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摘要：

針對現有光纖網絡資源管理方法無法有效地保證數據準確性及靈活處理復雜多變的現場狀況的問題，提出了一種半分布式光纖網絡資源智能化管理方法。該方法利用光纖網絡區域化管理的特點，對光纖資源信息庫中的資源數據按照區域進行數據塊劃分，將數據塊副本分布存儲于智能管理終端節點中。基于該方法，設計并實現了一種智能化光纖網絡資源管理系統。對該系統的測試結果表明：所提出的半分布式光纖資源方法在性能指標上達到了光纖網絡的管理標準，并能夠很好地解決光纖網絡管理的瓶頸問題。

關鍵詞：

光纖網絡；智能化；資源管理；集中式；半分布式

智能化是指綜合利用當前計算機網絡技術、通信信息技術、智能控制技術以及相關行業技術而實現的針對行業某一方面的自動化、電子化的應用。隨著計算機網絡的迅速發展，世界上每一個物體實現連接交互均已成為了可能，這為智能化的快速發展提供了基礎。智能化也可以看作是對計算機網絡在其他行業內應用的一次大膽嘗試，而移動互聯網的迅速發展，更加速了智能化的普及。目前，世界上越來越多的國家開始重視寬帶技術的發展，這為全球的寬帶覆蓋及信息化水平的提高提供了機遇［1］。在中國，寬帶相關產業包括云計算、互聯網視頻等也開始了快速發展。截止2012年4月，中國的寬帶用戶規模已經達到1．59億，然而中國寬帶不寬的現象一直遭人詬病［2］。光通信是以光作為信息傳輸的載體，它主要以光纖作為物理鏈路進行傳輸，相對于傳統的電通信而言，光通信具有更高的傳輸速率和更高的可靠性，因而成為促進寬帶發展的重點。工信部于2013年8月提出了“寬帶中國”發展戰略［3］，旨在規模化部署光纖，實現光纖入戶（FTTH，FiberToTheHome）［4］，提高寬帶質量。光纖網絡即是為實現大規模部署光纖而構建的網絡系統。光纖網絡是FTTH規模部署的核心網絡，其管理將直接影響部署的最終實施效果。將智能化應用于光纖網絡中，實現光纖網絡中光纖資源的高效智能化管理，已經成為電信行業資源管理領域進行光纖資源合理配置的研究重點。本文通過對現有手工的和智能化的光纖網絡資源管理方法的研究，提出了一種半分布式光纖網絡資源智能化管理方法。該方法利用光纖網絡區域化管理的特點，對光纖資源信息庫中的資源數據按照區域進行數據塊劃分，將數據塊副本分布存儲于智能管理終端節點中，通過智能管理終端中的數據塊副本來實現對光纖網絡資源的半分布式管理。

1光纖網絡資源管理

光纖網絡資源的管理是通過手工或者自動化的手段來管理大規模的光纖網絡設備并支持在這些設備上進行施工［5］。在對光纖網絡中的設備進行管理時，資源管理中心根據客戶的業務需求下發管理任務給現場管理人員，現場管理人員領取任務后到設備現場根據任務要求對設備進行施工。施工完畢后，管理人員將結果返回給資源管理中心進行記錄。光纖網絡資源管理流程如圖1所示。目前，光纖網絡資源的管理主要有傳統光纖網絡資源管理和集中式智能化光纖網絡資源管理兩種方法。

1．1傳統光纖網絡資源管理方法傳統光纖網絡資源管理方法是通過手工的方式以紙質工單作為管理任務信息的載體來進行遠端光纖設備的管理施工［6］。傳統管理方法依賴手工進行管理，手工操作設備，手工記錄施工結果，手工將結果數據錄入光纖網絡的資源庫中。這種管理方法存在以下問題：網絡手工管理，效率低下；網絡中設備資源的數據錯誤率高；故障點分散，難以排查；故障解決時間長。光纖網絡手工管理的難題嚴重制約著光纖產業的發展及光纖網絡的規模化部署［7］，實現智能化的光纖網絡資源管理已經成為光纖網絡規模化部署的迫切要求。

