干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃設計系統研究論文
1引言
隨著(zhù)數據量及業(yè)務(wù)量的大幅增加，這種傳統設計方法已經(jīng)力不從心。借助以資源數據庫系統為基礎的規劃設計新工具解決干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃設計困境，已經(jīng)成為運營(yíng)商面臨的一項迫切需求。本文設計實(shí)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干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃設計系統。首先，該系統打破傳統數據管理模式，建立省際骨干網(wǎng)設計資源數據庫，解決數據零散、不規范、難關(guān)聯(lián)、取用困難、移植難、審校難的問(wèn)題。其次，該系統設計實(shí)現了路由安排、資源分配、局站設備連接、資源統計呈現等網(wǎng)絡(luò )規劃設計核心功能，可有效提升干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )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(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)規劃設計需求研制開(kāi)發(fā)，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(xún)統計和數據維護等,系統通過(guò)POI技術(shù)實(shí)現Excel的讀入和寫(xiě)出，以達到批量處理數據的目的。工程設計體系基于資源數據，實(shí)現路由安排、資源分配和局站設計。其中，路由安排功能可基于規劃期、設計期、維護期等不同設計階段的需求，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(shí)為復用段配置冗余保護波道；局站設計功能可在網(wǎng)絡(luò )設計結束后，自動(dòng)計算設備連接方式，例如交叉、跨機架交叉、支路、預交叉等；實(shí)現支路端口自動(dòng)分配和物料線(xiàn)纜統計，并最終生成系統連接表,指導采購與施工。拓撲操作體系可實(shí)現設計資源分層拓撲展示與操作，并輸出設備組架圖。系統管理體系實(shí)現項目管理、用戶(hù)權限審批等輔助功能。
2.2系統架構
考慮到該系統的用戶(hù)相對固定，且工程設計人員有戶(hù)外工作、離線(xiàn)使用的需求，該系統設計為C/S架構（即客戶(hù)機/服務(wù)器模式）。在戶(hù)外無(wú)網(wǎng)絡(luò )情景下工作時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)離線(xiàn)登錄操作使用。系統架構如圖2所示，客戶(hù)端基于JavaSwing開(kāi)發(fā)用戶(hù)界面；使用RMI遠程方法調用，在客戶(hù)端與服務(wù)器之間利用遠程對象互相調用，實(shí)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(jìn)行通信，實(shí)現數據資源交互。
3核心功能設計
3.1數據管理
干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃設計系統數據模型分為3個(gè)層級結構：局站設備層、網(wǎng)絡(luò )連接層、光通路層，庫內各表相互關(guān)聯(lián)且有層級關(guān)系，如圖3所示。我們通過(guò)ID字段在數據庫中建立主、外鍵關(guān)聯(lián)，修改上級的數據使得下級的關(guān)聯(lián)數據同時(shí)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(gè)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、復用段、波道和時(shí)隙6張表，其中每一個(gè)對象都向上關(guān)聯(lián)，并與局站設備層進(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(dòng)省際干線(xiàn)傳送網(wǎng)前期工程積累了大量不規范的設計資源數據。為完成資源數據標準化入庫，定義了14張網(wǎng)絡(luò )層、局站層輸入輸出Excel表格模版，系統使用Drools規則引擎對上傳Excel表格進(jìn)行校驗,校驗內容包括模版匹配、數據取值、數據沖突等，如有錯誤數據，系統給予提示，并提供錯誤數據模版下載；與此同時(shí)，系統可根據資源類(lèi)型與傳統習慣，在數據入庫時(shí)為全部網(wǎng)絡(luò )層及設備層資源定義唯一的、規范的、具有全局性及可讀性的物理標識，為后續設計、施工、資源管理提供便利。此外，為了實(shí)現數據快捷、標準化入庫，系統開(kāi)發(fā)了數據字典功能，自動(dòng)將不規范數據轉化為標準數據。截至目前，系統已完成移動(dòng)省際骨干網(wǎng)100Gbit/sOTN網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)絡(luò )層及設備層數據規范入庫工作。
3.2路由安排
