（计算机科学与技术专业论文）复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究.pdf

北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 摘要 随着计算机技术、通信技术的飞速发展，越来越多的通信网络表 现出了复杂的特征，它们在结构上表现为不同时期的多种结构的网络 并存，由集中式逐步向分布式发展；在应用上表现为由单一、简单的 功能向多样、多层与多态发展；在服务上表现为越来越注重性能、品 质与安全；在技术上表现为多种技术并存，相互融合。实际上，现代 的通信网络已经演变成了具有高复杂性的网络环境。 网络管理接口的适配是通过对网络管理接口协议和信息模型的 转换，来弥补管理系统接口之间的差异，从而实现管理系统之间的互 连互操作。作为网络管理系统的基础，网管接口适配器在很大程度上 决定了网络管理的质量。随着网络复杂性不断增加，网管接口适配技 术也面临着许多挑战。 本文首先明确了复杂网络环境的概念，从网络构成、网络模型、 网络技术、网络管理等方面分析了复杂网络环境的特点。接着进一步 分析了现有复杂网络环境下的网络管理接口适配方法及存在的问题， 并在此基础上提出了一种高适应性网管接口适配器的模型，介绍了该 模型的功能结构、采用的技术和提高适应性的方法。最后详细描述了 高适应性网管接口适配器的核心软件设计，包括体系结构、内部接口、 外部接口、数据库等部分的设计，并介绍了该高适应性网管接口适配 器在实际复杂网络环境下的应用。 关键词：网络管理复杂网络环境网管接口适配器高适应性 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接e l 适配方法的研究 t h er e s e a r c ho fh i g h a d a p t i v en e t w o r km a n a g e m e n t a d a p t e dm e t h o d i nc o m p l e xn e t w o r k s a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n d c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fc o m p l e x i t yc a nb ef o u n di nm o r ea n d m o r ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，w h i c hp l a ya l li m p o r tr o l ei ns t r u c t u r e a p p l i c a t i o na n ds e r v i c eo fn e t w o r k s a c t u a l l y , m o d e mc o m m u n i c a t i o n n e t w o r kh a se v o l v e di n t oh i g hc o m p l e x i t yn e t w o r ke n v i r o n m e n t t h em a n a g e m e n tp r o t o c o l sa n di n f o r m a t i o nm o d e l so ft h ed i f f e r e n t m a n a g e m e n ts y s t e m sa r et r a n s l a t e db yt h ei n t e r f a c ea d a p t e ro fn e t w o r k m a n a g e m e n t ，s ot h a tt h e s en e t w o r k sc a nb ei n t e r o p e r a b l e a st h eb a s i sf o r n e t w o r km a n a g e m e n t ，t h ea d a p t e rd e t e r m i n e st oal a r g ee x t e n tt h eq u a l i t y o fn e t w o r km a n a g e m e n t w t ht h ei n c r e a s i n gc o m p l e x i t yo f n e t w o r k s ，t h e a d a p t e rt e c h n o l o g yi sa l s of a c e dw i t hm a n yc h a l l e n g e s i nt h i sp a p e r , t h eh i g ha d a p t i v ei n t e r f a c ea d a p t e dm e t h o di nc o m p l e x n e t w o r k si s r e s e a r c h e d f i r s t l y , t h ec o n c e p to fc o m p l e xn e t w o r ki s c l a d