干线网络规划设计系统研究论文
1引言
随着数据量及业务量的大幅增加，这种传统设计方法已经力不从心。借助以资源数据库系统为基础的规划设计新工具解决干线网络规划设计困境，已经成为运营商面临的一项迫切需求。本文设计实现了一种以资源数据库为基础，以路由安排、资源分配、局站设计、资源呈现为核心功能的干线网络规划设计系统。首先，该系统打破传统数据管理模式，建立省际骨干网设计资源数据库，解决数据零散、不规范、难关联、取用困难、移植难、审校难的问题。其次，该系统设计实现了路由安排、资源分配、局站设备连接、资源统计呈现等网络规划设计核心功能，可有效提升干线网络规划设计效率。
2系统总体设计
2.1功能结构
该系统依据中国移动省际骨干传送网规划设计需求研制开发，系统功能结构如图1所示。该系统由四大体系、八大核心功能构成。四大体系包括：数据管理体系、工程设计体系、资源呈现体系和系统管理体系。数据管理体系主要完成数据库的常规操作，如资源数据导入导出、查询统计和数据维护等,系统通过POI技术实现Excel的读入和写出，以达到批量处理数据的目的。工程设计体系基于资源数据，实现路由安排、资源分配和局站设计。其中，路由安排功能可基于规划期、设计期、维护期等不同设计阶段的需求，采用不同约束策略及算法，为电路批量安排最优路径；资源分配功能可为已排好路由的电路分配合理的波道资源，同时为复用段配置冗余保护波道；局站设计功能可在网络设计结束后，自动计算设备连接方式，例如交叉、跨机架交叉、支路、预交叉等；实现支路端口自动分配和物料线缆统计，并最终生成系统连接表,指导采购与施工。拓扑操作体系可实现设计资源分层拓扑展示与操作，并输出设备组架图。系统管理体系实现项目管理、用户权限审批等辅助功能。
2.2系统架构
考虑到该系统的用户相对固定，且工程设计人员有户外工作、离线使用的需求，该系统设计为C/S架构（即客户机/服务器模式）。在户外无网络情景下工作时，用户可通过离线登录操作使用。系统架构如图2所示，客户端基于JavaSwing开发用户界面；使用RMI远程方法调用，在客户端与服务器之间利用远程对象互相调用，实现双方通信；使用Spring框架分层管理JavaBean、逻辑Service层以及数据交互DAO层，使用了Spring内置JDBC与数据库进行通信，实现数据资源交互。
3核心功能设计
3.1数据管理
干线网络规划设计系统数据模型分为3个层级结构：局站设备层、网络连接层、光通路层，库内各表相互关联且有层级关系，如图3所示。我们通过ID字段在数据库中建立主、外键关联，修改上级的数据使得下级的关联数据同时得到修改。局站设备层从上而下包含省份表、城市表、局站表、机架表、机框表、机槽表和端口表，其中每一个对象都向上关联；网络连接层从上而下包含省份段、城市段、局站段、复用段、波道和时隙6张表，其中每一个对象都向上关联，并与局站设备层进行双端关联；光通路层从上到下包含电路表、主备路由表和路由通路表。移动省际干线传送网前期工程积累了大量不规范的设计资源数据。为完成资源数据标准化入库，定义了14张网络层、局站层输入输出Excel表格模版，系统使用Drools规则引擎对上传Excel表格进行校验,校验内容包括模版匹配、数据取值、数据冲突等，如有错误数据，系统给予提示，并提供错误数据模版下载；与此同时，系统可根据资源类型与传统习惯，在数据入库时为全部网络层及设备层资源定义唯一的、规范的、具有全局性及可读性的物理标识，为后续设计、施工、资源管理提供便利。此外，为了实现数据快捷、标准化入库，系统开发了数据字典功能，自动将不规范数据转化为标准数据。截至目前，系统已完成移动省际骨干网100Gbit/sOTN网络网络层及设备层数据规范入库工作。
3.2路由安排
在干线网络规划设计工作中，基于已有资源数据集，依据不同建设策略及约束条件，安排一条合理的电路通路是一项重要且繁琐的工作。在一期工程建设中，需要安排的路由数量通常多达数千条，而且业务需求频繁变换，人工安排电路工作量巨大。本文针对移动省际骨干传送网实际情况，面向规划、设计、维护等不同设计阶段，综合考虑路径长度、路由跳数、资源均衡、速率选择、保护规则等多种约束条件，基于Dijkstra算法、KSP算法，提出一种多因素约束分层路由算法，为不同设计阶段的大批量排路需求提供最优路由设计，提升排路效率及设计方案合理性。算法流程如图4所示，主要过程如下：（1）导入排路需求表或系统自动保存的临时数据。排路需求表中包含预排电路的基本信息、全网约束条件、单电路约束条件；系统也可读取系统自动保留的前期路由安排中间过程数据，继续上次工作。