對一種新型傳輸智能網關網元的設想

汪海強，張淑建，雷 波

（1.中國電信集團公司 北京100010；2.中國電信股份有限公司北京研究院 北京100035）

4對一種新型智能網關網元的設想

1 引言

隨著市場競爭的加劇、成本的壓力及服務質量要求的不斷提高，對網絡管理集約化、端到端管理的要求越來越迫切，對網絡維護智能化、自動化的水平要求越來越高。由于傳輸專業自身的技術特點以及產業鏈形式，使得以SDH/MSTP、WDM、OTN等為主的傳輸專業相對于其他專業面臨著更大的挑戰。

首先，在維護集約化與數據共享方面，“能集中，不分散；能遠程，不現場；能自動，不人工”逐步成為傳輸網管理的基本要求。只有通過網絡的集中管理實現全網跨區域的告警相關性分析，才能迅速排除故障，保障業務質量。只有通過共享的傳輸網管理平臺，才能實現傳輸全網數據共享，才能了解全程全網的動態資源，才能有效開展預防性和預警性維護，優化網絡運行效率，提高資源利用率，盤活全網資源，減少投資，降低管理成本。

其次，在維護質量端到端管理精細化方面，面向業務多專業端到端的融合管理要求促使對傳輸網絡的管理必須具備跨廠商、跨型號設備的端到端管理能力，并實現全程路由拓撲展現、端到端資源信息查詢及顯示，實現對告警、性能與業務電路關聯的設備，物理與邏輯資源對象的緊密耦合及動態管理能力。

最后，在網絡維護管理智能化與自動化方面，現代傳輸網絡的管理不僅要求實現網絡資源可視化管理，還要求網管系統具備網絡的健康分析診斷能力，具備計劃性中斷管理能力、業務及流量分析和預警能力等。

總體來講，對傳輸網管的面向業務、面向服務的要求越來越高，對傳輸網管的個性化、定制化要求越來越高，這些要求即便在單廠商網管中也只能實現一部分且定制成本高、跨廠商實現難度大、周期長，難以滿足未來發展的要求。筆者認為這是傳輸網及網管的技術特點本身決定的，現有傳輸網及網管架構難以滿足未來發展，其他專業（如IP網絡）的經驗也很難直接復制到傳輸網的管理，只有改變傳輸網及其網管架構才有可能破解傳輸網管當前遇到的諸多困難。而另一方面，研究機構所提出的以擴展OpenFlow協議為基礎的彈性光網絡與SDN架構，對于傳輸專業過于超前，在產業界尚未有實質性研究且未能充分考慮現有網絡中已經存在的大量傳輸設備，短期內不具備實施的條件。

為了破解傳輸專業網絡管理的難題，筆者提出了以傳輸智能網關網元（NE）來實現未來傳輸網網絡管理發展的思路。本方案通過將傳輸網絡中的網關網元改造成傳輸智能網關網元，使之具備一定的網絡管理功能，使得綜合網管能夠簡單、方便、直接地管理不同廠商網元設備，完成跨域、跨層甚至是跨專業的統一管理，并具備向未來以SDN為核心的多專業融合網絡演進的能力。

2 傳輸網絡網管系統現狀及問題

傳輸網絡現有網絡管理體系主要是依據ITU-T M.3010建議中所提出的規定的TMN管理功能架構進行建設。M.3010將網絡管理分為5個層面，從上到下分別為：事務管理 層 （business management layer）、業 務 管 理 層（service management layer）、網 絡 管 理 層 （network management layer）、網 元 管 理 層（element management layer）、網 絡 單 元層（network element layer）。圖1是標準的TMN網管體系，圖2則是理想狀態下的網管體系示意。

圖1 TMN網管體系

圖2 理想狀態下的網管體系

但在實際網絡中，以NE—EMS—NMS體系構建的網元—廠商網管—綜合網管3層架構的應用情況并不好。這種架構中廠商網管與綜合網管功能交叉較多，其中廠商網管不但包括了全部的EMS功能，還能完成部分NMS的功能；而綜合網管負責跨域、跨廠商的集中監控，但是往往由于涉及設備功能原因及廠商私有特性，只監不控。為了滿足業務管理需要，很多運營商只能采取一個平面一個廠商，并由設備廠商深度參與構建綜合網管的建網模式。之所以造成這種現象，筆者認為有如下原因。