f l e d ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m p l e xn e t w o r ka r ea n a l y z e di n n e t w o r ks t r u c t u r e ，n e t w o r km o d e l ，n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dn e t w o r k m a n a g e m e n t s e c o n d l y , t h ee x i s t i n g i n t e r f a c e a d a p t e ro fn e t w o r k m a n a g e m e n ti nc o m p l e xn e t w o r k sa r ei n t r o d u c e d ，a n dak i n do fm o d e lo f h i 曲a d a p t i v ei n t e r f a c ea d a p t e ri sp u tf o r w a r d t h e n ，t h ef u n c t i o n s t r u c t u r eo ft h i sm o d e l ，s o l , r a r et e c h n o l o g ya n dm e t h o d st oi m p r o v e a d a p t a b i l i t y a r e d e s c r i b e d f i n a l l y , t h ei m p l e m e n to fh i 曲a d a p t i v e i n t e r f a c ea d a p t e ri sd e t a i l e dd e s c r i b e d ，i n c l u d i n gt h ed e s i g no ft h ec o r e s o f t w a r es y s t e ms t r u c t u r e ，i n t e r n a la n de x t e r n a li n t e r f a c e ，a n dd a t a b a s e t h e nt h ea p p l i c a t i o no ft h eh i g ha d a p t i v ei n t e r f a c ea d a p t e ri n a c t u a l c o m p l e xn e t w o r ki si n t r o d u c e ds i m p l y k e yw o r d s ：n e t w o r km a n a g e m e n t c o m p l e xn e t w o r k i n t e r f a c e a d a p t o r h i g ha d a p t i v e i i 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：墨坠瑙日期：生么苎：2 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校 可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。 本学位论文属于保密论文，在年解密后适用本授权书。 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：墨坠垂兰篮 导师虢墼型 日期：兰= ! z ：兰：2 日期j o l ，j 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 1 1 课题背景 第1 章前言 当今世界技术发展的步伐不断加快，各种先进的技术如计算机技术、a t m 交 换技术、神经网络技术正在不断应用到网络中来，引起了网络深刻的变化，加速 了网络的发展，同时也向网络管理提出了新的挑战。从基于t m n 的网络管理体系 统结构到基于c o r b a 的网络管理体系结构，从面向网络的o s s ( o p e r a t i o n s u p p o r ts y s t e m ) 到面向客户的n g o s s ( n e wg e n e r a t i o no p e r a t i o ns y s t e ma n d s o f t w a r e ) ，网络管理技术正在发生新的变化。 作为网络管理中关键技术的网管接口适配技术在不断的发展的同时也面临 着许多问题。网管接口适配技术是指通过对网络管理接口协议和信息模型的转 换，来弥补管理系统接口之间的差异，从而实现系统与设备的互连以及管理系统 之间的互连互操作。在过去的几十年，网络规模持续增大，异构网络也逐渐增多， 为了协同完成网络管理功能，综合网络管理系统与被管网管子系统或设备之间需 要传递一定的管理信息，这就要求综合网络管理系统具有与其它子系统或设备进 行互连互操作的能力。而各网管子系统或设备的接口往往是多厂商在不同的历史 阶段开发的，种类繁多，差异性很大，这直接导致了网络协议不兼容，管理信息 分离，不便于统一管理。