（2）校验排路需求表数据合理性，如通过校验则继续下一步，否则返回错误数据模版。（3）根据全网约束条件从数据库中读取符合要求的资源数据，如站点、复用段、波道等。（4）根据规划、设计、维护不同阶段约束策略筛选数据，规划阶段不做资源筛选，设计阶段筛选空闲及冗余资源，维护极端筛选冗余资源；同时，提供规则设置交互界面，给出不同阶段的不同约束因素的默认权值分配，用户也可自行修改，目前考虑的约束因素包括：路径长度、路由跳次、波道使用率、建设期、转接方式等。（5）为批量电路逐一设计路由。首先判断该电路是否存在符合要求的历史路由，如存在则基于历史路由分配复用段，还原筛选数据，本条路由计算完成；如不存在历史路由，且用户明确了参考路由，则基于参考路由完成路由设计；否则，根据综合代价值，采用分层D算法，首先计算最优城市段，然后计算最优局站段，最后根据速率需求选择复用段，完成路由设计。（6）对于1+1电路，可能存在主路由选择最优路径后，备路由无法排通的`情况，此时采用KSP算法，重新为主备路由排路。（7）完成全部电路路由设计后，自动给出排路结果统计与评估，并显示排路结果，系统可提供路由拓扑图。（8）提供人工审核与调整界面，自动记录手动修改情况，并基于手动修改重新计算剩余路由。（9）导出路由表，完成自动路由安排工作。
3.3资源分配
路由安排功能为批量电路配置了最优路由并生成路由表，路由表中描述了每条电路所用复用段及其连接。资源分配功能主要任务是自动为电路路由分配可用的波道资源。资源分配主要流程如下所述：第一步，导入路由安排功能生成的“路由表”，如用户需要为某段路由预置时隙，可在路由表中直接增添；第二步，系统校验读取路由表信息，从数据库获取初始化资源，并组织数据封装对象；第三步，如路由表中填写了预置时隙，直接分配给相应路由段；第四步，整理波道资源，按电路速率及需求数对可用波道资源进行整理及拆分；第五步，根据电路速率及波道分配规则，为路由的每一跳分配具体的波道资源，并完成冗余保护波道配置。第六步，生成单端波道表及双端波道表并估算波道连接方式。
3.4局站层设计
干线网络规划设计系统局站设计模块主要任务是基于网络层设计结果，设计相关局站内设备端口连接，最终生成并导出系统连接表，用于指导施工。基于上述目标，本系统设计并实现了连接关系计算、全网设备编码、支路端口分配、ODF端子分配、线缆数量统计、系统连接表生成等功能。局站设计主要流程如下所述。（1）根据网络设计结果，自动估算统计本期工程所需支路端口量，为设备采购提供参考。（2）采购合同签署后，将设备表、子架表、组架表等资源数据入库，在局站各级资源之间、局站资源与网络资源之间建立关联；自动生成全部设备资源统一编码，包括机架编码、机框编码、机槽编码、端口编码等，为所有资源建立唯一的、具有全局性及可读性的物理标识。（3）根据业务和链路关系，遵循均衡原则，自动分配支路端口。（4）生成设备勘察需求表、支路端口ODF表，辅助设计人员勘察、反馈。（5）导入勘察反馈表更新资源数据。（6）生成布线计划表，统计各类线缆数量，并自动生成系统连接表及设备组架图，用于指导施工。现阶段移动干线传送网局站设计工作主要基于Execl表格计算，需要耗费大量人工，且设计质量优劣取决于设计人员经验。局站设计功能总结工程设计经验、工具化设计流程，可有效提升设计质量及设计生产效率。
4系统应用情况
目前，干线设备网络工程设计系统已完成中国移动省际骨干传送网100Gbit/sOTN网络资源数据的入库和标准化工作；V1.0版本已形成了干线设备网络工程设计能力，并在中国移动省际骨干十二期设计工作中投入应用，共完成规划阶段、设计阶段7个批次12887条电路路由安排工作，有效提升了网络规划设计效率。TPADS投入生产应用，将设计人员从频繁重复的路由安排、资源统计工作中彻底解放，并有效缓解了集团省际骨干大规模网路建设引发的资源数据管理难题和设计效率提升压力。
5总结展望
干线设备网络工程设计子系统(TPADS)突破了传统设计方式在数据管理模式和设计效率上的瓶颈，是大数据时代对传统CAD和Excel设计工具的重大变革，是应对网络资源全生命周期管理的必然选择。未来，TPADS工具软件的应用将对移动省际骨干传送网的设计组织形式、设计服务内容、设计的内涵和外延产生深远的影响，进而引领省际骨干传送网设计、施工和资源管理一体化的变革。
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