【毕业学位论文】（Word原稿）基于TR-069协议的用户端设备网络管理系统的开发-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 基于 设备 网络 管理系统 的开发 文作者 指导教师 申请学位 工程硕士 培养单位 软件学院 学科专业 软 件工程 研究方向 答辩委员会主席 评 阅 人 南开大学研究生院 二一 三 年 十 月 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在著作权法规定范围内的学位论文使用权，即： (1)学位获得者必须按规定提交学位论文 (包括纸质印刷本及电子版 )，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库； (2)为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务； (3)根据教育部有关规定，南开大学向教育部指定单位提交公开的学位论文； (4)学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所及其万方数据电子出版社和中国学术期刊 (光盘 )电子出版社提交规定范围的学位论 文及其电子版并收入相应学位论文数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至 校图书馆网站： 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆 留存。 作者暨授权人签字： 年 月 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 基于 议的用户端设备 网络 管理系统的开发 姓 名 学号 答辩日期 论文类别 博士 学历硕士 硕士专业学位 高校教师 同等学力硕士 院 /系 /所 软件学院 专业 软件工程 联系电话 通信地址 (邮编 )： 备注： 是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写 (一式两份 )签字后交校图书馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 研究 成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 非公开学位论文标注 说明 (本页 表 中填写内容须打印 ) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经 指导教师同意 、作者本人申请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明为空白。 论文题目 申请密级 限制 ( 2 年 ) 秘密 ( 10 年 ) 机密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位 评定委员会 办公 室盖章 (有效 ) 注： 限制 2 年 (可少于 2 年 );秘密 10 年 (可少于 10 年 );机密 20 年 (可少于 20 年 )摘要 I 摘要 随着网络技术的发展以及世界各国通信网络的建设，目前的用户端设备（ 力大幅提升， 电信运营商也以此为基础提供了更为多样的业务功能 。然而要提供如此高级和复杂的业务功能，运营商们在设备的安装，配置，管理，维护以及技术人员培训等方面也需要付出更多的投入，因而有必要开发一套针对用户端设备的网络管理系统。 而 议作为用户端设备的 网络 管理协议，被 设 备制造商 广泛支持，因而非常适合作为 该系统 的 网络 管理协议 。 本文以某电信运营商的家庭基站设备管理系统的业务要求为 基础，开发了基于 议的用户端设备 网络 管理系统。该系统 提供用户端设备的基本信息 查询 、配置、诊断、告警、备份 /恢复、固件升级等管理功能， 并在此基础上实现自动工装、在线诊断、批量升级、统计分析等业务需求 。本文 描述 了 该系统的 开发过程，对该系统开发中需求分析、设计实现、系统部署等软件开发 活动 进行描述， 并且对该系统的开发过程进行总结，为类似系统的开发提供参考 。 本系统开发完成后， 通过了 运营商验收测试 ， 在实际运行中 得到 了 客户的肯定 ，也证明了其代表的基于 议的 用户端 设备 网络 管理方案应用范围必将越来越广泛 。