家庭網絡拓撲的設計與實現

摘? 要： 擬通過終端故障定位和處理的自動化和智能化，來降低故障的定位和處理難度。通過獲取家庭網絡各終端的靜態信息、業務數據、實時狀態和自動診斷數據、周期采集歷史數據，自動分析處理上連下掛各端口的狀態，生成顯示用格式數據，繪制各終端的真實組網拓撲關系和故障的告警位置，智能修復故障。設計并實現了一種家庭終端網絡的自動診斷、可視化拓撲顯示、智能修復的系統，并通過運營商的實踐使用驗證了該系統的良好效果。

關鍵詞： 家庭網絡; 可視化; 拓撲; 自動診斷; 智能修復; 運營商

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）01-29-04

Abstract： This paper intends to reduce the difficulty of fault location and processing by automation and intellectualization of terminal fault location and processing. By acquiring static information， service data， real-time status， automatic diagnosis data and periodic historical data of each terminal of the home network， automatically analyzing and processing the status of each port linked up and down， generating display format data， drawing the real network topology relationship and fault alarm location of each terminal， intelligently repairs the faults. An automatic diagnosis， visual topology display， intelligent repair system for home network is designed and implemented， and the good effect of the system is verified by the practice of operators.

Key words： home network; visualization; topology; automatic diagnosis; intelligent repair; operator

0 引言

終端設備位于用戶側，作為家庭用戶接入網絡的入口，提供基礎的寬帶接入、語音業務、IPTV等核心業務和其他增值業務。家庭終端網絡主要包括家庭網關、機頂盒、無線訪問接入點AP、路由器等終端設備，以及手機、電腦、電視等各類下掛設備[1]。

終端網元管理系統是終端設備的業務部署和遠程管理平臺，其主要用于家庭網關、企業網關、機頂盒、IMS等終端設備的注冊、配置、監控、遠程故障診斷與修復等功能，如中國電信的終端綜合管理系統ITMS[2]。其對外通過北向接口與電信運營商的業務運營支撐系統進行對接，處理終端設備的開銷戶、業務配置等工單業務，并通過自身的門戶系統提供完整的終端操作管理功能，其對終端設備的操作主要通過TR069管理協議實現[2-3]。

1 現狀分析

隨著移動互聯內容應用的日益普及，運營商在網絡、業務等服務環節面對著客戶的抱怨和投訴時一般采用“一點受理，多點回復”的模式：客服人員收到客戶投訴后，如果能夠簡單判斷出原因，則直接給客戶提供解決方案;如果是原因復雜涉及到技術方面的，則將其投訴工單發送給技術支撐部門，由技術人員進行處理，并將處理結果反饋給客服中心，由客服人員回復給顧客[4-5]。

因為終端設備通常都位于用戶側，大多數是直接安裝在客戶家中，不受運營商控制。運營商提供接入終端設備后，具體家庭組網通常由用戶自己決定，因此組網也非常多變復雜，可能出現各種連接問題，如下掛設備端口連接錯誤、接口松動、終端配置信息被修改等不可預期的問題，而發生問題時客戶一般都會選擇進行投訴。基于以用戶為中心的宗旨，快速定位解決問題便是一個重要的課題。

在投訴的故障中，很多由于客戶使用不當造成的問題是可以在技術層面自動檢測，智能識別處理的。以寬帶報障為例，存在下述流程的問題診斷排查手段：①承載接入網絡問題，診斷手段可以是PING測試、在線狀態檢測、Trace Route測試等;②用戶側終端上連異常，如賬號、連接方式等配置錯誤，診斷手段可以是仿真測試、工單參數校驗等;③用戶側下掛異常，如下掛設備LAN口連接錯誤、連接狀態異常，Wi-Fi質量等問題，診斷手段可以是終端狀態檢測、業務綁定信息校驗。

定位故障時往往需要用到多種手段，逐一排查比較低效，流程復雜。實踐使用時往往依賴經驗，具有一定的猜測性，一般都不具備自動檢測，智能修復的功能。而實際上可以整合現有的各類診斷檢測和修復功能，以整個家庭終端網絡拓撲為中心，實現自動檢測、可視化顯示、故障智能修復，并且可以針對具體使用場景進行優化。

具體來說，可以基于終端設備信息、業務信息和各項診斷數據，實現自動檢測和分析，精確區分為可遠程處理、遠程指導和上門處理的場景。繪制精確到端口的家庭終端網絡拓撲圖，并進行功能擴展，實現組網的可視化顯示和故障精確提示。對可以遠程處理的問題，整合相關的修復功能，如重啟、重做業務、修復配置等到顯示頁面。

2 設計

2.1 架構設計

基于現有的終端網元管理系統，進行家庭終端網絡拓撲的設計和實現，其結構如圖1所示。

2.2 拓撲數據來源

作為家庭終端網絡拓撲顯示的基礎，拓撲數據主要包括基本信息、業務信息、實時數據和采集數據，來源于多種途徑。

基本信息來源包括：①電信運營商下發的開戶工單，經工單服務處理后交由靜態信息服務存儲并提供獲取接口;②終端設備通過Tr069 協議上報的信息，經ACS處理后交由靜態信息服務存儲并提供獲取接口。