1．2集中式智能化光纖網絡資源管理方法智能化光纖網絡資源管理方法以光纖資源管理中心為管理核心，以管理人員在設備現場手持的管理終端作為任務信息傳輸中介來實現對光纖設備的智能化管理［8－9］。光纖網絡中所有的資源數據均存儲于資源管理中心資源信息庫中，由資源中心產生工單任務并下發到現場管理人員手持的管理終端，由終端對設備進行管理。集中式智能光纖管理系統的結構如圖2所示。為實現集中式智能化光纖網絡資源管理，需要進行以下6個步驟：（1）首先改變傳統光纖網絡中光纖設備的無源特性，對光纖設備以及設備上的機框、板卡、端口等進行唯一編碼并能識別。（2）創建光纖網絡資源信息庫，將光纖網絡中的設備、端口等資源在信息庫中存儲。（3）在受理用戶業務后，業務管理員根據業務信息從資源庫中提取設備資源信息產生工單任務并指派給現場管理人員。（4）管理人員手持管理終端獲取工單任務并將工單指令發送給光纖設備上管理控制器，控制器對相關資源進行狀態變更。（5）現場管理人員根據設備指示進行施工。完畢后，控制器識別設備資源狀態變化并將該資源信息編碼后發送到管理終端。（6）管理終端施工后將設備對應資源實際信息上傳到光纖網絡資源庫中存儲。集中式智能化方法框架如圖3所示。根據集中式智能化管理方法，管理人員在施工前從管理終端遠程獲取電子工單任務。施工時，終端將工單任務編碼成控制指令發送給設備，施工人員根據指示完成施工。施工完成后，任務結果數據由終端上傳到光纖網絡資源庫中進行持久化保存。集中式智能化的管理方法解決了傳統管理方法的手工管理問題，但是，由于并未根據光纖網絡管理的實際情況做出相應改變，因此存在以下3個缺陷：（1）資源集中式存儲，難以克服資源庫單點故障；（2）光纖設備在線管理，難以應對復雜管理場景；（3）終端缺乏管理自主性，難以應對現場突發狀況。集中式智能化管理方法雖然可以很好地保證資源數據管理的可靠性，然而其缺陷導致在實際操作過程中，光纖網絡資源智能化管理的效果并未達到預期。

2半分布式智能化管理方法

為了解決集中式智能化管理方法中存在的問題，本文提出了一種半分布式光纖網絡資源智能化管理方法。

2．1方法概述半分布式智能化管理方法是在集中式方法的基礎上結合光纖網絡區域管理、設備管理獨立的管理特點提出的。在該方法中，光纖網絡中資源數據的存儲管理仍然以光纖網絡資源管理中心為中心，而將光纖資源信息庫的資源數據根據區域進行劃分，并將不同區域的數據的副本存儲于智能管理終端中。通過終端中的資源副本數據實現對設備的管理。該方法將區域數據塊副本分布式存儲于管理終端，因此稱之為半分布式管理方法。基于該方法的管理結構如圖4所示。從圖4中可以看出，資源信息庫位于資源管理中心，作為整個光纖網絡管理的中心，管理終端作為輔助節點圍繞資源庫來執行具體管理任務。資源信息庫按照區域劃分多個數據塊，終端存儲劃分后的某個數據塊副本。半分布式智能化管理方法是在集中式管理方法的基礎上結合光纖網絡實際管理特點而提出的，可以分為支持半分布式智能化管理的基礎框架和基于角色的半分布式智能化管理框架兩部分。半分布式智能化管理方法的組織框架如圖5所示。

2．2支持半分布式智能化管理的基礎框架支持半分布式智能化管理的基礎框架分為硬件和軟件兩部分。硬件支持主要基于光纖設備智能化來進行，軟件支持則基于光纖網絡資源庫和智能管理終端來進行。

2．2．1光纖設備智能化對于光纖設備的智能化實現本質上是對設備上管理控制器的改造和設備資源的編碼，使之與外部通信模塊交互并識別、控制設備中資源狀態。設備管理控制器是可編程的單片機控制器芯片，在單片機芯片上固化控制程序實現對已編碼資源的識別控制。

