下一代網絡綜合網絡管理體系結構研究

摘要：對下一代網絡綜合網絡管理的體系結構問題進行了研究，針對NGN的特點分析了NGN綜合網絡管理的必要性及其需要解決的問題；在此基礎上設計了一種基于Web的NGN網絡管理框架，并結合一個符合NGN特征的具體仿真網絡實例設計了基于Web的NGN網絡管理系統。

關鍵詞：下一代網絡； 綜合網管； 網絡管理

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)04－1183－03

通信網絡的發展極大地開闊了人們的認知范圍，改變了人們的生活方式；Internet的推廣和普及則大大提高了人們的生產效率，變革了人們的生產方式。然而，現在的網絡并不完美，甚至遠遠不能滿足要求。這樣，下一代網絡（NGN）便應運而生。它將電信網、有線電視網和分組交換網融合在一起，是當前各種網絡的發展和演進的方向[1]。NGN以分組交換技術為核心，通過開放接口的業務平臺提供全面靈活的接入方式，為用戶提供有QoS保證的多種業務，如語音、多媒體業務等。NGN承載的服務越來越多樣化，負載也日益加重?；谶@樣的事實，對NGN進行統一有效的綜合網絡管理也成為用戶和網絡運營商的迫切需求。

在現有網絡向NGN演進的過程中，新網絡和當前的各種網絡必將在一個相當長的時間內同時并存。現有的各種網絡是高度混雜的，各個部分內部所執行的標準尚且存在差異，不能很好互通；各個網絡之間的異構性更高，尤其是各個網絡運行著不同的網絡管理協議（如簡單網絡管理協議SNMP[2~4]、公共管理信息協議CMIP[3，5]及遵從公共對象請求代理體系結構CORBA[6~8]所實現的網絡管理協議等）。而下一代網絡要求網絡管理系統在這樣的高異構網絡上建立統一的綜合管理，而且能夠實現各部分的互通和互操作。如何兼容現存的各種不同的網絡管理協議，管理演進中高度異構的網絡資源，便成了NGN進行綜合網絡管理的主要問題。

目前，國內外針對NGN的綜合網絡管理，特別是對兼容當前的網絡管理協議已作了大量的研究。例如：ITU－T已經完成了CORBA技術應用于網絡管理中的基礎性標準的制定，具體可參考X.780.x和Q.816.x；而由網絡管理論壇、The Open Group和OMG提出的域間協同管理（joint inter－domain management，JIDM）則提出了一種定義基于CMIP和SNMP的網絡管理系統與基于CORBA的網絡管理系統互相轉換的標準[9]。但是不管是ITU－T的標準還是JIDM，都存在一個很大的問題：它們均要求新的網絡管理系統和被兼容的現存網絡管理系統之間緊密耦合，采用一種嚴格意義上的絕對映射關系來完成協議之間的轉換；而且其中大部分工作停留在網關的研究階段，實現和部署均存在相當的難度。

國內也有很多相關研究，文獻[10]提出了幾種開展電信網和計算機網綜合網絡管理的體系結構;文獻[11]則設計并實現了一種新的專有網絡管理協議及其與現有協議的轉換規則;文獻[8]基于CORBA設計了一個兼容SNMP和CMIP的系統等。這些研究要么采用一種新的非通用協議來兼容現有協議[11]，要么從一種普適的角度提出了一種大體的解決方案[8，10] ，不符合NGN網絡管理開放、易擴展的要求。

為應對現在網絡管理存在的問題，提出了基于Web 的網絡管理（Web－based management， WBM）[12，13]，但是出于安全等方面的考慮，目前WBM大多被應用在Intranet的管理上。

本文研究了NGN對網絡管理的特殊要求，結合基于Web的網絡管理所具有的特點，針對NGN綜合網絡管理面臨的主要問題設計了一種管理框架；給出了一個符合NGN特征的具體想定網絡，以此想定為應用背景對所提的管理框架進行了具體設計。該管理系統構建在通用的標準化協議上，兼容現有網絡管理協議，支持NGN綜合網絡管理，有較好的擴展性。

1基于Web的NGN網絡管理方案

1．1NGN的特點和對網絡管理的特殊要求

NGN是一個廣義概念，包含了網絡構建方式和網絡功能的多種變革。從現在的電信網、有線電視網、移動通信網和分組交換網等各種網絡到NGN的演進是一個過渡平滑的長期過程（圖1）。這也就意味著在一個相當長的時間內NGN必然是一個高度異構的、多協議的開放型網絡。



