基于SDN的同步網網管功能提升方案研究

郁楠 周易鑫 王薇薇

摘要：針對時間頻率同步網不同廠商和類型設備網管的分散管理，導致業務操作復雜、設備性能參數獲取及故障定位難的問題，本文重點研究論證同步網功能升級的技術可行性，探索構建聯合化、立體化的時頻同步網絡管理解決方案，為優化完善同步網骨干層網絡建設、提升用戶接入層時頻信號保障質量提供技術支撐。

關鍵詞：時間；頻率；同步網；網管功能升級

近年來，上級大力推進綜合網管建設與完善，根據綜合網管“能管盡管”“應管盡管”的納管要求，同步網設備也必將走向納管之路。本項研究旨在為同步網集約管控提供理論依據，通過研究高精度同步網統一管控平臺，探索同步網網管結構、技術實現和系統功能要求，為聯合協同作業時頻網絡組織運用提供技術支撐。

一、時頻同步網網管現狀和存在的問題

（一）同步網網管現狀

時間頻率同步網由骨干節點和用戶接入節點構成，經過了幾次擴容和新建，部署了不同廠家的時鐘設備，分別為各自廠家專業網管納管。

（二）同步網網管存在的問題

當前，同步網各廠商網管的分散管理導致全網視圖不直觀、網絡結構不明確、關鍵信息不透明、資源底數模糊不清、跨廠商設備的業務調度和故障處置效率低、服務保障不順暢等問題，影響了高精度時間服務和統一穩定頻率保障質量。

二、時頻同步網網管升級的必要性

（一）同步網發展的需要

隨著異地協同作業和資源高效調度等應用場景的信息化發展，用戶對時頻信號的需求越來越多，對時間同步和時頻信號的精度要求也越來越高。因此，提升同步網網管功能，有效解決同步網各廠商網管分散管理帶來的問題顯得尤為重要。

（二）同步網管理的需要

目前，存在的問題包括各廠商網管分散管理、信息不通，導致時頻設備存在管控漏洞、資源底數不清、跨廠商設備參數對接難、配置復雜、性能監控盲區多、業務調度和障礙處置效率低等。為了解決這些問題，需要將SDN技術引入到時鐘設備的管理中，實現不同廠商時頻設備的統一管控。

（三）高質量時頻信號保障的需要

同步網為各種類型、不同場景的用戶提供服務，直接、高效地感知同步網信息服務質量非常重要，而各廠商網管分散管理無法高效進行障礙處置和準確獲取用戶服務信息，因此，打破不同廠家的管理隔閡，實現統一管理勢在必行。

三、時頻同步網網管升級的原則

升級應以綜合網管建設規劃為指導，并從同步網的骨干層用戶需求和接入層用戶需求出發，根據同步網安全等級、后期擴容以及經濟實用等原則，結合最新的網管建設理念進行。

（一）先進性的原則

SDN是當前網絡領域最熱門和最具發展前途的技術之一。因此，在同步網領域引入SDN技術進行網管升級，將大大提高同步網的管控質效。

（二）安全性的原則

網管升級采用的硬件設備應采用國產設備，并通過安防檢測，有效防范同步網設備統一管控可能存在的漏洞。

（三）經濟性的原則

積極與相關廠家對接，開放現網設備功能標準和接口規范，開發同步網統一管控平臺，后續新增的同步網設備應按平臺要求的功能標準和接口規范進行采購，對于無法納管的老舊設備，應進行有序地淘汰，平臺可以集中經費進行常用功能開發，對于一些不迫切的功能可以延后。

四、時頻同步網網管升級的目標

通過對同步網網管升級，構建一個易使用、易管理、易擴展的同步網統一管控平臺，使網絡不受硬件設備的控制和廠家品牌的約束，增強整個同步網的直觀性、靈活性和全局性。

五、高精度同步網統一管控平臺研究

軟件定義網絡SDN（Software Defined Network）能夠將網絡設備上的控制權分離出來，由集中的控制器管理，無須依賴底層網絡設備，屏蔽了底層網絡設備的差異，實現了不同廠商網絡設備的統一管理。基于上述情況，提出將SDN技術引入時鐘設備的管理中，并發現SDN技術在時鐘設備控制面和轉發面解耦是存在可行性的。