有鉴于此，许多国际组织推出了相关标准以期使接口标 准化，但是由于各种原因，各系统接口远未达到预期的标准化目标。 1 2 研究现状 目前网络管理的应用环境逐渐成为一个多网系、多技术的复杂网络环境，而 它所具有的多种网络管理接口并存、同一种网络管理接口的管理协议和信息模型 差异性大等问题，一直困扰着网络管理的应用。 为了解决上述问题，提高网络管理质量，相关的研究组织提出了多种管理协 议( 如s n m p 、c m i p 等) 及管理框架( 如i n t e r n e t 管理框架、o s i 管理框架、电 信管理网( t ) 等) 。但由于不同的网络管理模式之间均不能被轻易地综合在 一起，因此业界一直在尝试着用新的技术把它们集成起来。 许多研究与工程人员完成了大量的研究与实验工作，从理论与实践角度进行 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 了探索。一些研究人员设计了开源的o p e n a d a p t e r 适配器，该适配器尝试了动态 组件适配的方法，但是由于组件层次多，性能差，适配逻辑表达能力弱，适配引 擎开发难度大等缺点使其难以推广。还有一些研究人员在实践中尝试了基于构件 的适配方法，这种方法为解决网管接口适配问题提供了思路，但是由于其功能划 分不合理、软件技术不成熟等缺陷，在实际的复杂网络环境应用中还存在维护、 安全等很多问题。 虽然人们对网管接口适配技术进行了多方位的研究与实践，但是还是需要进 一步研究在现实复杂网络环境下真正易用、适应性强的网管接口适配方法。 1 3 课题任务 本文的主要目的是研究复杂网络环境下提高网管接口适配适应性的方法并 设计、实现其核心模块。首先，文章明确了复杂网络环境的概念，从网络构成、 网络模型、网络技术、网络管理等方面分析了复杂网络环境的特点。接着分析了 复杂网络环境下网管接口适配技术的现状，提出了一种高适应性网管接口适配器 的模型，介绍了该模型的功能结构、采用的技术和提高适应性的方法。最后在软 件上设计并实现了高适应性网管接口适配器软件。 1 4 论文结构 本文共分六章，内容安排如下： 第一章前言介绍本课题的研究现状、研究意义和研究任务等。 第二章复杂网络环境研究首先描述了复杂网络环境的概念，从网络构成、 网络模型、网络技术和网络管理等方面分析了复杂网络的特点。为后 续章节讨论网管适配技术奠定基础。 第三章复杂网络环境下网管接口适配技术现状首先以电力通信网为例简单 介绍了复杂网络环境中网管适配器的结构及多管理接口的现状，接着 分析了几种常用的网管接口适配方法，指出其在工程应用方面的缺 陷，明确研究高适应性网管接口适配器的必要性。 第四章高适应性网管适配子系统首先提出了高适应性网管适配子系统的体 系结构，描述了模块之间的关系，然后详细介绍了管理、采集、适配、 支撑层模块的组成和功能。最后从结构、功能和接1 3 - - - 方面分析了该 网管适配子系统的高适应性。 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接【j 适配方法的研究 第五章高适应性网管适配子系统的设计与实现本章首先按照第四章提出 的适配子系统模型，从软件角度设计出高适应网管适配子系统的体系 结构；接着，介绍了系统中的关键模块及实现技术；最后，介绍该适 配子系统在工程中的实际应用情况，从实践上验证网管适配系统的高 适应性。 第六章结束语总结本论文已经进行的工作，并指出下一步需要继续研究的 问题。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 第2 章复杂网络环境研究 由于复杂网络环境下的网管接口适配技术必然要受到复杂网络本身特点的 影响，所以本文先研究复杂网络的概念和特点。本章首先介绍现代通信网的概况， 进而引出复杂网络环境的概念。然后从网络构成、网络模型、网络技术和网络管 理等方面分析了复杂网络的特点，为后续章节介绍、分析网管适配技术现状奠定 基础。 2 1 复杂网络概念 2 1 1 现代通信网 通信网指任何完成通信实体间信息传递、交换或交互的网络体系，是由终端 设备、传输设备、交换设备、复用设备和网络技术的综合系统，旨在向用户提供 各种通信服务，其主要交互通信形式有电话、数据和多媒体等。 现代通信网可以按照功能划分为传送网、业务网、支撑网和应用层等层次。 其中传送网负责在不同地点的各点之间完成转移信息的传递，可以分为接入网和 骨干网；业务网是通信各种功能实现的主体，包括电话通信网、移动通信网、综 合业务数字网、帧中继网、数字数据网和智能网等；支撑网是为了保证实现传送 网和业务网的基本功能提供必要支持的辅助网络，分为七号信令网、数字同步网 和电信管理网。 现代通信网的体系结构主要有o s i 参考模型和t c p i p 协议模型。o s i 参考 模型是i s o 于1 9 7 7 年制定的，现在作为通信网建设的重要参考。o s i 模型规定 了网络协议的七层框架结构：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据 链路层、物理层。t c p i p 协议模型是2 0 世纪7 0 年代，由美国国防部出资赞助， 最初为分组交换的计算机网建立的协议体系结构，逐步成为通信网协议的重要依 据。