同时，该系统的开发为今后类似系统的开发提供了宝贵经验和可复用的软件资产，具备积极的意义。 关键字 ： 用户端设备 ， 网络 管理系统 I of of on to to on So it is to a PE is by it as In we on a s a PE PE as on it It in It of s to In it s It PE be in it of a 录 录 摘要 . I . 录 . 号说明 . 略词 . 一章 绪论 . 1 第一节 用户端设备网络管理系统现状分析 . 1 第二节 用户端设备网络管理系统与传统网络管理系统的区别 . 2 管理功能上的区别 . 2 管理的设备类型区别 . 2 管理的设备规模区别 . 2 管理接口区别 . 2 扩展性区别 . 3 网络管理协议区别 . 3 第三节 议简介 . 3 第二章 需求分析 . 8 第一节 运营商现状分析 . 8 营商原有业务流程分析 . 8 营商业 务流程 改进 . 9 第二节 系统用例分析 . 10 例角色 . 12 目录 系统 用例 . 12 第三节 系统接口分析 . 14 庭基站设备网络架构 . 14 统北向接口分析 . 15 统 南向接口分析 . 17 第四节 系统功能需求 . 37 第五节 系统非功能性需求 . 39 外观需求 . 39 易用性需求 . 39 国际化需求 . 39 响应速度和延迟需求 . 40 系统容量需求 . 40 安全性需求 . 40 可靠性及可用性需求 . 40 可维护性需求 . 41 第三章 设计 . 42 第一节 数据实 体设计 . 42 数据实体 识别 . 42 数据实体 关系 分析 . 43 第二节 架构设计 . 44 基础设施子系统 . 45 用户接口子系统 . 50 北向接口子系统 . 55 业务服务子系统 . 59 南向接口子系统 . 61 第四章 系统实现 . 69 第一节 关键技术选型 . 69 目录 V 开发体系 . 69 关系数据库 . 70 息框架 . 70 应用服务器 . 71 组件模型 . 71 架 . 72 数据库访问技术 . 72 第二节 子系统关键技术实现 . 73 基础设施子系统 . 73 用户接口子系统 . 78 北向接口子系统 . 84 业务服务子系统 . 89 南向接口子系统 . 92 第五章 系统部署 . 99 第一节 系统总体部署架构 . 99 第二节 系统硬件规格 . 100 第三节 系统软件规格 . 101 第六章 总结与展望 . 103 第一节 工作总结 . 103 第二节 展望 . 104 参考文献 . 105 致谢 . 107 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果 . 108 符号说明 号说明 缩略词 动配置服务器 步 ： 览器 /服务器 端设备 户端设备 户驻地网络 C/S： 户机 /服务器 域网管理协议 数据访问对象 业组件 件传输协议 庭基站设备管理系统 庭基站 文本传输协议 议安全性 据库连接 息服务 理扩展 象符号 最近最不常用 最近最少使用 型 控制器 向接口 营支撑系统 单 象 程方法调用 符号说明 程过程调用 向接口 单网络管理协议 单对象访问协议 全套接层 /传输层安全 一资源定位符 扩展标记语言 第一章 绪论 1 第一章 绪论 第一节 用户端设备网络管理系统现状分析 用户端设备 (是指 用户 驻地 网络 （ 中物理上位于用户层的网络设备 ，其与 局端设备 （ 通信完成 网络宽带接入中的 “最后一公里接入”，如下图所示： 图 户端设备与用户驻地网络 传统的用户端设备能力相对较差，仅提供 数 据上网功能 ,然而 随着网络技术的发展以及世界各国通信网络的建设，目前的用户端网络设备能力大幅提升，不但网络接口上具备多种网络接口（ 3G 等），而且功能也不单单局限于数据上网的功能，出现了更多的融合了数据、语音、视频为一体的 备，电信运营商也以此为基础提供了更为多样的业务功能，如 。然而要提供如此高级和复杂的业务功能，运营商们在设备的安 装，配置，管理，维护以及技术人员培训等方面也需要付出更多的投入。同时，传统的人工上门进行 安装维护服务也增加了出错的可能及额外成本。因此， 有必要 开发一套针对用户端设备的网络 设备 管理系统。