在結構上，廠商網管系統封閉、繁多，管理復雜。由于底層技術的私有性且在設備及網絡應用上沒有開放，導致廠商網管上層應用的封閉性，進而導致各電信運營商普遍存在不同廠商、不同層面（如WDM與SDH）、不同層級（如長途與本地）的傳輸網管系統相互獨立、缺乏關聯的問題，難以實現集中的呈現與管理。而原本計劃用來解決多廠商問題的綜合網管，卻因為采集或下發都必須經過廠商網管進行翻譯，過程復雜，性能有限，鮮見成功案例。

在功能上，廠商網管系統面向網絡、面向設備的功能很豐富，面向業務、面向服務的功能不足。廠商的網管同一性強，定制能力不足，難以滿足差異化的業務與服務需求。由于數據模型的差異性及設備本身特點，建立在廠商網管之上的綜合網管往往也是只監不控，控制功能較弱，在處理具體事務時，還是需要在廠商網管系統中進行操作。

在性能上，由于現有北向接口以TMF814為基礎的CORBA接口居多，但由于接口標準的定義過于復雜，標準更新緩慢且各廠商為了保持自己的競爭優勢，不愿意開放可能透露技術細節的底層接口，導致實際上綜合網管需要為每個廠商開發專門的采集適配接口甚至有的廠商還需要多套接口。這使得網絡數據采集性能既受限于綜合網管對底層協議的理解及實現能力，也受限于廠商網管向上的接口能力，數據采集性能低下，容易導致上層應用響應過慢，難以滿足管理需要。

在端到端管理上，由于底層設備數據模型、數據定義規則及操作規范不統一以及數據的分散性，導致綜合網管開發難度大，統一協調難度大。在對一線維護的調研中發現，維護人員通常利用綜合網管來定位故障點，但對于具體的排障、配置等操作，維護人員還是傾向于直接使用廠商網管系統進行操控。

綜上所述，在傳統的網元—廠商網管—綜合網管的體系上實現傳輸網的運營集約化與智能化成本較高，難度較大，難以達到理想狀態。

3 第三方網管直讀傳輸網元模式主要難點

隨著光電技術及傳輸數據技術的不斷融合，同時鑒于IP數據網網管的成功經驗，部分專家學者提出利用第三方網管廠商直讀網元模式進行傳輸網管建設的思路，規避原有網管架構的問題，以開放的思路進行傳輸網管的建設。該思路有合理性，但筆者認為數據網的經驗不適宜直接復制到傳輸網絡管理，缺少可操作性。

首先，傳統傳輸網絡是以自上而下強規劃、強配置、強分層為基礎的網絡，IP網絡則是以自下而上、自適應、自學習為基礎的智能網絡。傳輸網元重點強調的是硬件的轉發特性，其軟件的智能性目前遠弱于路由器，若要采用直讀網元的管理模式，首先應將傳輸網元的智能性提高到路由器差不多的程度，而這即使不考慮成本問題，也會涉及一系列的標準規范問題，實現的技術難度較高，實現周期較長。同時傳輸網的管理需求、通信協議等與IP數據網也有較大差異（見表1），數據的管理思路難以直接套用。

其次，數據網網管的簡單網絡管理協議（simplenetwork management protocol，SNMP）具 有 局 限 性，通 過SNMP直讀網元難以滿足傳輸網管的需要。SNMP接口只有3類接口（get/set/trap），必須通過組合簡單的SNMP操作實現各種管理功能，但模型的表達能力、可擴展性、功能性差，不適合應用于傳送網絡多層次、復雜對象類型的交互。而且傳輸設備（包括OTN設備）的關鍵光和電層特性缺乏MIB標準支持，以OTN為例，國際標準組織缺少對OTN設備標準MIB的統一定義，目前可參考的標準MIB僅限于IETF的RFC系列且只定義了L2/L3的部分特性，此外，OTN光層與電層的資源管理、告警、性能、業務發放、故障維護都缺少標準支持。正是由于對傳輸設備的管理上SNMP具有局限性，主流廠商沒有采用SNMP作為其網元接口標準。現有傳輸設備網元接口標準以Qx為主，Qx來源于ITU-T制定的Q3接口，各設備廠商處于成本和效率方面的考慮，取舍了Q3中的某些部分，并根據新技術新功能的應用，自定義了新的內容，因此Qx接口差異較大，甚至同一廠商同一型號設備的不同版本之間的Qx接口都可能存在差異。