（一）SDN同步網管理系統結構

在SDN同步網管理系統的結構中，協同器是重要組件，由數據庫和控制終端組成，負責信息（網元同步狀態、性能數據、告警信息等）的接收、轉發和存儲，協同器還承擔了統一管控平臺與各廠家同步網管系統的同步狀態傳遞的任務。在結構中，同步網統一管控平臺位于控制層，通過北向接口連接至協同器，同時，各廠家同步網管系統也通過北向接口連接至協同器。綜合網管中常用的北向接口是CORBA接口，開發者根據這種接口的標準編寫相應的北向接口通信協議，以實現遠程調用機制。簡而言之，北向接口決定了各個協議之間的關聯方式，它是一組協議和調度。另一方面，統一管控平臺通過南向接口與支持Openflow協議的SDN交換機進行互聯，運用Openflow協議向SDN交換機下發用戶控制操作的流表，SDN交換機再通過SNMP協議或者TL1語言對接各廠家的同步網設備進行接口對接，并對設備進行管理、控制和維護操作，以實現統一管理。SDN同步網管理系統結構如圖1所示。

利用上述結構對不同廠商時鐘設備統一管控，需要滿足兩點要求：第一，南向接口所對應的廠家設備必須支持Openflow協議，否則用戶無法通過OpenFlow的安全路徑傳送管理或控制指令；第二，應用層同步網的設備管理軟件需要支持CORBA協議的API接口，并按統一標準提前對北向接口進行編譯。

（二）SDN同步網統一管控平臺數據采集方式

當SDN同步網統一管控平臺需要獲取數據時，網管用戶可以手動或通過設置數據采集策略定時使用簡單的調用指令，通過北向接口發送給協同器，協同器接收指令后，將從數據庫中調用從各廠家同步網管系統服務器所獲取的各類信息和性能數據，然后，協同器將數據返回給SDN統一管控平臺的數據庫。數據庫接收數據后，可以在管控平臺展示網元同步狀態、性能數據、告警信息等內容。命令轉發設備可以使用常規的指令代碼，例如put、get、delete等類型，完成對數據庫中數據的增、刪、改、查操作，協同器通過帶動各廠家同步網管系統的實時更新，實現了SDN統一管控平臺信息獲取流程，如圖2所示。

（三）SDN同步網統一管控平臺可視化界面的開發

同步網統一管控平臺可視化界面的開發可以運用Eclipse IDE for Java EE開發工具，采用現在流行的程序設計語言Javascript，搭配SSM框架進行編程設計，北向接口主要采用Corba集成技術進行編譯。

1.同步網統一管控平臺SSM框架的定義

SSM框架是“Spring+Spring MVC+MyBatis”。Spring負責管理業務對象并幫助實現類的初始化和類的裝配工作。Spring MVC即M（model），V（view），C（controller），是Spring框架中的一員，它負責接收請求并轉發給控制層，在請求接收數據處理和業務處理后返回給用戶。MyBatis則是一個與數據庫打交道的框架，它會將數據庫中的表翻譯成類，將字段翻譯成類的字段，將記錄翻譯成對象。

2.同步網統一管控平臺SSM框架的結構

SSM框架將整個系統分為四層編譯模塊，分別是持久層（Dao層）、業務層（Service層）、控制層（Controller層）、視圖層（View層）。

持久層使用MyBaits技術，主要工作是維持數據持久化，使得數據能被反復調用，進行數據管理以及更新，同時將與數據庫聯絡的一些任務封裝在這里。持久層首先設計的是該層的接口，進行接口實現類的設計，將實現類關聯在Spring的配置文件中。在處理數據的過程中，可以在模塊中調用這個接口，而接口的具體表現類并不需要知道，使整個構造更加簡明。持久層連接數據庫的各類參數以及數據源都在Spring的配置文件中進行配置。

業務層使用Spring技術，主要工作是接口的編譯，便于表現層調用，負責關于業務模塊邏輯應用的設計。在實現接口編譯后，再進行接口實現類的設計，將實現類關聯在Spring的配置文件中，以此調用所編譯的接口來處理業務。已定義的持久層的接口被調用來實現業務層的業務。進行封裝的業務層業務邏輯讓各個業務邏輯獨立開來，使整個程序更加簡明。

控制層使用SpringMVC技術，主要工作是控制具體的業務流程。族控制層中，需要使用業務層的接口來完成具體的業務邏輯。在Spring配置文件中，還要進行控制指令的配置，根據不同的業務流程來匹配相應的命令轉發設備，并對整個流程進行抽象地劃分和整理，創建子單元流程模塊，并且可以進行反復調用，從而提高了編碼的效率，也使整個結構更加簡明。

視圖層使用SpringMVC技術，主要工作是對數據庫相關內容以及網管操作的可視化應用，它與控制層協同工作，相互結合。

3.基于SSM框架的SDN網管系統模塊

把網管系統根據其作用分為三大功能模塊，分別是展示層、邏輯層、數據層。同步網統一管控平臺為展示層，主要是面向網管用戶，后端是邏輯層和數據層，主要面向開發人員和運維更新人員。