该系统提供用户端设备的基本信息 查询 、配置 管理 、诊断、告警、备份 /恢复、固件升级等管理功能，并在此基础上实现自动工装、在线诊断、批量升级、统计分析第一章 绪论 2 等业务功能，以此支持运营商的各种业务要求，从而减少其运营成本，提升客户满意度。 第二节 用户端设备网络管理系统与传统网络管理系统的区别 用户端设备网络管理系统 与传 统 的网络管理 存在 以下 区别： 管理功能上的区别 传统网络管理系统一般包含五大功能：故障管理（ 计费管理（ 配置管理（ 性能管理（ 安全管理（ 1，而用户端设备网络管理系统侧重对于故障、 配置 和性能 的管理。 管理的设备类型区别 传统网络管理系统主要针对局端网络设备管理，一般来说，其所管理的局端设备类型较少，多由单一或某几家设备厂商制造 。 而用户端设备网络管理系统主要针对用户端设备管 理， 这些用户端设备具有多种类型（ 包括网络接口及业务功能 ），并由很多设备生产厂商制造。 管理的设备规模区别 传统网络管理系统管理的设备数量较少，一般为数千或数万规模，而用户端设备网络管理系统支持大容量的设备管理能力，一般为 10 万至 100 万规模。 管理接口区别 传统网络管理系统一般需要与业务运营系统以及其他的网络管理系统提供整合接口。而用户端设备网络管理系统除需要更加灵活的提供这些整合接口外，也需要提供与用户门户系统的对接接口以满足用户自服务的要求。 第一章 绪论 3 扩展性区别 用户 端设备网络管理系统需要更加灵活的扩展性要求， 体现在： 对新设备类型的扩展支持能力 对设备的新业务配置参数的扩展支持能力 对管理设备的新固件文件的扩展支持能力 对整合运营商的新业务流程的扩展支持能力 对多种后端数据库的扩展支持能力 该系统应具备较高的可用性及容错能力。 网络管理协议区别 传统网络管理系统一般使用 议（简单网络管理协议）或厂商专有协议来对被管理设备进行管理， 而用户端设备网络管理协议所管理的用户端设备 一般位于广域网上，并属于网络中用户一侧（例如家庭网络），有可能处于防火墙之后 ，这就造成一般使用的 议无法直接与用户端设备通信，而且用户端设备制造厂商多种多样，这就决 定了该网络管理系统不能使用某一种厂商专有的协议来对设备进行管理，因而需要一种更加适合其管理特性的网络管理协议，即 议。 第三节 议简介 议又称为 议（ ，是由前身为 2004 年发布 的一种用户端设备 网络 管理 协议 2，作为用户端设备在广域网上进行管理的 网络协 议。随着用户端设备的发展及业务要求的增加， 断对其进行修正和完善，目前最新的版本是 2011 年 7 月发布） 3。 议定义了在广域网上对用户端设备进行各种管理功能的公共框架，其管理功能包括： 自动配置及动态服务配置 软件 /固件镜像管理 第一章 绪论 4 软件模块管理 状态及性能监控 诊断功能 议定义了用户端设备管理架构如下 : 图 理架构 在该管理架构中，自动配置服务器（ 通过北向接口（ 与运营商系统整合， 通过南向接口（ 即 包括 网关设备（ 局域网设备（ 进行 通讯 。 议采用基于 息作为命令格式， 其协议栈如下图所示： 图 议栈 第一章 绪论 5 议定义了若干 法，用于完成各种需要的管理功能，其包括 20 个用户端设备端方法和 8 个自动配置服务器端方法： 图 法 法 议采用请求 /响应式通讯模式，一般是由用户端设备发起请求 连接（自动配置服务器可主动请求用户端设备发起连接请求） ，经过自动配置服务器与用户端设备的多次通讯完成管理请求，一次典型的通讯过程如下图所示： 第一章 绪论 6 图 讯过程 同时， 议 采用 一种通用的基于层级的 数据 模型表达方法 对设备参数进行定义 ，并通过其它一些 议（ ， 等） 对常用 设备参数 模型 （家庭网 关设备参数模型、 备参数模型等） 进行了定义 ，同时，其允许制造商 /运营商对其自有设备参数进行自行定义。一个典型的 备参数名称如下： 综上所述， 议在消息通讯、协议架构、安全要求、数据模型定义等若干方面做出明确定义，从而 解决了用户端设备在广域网上的管理互连互第一章 绪论 7 通问题，并为大部分的用户端设备厂商所支持，因而，该协议 非常适合作为 用户端设备管理系统的设备管理协议。 针对以上分析，并结合 某电信运营商 实际 面临 的具体业务需求 ，本文 描述用户端设备 网络 管理 系统 的 开发过程，对 开发 过程 中需求分析、设计实现、测试部署等软件开发 活动 进行描述， 并通过对 该系统的开发过程进行总结，为类似系统的开发提供借鉴参考。第二章 需求分析 8 第 二 章 需求分析 本文以某运营商家庭基站（ 备网络管理系统为例 进行 说明 。 