表1 傳輸網絡與IP網絡的差異性

再次，若基于廠商私有接口協議直讀網元，難度大，可操作性差。當前傳輸網元與EMS間的私有接口協議棧與設備耦合非常緊，而傳輸網絡底層技術更新又非常快，關鍵器件、業務及運維特性更新快，設備管理接口不兼容，需要設備廠商網管緊密跟隨設備變化，對上層系統屏蔽差異。以傳輸網絡故障定位為例，一個物理層的故障，會影響多個層次、多條業務，因此在網絡出現故障時，將會有數倍的衍生告警上報到網管，還會涉及多層次（光、電）、多個網元關聯配置，要進行準確定位，必須充分理解各個廠商的底層技術實現細節。但這些底層技術發展很快，對開發人員的技能要求較高，并需要與傳輸設備研發人員緊耦合，這對于第三方網管開發來說也基本不現實。

綜上所述，在開放廠商網元接口協議基礎上直讀網元開發傳輸網管在技術上存在許多難以逾越的困難，而且這種架構會導致運營商與第三方的耦合度非常高，網管的替換成本也會非常高，容易被網管廠商綁架。

4對一種新型智能網關網元的設想

由上述分析，可以看出傳輸網管難以滿足當前需求的根本原因有兩個：一是傳輸底層技術的封閉性向上延續到應用管理層，開放性差，協調配合難度大；二是當前傳輸設備的智能性普遍弱于數據設備。但直接照搬IP數據網管的第三方網管廠商直讀網元模式，同樣不符合傳輸網絡特點，難以得到產業鏈上下游企業的支持，不具備可實現性。

基于此，筆者認為應將原有傳輸廠商網管拆解，在原傳輸網網關網元基礎上引入開放的智能網關網元，從根本上解決傳輸網管理的問題，既便于現網過渡，又能滿足未來SDN的管理需求。

4.1 傳輸網關網元

傳輸網元設備分為兩大類：網關網元與非網關網元。網關網元通過帶外網管通道與網管系統連接，而非網關網元則通過帶內網管（如SDH的DCC字節、OTN的GCC字節），將所有網管數據發送到網關網元，在網關網元上進行協議轉換后再發給網管系統。圖3給出網管信息在傳輸網絡中的流向情況以及常見的網管信息轉發協議棧。

圖3 傳輸網關網元與非網關網元

所有非網關網元通過基于物理連接的帶內網管通道將網管信息匯總到網關網元，再由網關網元將網管信息匯總后重新進行封裝，以TCP/IP的方式發送給網管服務器。在實際組網中，為避免出現網關網元的單點失效導致大面積脫管問題，一般采用主備網關網元的配置方式，在每個非網關網元上配置多個網關網元地址，并由非網關網元根據動態路由協議，選擇最近的網關網元作為其主用網關網元。

4.2 智能網關網元

傳統的傳輸網關網元主要負責信息的匯總與轉發，在私有協議、封閉的管理體系下，廠商網管承擔了智能管理的任務，傳輸網關網元不需要太復雜，對智能性要求不高。為了適應傳輸網管理的要求，是否可以通過拆解廠商網管，增強傳輸網關網元的智能型來快速實現傳輸網管的定制化開發呢？即去掉廠商網管，去除原有廠商網管面向應用且耗費大量資源的人機界面模塊、拓撲呈現與分析模塊、管控模塊、數據處理模塊，也就是摒棄原有廠商網管應用層與部分控制層的功能，僅保留物理層與部分控制層的功能，并移植到傳輸網關網元上，在網關網元上增加智能化的網絡管理功能，從而開放設備接口，按需向上轉發信息、向下傳達控制指令，靈活滿足上層第三方網管（綜合網管）定制化開發需要。筆者認為這在技術上是可行的，而且可以從根本上解決過去傳輸網管開發的各種問題；同時對智能網關網元也做了一些設想，其與廠商網關的異同見表2。

4.3 引入智能網關網元的網管解決方案

引入智能網關網元后，網管系統將變得簡單、高效，尤其對于過去難以解決的問題也能有很好的解決，下面就以全程端到端管理為例，說明如何在現網中引入智能網關網元以及與現有方式之間的對比。