2．2．2資源庫區域劃分、權限機制和遠程同步在設備智能化的基礎上，對設備已編碼資源進行存儲并根據設備區域編碼來進行管理劃分，并提供權限管理機制和資源同步操作。設備資源所包含的基本數據域如下：（1）唯一索引值Id，Id∈｛1，2，3，4，…，N｝。（2）設備唯一編碼。編碼是設備資源在整個光纖網絡中的唯一數據標識。（3）設備名稱。為便于識別設備而為之命名的方便管理的名稱。（4）區域唯一編碼。區域編碼根據設備實際所在位置確定。光纖網絡由多個管理區域組成，每一個區域都包含有多個設備資源。資源信息庫對光纖網絡中的每一個區域都定義有唯一編碼。光纖網絡資源信息庫根據區域編碼進行劃分的物理視圖見圖6。整個光纖網絡資源數據庫中的設備資源根據其區域編碼進行數據塊的劃分，區域與其中的設備數據進行關聯映射，以區域編碼為Key，區域內數據塊為Value。區域數據塊的集合構成該區域的資源數據，所有區域的數據集合構成整個網絡的資源數據。權限管理機制用以保證資源數據副本的可靠性。權限管理機制使用基于角色的訪問控制模型，通過為管理人員添加角色信息來提高對數據訪問的可靠性。對于管理人員來說，可以擁有多個角色和數據訪問權限；對于角色來說，可以被多個管理人員所擁有，角色有相應的數據訪問權限；對于班組來說，可以擁有多個權限，多個管理人員；對于權限來說，可以被多個管理人員、班組所擁有。在區域劃分和副本存儲的基礎上，為管理終端定義設備信息同步操作，定義如下：Sync（device），該操作根據device中唯一編碼進行資源庫中數據的持久化同步存儲。半分布式方法資源庫進行資源數據劃分根據區域唯一編碼來進行。根據區域劃分是資源劃分的理想情況，在實際情況中可能更復雜。

2．2．3智能管理終端副本存儲及管理智能管理終端與管理區域一一對應，終端中存儲和管理著所管理區域設備的數據塊副本的集合。區域數據塊副本的數據結構所包含的基本域如下所示：（1）區域唯一編碼Id。區域編碼Id根據智能管理終端管理區域確定。（2）設備資源數據記錄列表List，該列表由區域所在設備確定。在存儲區域數據副本的基礎上，該方法為管理終端管理數據副本定義了以下操作：（1）Append（device，List），該操作表示將區域設備追加到已管理設備列表中。（2）Create（device，List），該操作表示終端通過查詢設備device來創建工單任務。（3）RemoteSync（device），該操作通過遠程調用資源庫Sync（device）操作進行設備信息與資源庫的遠程同步。

2．3基于角色的半分布式智能化管理框架通過半分布式智能化方法進行光纖網絡管理時，可分為3類角色進行，系統管理員負責資源信息庫管理；業務管理員負責業務信息管理；現場管理人員負責現場設備管理。光纖網絡的管理需要這3類角色協作完成。

2．3．1系統管理員管理資源管理中心系統管理員主要負責管理人員信息管理，其中最重要的當屬人員的權限管理，包括人員的角色授權及變更。系統管理員進行權限管理的流程如下：（1）登錄光纖網絡資源信息庫；（2）對管理人員進行角色評估，評估標準基于管理人員操作正確率來進行；（3）根據上述步驟中評估結果對管理人員的角色進行授權或更改。系統管理員參與光纖網絡管理進行權限管理的流程如圖7所示。

2．3．2業務管理員管理資源管理中心業務管理員在進行網絡管理時，主要負責工單任務的創建、工單任務下發以及資源數據同步確認。業務管理員參與光纖網絡管理的流程如下：（1）通過瀏覽器登錄光纖網絡資源信息庫，受理用戶業務；（2）根據受理的業務信息生成對應的工單任務，或根據光纖網絡本身的管理需求創建相應工單任務；（3）根據工單任務指定信息將工單指派給指定區域管理人員。資源管理中心業務管理員進行一次管理操作的流程如圖8所示。

2．3．3現場管理人員管理在資源管理中心中管理員完成工單指派后，現場管理人員在設備現場就可以登錄智能管理終端獲取工單任務進行管理操作。現場管理人員參與管理的流程如下：（1）管理人員在設備現場對設備加電，終端與設備管理控制器進行連接；（2）現場管理人員登錄管理終端，遠程獲取或創建工單任務；（3）管理人員通過終端編碼指令發送；（4）設備管理控制器通過外接通信模塊接收到指令后，進行施工指示；（5）管理人員根據設備指示進行管理；（6）控制器設備管理變動信息發送到管理終端，調用Append（device，List）和RemoteSync（device）操作進行副本數據塊與資源信息庫的更新存儲和遠程同步。現場管理人員的管理流程如圖9所示。半分布式光纖網絡智能化管理方法是針對現有集中式方法的缺陷進行改進的。它改變了集中式方法中資源數據完全集中存儲于信息庫的弊端，將資源的數據塊副本分布存儲于管理終端，可有效克服資源庫單點故障。終端可根據副本進行離線管理，而不是必須實時與資源庫進行信息通信，可以有效應對網絡較差的場景。半分布式方法中終端具有創建工單任務的能力，遇到突發狀況可以自行決策并解決，提高了終端的管理自主性，有效提高管理效率。通過半分布式方法進行管理時，可通過兩種管理模式進行：在線管理和離線管理。在線管理時，管理人員通過終端直接從資源庫請求任務。離線管理時，管理人員通過終端操作數據塊副本并創建任務。半分布式管理方法能夠在不改變集中式光纖網絡資源智能化管理流程的條件下，提高智能管理終端的自主性和光纖網絡管理的持續性、健壯性。

