肖堅紅, 陳 馳

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EPON網絡拓撲管理系統(tǒng)①

肖堅紅1, 陳 馳2

1(國家電網安徽省電力公司, 合肥 230022)2(國家電網南京供電公司, 南京 210019)

針對大規(guī)模異構EPON(EPON: Ethernet Passive Optical Network)網絡, 為了提高EPON網絡的管理水平和維護效率, 并且能夠更直觀地顯示EPON網絡內部設備拓撲關系、網絡工作實時狀態(tài)和告警等重要信息, 需要設計一個EPON網絡拓撲管理系統(tǒng)對EPON網絡進行有效管理. 本文首先介紹了拓撲管理系統(tǒng)設計與實現方案, 將整個系統(tǒng)其劃分為采集、處理、顯示三大模塊. 數據采集層采用基于TL1通信協議獲取網絡信息, 處理層基于MVC(Model View Controller)的模式設計和開發(fā)B/S(Browser/Server)架構的集中處理系統(tǒng), 拓撲顯示層的GUI應用HTML5 Canvas標簽實現. 最后通過搭建測試環(huán)境, 證明了設計方案是可行和高效的.

EPON; 網絡管理; 拓撲管理; B/S架構; MVC

1 引言

EPON網絡[1]的種種優(yōu)勢, 讓越來越多的電信設備商、網絡運營商開始采用這種網絡技術, 從而推廣普及了EPON網絡的使用, 使得EPON網絡的規(guī)模越來越大. 同時, EPON網絡設備生產廠商, 如華為、中興、烽火等, 生產的EPON網絡設備兼容性差, 相互間大都不能直接通信, 造成EPON網絡基本網元, 如OLT和ONU設備之間的關系復雜而凌亂. 為了使EPON網絡能夠高效、穩(wěn)定、低故障地運行, 向用戶提供更優(yōu)質的網絡服務, EPON網絡使用者迫切地需要一個拓撲管理系統(tǒng)來清晰地表示和管理復雜的EPON網絡結構. 通過EPON拓撲實時反映EPON網絡網元的運行情況, 當出現告警信息時, 能夠及時發(fā)現故障位置, 反饋到系統(tǒng)管理平臺, 讓故障問題得到有效的處理, 這樣可以提高網絡的運行性能和服務質量.

現階段, 對于IP 網絡的拓撲管理研究較多, 而對EPON 網絡的拓撲管理研究卻很少, EPON 網絡的拓撲管理的研究還處于不成熟階段. 以往拓撲管理的設計大多都是基于C/S (Client/Server, 客戶端/服務器)模式, 反應速度慢, 代價高, 管理起來不太方便. 鑒于拓撲管理存在以上的缺點, 本文針對綜合管理大規(guī)模異構EPON網絡拓撲的需求, 采用B/S(Browser/Server)網絡架構, 設計了三層結構的EPON網絡拓撲管理系統(tǒng), 闡述了拓撲可視化的實現方法, 展示了EPON網絡網元拓撲管理系統(tǒng)簡潔、直觀、高效的特性, 具有非常好的應用前景.

2 EPON網絡拓撲管理系統(tǒng)設計

EPON網絡系統(tǒng)主要由光線路終端OLT(Optical Line Terminal)、光配線網ODN(Optical Distribution Network)以及光網絡單元ONU(Optical Network Unit)三部分組成, 對EPON網絡設備的管理主要是對OLT和ONU進行管理.

圖1 EPON網絡結構圖

2.1網絡拓撲管理體系結構設計

基于B/S 模式的網絡拓撲管理的體系結構如圖2 所示. 數據采集層與EPON網絡設備供應商的網絡管理系統(tǒng)進行通信, 主要獲取OLT與ONU等設備數據信息, 這些信息經過數據處理層處理后, 一部分直接實時傳遞到拓撲顯示模塊, 另一部分存儲到數據庫中, 用來存儲、修改和備份拓撲數據信息, 作為信息庫. 當GUI層需要進行拓撲顯示操作的時候, 首先訪問數據庫, 執(zhí)行查詢操作, 過濾信息之后, 拓撲數據處理模塊將有效信息進行組裝, 交給前端顯示理模塊[2].