圖4展示了一條典型的長途傳輸電路，承載兩個路由器之間的傳輸通路：這條電路先經過A省的本地傳輸網，再到骨干傳輸網上，而骨干傳輸網上的電路又經過了3個廠商且分別部署在不同的省份，最后經過B省的本地傳輸網落地。所以要實現對整條電路的端到端管理只能在集團傳輸綜合網管上來實現，而集團傳輸綜合網管要收集所有網元的信息，又有兩種不同的途徑：一是直接與骨干傳輸網中的各廠商網管互通，收集骨干傳輸網的網元信息，二是與各省綜合網管互通，通過省級綜合網管，再到各省本地傳輸網的廠商網管上，收集各省本地傳輸網的網元信息。

根據實際經驗表明，由于接口缺乏規范性、網管服務器效率不一、廠商支撐力度有限，在經過多級處理后，集團綜合網管很難收集到所有信息，收到的信息中也會存在大量不一致的情況，難以將實時的告警、性能信息與電路拓撲關聯起來，也就無法實現全程端到端的管控。

表2 智能網關網元功能描述以及與廠商網管的對比

圖4 典型長途傳輸電路示意

本文提出的智能網關網元則能夠很好地解決這個難題。如圖5所示，智能網關網元負責提供一個統一標準化的接口，綜合網管可以直連網元進行管理，同時又通過支持分權分域管理，集團綜合網管與省綜合網管可以同時管理網元，這樣網管信息的處理只需要經過普通網元—智能網關網元—綜合網管，信息流向清晰，標準化程度高。因此在引入智能網關網元后，集團綜合網管能夠從智能網關網元那里直接獲取電路所經過網元的全部信息。

引入智能網關網元相對于其他方案要簡單得多，只需逐步將現有的網關網元升級成為智能網關網元，并在綜合網管上進行相應的開發工作。當智能網關網元完全替代廠商網管后，網絡管理體系將簡化為網元—綜合網管兩層，與IP數據網絡的網絡管理架構一致，使得跨專業的綜合網管具備實施的基礎，仍以前述案例為例，在智能網關網元引入后，集團綜合網管能夠直接從各省本地傳輸網與骨干傳輸網以及數據設備獲取網管信息，從而實現端到端的跨專業跨域統一管理，而各省也可以建設各省的綜合網管，負責管理本省范圍內的所有網元。

4.4 部署智能網關網元前期準備工作關鍵點

雖然智能網關網元能夠很容易地引入現網中，但為保持未來網絡管理的統一化和規范化，在部署之前需要完成一定的準備工作，才能順利地進行演進工作，其中包括以下幾點。

（1）數據模型標準化

在傳統網管建設中，綜合網管在設計時因需要兼顧各廠商網管，使得其數據模型往往不十分規范,導致數據模型中存在著異常復雜的關聯,大大增加了處理實現的難度。而智能網關網元引入后，綜合網管將直接管理各廠商設備，沒有廠商網管進行轉換與翻譯，更有必要進行數據模型的標準化，讓各廠商網元上報至綜合網管的數據基于同一的模型，這樣才有利于綜合網管實現跨廠商的端到端管理。

（2）智能網關網元的北向接口標準化

在數據模型標準化的基礎上，進一步實現北向接口的標準化，要求各廠商所提供的智能網關網元按照統一的標準，至少在語言協議及功能規范上保持一致，以便于綜合網管通過采集與適配層，將收集到的各廠商網元上報信息進行規范化處理。

（3）智能網關網元的軟硬件性能規范化

在傳統網管體系中，廠商網管的管理范圍、處理能力以及保護恢復機制都有相應的標準予以規范化，因此作為替代傳統廠商網管的智能網關網元也有必要對其軟硬件性能進行規范，保證各廠商的智能網關網元能夠管理一定數量的網元，從而避免在網絡中部署過多的智能網關網元，使得過多的數據被發給綜合網管，造成綜合網管負擔過重。