從圖1可以看出，在向NGN演化的過程中，現有各種網絡（電信網、2.5G移動網、IP網、有線電視網等）在一個相當長的時間內處于一種共存，混合到融合的過程，因此NGN的網元和網絡管理必須能夠對所有現存網絡進行有效的管理。但是現存的電信網、IP網以及各種無線網絡運行著各種不同的管理協議，對這些網絡的綜合管理必須實現各種協議的兼容。

NGN是一種面向業務的網絡，因此網絡管理要面向應用、業務，其范圍不再局限于傳統的交換、傳輸等網絡設備，而必須對所有參與通信的單元進行綜合監控管理；其分析的結果既要滿足運行維護的要求，也要滿足對業務決策的支持。即NGN中的網絡管理不但要完成傳統的網元層和網絡層的管理，而且要實現對業務層的管理，支持事務管理。NGN網絡管理的重點要從網元層、網絡層轉到業務層。這同樣也要求NGN網絡管理實現對各種網絡管理協議的兼容，因為協議兼容是網元層和網絡層管理實現的關鍵，也是實現業務管理的基礎。

總體來講，NGN對網絡管理的需求是對多協議的支持，即支持與目前運行的各種網絡管理協議的互操作，綜合而有效地監管NGN所包含的各種網絡；統一地支持互操作的網絡管理平臺，即NGN網絡管理系統具有較高的平臺無關性，能夠管理多廠商、不同標準的設備；還要符合開放型網絡的特點，具有很高的擴展性等。

1．2基于Web的NGN網絡管理框架

由于傳統網絡管理（SNMP、CMIP）的集中式管理傾向，在大型網絡管理中很容易造成管理者負擔過重，而且大量的管理信息在網絡上傳輸，增加了網絡負荷。新興的基于CORBA的網絡管理符合分布式管理的需求。但由于CORBA中沒有專門的對象發現/命名功能和多對象訪問功能，在網絡管理的應用中也出現了些問題[10]。出于不同應用的考慮，人們提出了其他一些新的網絡管理模型，如基于Web的網絡管理、基于移動代理的網絡管理、基于主動網絡的網絡管理和基于智能代理的網絡管理等。

基于Web的網絡管理（WBM）[12，13]有兩種形式。一種是代理型WBM，是將Web技術和數據庫技術應用到網絡管理中。在網絡管理應用這一層搭建Web server，通過調用下層具體的網絡管理協議（SNMP、CMIP）來實現管理功能。另外一種則是將WBM的規則和功能實現內嵌到被管系統（路由器、交換機等）中，直接利用Web相關的協議來實現網絡管理，被叫做嵌入式WBM。

由于Web相關協議的優點，與其他管理協議相比，基于Web的NGN網絡管理有其固有的優勢：協議標準化程度高，而且統一、簡明、易于實現；固有的開放性使它完全適合NGN這個開放的網絡；平臺無關性是又一個突出優點；完全的分布式概念契合NGN的特征；統一簡明的管理界面降低了對管理人員的要求，提高了管理效率，等等。

基于上述原因，在這里提出一種基于Web的NGN網絡管理（Web－based management for NGN， WBMN）框架。其核心思想就是利用代理型的WBM來兼容當前各種網絡管理協議，用嵌入式的WBM實現對網元層和網絡層的管理。其管理框架結構如圖2所示。

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從圖中可以比較清晰地看清WBMN的各組成部分。從下層往上看：在底層，SNMP域、CMIP域、CORBA域是現存的分別運行著SNMP、CMIP、CORBA等各種管理協議的網絡，在這些網絡內仍然沿用現有協議；WBM域是運行嵌入式WBM的網絡。

第二層是WBMN的功能主體部分。向上層提供統一的WBMN網絡管理API接口，對下層通過轉換網關將WBMN的網絡管理API映射成具體的SNMP/CMIP/CORBA命令或WBM命令和底層管理子域通信，以實現各種管理操作。

第三層是各種網絡管理應用。這層調用下一層提供的網絡管理API來實現本層的各項功能，如業務管理，甚至是事務管理。在管理應用上架設了Web服務器，以Web方式實現網絡管理。

第四層是網絡管理交互界面，即Web瀏覽器，向管理員顯示網絡各項數據以及收集管理員各種網絡管理的操作。

2特定NGN網絡上的綜合網絡管理系統設計

2．1NGN實例介紹

筆者設計了一個符合NGN特征的想定網絡，并以此為應用背景來研究NGN綜合網絡管理。該想定網絡是一個由衛星網絡和地面網絡組成的天地一體化網絡。其中，衛星網絡是多層衛星星座：4顆地球同步衛星（GEO）；12顆中軌道衛星（MEO）分成三個不同軌道面，每個軌道面4顆星；48顆低軌道衛星以每個軌道面6顆星分別在八個不同軌道面上；而地面信息網絡則是一個類Internet的地面互聯網絡。網絡以分組交換為核心連接各種異構網絡，承載語音、數據、多媒體等多種業務。其示意圖如圖3所示。