在干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃設計工作中，基于已有資源數據集，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(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(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)實(shí)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(cháng)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，為不同設計階段的大批量排路需求提供最優(yōu)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(guò)程如下：（1）導入排路需求表或系統自動(dòng)保存的臨時(shí)數據。排路需求表中包含預排電路的基本信息、全網(wǎng)約束條件、單電路約束條件；系統也可讀取系統自動(dòng)保留的前期路由安排中間過(guò)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(guò)校驗則繼續下一步，否則返回錯誤數據模版。（3）根據全網(wǎng)約束條件從數據庫中讀取符合要求的資源數據，如站點(diǎn)、復用段、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，設計階段篩選空閑及冗余資源，維護極端篩選冗余資源；同時(shí)，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，用戶(hù)也可自行修改，目前考慮的約束因素包括：路徑長(cháng)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，如存在則基于歷史路由分配復用段，還原篩選數據，本條路由計算完成；如不存在歷史路由，且用戶(hù)明確了參考路由，則基于參考路由完成路由設計；否則，根據綜合代價(jià)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，最后根據速率需求選擇復用段，完成路由設計。（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(wú)法排通的情況，此時(shí)采用KSP算法，重新為主備路由排路。（7）完成全部電路路由設計后，自動(dòng)給出排路結果統計與評估，并顯示排路結果，系統可提供路由拓撲圖。（8）提供人工審核與調整界面，自動(dòng)記錄手動(dòng)修改情況，并基于手動(dòng)修改重新計算剩余路由。（9）導出路由表，完成自動(dòng)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用段及其連接。資源分配功能主要任務(wù)是自動(dòng)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”，如用戶(hù)需要為某段路由預置時(shí)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，并組織數據封裝對象；第三步，如路由表中填寫(xiě)了預置時(shí)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(jìn)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，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局站層設計
干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃設計系統局站設計模塊主要任務(wù)是基于網(wǎng)絡(luò )層設計結果，設計相關(guān)局站內設備端口連接，最終生成并導出系統連接表，用于指導施工�；谏鲜瞿繕�，本系統設計并實(shí)現了連接關(guān)系計算、全網(wǎng)設備編碼、支路端口分配、ODF端子分配、線(xiàn)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(wǎng)絡(luò )設計結果，自動(dòng)估算統計本期工程所需支路端口量，為設備采購提供參考。（2）采購合同簽署后，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(wǎng)絡(luò )資源之間建立關(guān)聯(lián)；自動(dòng)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(yè)務(wù)和鏈路關(guān)系，遵循均衡原則，自動(dòng)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）生成布線(xiàn)計劃表，統計各類(lèi)線(xiàn)纜數量，并自動(dòng)生成系統連接表及設備組架圖，用于指導施工�，F階段移動(dòng)干線(xiàn)傳送網(wǎng)局站設計工作主要基于Execl表格計算，需要耗費大量人工，且設計質(zhì)量?jì)?yōu)劣取決于設計人員經(jīng)驗。局站設計功能總結工程設計經(jīng)驗、工具化設計流程，可有效提升設計質(zhì)量及設計生產(chǎn)效率。
4系統應用情況
目前，干線(xiàn)設備網(wǎng)絡(luò )工程設計系統已完成中國移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)100Gbit/sOTN網(wǎng)絡(luò )資源數據的入庫和標準化工作；V1.0版本已形成了干線(xiàn)設備網(wǎng)絡(luò )工程設計能力，并在中國移動(dòng)省際骨干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(gè)批次12887條電路路由安排工作，有效提升了網(wǎng)絡(luò )規劃設計效率。TPADS投入生產(chǎn)應用，將設計人員從頻繁重復的路由安排、資源統計工作中徹底解放，并有效緩解了集團省際骨干大規模網(wǎng)路建設引發(fā)的資源數據管理難題和設計效率提升壓力。
5總結展望
干線(xiàn)設備網(wǎng)絡(luò )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(shí)代對傳統CAD和Excel設計工具的重大變革，是應對網(wǎng)絡(luò )資源全生命周期管理的必然選擇。未來(lái)，TPADS工具軟件的應用將對移動(dòng)省際骨干傳送網(wǎng)的設計組織形式、設計服務(wù)內容、設計的內涵和外延產(chǎn)生深遠的影響，進(jìn)而引領(lǐng)省際骨干傳送網(wǎng)設計、施工和資源管理一體化的變革。
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