由传输控制协议( t c p ) 和网际协议( i p ) 组成，规定了网络接口层、网络 层、运输层和应用层四层框架结构。 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 o s i 模型t c p i i p 模型 应用层 表不居 孬帕 日m r 运输层 网络层 数据链路层 物理层 o si 与t c p i p 结构对照图 图2 10 s i 与t c p i p 结构图 现代通信网常见的网络结构主要有网状网、星形网、总线形网、环形网、线 形网、复合型网。其中最多见的网状网和复合型网，网状网的特征是网中任何两 个节点之间都有直达链路相连接，在通信建立的过程中，不允许任何形式的转接。 复合型网络是结合网状网和星形网的各自特点，构成实用通信网，主干网采用网 状网，局部信息传输量小的采用星形结构。 我国的通信网的建设经历了一个长期的过程，在不同的历史阶段分别建成了 程控交换网、s d h 和p d h 传输网、接入网、帧中继网、分组交换网、智能网、i s d n 网以及a t m 宽带业务网等多种网络。随着社会的不断发展，通信网正在朝着技术 数字化，业务综合化，网络带宽化，服务个人化，管理智能化，互通融合化等方 向发展。但是由于体制和历史原因，我国的通信网构成比较复杂，采用的协议各 不相同，使用的技术多种多样，这些都导致了通信网络的复杂度不断增加。 2 1 2 复杂网络 伴随着计算机技术、通信技术的飞速发展，越来越多的通信网络具有了如下 特征：在构成上表现为单个子网都是简单网络如传输网、移动网等；在结构上表 现为不同时期的多种结构的网络并存，由集中式逐步向分布式发展；在应用上表 现为由单一、简单的功能向多样、多层与多态发展；在服务上表现为越来越注重 性能、品质与安全；在技术上表现为多种技术并存，相互融合。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接l 适配方法的研究 这些通信网络大多由多个异构的子网构成，所以存在多种组网方式、多种技 术、多种分层标准并存的局面。组网方式上，子网常采用网状型、星型、环型、 树型、总线型等，复杂网络多为复合型；业务网技术有电路交换、分组交换、i s d n 、 i p 、a t m 等；传送网技术有有线无线、p d h s d h 等；支撑网技术有信令、数字同 步技术等；分层方法上有分为传送层、业务层、应用层，也有分为边缘层、核心 层、业务层等。 由于这些通信网络既不同于以往构成简单，结构清晰，功能单一的简单网络， 也不等同于简单网络的复合叠加，而是在网络构成、网络模型、网络技术和网络 管理方面都呈现出新的特征，无法直接用传统的理论分析，我们将这样的网络统 称为复杂网络。 复杂网络是近年新兴的研究热点，不同研究背景和研究目的的科研人员对其 具体的研究范畴有着不同的理解。目前，对复杂网络的研究可以分为两个部分， 一个部分是从基础理论研究的角度出发来试图解决复杂网络的基本科学问题。另 一部分是从工程技术研究角度出发，解决复杂网络实现的具体问题。本文就是从 工程技术角度对复杂网络进行研究。 2 2 复杂网络特点 复杂网络是随着网络技术的发展而出现的对现有一些网络的统称，它有别与 传统的规则网络和随机网络，但是又是由这些传统概念的网络构成的。所以对复 杂网络的分析仍可从网络构成、网络模型、网络技术和网络管理等四方面进行研 究。 2 2 1网络构成 一般来说，网络构成主要关心构成网络的各元素的类型、数量及其组成等问 题。构成现代通信网络的设备主要有终端设备、传输设备、交换设备、复用设备 等，其中传输设备、交换设备和复用设备通过相关的技术可以组成具备特定功能 的通信专业子网络，如本地光缆网、s d h 传输网、p d h 传输网、帧中继网、分组 交换网、a t m 宽带业务网等。这些专业网络由于参考规范的模型，沿用统一标准， 实现单一的功能，在网络构成、模型、结构、管理等方面都表现出较为简单明确 的特性，因此与复杂网络的概念相对，统一称之为简单网络。 复杂网络环境是由不同历史时期建设的各种专业网互连而成的，它往往包含 6 北京邮自 学硕j j 研究生毕业论文复杂目络* 境f 高适应性吲昔接口适配方法的研兜 了多种不同类型的专业子网这些专业于网都属于简单网络，它们共享信息，协 同工作，共同完成通信任务。由于这些专业子网也是随着网络的发展建设的，因 此构成这些子网的设备大多都不是同一时期生产投运的，存在同功能设备由不 同厂商生产、同一厂商生产同一功能的多种型号的设备等情况，这就增加了通信 网的复杂度。 以电力通信网为例( 如图2 2 ) ，电力通信网是集传输、交换、终端为体 的有多个环节构成的复杂网络环境，包括载波、微波、光纤、程控交换、图像监 控、电源监控和录音系统等。其中仅s d t l 传输网就是由阿尔卡特、富士通、马可 尼、华为、中、西门子、大唐、n e c 、e c i 等多个厂家建设而成，而有些厂家 如马可尼还生产提供t c p i p 或c o r b a 接口的不同类型的设备。 