（四）技術要求

1.軟硬件平臺的技術

后臺操作系統應采用國產操作系統，并應支持數據庫管理，平臺軟件應滿足后向兼容性，運用分布式計算技術，采用多層開放體系結構模塊化設計，并支持用戶的本地和遠程接入。

2.管理能力

根據現網體量需求，平臺應滿足客戶端同時接入數量、同時操作用戶數量、可納管同步網網元數量、日志存儲量、告警數目存儲量等。

3.管理范圍

應支持管理所有同步網設備，并通過其北向接口向協同器上報選擇性的網管系統信息、配置信息、告警信息、性能監控管理、心跳管理等數據。

4.可靠性要求

通用網管服務器應支持“1+1”熱備用配置，故障時間應控制在1%以下。在出現故障時，對視頻業務應不產生任何影響。當用戶客戶端程序異常停止時，不應影響服務器端和其他用戶客戶端界面的正常運行。當通用網管服務器與同步網網元或各廠家同步網網管服務器連接中斷時，網管系統應在一定時間內自動嘗試重建連接，如果連接失敗，應以告警形式提示用戶。

5.數據同步

通用網管服務器應具備數據同步機制，能夠按時自動或手動刷新，以實現網管系統與同步網網源或各廠家同步網網管服務器數據的一致性。

（五）系統功能要求

根據同步網運行維護管理的需求，網管系統應同時具備網元管理和網絡管理功能，其基本功能應包括告警管理、性能管理、數據配置、監視維護、拓撲管理、數據庫管理、NTP管理、PTP管理、用戶管理、日志管理、數據統計等。同步網網管基本功能如圖3所示。

告警管理：同步網網管應支持對同步網網元當前告警的查詢與實時同步、一定時間段歷史告警的查詢、告警屏蔽、告警門限設置、告警展示方式（級別、聲音、顏色、確認與否、消失與否）的設置等功能。

性能管理：同步網網管應支持對同步網網元進行性能監控管理，包括在指定的時間范圍內對同步網網元進行時間間隔誤差（TIE）、最大時間間隔誤差（MTIE）、時間偏差（TDEV）、頻率偏移（FREQ）、通道狀態等監測，并能夠實時獲取同步網網元的性能狀態。

數據配置：同步網網管應支持用戶對同步網網元進行系統參數配置、頻率參考源配置、時間參考源配置、閏秒設置、通道信號類型設置與使能、實時配置數據的查詢等。

監視維護：同步網網管應支持用戶對單板軟件版本、單板狀態、參數信息、時間源時間、跟蹤狀態、跟蹤通道狀態及類型、電源狀態、衛星卡類型及狀態、天線狀態、衛星信噪比、衛星工作模式及跟蹤顆數、衛星日期時間、衛星卡位置信息等查詢操作，并支持單板復位和主備倒換操作。

拓撲管理：同步網網管應支持物理拓撲管理和邏輯拓撲管理功能，包括同步網網絡拓撲管理應支持時鐘分級連接視圖、連接關系標注、子網分區管理、網絡瀏覽、網絡監視、拓撲信息同步、拓撲信息存儲、拓撲圖編輯、圖例管理等功能。

數據庫管理：同步網網管應支持數據庫備份與恢復、通信鏈路監視、軟件遠程維護管理等功能。

NTP管理：同步網網管應支持服務器IP設置、密鑰設置、時間服務器主備設置、時區設置、允許偏差、時間差門限、未同步時間等功能。

PTP管理：同步網網管應支持時鐘ID、優先級、光模塊使能、1588V2使能、1588域號、端口狀態（MASTER、SLAVE）、一步兩步選擇、延遲測試機制、Sync報文間隔、Announce報文間隔、Delay報文間隔的設置。

用戶管理：同步網網管應支持對網管的用戶賬號、權限級別、管理對象、操作集、賬號有效期、用戶密碼策略、最大在線用戶數量等進行設置。

日志管理：同步網網管應支持安全日志、系統日志、操作日志的管理，并支持日志的查詢和備份功能。

數據統計：同步網網管應支持同步網網元分類信息統計報表、端口（頻率、時間）資源統計報表、跟蹤運行狀態報表、網元增量報表等功能。

六、結束語

SDN技術作為一種新的網絡架構理念，其集中控制、可編程、控制和轉發分離的特性，為業務靈活開通、網絡實時可重構、資源靈活調度提供了無限可能。針對同步網絡設備靈活接入、統一納管、高效使用等需求，將SDN技術引入同步網絡中具有重要意義。基于SDN的集中控制理念，可以更加方便地進行多層級復雜網絡運維管理；基于SDN的可編程理念，可實現底層硬件屏蔽，上層通信資源的靈活調度，多廠家設備統一納管；基于SDN的控制和轉發分離思想，可以實現各類同步網設備的統一化，提高故障排查效率，豐富同步網網管功能，提高用戶接入層時頻信號保障質量。

作者單位：郁楠 周易鑫 王薇薇 中國人民解放軍31121部隊

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