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在這個具體的應用環境中，由于衛星處理能力有限，運行的是SNMP協議。在地面網絡中，主要運行著SNMP，也有筆者開發的CORBA網絡管理實驗協議。WBMN管理著這兩個網絡，其被管對象也有多個層次：既有運行著不同協議的單個網元，也有管理著某個子域的管理分站。

2．2WBMN的具體設計

2．2．1功能模型

WBMN主要是融合了現存的網絡管理協議，實現了對網元層和網絡層的管理，支持業務管理。該體系的功能模型如圖4所示。

從圖中可以看出，在網絡管理層與業務管理層之間，加上了一層WBMN綜合管理。這是考慮到在NGN中，網絡管理是分布式的，但是某些管理任務（如對業務的分析）需要各個域之間的協作，以一種集中的方式完成。WBMN綜合管理層的功能是判斷上層應用是否需要子域之間的協作，完成可能需要的域間協作，或者將任務直接下發給相應子域，充分利用子域內的自治功能。

WBMN最大限度地利用了現有網絡管理系統，在SNMP管理子域內充分發揮SNMP所實現的網元管理功能；在CMIP和CORBA的管理子域內，WBMN直接利用了它們的網絡層和網元層的管理功能；而且在WBM子域內實現了自己的網元層和網絡層的管理。這樣，既有利于發揮各種協議的優勢，又為NGN中網絡管理的平滑過渡提供了良好的支持。

2．2．2組織模型

組織模型描述網絡管理組件與組件之間邏輯上的關系。從組織模型上看，WBMN管理系統是一個多層結構，某單個網元由它所在的子域內的管理分站管理，管理分站又受其上級管理分站或管理中心的管理。以衛星網絡為例：由于衛星網絡中網元之間有很大的延遲，將整個網絡劃分成若干子網分而治之會有較高的管理效率。在項目中筆者將其分為四個子域，即采用4顆GEO衛星作為管理分站，管理本星可視范圍內的中軌道衛星（MEO）和低軌道衛星（LEO）。

在這種組織模型中，分布式管理的優勢得到了充分體現，又同時滿足了某些集中管理的要求：網絡中若干對等管理者管理所在的子域，維護和更新管理數據庫，同時根據需要轉發上層管理者的命令或者上報本子域的管理信息；管理中心從管理者收集數據進行分析，得到全網的統計數據，為業務管理和事務管理提供依據。

2．2．3通信模型

WBMN管理系統中，管理域內管理者和被管對象存在通信，管理者與其他同級的管理者或上級管理者之間也存在通信需求。其通信模型如圖5所示。

域內通信是管理分站與被管網元之間的信息交互，采用的現存網絡管理協議，如SNMP、CMIP、CORBA等，即域內仍然采用原有的協議管理。域間通信是指多個管理者或管理者與管理中心之間的通信。在基于Web的WBMN中，采用了HTTP作為域間通信協議。另外，在基于Web的網絡管理中，存在Web程序與數據庫之間的交互，這里采用CGI作為Web程序訪問數據庫的協議。

系統基于Web的技術（HTTP和CGI等協議）將運行著不同網絡管理協議的網絡互聯起來，不但實現了各協議之間的兼容，而且由于這些協議的標準性和通用性，使得系統有很大的開放性和可擴展性。

2．2．4信息模型

NGN中的網絡管理仍然要通過對變量的存取和修改來達到監管被管對象的目的。特別是在分布環境下，需要有一種標準的方式來描述管理對象，使其具有統一的含義。采用面向對象技術來描述被管對象是網絡管理技術發展的一種趨勢，然而在Web相關的技術中，并不存在現成的對象描述技術。XML以其良好的自定義、高度結構化、易擴展等特性逐漸成為Web技術中數據表示的標準，而且成為XML文檔與對象之間的轉換標準。因此在基于Web的WBMN采用XML作為信息模型的描述語言。

3結束語

本文分析了NGN對網絡管理的特殊要求，提出了一種基于Web的綜合網絡管理框架WBMN，結合筆者所參與的項目給出一個符合NGN特征的想定網絡，并結合這個具體網絡實例從功能模型、組織模型、通信模型等幾個方面討論了WBMN系統的具體設計，說明了WBMN用在NGN網絡管理中的可行性和優勢所在。下一步的工作將根據本文所提的統一管理框架，完成具體的協議轉換規則設計和管理信息模型的設計（符合網絡管理的XML子集），進行仿真實驗，分析其性能特性。

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