k _ k k ；，孬m # l 心 一c b 心 斤政交女目日度致基目 e j ：虚 x q 月x 0 目十自目一i j i ij m* h m 酗2 - 2 电力通信网现状 实际上，在复杂网络环境中，还存在同一专业子网由同功能不同型号设备构 成、部分设备与专业子网同级并存等其他情况，这些都直接导致了整个网络的复 杂性日益提高。 2 2 2 网络模型 网络模型是个笼统的概念，一般认为，网络模型主要包括功能模型、拓扑模 型和应用模型等，其中功能模型是核心部分而应用模型复杂多样，不同的使用 场景产生不问的应用模型，不便于统一讨论。 功能模型定义网络系统如何被分割成小的、具有不同功能的部分，以及这些 部分之f 6 l 女u 何相瓦作用，如何通过这些部分的排列组合实现网络系统的整体功 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 能。目前，国际上公认成熟的模型主要有o s i 七层参考模型和t c p i p 四层参考 模型。o s i 标准定义了服务、协议、接口等概念，规定每一层都为其上一层提供 服务，同等层之间定义协议，通过协议完成本层向上一层提供的服务。与o s i 模型相比，t c p i p 模型由于一开始就考虑到多种异构网的互连问题，将网际协 议i p 作为t c p i p 重要组成部分，对面向连接服务和无连接服务并重，有较好的 网络管理功能等特性而广为应用，但是由于其对服务、协议、接口等概念没有清 楚的区分，所以通用性较差，很难描述其他种类的协议栈。现有的通信网中同时 存在参考以上二种模型的专业子网。 网络拓扑模型是对真实网络拓扑结构的模拟，它广泛地应用于网络研究中， 是判断网络环境真实性的重要依据。常见的网络拓扑模型有规则模型、随机模型、 层次化模型和基于幂法则的模型等。规则模型的优点是易于处理，因此它们常常 被用于对算法性能的分析，常见的几种规则模型包括链状模型、环状模型、星型 模型及网格模型。随机模型的节点随机分布在一个平面上，用概率决定任意两点 间是否存在连接，不同的概率函数决定不同的拓扑模型，常见的有纯随机模型、 指数模型、位置模型等。层次化模型是根据整体的结构将每个部分连接起来的模 型，常见的有n 一层次模型和传输域一端域模型。基于幂法则的模型实际上是随着 复杂网络的研究出现的，它为现有的复杂网络环境构建拓扑模型，包括无尺度网 络模型和b a 网络模型等。幂法则是在研究复杂系统时发现的一种经验规律，目 前还存在着一些争论。而幂法则也并不是对复杂网络及其复杂性进行描述的充分 准则，因此，分析真实的复杂网络拓扑，构造出简单但有意义的网络拓扑模型的 研究工作还在进一步进行中。 2 2 3 网络技术 网络技术指应用于通信网络的各种技术，包括业务应用技术、交换传输技术、 支撑技术、网管技术等各方面。通信网络发展至现代的复杂网络环境，众多的网 络新技术层出不穷，形成了多种技术共存，相互融合的局面。如业务网技术有电 路交换、分组交换、帧中继、i s d n 、i p 网络技术、a t m 交换技术等；传送网技术 有有线无线、p d h s d h 等；支撑网技术有信令、数字同步技术等。各种技术间 的相互结合也逐渐增多，如i po v e ra t m 、i po v e rs d h 等。 以电信通信网为例说明网络多技术的现状。在出现成熟的s d h 和a t m 技术后， 电信厂商建设广域骨干网时通常是采用光纤作为传输介质，构建s d h 传输网，然 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 后在其上采用各种a t m 交换设备，构建具备数据、话音、视频等多服务能力的 a t m 骨干网。随着i n t e r n e t 在全球范围的蓬勃发展，网上的应用越来越复杂， i po v e ra t m 技术应运而生。我们通常看到的a t m 论坛的m p o a 标准以及i e t f 的 c i p o a 和m p l s 等，实际上就是几种i p 交换技术的解决方案。不过，近来业界对 i p 网骨干网的建设提出了更新的解决方案，跳过a t m 网而采用i po v e rs d h 的 技术。i po v e rs d h 技术可以很容易地跨越地区和国界，兼容各种不同的技术和 标准，实现网络互连。 2 2 4 网络管理 网络管理所研究的主要内容有故障管理、配置管理、计费管理、性能管理和 安全管理等。由于复杂网络环境中，网络的规模越来越大，网络结构越来越复杂， 网络应用系统越来越多，使得网络管理问题日益复杂。 网络管理己由单纯的网络本身的管理发展到综合化网络管理，综合化集中体 现在层次化、集成化、w e b 化和智能化。层次化是通过增加中间层管理者，把集 中式的网管架构改变为多层次的网管架构。集成化是将多种协议体系集成起来， 去粗取精，形成一个统一的管理协议方案，这对保护投资具有重要意义。w e b 化 指借助浏览器在网络任何节点上方便迅速的配置、控制及访问网络，它可以很好 的解决多平台互操作问题。智能化指网络管理借助专家系统等技术具有处理不确 定性的能力、协作能力、适应系统变化的能力和解释与推理能力。 