層、局站層輸入輸出Excel表格模版，系統(tǒng)使用Drools規(guī)則引擎對上傳Excel表格進行校驗,校驗內(nèi)容包括模版匹配、數(shù)據(jù)取值、數(shù)據(jù)沖突等，如有錯誤數(shù)據(jù)，系統(tǒng)給予提示，并提供錯誤數(shù)據(jù)模版下載；與此同時，系統(tǒng)可根據(jù)資源類型與傳統(tǒng)習(xí)慣，在數(shù)據(jù)入庫時為全部網(wǎng)絡(luò)層及設(shè)備層資源定義唯一的、規(guī)范的、具有全局性及可讀性的物理標識，為后續(xù)設(shè)計、施工、資源管理提供便利。此外，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)快捷、標準化入庫，系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)據(jù)字典功能，自動將不規(guī)范數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標準數(shù)據(jù)。截至目前，系統(tǒng)已完成移動省際骨干網(wǎng)100Gbit/sOTN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層及設(shè)備層數(shù)據(jù)規(guī)范入庫工作。
3.2路由安排
在干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計工作中，基于已有資源數(shù)據(jù)集，依據(jù)不同建設(shè)策略及約束條件，安排一條合理的電路通路是一項重要且繁瑣的工作。在一期工程建設(shè)中，需要安排的路由數(shù)量通常多達數(shù)千條，而且業(yè)務(wù)需求頻繁變換，人工安排電路工作量巨大。本文針對移動省際骨干傳送網(wǎng)實際情況，面向規(guī)劃、設(shè)計、維護等不同設(shè)計階段，綜合考慮路徑長度、路由跳數(shù)、資源均衡、速率選擇、保護規(guī)則等多種約束條件，基于Dijkstra算法、KSP算法，提出一種多因素約束分層路由算法，為不同設(shè)計階段的大批量排路需求提供最優(yōu)路由設(shè)計，提升排路效率及設(shè)計方案合理性。算法流程如圖4所示，主要過程如下：（1）導(dǎo)入排路需求表或系統(tǒng)自動保存的臨時數(shù)據(jù)。排路需求表中包含預(yù)排電路的基本信息、全網(wǎng)約束條件、單電路約束條件；系統(tǒng)也可讀取系統(tǒng)自動保留的前期路由安排中間過程數(shù)據(jù)，繼續(xù)上次工作。（2）校驗排路需求表數(shù)據(jù)合理性，如通過校驗則繼續(xù)下一步，否則返回錯誤數(shù)據(jù)模版。（3）根據(jù)全網(wǎng)約束條件從數(shù)據(jù)庫中讀取符合要求的資源數(shù)據(jù)，如站點、復(fù)用段、波道等。（4）根據(jù)規(guī)劃、設(shè)計、維護不同階段約束策略篩選數(shù)據(jù)，規(guī)劃階段不做資源篩選，設(shè)計階段篩選空閑及冗余資源，維護極端篩選冗余資源；同時，提供規(guī)則設(shè)置交互界面，給出不同階段的不同約束因素的默認權(quán)值分配，用戶也可自行修改，目前考慮的約束因素包括：路徑長度、路由跳次、波道使用率、建設(shè)期、轉(zhuǎn)接方式等。（5）為批量電路逐一設(shè)計路由。首先判斷該電路是否存在符合要求的歷史路由，如存在則基于歷史路由分配復(fù)用段，還原篩選數(shù)據(jù)，本條路由計算完成；如不存在歷史路由，且用戶明確了參考路由，則基于參考路由完成路由設(shè)計；否則，根據(jù)綜合代價值，采用分層D算法，首先計算最優(yōu)城市段，然后計算最優(yōu)局站段，最后根據(jù)速率需求選擇復(fù)用段，完成路由設(shè)計。（6）對于1+1電路，可能存在主路由選擇最優(yōu)路徑后，備路由無法排通的情況，此時采用KSP算法，重新為主備路由排路。（7）完成全部電路路由設(shè)計后，自動給出排路結(jié)果統(tǒng)計與評估，并顯示排路結(jié)果，系統(tǒng)可提供路由拓撲圖。（8）提供人工審核與調(diào)整界面，自動記錄手動修改情況，并基于手動修改重新計算剩余路由。（9）導(dǎo)出路由表，完成自動路由安排工作。
3.3資源分配
路由安排功能為批量電路配置了最優(yōu)路由并生成路由表，路由表中描述了每條電路所用復(fù)用段及其連接。資源分配功能主要任務(wù)是自動為電路路由分配可用的波道資源。資源分配主要流程如下所述：第一步，導(dǎo)入路由安排功能生成的“路由表”，如用戶需要為某段路由預(yù)置時隙，可在路由表中直接增添；第二步，系統(tǒng)校驗讀取路由表信息，從數(shù)據(jù)庫獲取初始化資源，并組織數(shù)據(jù)封裝對象；第三步，如路由表中填寫了預(yù)置時隙，直接分配給相應(yīng)路由段；第四步，整理波道資源，按電路速率及需求數(shù)對可用波道資源進行整理及拆分；第五步，根據(jù)電路速率及波道分配規(guī)則，為路由的每一跳分配具體的波道資源，并完成冗余保護波道配置。第六步，生成單端波道表及雙端波道表并估算波道連接方式。
