一種基于移動網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫模型設計方法

［曹德強］

1 概述

大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎是數(shù)據(jù)，移動網(wǎng)絡作為目前最大的數(shù)據(jù)產(chǎn)生源之一，其每天會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中蘊含著網(wǎng)絡的健康情況，用戶的使用感知等各種各類的信息，如果不加整理直接進行存儲，則會對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析帶來極大的不便。因此需要針對不同的數(shù)據(jù)類型，建立符合其自身數(shù)據(jù)特點和應用場景的數(shù)據(jù)庫模型，以提升數(shù)據(jù)的存取效率，使數(shù)據(jù)更易分析使用，為后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘打下一個良好的基礎。本文主要針對參數(shù)類的數(shù)據(jù)，結(jié)合網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，提出了一種符合范式、易維護、易擴展的數(shù)據(jù)存儲模型，供各位讀者在實際的應用中進行參考。

現(xiàn)階段，移動網(wǎng)絡的經(jīng)歷了由2G 到5G 的技術(shù)演進，網(wǎng)絡也從模擬時代進入了數(shù)字時代，網(wǎng)絡中硬件結(jié)構(gòu)的組成也不斷發(fā)生著變化。但移動網(wǎng)絡整體的拓撲結(jié)構(gòu)依然使用著樹狀組網(wǎng)的拓撲方式，因此如果在數(shù)據(jù)存儲方面也采用與網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)相同的架構(gòu)進行數(shù)據(jù)存儲，可以極大的提升整體數(shù)據(jù)的可讀性，增強用戶體驗。

同時，在數(shù)據(jù)存儲方面采用樹狀的存儲方式，可以極大的減少數(shù)據(jù)庫表的數(shù)量。但也存在一定的問題，比如在樹狀分支較深的情況下，數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)就顯的比較繁瑣，會導致數(shù)據(jù)查詢效率較低。因此，需要一種數(shù)據(jù)存儲方法，能夠優(yōu)化整個樹形結(jié)構(gòu)表的查詢、更新和刪除方式，提升整體的數(shù)據(jù)查詢和更新效率。

2 設計目標

結(jié)合移動網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，設計出一種樹狀的數(shù)據(jù)庫模型，能夠方便地進行數(shù)據(jù)查詢，實時響應用戶的查詢動作，且便于數(shù)據(jù)維護和更新。

3 設計原則

（1）數(shù)據(jù)庫三范式原則

第一范式：原子性原則，字段不可分，每個字段是原子級別的

第二范式：完全依賴，非主鍵字段完全依賴主鍵

第三范式：消除傳遞依賴，非主鍵字段不能相互依賴

（2）可擴展性原則：移動網(wǎng)絡的業(yè)務是不斷擴展的，其中的網(wǎng)元也會不斷增加，因此模型設計上要遵循可擴展性原則，便于后期的業(yè)務擴展。

（3）易維護：當網(wǎng)絡節(jié)點出現(xiàn)增刪等情況時，能夠方便快捷的維護整體數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)。

4 概念模型設計

移動網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)從單個基站的角度來講是樹狀的，以LTE網(wǎng)絡為例，其單個基站的拓撲結(jié)構(gòu)從硬件上可分為：BBU-板卡-RRU-天線四層結(jié)構(gòu)，從邏輯結(jié)構(gòu)上又可大體分為：基站-小區(qū)-鄰區(qū)三層結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)相對清晰。

但從現(xiàn)網(wǎng)北向數(shù)據(jù)（按集團規(guī)范，廠家需將網(wǎng)絡參數(shù)上傳至北向服務器）的組成上來看，其板卡、RRU、天線這些硬件并未在數(shù)據(jù)上顯示明顯的樹狀結(jié)構(gòu)，而是并列呈現(xiàn)的，其整體的數(shù)據(jù)組成結(jié)構(gòu)如圖1 北向參數(shù)架構(gòu)圖所示。

圖1 北向參數(shù)架構(gòu)圖

由圖1 可知，在常規(guī)的數(shù)據(jù)存儲中，如果需要得到一個BBU 下，主要的硬件和邏輯網(wǎng)元信息，則需要對板卡、RRU、天線、基站、小區(qū)等數(shù)據(jù)表分別進行關(guān)聯(lián)，才能得出結(jié)果，其查詢效率相對較低，數(shù)據(jù)庫語句寫法也相對較為復雜。

那么有沒有更簡單的存儲方式呢？圖1 中，我們把各表單獨進行存儲，表與表之間雖然可以通過外鍵進行關(guān)聯(lián)和約束，但在統(tǒng)計上就顯的較為復雜。

如果我們把各表內(nèi)通用的字段提取出來，按照樹狀結(jié)構(gòu)放在一張表內(nèi)，再將各表的私有字段存儲在私有表中，那么我們在統(tǒng)計上就會顯得相對簡單一些，只需要在一張表內(nèi)進行即可。如果需要各參數(shù)表的具體參數(shù)信息，則可以通過與相對應的參數(shù)表進行關(guān)聯(lián)獲取，其數(shù)據(jù)庫模型可以抽象為圖2 樹表結(jié)構(gòu)設計圖。