网络管理协议多样化，如i e t f 的s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 ) ，北美的t l i ( t r a n s a c t io nl a n g u a g eo n e ) 以及c l i ( c o m m a n d l a n g u a g ei n t e r f a c e ) ，i s o的 c m i p (c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a ti o n p r o t o c 0 1 ) ，o m g 的c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h it e c t u r e ) 等。 网络管理已由单一层次结构发展到多层次结构，正在向开放分布式管理发 展。单一层次结构的网络管理系统由管理者和被管目标组成。i t u - t 提出的t m n 管理体系结构由网元层，网元管理层，网络管理层，服务管理层和业务管理层组 成。c o r b a 目前已经是一项比较成熟的分布式面向对象技术，非常适用于开放的 环境下业务的快速构造及资源和业务的有效管理。 网络管理的功能已大为丰富，已超出i s o 原先定义的五大功能。现代网络管 理系统还提供资源管理，流量管理，内容分发，数据管理，q o s 管理，应用管理 等功能。 9 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 复杂网络环境下高适应性网管接1 3 适配方法的研究 网络管理的技术己大大提高。现代网络管理系统都采用多种中间件、组件库、 w e b 、数据库等软件技术，采用多种拓扑发现、状态监测、数据采集、事件过滤、 故障定位、资源相关分析等技术。 2 3 本章小结 复杂网络环境是近年来网络研究的新兴热点，不同研究背景和研究目的的科 研人员对其具体的研究范畴有着不同的理解。本章从网络管理的角度指出现代通 信网络在构成、模型、技术等方面都与传统简单网络有所不同，明确了复杂网络 的概念，进一步又从网络构成、网络模型、网络技术与网络管理等方面详细分析 了复杂网络所具有的特点。正是复杂网络的上述这些特点，直接决定了复杂网络 环境下网管接口适配技术的特殊性，这也是下一章要讨论的内容。 l o 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接i - 1 适配方法的研究 第3 章复杂网络环境下网管接口适配技术现状 本章首先以电力通信网为例简单介绍了复杂网络环境中多管理接口的现状 及网管接口适配器的功能和结构，并指出传统的网管接口适配器在复杂网络环境 中所面临的问题，然后简述了现有的几种适配技术解决方案并分析了其在设计、 实现方面存在的问题，从而提出了提高接口适配器适应性需要解决的问题与目 标。 3 1 网管接口及适配器现状 从前一章对复杂网络环境特点的介绍中，我们可以看出复杂网络多数规模宏 大，并且随着网络规模的不断扩大，网上设备的种类和数量也不断地增加，整个 网络的复杂性日益提高，多厂商问题非常突出。由于各种网络和设备缺乏统一的 接口标准和规范，给网管系统的建设带来了很大的困难。 3 1 1复杂网络环境中管理接口现状 最近几年来，全国各省市的电力公司都陆续引进和自主开发了众多的网络管 理系统，包括交换、传输、数据、信令、线网资源、电源环境监控等，并负责各 专业网管系统本地节点的维护管理。然而，由于不同的开发商采用各自不同的技 术自行研制且大多采用各自的管理协议，不可避免地带来网络协议互不兼容、管 理信息不能互通、缺乏对整个网络的综合管理、管理内容庞杂、操作界面多样等 问题。 例如，传输网应该是一个统一的整体，而目前各网的网管系统相互独立，给 电路配置、告警监控和网络调整优化都带来了较大的困难，因此，有必要建立传 输综合网管系统，对整个传输网进行统一的管理。在传输网管系统的开发过程中， 通常会遇到的困难是接口不开放，厂家不提供数据结构。非标准的网管接口给上 层应用系统的开发造成了较大的困难，接口问题已经成为开发多厂家传输综合网 管时遇到的最大的难题。 虽然国际上各大标准化组织和电信运营商都在网管接口的通信协议、信息模 型等方面提出了相关的标准和规范，如i t u t 的c m i p 、c o r b a 协议，t m f 的传输 网管标准t m f 8 1 4 等，但是由于立场、技术偏好、自身利益等问题，各标准和规 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 范对设备厂商约束力不强。在现实的复杂网络环境下，网管接口仍是百花齐放， 花样繁多，其具体表现有： 网络构成复杂，设备接口类型多。设备厂商选择接口时较为随意，形成 了各种标准与非标准接口并存的局面，如标准的 q 3 c m i p ，s n m p ，c o r b a i i o p ，t l l ，以及非标准的t c p 工p ，f t p ，r s 2 3 2 ， 数据库访问等等。另外，随着各种新技术的不断出现，这种情况有日趋 严重之势。 网络模型多，所提供接口层次不同。设备厂商建设自己的网管系统时参 考不同的功能模型，于是导致各厂商提供不同层次的网管接口，如网元 层，网元管理层，子网管理层等。 网络技术发展迅速，管理信息模型不一致。由于技术发展与历史沿袭等 原因，各厂商网管系统采用不同的信息模型和数据表示方式，包括遵循 国际标准的模型和厂商自定义的私有模型。 