第一节 运营商现状分析 该运营商主要提供移动通话和数据服务，并且提供一定程度固网数据服务，目前该运营商向用户提供基于 网设备的数据上网功能。 随着 3G 网络的发展，为了应对其它无线运营商的竞争 ，同时推进三网融合，增加新兴业务，该运营商计划推动家庭基站网络设备建设 6。 家庭基站（ 是一种毫微微米蜂窝基站 ，又称为 备 ，面向住宅或企业环境 ， 可以基于现有宽带网络增强移动网络在室内的覆盖 7。在用户家庭内，用户手机可以连接该家庭基站设备从而实现通过 络进行语音通话。同时，该家庭基站设备提供路由功能并提供独立数据通道承载音视频如 务。 家庭基站服务作为一项新的服务提供给用户，并允许原有上网服务客户免费升级，用户开通该服务后，运营商将免费赠送 /更换上网设备为家庭基站设备。该运营商同时计划在将来向用户提供基于该设备的音视频等增值服务，目前该家庭基站设备硬件上已经支持针对这些增值服务的功能，如额外的网络接口，制等，但出于安全考虑，目前软件上并没有开放这些功能，当运营商需要提供这些增值服务时，可以通过固件升级的方式开放这些功能。 营商原有业务流程分析 该运营商原有主要业务流程包括： 服务开通 ：用户开通服务（营业厅现场开通、电话或网上申请）后，运营商在其业务系统中为用户开户，并由该运营商物流部门将该上网设备递送至用户家中，随后由该运 营商维护人员上门进行安装，安装完成后运营商在其业务系统中开通服务。 第二章 需求分析 9 服务支持 ：用户打电话至客服中心，客服人员了解问题情况，电话协助，如无法解决则派人上门解决问题。 设备固件升级 ：将最新版本固件上传至运营商网站，由用户自行下载升级 其原有流程存在如下问题： 服务开通及服务支持需要人工上门服务，人工成本昂贵。 客服人员对用户设备配置不了解，电话协助困难，无法及时解决用户问题，客户满意度差。 设备固件升级需要用户自行下载升级，无法保证升级效果，造成固件版本不一致，维护成本高。 对于新的家庭基站业务要求，原有业 务流程存在以下问题。 需要人工上门安装 /替换家庭基站设备，人工成本昂贵。 家庭基站设备配置复杂，安装及维护人员培训成本较高。 家庭基站设备制造厂商较多，其固件版本也较多，管理成本增加，并且升级操作需要专门指导，无法由用户自行完成。 因此，该运营商面对新的业务需求，为了减少成本，增加用户满意度，提出建立一套专门的家庭基站设备网络管理系统（ 以下简 称 统 ），并调整其原有业务流程，以实现安装、维护、升级等自动化，信息化，减少人工上门服务，快速定位及解 决问题等业务要求。 营商业务流程 改进 经分析，其新业务流程应调整如下 ： 服务开通 ：用户申请开通服务（营业厅现场购买、电话或网上申请）后，运营商在其业务系统中为用户开户，生成服务配置信息，发送至 统 ，同时安排物流部门进行设备递送，物流部门首先将用户 /设备对应关系信息（用户帐户标识，设备 识）发送至 统 ，由 统 完成用户服务配置信息及设备信息的绑定，然后安排递送，递送成功后，由用户自行安装设备（接通电源，连接线缆 ，插入 包含帐户信息的 ）后，设备连接至运营商第二章 需求分析 10 受限网络，由 统 定位设备并 对设备进行认证，认证成功后 根据运营商发送的服务配置信息对设备进行自动配置，成功后通知运营商业务系统开通服务成功。 服务支持 ：用户打电话至客服中心，客服人员了解用户信息，通过登录 询用户设备实时状态及配置信息，进行自动诊断并进行相应操作，帮助用户解决问题。 设备固件升级 ：运营商将最新版本固件上传至 统 ，并下发升级执行计划，系统按照下发计划进行批量升级操作。 新的业务流程与原有流程比较，实现了自动化服务开通，实时服务支持以及可管理的批量固件升级，从而减少了运营成本，增加了客户满意 度。 第二节 系统用例分析 经如上分析， 统 用例图如下所示 ： 第二章 需求分析 11 图 统用例图 第二章 需求分析 12 例角色 统 具有以下用例角色（ : 运营商 统 ：运营商运营支撑系统，负责提供 统 进行业务操作的必要信息 及功能 ，包括用户信息，设备信息，服务配置信息，用户 /设备对应关系信息 ，用户信息认证 等， 其与 统 之间的接口称为北向接口（ 设备运维人员 ：负责对设备安装、运行、维护的客户支持人员。该角色需要访问 统 操作界面完成对 设备相关的操作功能。 系统管理人员 ： 统 管理员，负责 统用户、权限、日志及维护管理。 