2.2 拓撲圖的數據庫結構設計

設計拓撲圖的數據庫, 負責將數據顯示為各種拓撲的表現形式. 考慮到平臺的安全性能高以及EPON網絡的規(guī)模龐大且設備數量多的特點, 我們采用Oracle數據庫[3]. 相比于其他關系型數據庫, Oracle具有穩(wěn)定性好、用戶分級管理、大數據處理能力強等優(yōu)勢, 在大型工業(yè)級項目中應用十分廣泛. 設計中, 以EPON 設備信息為重點, 包括OLT 信息、PON 信息、ONU 信息等, 表1 給出了設備管理數據庫的匯總表. 主要包括設備表信息、告警表信息、拓撲網元表信息、拓撲鏈路表信息等. 圖3顯示了設備管理、告警管理和拓撲管理數據表的關系圖, 顯示了表1中的各表的表關系.

表1 拓撲管理數據庫匯總表

圖3 拓撲數據表關系圖

圖4 EPON拓撲數據生成流程

圖4是對EPON拓撲數據對象的組裝過程, 在這個過程中通過具體應用Java集合類中的ArrayList(java中的集合類)與HashMap(java中的集合類)對采集到的設備信息進行包裝處理, 獲取到拓撲管理系統(tǒng)所需要的拓撲數據對象.

3 EPON網絡拓撲管理的實現及測試

3.1 拓撲管理的實現

拓撲管理的實現主要是包括數據采集實現、拓撲處理實現和拓撲圖顯示3 個子模塊. 本系統(tǒng)是基于B/S網絡結構, 采集層采用Java語言開發(fā)使用Oracle數據庫存儲數據, 拓撲處理和拓撲顯示使用了基于MVC設計模式的Struts框架和基于ORM的Hibernate框架以及HTML5中的Canvas等. 首先是數據采集的實現, 考慮到設備商的北向接口協議, 將數據采集部分在TL1協議的基礎上進行開發(fā), 設備商的EMS系統(tǒng)可以通過北向接口把數據信息傳送給上層的網管, 我們通過TL1協議獲取設備商EMS(Network Element Management System, 網元管理系統(tǒng))上傳的信息并解析, 把解析完的數據存儲在數據庫中[4].

其次是拓撲處理的實現, 通過數據采集模塊得到的各種設備信息是需要存儲到數據庫中, 數據處理模塊需要讀取存儲的EPON設備信息來組裝成拓撲數據對象, 而這些拓撲數據也是需要存儲在數據庫中, 拓撲顯示模塊會讀取數據庫中的設備信息、告警信息、拓撲信息以供拓撲管理系統(tǒng)的各個子功能模塊使用. 因此, 需要JDBC(java數據庫連接)來完成拓撲管理系統(tǒng)與Oracle數據庫的交互. 為了更為方便的使用JDBC, 本論文在數據存儲上利用Hibernate框架技術, 既可以實現EPON內存對象的持久化, 又可以封裝JDBC使得對Oracle的操作更為便捷. 另外為了將EPON數據處理部分與拓撲顯示以及基礎數據對象模型相互分離, 降低它們之間的依賴性, 需要使用MVC(Model-View-Controller)設計模式數, 而Struts框架是現在主流的基于MVC的開發(fā)技術, 可以很好地管理系統(tǒng)中的業(yè)務邏輯關系.

最后是拓撲顯示的實現, 圖5是顯示模塊實現的說明, 數據采集模塊不僅要對設備信息進行采集還需要實時監(jiān)聽網絡資源的變化, 當出現網絡資源的變化時, 需要對變化類型進行判斷是屬于告警信息的變化還是設備資源的變化, 當出現的是告警信息時, 首先是獲取告警信息對應的設備類型、位置信息, 將其與對應的設備關聯起來, 同時對拓撲數據對象中的設備的告警狀態(tài)進行修改, 添加上相關的告警描述, 最后要對相應的LinkArraylist(Java的集合類)與HashMap(Java的集合類)關系進行修改. 而當判定的是資源變化的信息, 就需要重新生成拓撲數據對象塊[5]. 對于數據采集模塊獲取到的設備信息除了要對其進行數據存儲與數據持久化操作, 還要這些設備信息進行拓撲數據對象的組裝. 生成拓撲數據對象后由數據處理層傳遞給顯示層, 瀏覽器會解析來自web服務器的數據, 調用相關的js文件, 將數據在Canvas中顯示[2].

