（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100080）

一種基于設(shè)計資源數(shù)據(jù)庫的干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)

李曉良

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100080）

本文針對“大數(shù)據(jù)時代”傳統(tǒng)干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計方法面臨的困境，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一種基于資源數(shù)據(jù)庫的干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計新工具，歸集了現(xiàn)網(wǎng)資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)管理、多因素約束自動排路、局站系統(tǒng)連接表生成、多層次拓?fù)涑尸F(xiàn)等核心能力，有效緩解了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)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。

傳送網(wǎng)；數(shù)據(jù)管理；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；局站設(shè)計

1 引言

近幾年，隨著信息技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，運(yùn)營商基礎(chǔ)傳送網(wǎng)規(guī)模呈幾何級數(shù)迅速增長，網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)量不斷積累并邁入大數(shù)據(jù)時代。

新形勢下，傳統(tǒng)干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計方法面臨諸多困境。首先，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式問題突出，以CAD圖紙和Excel表格為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)資源數(shù)據(jù)管理方式，存在數(shù)據(jù)質(zhì)量差、查詢效率低、數(shù)據(jù)分散、易錯難審校、難移植等問題，從根本上制約了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計質(zhì)量和效率的提升。其次，傳統(tǒng)干線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計效率已進(jìn)入瓶頸。傳統(tǒng)設(shè)計方式基于Excel表格計算，安排一批路由需要經(jīng)歷數(shù)十個步驟，查閱數(shù)十個文件，分步計算過程中某些文件一次計算時間就需數(shù)十分鐘，個別表格規(guī)模接近Excel的上限操作耗時更大，安排1條電路通常約2～3天時間。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(yùn)營商面臨的一項(xiàng)迫切需求。

本文設(shè)計實(shí)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(shí)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。

圖1 干線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

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(hù)等，系統(tǒng)通過POI技術(shù)實(shí)現(xiàn)Excel的讀入和寫出，以達(dá)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(shí)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(hù)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(hù)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(jī)架交叉、支路、預(yù)交叉等；實(shí)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?fù)洳僮黧w系可實(shí)現(xiàn)設(shè)計資源分層拓?fù)湔故九c操作，并輸出設(shè)備組架圖。系統(tǒng)管理體系實(shí)現(xiàn)項(xiàng)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(jī)/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Java Swing開發(fā)用戶界面；使用RMI遠(yuǎn)程方法調(diào)用，在客戶端與服務(wù)器之間利用遠(yuǎn)程對象互相調(diào)用，實(shí)現(xiàn)雙方通信；使用Spring框架分層管理Java Bean、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(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源交互。

圖2 干線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)圖

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(jī)架表、機(jī)框表、機(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)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(biāo)識，為后續(xù)設(shè)計、施工、資源管理提供便利。此外，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快捷、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。截至目前，系統(tǒng)已完成移動省際骨干網(wǎng)100Gbit/s OTN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(xiàng)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(dá)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(shí)際情況，面向規(guī)劃、設(shè)計、維護(hù)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(hù)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(yàn)排路需求表數(shù)據(jù)合理性，如通過校驗(yàn)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(diǎn)、復(fù)用段、波道等。（4）根據(jù)規(guī)劃、設(shè)計、維護(hù)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(hù)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(rèn)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?fù)鋱D。（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。

圖3 干線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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(yàn)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(jìn)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(hù)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。基于上述目標(biāo)，本系統(tǒng)設(shè)計并實(shí)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(jī)架編碼、機(jī)框編碼、機(jī)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(biāo)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。

圖4 路由安排算法流程圖

現(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(fèi)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(yàn)。局站設(shè)計功能總結(jié)工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、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/s OTN網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)的入庫和標(biāo)準(zhǔn)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12 887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(tuán)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(yuǎn)的影響，進(jìn)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。

[1] 劉建平, 高軍詩, 李曉良. 大數(shù)據(jù)時代的傳送網(wǎng)工程設(shè)計[C].中國通信學(xué)會2016年通信線路學(xué)術(shù)年會論文集, 北京：人民郵電出版社，2016.

A system for backbone network planning based on resource database

LI Xiao-liang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

In the era of big data, backbone network planning and designing with traditional methods are facing difficulties.In order to solve the problem, this paper designs and implements a system for backbone network planning based on resource database. It achieves the following main functions: integration of current network resource, data standardization, automatic routing restrained by multiple factors, generating tables of station system connection, multilevel topology display. It effectively alleviates the problem of resource management and eff i ciency improvement with the rapid growth of transport internet.

transport network; data management; network planning; station design

TN913.7

A

1008-5599（2017）05-0056-05

2017-04-01