网管技术应用新技术，接口软件版本多。网络的建设工作是一个长期的 过程，这就形成了同一厂商不同版本的设备同时存在的情况，进而导致 同一厂商不同版本的网管接口也同时存在。 网络管理接口技术作为网络管理系统建设的一种核心技术，是网络管理系统 建设时的热点问题之一。由于不同的网络管理接口适用于不同的网络设备，网络 管理接口标准化组织过多等问题导致了现实的网络中网络管理接口日缺复杂的 局面，这越来越不利于网络管理的发展。 3 1 2 网管接口适配器现状 网管接口适配器( 以下简称适配器) 在网络管理系统中位于最底层，属于网 管系统对外的接口，直接与厂家设备互连，是网络管理系统不可缺少的模块。适 配器向上为应用层提供接口，被动接收上层下发命令，与设备通信并返回相关数 据，或主动上报实时数据给应用层；向下与厂家设备互通，主动执行上层命令、 获取厂家数据，被动接收厂家接口上报的实时数据。一般来说适配器屏蔽了厂家 接口协议的多样性( c o r b a 、s n m p 、t c p 、u d p 、串口、数据库等) ，以及厂家数 据格式的多样性( - - 进制、x m l 、字符串、对象等) ，向网管应用层提供了统一 的操作接口和统一的数据格式。 适配器在网管系统中所处的位置如图3 1 所示： 1 2 j 匕i t 大学i 研究毕论i复杂日镕环境f 离适牲目管接u 镕e 方镕的研究 圃回 避 图31 网管接口适配器位置图 适配器的主要功能是进行管理协议和信息模型的转换。首先，各厂家设备接 口提供的数据在格式、粒度等方面各异，不便于网管系统应用层直接使用，适配 器的基本功能就是数据适配，从而获取统一格式与粒度的管理信息，方便应用层 的分析、使用。其次，各厂家设备接口提供的告警、性能、配置等信息模型不尽 相同，适配器也需要对这些信息模型进行适配它从设备层获取管理信息数据， 然后通过分析对这些管理信息进行归一化处理从而为应用层提供统一的信息数 据支持。 目前网络管理系统中的适配器的位置、功能基本都以上描述相符，但是在具 体产品实现上各有不同。基本的适配器结构如图32 。 图3 - 2 适配器基本结构 一蕾雷生 p 詹掣 一圄业 磊一 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 在当前的网络管理系统中，适配器无论是从设备层采集信息还是向应用层上 报信息，都是以单个变量或对象的形式存在，并没有组成更有意义的信息模型。 这就增加了应用层的分析负担，也使得网管系统只具有事先定义好的管理功能， 对事先不能预料的网管任务不能进行动态定义和配置。另外，这种方式导致携带 较低信息量的大量网管代理变量直接在网上传输，在浪费网络带宽的同时还造成 网管中心主机经常处于价值不大的超负荷工作状态。由于适配器仅仅起着搜集原 始数据和向管理员报告的作用。随着网络规模的扩大，网管系统工作效率将更低。 现有的接口适配方法使用面向特定厂商的接口适配方法，这种方法针对每个 厂家数据接口单独设计、开发一个数据采集与分析模块，并且把对管理信息的处 理固化在程序中，故此方法不通用、适应性不强。程序固化的方式也导致性能管 理适配模块开发周期长、实现成本高、稳定性差、可维护性弱等缺陷。这种适配 方法难以满足复杂网络环境中网管系统的应用过程。 3 2 几种适配方案介绍 为了走出复杂网络环境下网管接口适配的困境，人们进行了大量的研究与实 验工作，提出了许多建议和方案，其中有现实意义的有协议网关、o p e n a d a p t e r 架构和基于构件的适配技术三种。以下对这三种方案进行简单介绍。 3 2 1 协议网关 人们使用已有的经验来解决相似的问题是很自然的事情，协议网关就属于这 一情况。协议网关其实就是完成不同协议之间的转换，具体来说，设计人员在构 建网管系统时根据网络协议的使用、自身对协议的理解等情况选择一种基本协 议，其它在网络中使用的协议通过协议网关转换为基本协议的信息模型，从而实 现多种协议互通。随着网管技术的发展，出现了多种协议网关，典型的有 c m i p s n m p 、s n m p c o r b a 和c m i p s n m p c o r b a 等。 协议网关设计简单，容易实现，在一定范围内能够解决不同网管系统的互通， 信息模型统一后也比较有利于实现应用层功能，对提高网管质量起到了一定的作 用。但是，从前面的分析我们也可以看出，由于缺乏大家一致支持的网管接口协 议，所以协议网关并没有从根本上改变复杂网络环境中信息模型不一致，适配器 结构不灵活，开发维护周期长等问题。相反，当网络中出现新的适配接口协议时， 必须修改协议网关，这就又导致了系统结构不稳定，维护工作量加大等问题。 1 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 图3 3 一种协议网关功能结构图 3 - 2 - 2o p e n a d a p t e r 架构 o p e n a d a p t o r 是基于消息机制的适配器框架，旨在使不同系统的整合变得简 单，使不同系统间的数据分享变的更容易。该框架将系统之间的消息发送处理进 行抽象，提供一组可用的组件，能够通过简单的配置文件而不需要实际编码，快 速实现系统整合。同时它支持自己构造适配器或则任何基于消息的服务。 