家庭基站设备 ： 统所 管理对象，其与 统 之间的接口称为南向接口（ ,通过与 统 的交互完成自身注册、自动配置等设备管理功能。 统 用例 统 包括的用例包括如下： 信息导入 ：指将 统 进行业务功能所需的信息由运营商 统导入到 统 ，该用例包含以下 子 用例： 用户信息导入：导入用户信息，包括用户 标识， 联系信息 等。 服务信息导入：导入 用户开通的服务信息，包括 用户标识， 服务标识 ，服务参数 等 。 设备信息导入：导入设备信息，包括设备标识，设备类型等信息，该信息由运营商业务系统中资产管理模块导入。 用户 /设备关系信息导入：导入用户和设备之间的对应关系信息，该信息由运营商物流部门决定派送设备后决定，当用户更换设备时，该信息需要更新以完成设备的重新配置。 设备信息管理 ：设备 /用户 /服务信息查询。 设备自动配置 ：设备安装后需要由 统 将用户所开通服务的相关配置信息下发到设备，完成初始配置功能，使设备能够正常工作的过程。 包括如下子用例： 第二章 需求分析 13 设备发现： 设备第一次上电建立初始连接后，需要根据设备位置信息决定其本地接入信息（包括本地安全网关及基站网关等信息）。 设备注册：设备经 统 认证后 ，按 统 下发的配置信息进行配置，使之进入服务状态 。 设备配置管理 ：指对设备配置参数信息进行查询和修改等管理操作。 包括如下子用例： 设备配置查询：查询设备当前配置参数。 设备配置修改：修改设备当前配置参数。 设备配置文件备份：将设备配置文件备份至 统 。 设备配置文件恢复：将 统 备份的配置文件上传至设备并恢复其配置。 设备诊断和维护 ：对设备自身进行诊断和维 护操作。 包括如下子用例： 设备自动诊断：由 统 通知设备执行诊断测试，返回诊断结果。 设备重启：由 统 通知设备进行重启动。 设备恢复出厂设置：由 统 通知设备进行恢复出厂设置操作，该操作会引发重新对设备自动配置。 设备固件升级：由 统 对设备进行固件升级操作。 设备固件文件管理：设备固件文件上传 、下载、删除。 设备故障管理 ：对设备告警 信息 管理 。 包括如下子用例： 设备告警通知 ：设备产生告警后，将告警信息发送至 统 。包括主动告警及告警文件上传。 当前 告警 信息 查询 ：通过 统 查看设备当 前有无告警及告警信息内容。 告警历史信息查询：查看设备历史告警信息及内容。 设备性能管理 ：对设备自身性能状态信息的管理 。 包括如下子用例： 性能文件上传 ：定义性能采集参数，上传设备性能文件至 统 。 性能文件查询 ：性能文件信息查询。 性能数据 报表 ：对设备 提供性能数据的统计报表功能，并以直观的表格和图形如折线图、直方图、饼图等方式显示统计结果。 系统管理功能 ：对 统自身 的管理。 用户管理： 统 用户的增加、删除、修改、查询。 第二章 需求分析 14 用户组管理： 统用户组的增加、删除、修改、查询 、用户组权限设置 。 系统日志管理： 统 日志查询、备份、清理。 系统维护管理： 统 资源管理，包括 存、磁盘空间、数据库连接等资源状态显示、系统备份及恢复等 第三节 系统接口分析 庭基站设备网络架构 根据运营商技术规范， 家庭基站设备网络架构如下图所示 8： 图 庭基站设备网络架构 如图中所示， 家庭基站设备 需要连接家庭基站网关（ W： 并以用户帐户信息进行注册，通过家庭基站网关连接核心网络 （ ， 同时 为了 保证数据安全， 在其间增加安全网关 （ 建立 全通道。家庭基站网关，安全网关，用户 服务配置参数 等配置均需要通过家庭基站 设备管理系统（ 配置到家庭基站 设备。该图中各 网元及接口说明如下： 家庭基站网关 ：负责对 家庭基站 和 核心网络 之间的信令和数据进行汇聚和分发，同时 家庭基站网关 负责对 家庭基站设备 的注册和接入控制等。 第二章 需求分析 15 安全网关 ：在 家庭基站 和 家庭基站网关 之间增加了 安全网关 ，负责建立全隧道，保证 家庭基站 到 统 和 家庭基站网关 的安全接入； 安全网关 可以集成在 家庭基站网关内 ，也可作为独立网元存在。 家庭基站设备 ： 家庭基站设备 属于用户端设备，集成了 的主要功能，并通过公共 络接入 3G 网络。 统 ： 统 基于 责为 家庭基站设备 提供配置参数，实现 家庭基站设备 的位置认证功能，并且为 家庭基站设备 分配合适的服务网元，为 家庭基站设备 提供性能管理，告警管理。 口 ： 家庭基站网关 与 家庭基站设备 之间新增 口，支持 9和 10两个应用层协议，