業務信息來自于電信運營商下發的寬帶業務、語音業務、IPTV業務的工單信息，主要包括各業務的賬號、連接信息，由工單服務提供獲取接口。

實時數據主要為進入拓撲頁面時實時從終端獲取的信息，如上連下掛口的通斷狀態、各業務的運行情況信息、WLAN 狀態信息，以及下掛設備的信息等[6]。

采集數據主要來自終端周期上報的運營數據，如流量信息、網絡質量等，其基于寬帶上網通道通過FTP方式上傳至數據存儲分析服務，并由其處理后提供獲取接口。

2.3 終端上連分析算法

終端上連信息主要指家庭終端網關接入運營商網絡側的相關信息，其通過對比工單信息并進行仿真測試生成，算法流程如圖2所示。

2.4 家庭終端組網分析算法

家庭終端組網信息主要通過遞歸方式獲取家庭終端網絡所有終端的信息，并結合業務信息的端口綁定關系進行分析獲取，算法流程如圖3所示。

2.5 網絡流量和質量數據分析算法

網絡流量和質量數據結合歷史采集數據、實時數據和業務數據分析獲取，算法流程如圖4所示。

3 實現

3.1 后端改造實現

基于現有的終端網元管理系統，在南向增加FTP服務器接收采集數據，并增加數據存儲分析服務。數據存儲分析服務主要實現了兩個主要功能：①對采集數據進行分析處理，并使用Elastic Search進行存儲;②提供標統一的查詢Restful接口供調用。

增加并實現家庭終端網絡拓撲服務，其通過各服務接口實現信息的獲取和操作的實現，并提供Restful系列接口，供前端瀏覽器實現顯示數據的獲取和操作功能的調用。

3.2 前端界面顯示與修復

使用AJAX異步加載方式對拓撲數據分批次從服務端獲取并顯示，提升用戶的易用性體驗。

基于從家庭終端獲取的各終端實際關聯關系繪制拓撲圖，精確顯示家庭中所有終端設備和下掛設備的實時連接狀態。對終端設備，顯示WAN、LAN、Wi-Fi、語音端口的狀態，并將設備間的連接線精確到端口，以常規的紅（故障）黃（告警）綠（正常）三色標識線路和端口狀態，并用灰色表示離線時的默認值。

基于簡約至上的交互式設計策略，巧妙使用徹底隱藏，適時出現的隱藏策略[7]，僅在故障告警生成的具體位置處高亮顯示標識，鼠標移動到顯示標識上時，故障細節信息、建議信息和修復操作才適時出現。

在家庭終端網絡拓撲顯示頁上，增加實現了可定制的圖形化模塊，對常規的統計指標，如流量、升級軌跡、Wi-Fi信道等，實現了定制化顯示和獨立加載。

通過對拓撲圖的展示實現，清晰的顯示了家庭網絡中各終端設備的運行狀態、業務狀態、端口狀態和網絡質量，以及各終端設備的關聯關系，并內嵌實現的智能修復操作。

通過實現各項故障告警自動綁定對應的修復操作，可以方便的調用修復操作完成異常的修復和修復后效果的二次確認，并且實現了一鍵智能修復所有建議項的功能。

4 結論

實現了家庭終端網絡拓撲的系統后，使用者可以在不掌握較復雜的技術手段時，即可快速定位到終端故障的問題點，并根據診斷建議直接進行修復處理或移交上門人員處理，實現投訴的快速響應和快速處理。

5 結束語

本文設計并實現了一種家庭終端網絡的自動診斷、可視化拓撲顯示、智能修復的系統。通過運營商的實際使用驗證了該系統的良好效果。并且在終端網元管理系統實現了家庭終端網絡拓撲化的功能后，作為一個特色亮點，在多個運營商局點收到了很高的評價，進一步提升了終端網元管理系統整體的好評度。

參考文獻（References）：

[1] 龍戎.智能家庭網關發展趨勢研究[J].電信網技術，2014.9：1-5

[2] 沈昕，孟建庭.與ITMS融合的IPTV終端管理技術[J].電信科學，2009.3：27-31

[3] 郝振強.終端處理方法、裝置及終端網絡管理系統：中國，106301878[P]，2017-01-04.

[4] 于建華，盧和宇.電信行業客戶投訴管理現狀及方法分析[J].北方經濟，2013.10：92-93

[5] 岳丹陽.移動通信客戶投訴的智能診斷方法研究[J].中國新通信，2016.17：1-3

[6] 郝振強.基于TR069協議的家庭網絡拓撲顯示系統及其方法：中國，105429772[P]，2016-03-23.

[7] （英）科爾伯恩（Colborne， G.）著，李松峰，秦緒文譯.簡約至上：交互式設計四策略[M].人民郵電出版社，2011.