幹線網絡規劃設計系統研究論文

1引言

隨着數據量及業務量的大幅增加，這種傳統設計方法已經力不從心。藉助以資源數據庫系統為基礎的規劃設計新工具解決幹線網絡規劃設計困境，已經成為運營商面臨的一項迫切需求。本文設計實現了一種以資源數據庫為基礎，以路由安排、資源分配、局站設計、資源呈現為核心功能的幹線網絡規劃設計系統。首先，該系統打破傳統數據管理模式，建立省際骨幹網設計資源數據庫，解決數據零散、不規範、難關聯、取用困難、移植難、審校難的問題。其次，該系統設計實現了路由安排、資源分配、局站設備連接、資源統計呈現等網絡規劃設計核心功能，可有效提升幹線網絡規劃設計效率。

2系統總體設計

2.1功能結構

該系統依據中國移動省際骨幹傳送網規劃設計需求研製開發，系統功能結構如圖1所示。該系統由四大體系、八大核心功能構成。四大體系包括：數據管理體系、工程設計體系、資源呈現體系和系統管理體系。數據管理體系主要完成數據庫的常規操作，如資源數據導入導出、查詢統計和數據維護等,系統通過POI技術實現Excel的讀入和寫出，以達到批量處理數據的目的。工程設計體系基於資源數據，實現路由安排、資源分配和局站設計。其中，路由安排功能可基於規劃期、設計期、維護期等不同設計階段的需求，採用不同約束策略及算法，為電路批量安排最優路徑；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，同時為複用段配置宂餘保護波道；局站設計功能可在網絡設計結束後，自動計算設備連接方式，例如交叉、跨機架交叉、支路、預交叉等；實現支路端口自動分配和物料線纜統計，並最終生成系統連接表,指導採購與施工。拓撲操作體系可實現設計資源分層拓撲展示與操作，並輸出設備組架圖。系統管理體系實現項目管理、用户權限審批等輔助功能。

2.2系統架構

考慮到該系統的用户相對固定，且工程設計人員有户外工作、離線使用的需求，該系統設計為C/S架構（即客户機/服務器模式）。在户外無網絡情景下工作時，用户可通過離線登錄操作使用。系統架構如圖2所示，客户端基於JavaSwing開發用户界面；使用RMI遠程方法調用，在客户端與服務器之間利用遠程對象互相調用，實現雙方通信；使用Spring框架分層管理JavaBean、邏輯Service層以及數據交互DAO層，使用了Spring內置JDBC與數據庫進行通信，實現數據資源交互。

3核心功能設計

3.1數據管理

幹線網絡規劃設計系統數據模型分為3個層級結構：局站設備層、網絡連接層、光通路層，庫內各表相互關聯且有層級關係，如圖3所示。我們通過ID字段在數據庫中建立主、外鍵關聯，修改上級的'數據使得下級的關聯數據同時得到修改。局站設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聯；網絡連接層從上而下包含省份段、城市段、局站段、複用段、波道和時隙6張表，其中每一個對象都向上關聯，並與局站設備層進行雙端關聯；光通路層從上到下包含電路表、主備路由表和路由通路表。移動省際幹線傳送網前期工程積累了大量不規範的設計資源數據。為完成資源數據標準化入庫，定義了14張網絡層、局站層輸入輸出Excel表格模版，系統使用Drools規則引擎對上載Excel表格進行校驗,校驗內容包括模版匹配、數據取值、數據衝突等，如有錯誤數據，系統給予提示，並提供錯誤數據模版下載；與此同時，系統可根據資源類型與傳統習慣，在數據入庫時為全部網絡層及設備層資源定義唯一的、規範的、具有全局性及可讀性的物理標識，為後續設計、施工、資源管理提供便利。此外，為了實現數據快捷、標準化入庫，系統開發了數據字典功能，自動將不規範數據轉化為標準數據。截至目前，系統已完成移動省際骨幹網100Gbit/sOTN網絡網絡層及設備層數據規範入庫工作。