圖5 引入智能網關網元后的解決方案

（4）網元數據（包括IP地址、網元名稱）統一規劃

在現有的傳輸網絡中，廠商網管起到了翻譯的作用，使得在廠商網管之下的網元數據并沒有一個統一的規劃，只要能保證同一個廠商網管管理范圍內的網元數據不沖突即可，比如各地對WDM或SDH設備在命名上差異很大，配置的IP地址也有較大的隨意性。如果貿然將所有網元直接由綜合網管管理，發生沖突的概率相當高。因此在部署智能網關網元之前，必須對全網所有傳輸設備進行梳理，對其網元數據，如IP地址、網元名稱，進行統一規劃，并根據引入步驟逐步進行修改，最終實現所有網元的網元數據在全網唯一性。

4.5 引入智能網關網元的優勢

由于智能網關網元能夠提供一個標準化的接口，供第三方網管系統直接管理網元，又能在智能網關網元與其他網元之間保持廠商私有協議，能夠從根本上解決傳輸網的管理問題。具體而言有以下幾方面優勢。

第一，簡單、規范化的網管接口有利于集約化和端到端的網絡管理。智能網關網元具備一定的網管能力，能夠將所管網絡的傳輸層硬件特性進行抽象，并以標準化接口的方式供上層系統調用。不同廠商的傳輸網絡能夠在管理層面實現統一化，也就是說可以通過一套由第三方開發的網管系統統一管理。此時，傳輸全網的數據可以無縫地拼接在一起，可以完美地呈現全程全網的動態信息，能夠實現基于業務或者基于客戶的全程端到端精確管理。

第二，智能網關網元的引入可以實現傳輸網絡管理的平滑過渡，減小對產業鏈的沖擊，保證網絡的平穩運行。由于智能網關網元與被管網元之間仍保持廠商私有協議，因此設備廠商無需改造升級所有的傳輸設備，只需在少量設備上增加簡單網管功能，工作量相對其他方案要少許多。

第三，降低運營風險和維護成本，縮短網管開發周期，提高運營效率。智能網關網元的標準接口可以實現網管的建設與底層技術松耦合，減少重復開發，減少網管層級，可大幅降低網管的開發難度、開發周期和開發及維護成本；同時綜合網管可以將更多的資源投入運營商需求的定制化開發中，進而提升運營效率。

第四，具有良好的擴展性，可以實現多專業統一管控。由于智能網關網元的向上接口摒棄了私有的專業的特性，可以采用通用的、開放協議，從而可以更容易地實現面向業務的多專業端到端的融合管理。

第五，通過智能網關網元開放接口的引入，便于上層網管的云化，并有利于向SDN方向發展。

4.6 引入智能網關網元的難點

由于智能網關網元是一個全新的方案，能否在網絡中得以順利實施，并有效解決網管所面臨的問題，還存在以下幾個難點。

首先，智能網關網元的標準化工作涉及的基礎性工作較多，前期研發準備周期相對較長。由于智能網關網元成功的關鍵在于其規范化、開放的接口，只有所有廠商按照統一的規范來研發，才能保證綜合網管能夠有效地收集、處理不同廠商網絡所上報的網元信息，因此標準化的進展直接決定了智能網關網元方案的成功與否。

其次，本方案需要得到傳輸設備廠商的廣泛支持，才能有效開展。由于智能網關網元引入了部分廠商網管的底層物理設備的管理能力，需要對網關網元上的管理單板進行升級，具備更強的計算能力和存儲能力，并在軟件方面實施遷移工作，會造成成本的上升。

最后，全網數據統一規劃與管理的難度也比較大。

5 結束語

筆者為從根本上解決傳輸網管難題，立足多專業融合，結合未來發展，從網元的角度思考，提出智能網關網元概念和端到端的管理方案，若要實現該方案，還有很長的路要走，同時也希望能夠拋磚引玉，逐步完善或提出更好的解決辦法。

1 鄭清泉.智能網管的研究與實現.廣東通信技術，2013（11）

2 俞赟.大規模存儲智能網管系統設計與實現.電子科技大學碩士學位論文，2010

3 戚宏杰.電信大客戶網管系統設計與實現.華東理工大學碩士學位論文，2012

4 鄭永哲.傳輸網管的現狀和發展趨勢研究.企業技術開發，2011（22）

5 陸小銘，曹維，蘇志勝等.電信IP網管系統引入云計算的方案研究.電信科學，2011（10）：36～40

6沙志浩.DCN技術在PTN網絡中的研究與應用.北京郵電大學碩士學位論文，2011