3.2 測試結果

為了表明文中對EPON網絡拓撲管理系統(tǒng)的設計是可行的, 需要搭建軟件項目的運行環(huán)境資源, 然后分析管理系統(tǒng)的運行狀況. 由于整個系統(tǒng)是采用B/S的架構, 客戶端不需要安裝實現拓撲管理的軟件資源, 只需要通過瀏覽器訪問服務器提供的拓撲管理資源網站即可. 圖6是拓撲管理系統(tǒng)的主界面, 頁面可以提供訪問子功能的鏈接地址外還可以訪問綜合網管系統(tǒng)的子模塊, 頁面還對拓撲管理的功能進行了介紹, 提供關鍵字的檢索操作, 這樣可以幫助用戶更快地更全面地了解管理系統(tǒng), 提升系統(tǒng)的便捷性、可操作性.

圖5 顯示模塊的實現

圖6 拓撲管理系統(tǒng)主頁面

圖7 拓撲管理系統(tǒng)的拓撲顯示頁面

如圖7所示是拓撲顯示模塊的設備顯示頁面, 整個頁面包含有主菜單區(qū)域、子級菜單區(qū)域、用戶信息區(qū)域、工具欄區(qū)域、Canvas顯示區(qū)域. 主菜單部分提供主頁面、綜合網管其他功能模塊、退出功能的鏈接; 子菜單提供拓撲管理各個功能模塊的訪問入口; 工具欄可以實現對拓撲圖的拖拽、框選、顯示布局方式的改變、方法縮小、信息查詢、拓撲圖的保存等功能.

4 結語

本文設計了EPON網絡拓撲管理系統(tǒng), 基于B/S網絡結構給出了拓撲管理的設計架構方案及拓撲數據庫的設計. 將整個系統(tǒng)其劃分為采集、處理、顯示三大模塊; 數據采集層采用基于TL1協議的通信方式, 處理層采用B/S架構的基于MVC的設計開發(fā)模式, 拓撲顯示層的GUI是對HTML5 Canvas標簽的使用. 本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點: 提高EPON網絡的服務質量, 使EPON網絡更加高效、穩(wěn)定地運行, 并且能直觀地反映設備之間的連接關系, 讓系統(tǒng)使用者快速地了解設備的告警信息與實時運行狀態(tài), 將設備實時狀態(tài)與告警故障內容結合拓撲管理模塊展現給用戶, 從而使EPON綜合網管的操作更加便捷、反映信息更加直觀, 提升了整體管理性能, 本文設計的系統(tǒng), 已應用于安徽16個地市的網絡管理中.

1湯建漢.EPON接入網絡技術的研究.信息通信,2014,(11): 204–205.

2 尹恒,趙咸紅.EPON-EoC的拓撲自動發(fā)現研究與實現.信息通信,2015,(2):11–13,23.

3孫琳娜.EPON技術在接入網中的設計與應用[碩士學位論文].北京:北京郵電大學,2012.

4 徐孝娜,雒江濤,胡燕清.基于WEB的拓撲管理的設計與實現.通信技術,2013,46(2):42–43,47.

5 劉亮,霍劍青,郭玉剛,袁泉,王曉蒲.基于MVC的通用型模式的設計與實現.中國科學技術大學學報,2010,6(40):635– 639.

Topology Management System for EPON

XIAO Jian-Hong1, CHEN Chi2

1(State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei 2300022, China)2(State Grid Nanjing Power Supply Company, Nanjing 210019, China)

Because the scale of EPON network increases rapidly, it is required to design an EPON network topology management system in order to improve the management and maintenance of EPON network, which can intuitively display the EPON network topology structure, the network working status and alarm in real time. Firstly, the design and implementation of topology management system is introduced. The designed system is divided into structure of three levels including acquisition, processing and view. The acquisition layer employs the TL1 communication protocol mode to get network information. The processing layer uses B/S structure and processing system is based on MVC model. The GUI of display layer employs HTML 5 Canvas tag to display the topology relationship. And finally, through constructing the test environment, it proves the design is feasible and effective.

EPON; network management; topology management; B/S structure; MVC

2016-06-30;

2016-08-08

[10.15888/j.cnki.csa.005675]