3系統及測試

基于半分布式方法，本文設計并實現了一種半分布式光纖網絡資源智能化管理系統，并進行了相關測試來驗證該方法的有效性。

3．1基于半分布式方法的光纖資源管理系統基于半分布式方法的光纖網絡管理系統可分為基礎模塊和半分布式模塊來實現。基礎模塊包括了資源庫和管理終端中基本功能的實現。半分布式模塊則包括了體現系統半分布式特性的功能的實現。光纖網絡資源智能化管理系統的總體設計如圖10所示。在系統基礎模塊中，光纖網絡資源數據庫中存儲了工單資源、設備資源等數據，并主要提供了工單管理、設備管理等功能，光纖網絡資源庫為業務管理員提供管理接口，方便管理員對其進行管理。管理終端中主要擁有工單管理、施工管理等功能。在系統半分布式模塊中，光纖網絡資源庫進行資源數據邏輯劃分并添加權限管理機制和遠程同步操作。管理終端實現了數據副本存儲管理和工單的創建。本系統光纖網絡資源庫中資源存儲使用SQLServer數據庫基于Java語言進行后臺開發，Hiber－nate作為數據持久化框架，Tomcat作為資源庫服務器。智能管理終端中客戶端基于Android智能操作系統平臺進行開發。光纖網絡資源庫與智能管理終端的通信基于WebService技術［11－12］實現，智能管理終端與光纖網絡設備的近程傳輸則是基于藍牙技術［13］來實現。當前，基本上所有智能移動終端設備上均配置有藍牙模塊，可有效降低管理成本［14］。

3．2系統測試系統的測試包括了半分布式模塊的功能測試和系統的操作性能測試［15－16］。前者包括了終端工單創建、資源遠程同步和權限控制的測試。后者包括了系統中工單任務和告警信息的傳輸以及系統操作等方面的測試。對系統半分布式模塊進行測試的測試用例如表1、表2、表3所示。系統根據上述測試用例對其半分布式模塊進行功能測試。智能管理終端中工單任務的創建如圖11所示，工單信息的遠程同步確認如圖12所示。終端根據登錄人員的管理角色級別進行操作限制。初級管理人員登錄終端后只能對設備執行相關自動化的操作，如圖13所示。對系統操作性能的測試時，通過多線程的方式模擬多用戶訪問。根據某公司光纖網絡資源智能管理標準，系統測試主要包括了對工單和告警信息的傳輸時間的測試以及系統操作性能的測試。工單的下載傳輸測試結果如表4所示。系統操作性能的測試則包括了現場管理人員進行設備配置、自檢和身份驗證的傳輸時間測試。系統操作性能及告警傳輸測試結果如表5所示。根據光纖網絡資源智能化管理標準，工單任務遠程下載時間不能高于3s，設備信息的讀取時間應不高于120s，管理人員身份驗證時間不能高于5s，設備自檢的時間不能高于45s。在現場施工時，告警信息從發生到在管理終端上顯示通知的時間應不高于2s。從上述表中測試結果可以看出，各項操作的時間性能符合該標準要求。

4結束語

本文通過對光纖網絡資源現有手工管理方式和智能化管理方法進行研究分析，提出了一種半分布式智能化光線網絡資源管理方法。該方法利用光纖網絡區域化管理的特點，對光纖資源信息庫中的資源數據按照區域進行數據塊劃分，將數據塊副本分布存儲于智能管理終端節點中。本文對該方法的基礎軟硬件框架和管理框架進行了詳細的闡述說明，同時根據該方法設計實現了光線網絡資源智能化管理系統，并根據智能化管理標準對該系統進行了測試分析。測試結果表明，本文提出的半分布式方法能夠很好地解決光纖網絡管理瓶頸問題，實現的系統在性能方面能夠達到標準。在今后的工作中，我們將繼續研究其他因素對光纖網絡管理的影響，并對該方法進一步改進，提高管理效率。

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作者：趙光 郭衛斌 李建華 羅飛 范貴生 單位：華東理工大學信息科學與工程學院