3.4局站層設(shè)計
干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)局站設(shè)計模塊主要任務(wù)是基于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計結(jié)果，設(shè)計相關(guān)局站內(nèi)設(shè)備端口連接，最終生成并導(dǎo)出系統(tǒng)連接表，用于指導(dǎo)施工�；谏鲜瞿繕�，本系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)了連接關(guān)系計算、全網(wǎng)設(shè)備編碼、支路端口分配、ODF端子分配、線纜數(shù)量統(tǒng)計、系統(tǒng)連接表生成等功能。局站設(shè)計主要流程如下所述。（1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)果，自動估算統(tǒng)計本期工程所需支路端口量，為設(shè)備采購提供參考。（2）采購合同簽署后，將設(shè)備表、子架表、組架表等資源數(shù)據(jù)入庫，在局站各級資源之間、局站資源與網(wǎng)絡(luò)資源之間建立關(guān)聯(lián)；自動生成全部設(shè)備資源統(tǒng)一編碼，包括機架編碼、機框編碼、機槽編碼、端口編碼等，為所有資源建立唯一的、具有全局性及可讀性的物理標識。（3）根據(jù)業(yè)務(wù)和鏈路關(guān)系，遵循均衡原則，自動分配支路端口。（4）生成設(shè)備勘察需求表、支路端口ODF表，輔助設(shè)計人員勘察、反饋。（5）導(dǎo)入勘察反饋表更新資源數(shù)據(jù)。（6）生成布線計劃表，統(tǒng)計各類線纜數(shù)量，并自動生成系統(tǒng)連接表及設(shè)備組架圖，用于指導(dǎo)施工�，F(xiàn)階段移動干線傳送網(wǎng)局站設(shè)計工作主要基于Execl表格計算，需要耗費大量人工，且設(shè)計質(zhì)量優(yōu)劣取決于設(shè)計人員經(jīng)驗。局站設(shè)計功能總結(jié)工程設(shè)計經(jīng)驗、工具化設(shè)計流程，可有效提升設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計生產(chǎn)效率。
4系統(tǒng)應(yīng)用情況
目前，干線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計系統(tǒng)已完成中國移動省際骨干傳送網(wǎng)100Gbit/sOTN網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)的入庫和標準化工作；V1.0版本已形成了干線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計能力，并在中國移動省際骨干十二期設(shè)計工作中投入應(yīng)用，共完成規(guī)劃階段、設(shè)計階段7個批次12887條電路路由安排工作，有效提升了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計效率。TPADS投入生產(chǎn)應(yīng)用，將設(shè)計人員從頻繁重復(fù)的路由安排、資源統(tǒng)計工作中徹底解放，并有效緩解了集團省際骨干大規(guī)模網(wǎng)路建設(shè)引發(fā)的資源數(shù)據(jù)管理難題和設(shè)計效率提升壓力。
5總結(jié)展望
干線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計子系統(tǒng)(TPADS)突破了傳統(tǒng)設(shè)計方式在數(shù)據(jù)管理模式和設(shè)計效率上的瓶頸，是大數(shù)據(jù)時代對傳統(tǒng)CAD和Excel設(shè)計工具的重大變革，是應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)資源全生命周期管理的必然選擇。未來，TPADS工具軟件的應(yīng)用將對移動省際骨干傳送網(wǎng)的設(shè)計組織形式、設(shè)計服務(wù)內(nèi)容、設(shè)計的內(nèi)涵和外延產(chǎn)生深遠的影響，進而引領(lǐng)省際骨干傳送網(wǎng)設(shè)計、施工和資源管理一體化的變革。
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