3.2路由安排

在幹線網絡規劃設計工作中，基於已有資源數據集，依據不同建設策略及約束條件，安排一條合理的電路通路是一項重要且繁瑣的工作。在一期工程建設中，需要安排的路由數量通常多達數千條，而且業務需求頻繁變換，人工安排電路工作量巨大。本文針對移動省際骨幹傳送網實際情況，面向規劃、設計、維護等不同設計階段，綜合考慮路徑長度、路由跳數、資源均衡、速率選擇、保護規則等多種約束條件，基於Dijkstra算法、KSP算法，提出一種多因素約束分層路由算法，為不同設計階段的大批量排路需求提供最優路由設計，提升排路效率及設計方案合理性。算法流程如圖4所示，主要過程如下：（1）導入排路需求表或系統自動保存的臨時數據。排路需求表中包含預排電路的基本信息、全網約束條件、單電路約束條件；系統也可讀取系統自動保留的前期路由安排中間過程數據，繼續上次工作。（2）校驗排路需求表數據合理性，如通過校驗則繼續下一步，否則返回錯誤數據模版。（3）根據全網約束條件從數據庫中讀取符合要求的資源數據，如站點、複用段、波道等。（4）根據規劃、設計、維護不同階段約束策略篩選數據，規劃階段不做資源篩選，設計階段篩選空閒及宂餘資源，維護極端篩選宂餘資源；同時，提供規則設置交互界面，給出不同階段的不同約束因素的默認權值分配，用户也可自行修改，目前考慮的約束因素包括：路徑長度、路由跳次、波道使用率、建設期、轉接方式等。（5）為批量電路逐一設計路由。首先判斷該電路是否存在符合要求的歷史路由，如存在則基於歷史路由分配複用段，還原篩選數據，本條路由計算完成；如不存在歷史路由，且用户明確了參考路由，則基於參考路由完成路由設計；否則，根據綜合代價值，採用分層D算法，首先計算最優城市段，然後計算最優局站段，最後根據速率需求選擇複用段，完成路由設計。（6）對於1+1電路，可能存在主路由選擇最優路徑後，備路由無法排通的情況，此時採用KSP算法，重新為主備路由排路。（7）完成全部電路路由設計後，自動給出排路結果統計與評估，並顯示排路結果，系統可提供路由拓撲圖。（8）提供人工審核與調整界面，自動記錄手動修改情況，並基於手動修改重新計算剩餘路由。（9）導出路由表，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路由並生成路由表，路由表中描述了每條電路所用複用段及其連接。資源分配功能主要任務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，導入路由安排功能生成的“路由表”，如用户需要為某段路由預置時隙，可在路由表中直接增添；第二步，系統校驗讀取路由表信息，從數據庫獲取初始化資源，並組織數據封裝對象；第三步，如路由表中填寫了預置時隙，直接分配給相應路由段；第四步，整理波道資源，按電路速率及需求數對可用波道資源進行整理及拆分；第五步，根據電路速率及波道分配規則，為路由的每一跳分配具體的波道資源，並完成宂餘保護波道配置。第六步，生成單端波道表及雙端波道表並估算波道連接方式。

3.4局站層設計

幹線網絡規劃設計系統局站設計模塊主要任務是基於網絡層設計結果，設計相關局站內設備端口連接，最終生成並導出系統連接表，用於指導施工。基於上述目標，本系統設計並實現了連接關係計算、全網設備編碼、支路端口分配、ODF端子分配、線纜數量統計、系統連接表生成等功能。局站設計主要流程如下所述。（1）根據網絡設計結果，自動估算統計本期工程所需支路端口量，為設備採購提供參考。（2）採購合同簽署後，將設備表、子架表、組架表等資源數據入庫，在局站各級資源之間、局站資源與網絡資源之間建立關聯；自動生成全部設備資源統一編碼，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）根據業務和鏈路關係，遵循均衡原則，自動分配支路端口。（4）生成設備勘察需求表、支路端口ODF表，輔助設計人員勘察、反饋。（5）導入勘察反饋表更新資源數據。（6）生成佈線計劃表，統計各類線纜數量，並自動生成系統連接表及設備組架圖，用於指導施工。現階段移動幹線傳送網局站設計工作主要基於Execl表格計算，需要耗費大量人工，且設計質量優劣取決於設計人員經驗。局站設計功能總結工程設計經驗、工具化設計流程，可有效提升設計質量及設計生產效率。

4系統應用情況

目前，幹線設備網絡工程設計系統已完成中國移動省際骨幹傳送網100Gbit/sOTN網絡資源數據的入庫和標準化工作；V1.0版本已形成了幹線設備網絡工程設計能力，並在中國移動省際骨幹十二期設計工作中投入應用，共完成規劃階段、設計階段7個批次12887條電路路由安排工作，有效提升了網絡規劃設計效率。TPADS投入生產應用，將設計人員從頻繁重複的路由安排、資源統計工作中徹底解放，並有效緩解了集團省際骨幹大規模網路建設引發的資源數據管理難題和設計效率提升壓力。

5總結展望

幹線設備網絡工程設計子系統(TPADS)突破了傳統設計方式在數據管理模式和設計效率上的瓶頸，是大數據時代對傳統CAD和Excel設計工具的重大變革，是應對網絡資源全生命週期管理的必然選擇。未來，TPADS工具軟件的應用將對移動省際骨幹傳送網的設計組織形式、設計服務內容、設計的內涵和外延產生深遠的影響，進而引領省際骨幹傳送網設計、施工和資源管理一體化的變革。