圖2 樹表結(jié)構(gòu)設計

在該模型中，將各參數(shù)表的通用字段存儲在一張通用表內(nèi)，添加網(wǎng)元類型字段用于區(qū)分參數(shù)類型；添加父節(jié)點ID 字段，用于進行表內(nèi)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和統(tǒng)計。該模型將原本樹狀的網(wǎng)絡架構(gòu)進行了扁平化，將網(wǎng)絡內(nèi)的主要網(wǎng)元信息存儲在了一張通用表內(nèi)，與原有的模型相比，有如下幾個特點。

（1）簡化了數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將原本需要在多個表間進行的關(guān)聯(lián)統(tǒng)計，簡化到了一張主表內(nèi)。在主表內(nèi)通過遞歸查詢，即可實現(xiàn)原本需要多個表關(guān)聯(lián)的統(tǒng)計，極大地簡化了統(tǒng)計語句，同時提升了查詢效率。

（2）結(jié)構(gòu)靈活，數(shù)據(jù)易擴展

隨著網(wǎng)絡的不斷升級，數(shù)據(jù)版本不斷地演進，網(wǎng)絡存在多版本共存的情況，但實際網(wǎng)絡規(guī)模擴長并沒有那么快速。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)設計中，每新增一個版本，就需要新增一張數(shù)據(jù)表，在做數(shù)據(jù)統(tǒng)計時，就需要多關(guān)聯(lián)一張表。采用樹表結(jié)構(gòu)設計后，如果新增了一個版本的數(shù)據(jù)，只需要在主表內(nèi)進行相應的數(shù)據(jù)更新即可，其新版本可以作為一個新的參數(shù)表，與主表進行關(guān)聯(lián)，其原有的統(tǒng)計方式不變。數(shù)據(jù)擴展方便，可以根據(jù)需求隨時進行擴展，腳本改動小，開發(fā)迅速。

（3）維護方便

當某個參數(shù)版本不需要時，可以對該版本的參數(shù)表進行整體刪除，而不影響統(tǒng)計結(jié)果，極大地降低了維護成本。

5 邏輯模型設計

本部分以LTE網(wǎng)絡為例，對各主題域所包含的內(nèi)容和關(guān)系進行描述，整理各主題內(nèi)資源的邏輯關(guān)系

5.1 通用參數(shù)表

通用參數(shù)表主要將LTE網(wǎng)絡內(nèi)的通用參數(shù)進行存儲，并添加相應的網(wǎng)元類型和父節(jié)點信息，便于進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。如表1 所示，通用參數(shù)表。

表1 通用參數(shù)表

5.2 參數(shù)信息表

包含了RRU、BBU、板卡、天線、邏輯基站、邏輯小區(qū)等網(wǎng)絡參數(shù)信息，與通用參數(shù)表進行關(guān)聯(lián)，用于查詢某個網(wǎng)元的具體網(wǎng)絡參數(shù)。參數(shù)信息表如表2 所示。

表2 參數(shù)信息表

6 結(jié)束語

通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)架構(gòu)多以樹狀結(jié)構(gòu)為主要的拓撲形式，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方式雖然可以滿足數(shù)據(jù)存儲的需要，但在數(shù)據(jù)查詢效率和擴展性方面存在較大的不足。當出現(xiàn)數(shù)據(jù)版本升級時，會導致較大的代碼改動，數(shù)據(jù)維護升級維護成本較大，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面需要關(guān)聯(lián)大量的表格才能出結(jié)果。

采用主表與實體參數(shù)表相結(jié)合的模型進行數(shù)據(jù)設計，可以極大的減少數(shù)據(jù)和代碼的維護成本，而且極易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的橫向擴展，對后續(xù)的網(wǎng)絡升級極為有利。

其不足之處在于：

（1）通用表的數(shù)據(jù)量可能相對較大。在實際的模型設計中，需要根據(jù)網(wǎng)絡的規(guī)模進行通用表的拆分。不需要將所有的數(shù)據(jù)存在一張通用表內(nèi)，可以適度拆分，減少通用表的數(shù)據(jù)存儲量。

（2）對于樹狀分支較深的表，采用遞歸查詢，效率會有所降低。遞歸查詢在多層的深度分支表內(nèi)，其查詢效率會有所下降，且對資源的占用率比較大。因此，在遇到多層分支表的情況下，可以提前將樹狀關(guān)聯(lián)關(guān)系計算出來，再進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

在實際的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫設計中，應結(jié)合當?shù)鼐W(wǎng)絡規(guī)模和數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)以及實際的業(yè)務場景，選擇合適數(shù)據(jù)庫模型進行設計，以提升整體的系統(tǒng)資源利用率和網(wǎng)絡響應速度。