o p e n a d a p t o r 已经提供了大量的客户化代码用于系统整合。它通过提供给开 发人员一组标准的连接器或者说是适配器，用于连接系统和系统以及系统和中间 件。同时，o p e n a d a p t o r 也为解决系统整合过程中的问题提供了适配器，例如： 用于数据转换的，用于过滤的，用户数据增强以及支持标准数据交换格式x m l 。 o p e n a d a p t o r 也提供异常处理和数据校对。各种类型的适配器能在发布订阅模 式的系统间进行无逢整合。 o p e n a d a p t o r 架构的优点是可复用程度高，模块之间祸合度低，可以达到框 架级、组件级的复用；易于维护，组件功能明确，可以将功能变化在组件之间进 行有效隔离，信息适配逻辑的变化可以通过修改配置文件来实现，不需改动代码； 适配逻辑的开发工作量小，只需编写适配规则即可实现适配功能。 但是，o p e n a d a p t o r 架构性能较差，组件层次多，交互开销大，适配引擎对 适配规则的解释执行需要额外的系统开销；复杂抽象，适配规则的编写不易掌握， 技术门槛高，适配引擎的开发也有一定的难度；适配逻辑表达能力弱，无法满足 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 现实需求中的复杂适配需求。这些导致该架构也不能解决复杂网络环境中网管适 配所面对的实际问题。 3 2 3 基于构件的适配器 基于构件的适配器主要是借鉴构件的设计思想，采用面向对象的方法从软 件上设计并实现适配器。具体实现方法是将现实中适配器的基本功能，与设备、 应用层通信、数据库操作等基本方法封装在适配器基类中，同时将与接口协议相 关的部分如数据采集、格式转换等设计成一些虚函数，这个基类就是一个构件。 当开发新的适配模块时，根据厂家接口的特征( 通信协议、数据格式等) ，重写 基类提供的虚函数，完成虚函数功能，如有必要还可以调用基类函数，进行向上 通信。 i c s d h a t k p m 。祷瓣 融a 抛p 嘲。 晦缬教铡 i 内嚣数挺 l n # 嘤谴毛赢q j 一一 + o p e n e n v o j “l 一c 刎 + s 船i u p o + s 硫t 黼o 乜舨f a 棚的 h 列m i 订+ c l a s e e n v o + c a t i 蛐t ad b i 靠蒯 一 + 棚占f “甜： 耐捃d 翻拍眭糟挣 + “龇b 幻艄f m 删v + c o i k z d a l am , l t i 娩o + x v d a l c td 孙酊哟+ 艄t d m ad o m i n o 电1 村镇1 d l l l 辞舅h | i 镑矗哟 啼劫，r 钮哼d 耐“嬲甜艇 鲥 十艇毫接l j ，0 戡它接f 毛。0 勺舭* 韵c l 纠麓! l ， + c n l 奴t 1 ) mm e l 辅柚m 键j | 冉n 妫r r 材t l k 轴m e o 年错件cc 4 i b 4 啦+ 堆轴琶毯 菸它砖蕊磷鞔。0 莛它内露镇鼍电j 0 图3 4 基于构件的适配器基类、子类图 基于构件的适配器在一定程度上缩短了开发周期，降低了维护工作量，其设 计思路易于理解，开发也较为容易，方便于广泛应用，为进一步解决网管适配问 题提供了思路。但是，通过长期的开发和维护发现基于构件的适配器存在分工不 明确、信息模型不清晰等问题。 适配器子类继承了基类，同时也继承了基类的向上通信的功能。于是，适配 器可以使用基类暴露出来的任何变量、任何函数，甚至适配器可以跨越基类直接 跟上层通信。这一缺点导致适配器与其它模块耦合性较大，安全性差等问题，给 适配器的编码、维护带来很大的问题。另外，由于没有统一的信息模型，导致了 配置、告警等信息机构的多样性。这些缺陷最终导致适配器背离了设计目标。 1 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 3 3 本章小结 网管接口适配技术在复杂网络环境下有着其特殊性，既要在技术上能够解决 多接口的问题，保证各系统间信息交换，又要在实现上方便开发、维护，具有很 高的灵活性、适应性。本章介绍了现实复杂网络中的接口与网管适配器的现状， 从设计和应用出发分析了几种主要的适配方案的优点和不足，为下一章提出高适 应性网管适配子系统做好了准备。 1 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文复杂网络环境下高适应性网管接口适配方法的研究 第4 章高适应性网管适配子系统 通过前两章的讨论，我们明确了研究高适应网管适配技术的必要性，所面临 的问题和欲达到的目标。本章在研究以及实践的基础上首先提出了高适应性网管 适配子系统的体系结构，然后详细各模块的组成和功能。最后从结构、功能和接 口三方面对该网管适配子系统的高适应性进行了分析。 4 1 体系结构 复杂网络环境是由多个异构子网构成的，是高度混杂的，有些子网内部所执 行的标准尚且存在差异，不能很好互通；各个网络之间的异构性更高，尤其是各 个网络运行着不同的网络管理协议。网络管理必须能够对所有现存网络进行有效 的管理，这就要求对这些网络的综合管理必须实现各种协议的兼容。因为协议兼 容是网元层和网络层管理实现的