水利部通信监视告警系统的实现

刘庆涛，耿丁蕤

（水利部水利信息中心，北京 100053）

0 引言

近年来，随着通信技术的快速发展和水利系统通信业务需求的增加，水利部通信专网规模越来越大，系统及设备种类越来越多，仅在京地区程控交换网就由 6 个系统 30 余种设备组成。各系统、不同种类设备之间网管不统一，无法实现各分系统的集中监控和自动告警。此外，通信设备除部署在水利部中心机房，还分散在水利部周边 8 个远程办公及宿舍区。日常维护中，依靠维护人员利用维护终端分别接入远程系统查看设备情况。而传统人工线路测试方式效率低、强度大、准确性差，如在非工作时间设备出现告警，运行维护人员将不能及时发现故障，延误了设备告警排查时间，对防汛调度及日常办公生产造成极大安全隐患。

如何高效地管理各系统重要设备及重保线路，及时发现并处理各类突发故障，确保整个通信系统稳定运行成为亟待解决的问题。因此，水利部水利信息中心与相关单位合作开展了研究与实践，设计了 1 套集不同种类通信设备集中监控、故障告警、通信线路自动测试等功能于一体的综合性平台，基本满足了目前系统实时监控、及时告警，缩小故障排除时间，提高了系统运行维护工作效率。

1 系统需求

1.1 基本情况

水利部通信网采用的结构是基于软交换构架结合 IP PBX（具备 IP 交换能力的程控交换机）方式。即软交换作为系统核心，实现呼叫控制处理及协议处理，通过业务服务器提供多媒体通信及增值业务；通过数据库服务器及网管系统提供资源管理等功能；通过 BAC（Border Access Controller，接入控制器）和 RTP 代理实现 NAT 穿越和用户认证、接入[1]。

水利通信系统结构如图1 所示。采用 IP PBX 作为水利部机关及宿舍区用户接入设备，将目前大量的普通模拟电话接入软交换系统，充分利用了现有的模拟线路，避免重新布设网络造成的资源浪费。IP PBX 具备 IP 交换能力，采用 SIP（Session Initiation Protocol，会话起始协议）接入软交换网络，同时 IP PBX 自身具备内部交换功能，本地传统话音业务可以通过 IP PBX 进行交换，而网间呼叫由软交换进行呼叫处理。

软交换系统通过 TG（Trunk Gateway，中继网关）与 PSTN（Public Switched Telephone Network，公共交换电话网）、IP 长途公网、水利部卫星通信专网、防汛 VoIP 专网及水利部在京地区直属单位程控交换机相连；同时 IP PBX 通过数字中继与 PSTN 相连，起到至 PSTN 互联的路由备份作用。

水利部远程办公区、分支机构可以通过专网经AG（Access Gateway，接入网关）或 IAD（Integrated Access Device，综合接入设备）将普通模拟电话接入软交换网络，将水利部内线号码延伸至部机关以外的办公地点，从而实现内部短号互通及其它语音通信业务。

对于用户，除可以采用普通话机经 IP PBX，AG或 IAD 接入软交换网络实现语音通信，还可以通过标准的 SIP 协议电话及 PC 软电话（即安装在电脑上的多媒体客户端）直接通过局域网接入软交换系统，实现各种多媒体业务及增值业务；而外出人员通过 Internet 网接入 VPN 网关及防火墙，进而经软交换汇接实现多媒体及增值业务[2]。

由于系统网络结构较为复杂，网络节点多，影响或制约系统稳定性的不确定因素多，网络可靠性偏低。

图1 水利通信系统结构图

1.2 需求分析

整个系统中只有中心点交换机可以实时发布告警信息，远端交换机和各类网关及软交换服务器都是维护人员每日定时分别登录，人工检测、排查告警信息。尤其是作为整个网络汇接点的 3 台网络交换机，因属于网络设备，维护人员以往未接触过，维护能力上有较大的不足。每日巡检维护人员都需要花费大量的时间手动进行各系统的检查，对几十条重保用户及至专网各流域总机线路进行测试，检测任务繁重，工作效率较低。

为有效解决上述问题，需开发研制 1 套即能自动对程控交换机、网络交换机等硬件进行告警管理，又能自动对重点线路及专网线路进行测试的综合性管理平台。

其具体需求主要包括监视告警系统和线路自动测试功能 2 个方面：1）具有远端告警数据采集功能，能自动判别告警类型和级别，准确进行定位，对历史告警进行统计分析，将故障告警信息以手机短信形式通知维护人员；2）系统在规定时间通过交换机语音线路拨打系统预先设定的专网号码，并依据对方回复来判断线路质量的有扰测试；对重点线路在空闲时段，通过执行操作指令，依据反馈结果，判断线路通断的无扰测试。

2 系统方案

2.1 方案描述

方案包括监视告警和线路测试维护系统 2 部分，方案结构如图2 所示。

图2 方案结构图

监视告警系统采用分布式网络设计，系统由中心监视平台和信息提取模块 2 部分组成，2 者采用 LAN 方式进行数据传输，传输协议采用 TCP/IP 协议族。

告警信息提取模块负责连接与断开服务；在常连接的基础上，中心告警监视平台监听多个服务端口，根据告警信息提取模块的请求而启用不同的服务进程，并将相应数据返回请求方，同时告警信息提取模块在收到中心告警监视平台请求后，能立即启用相应服务进程应答请求，提供相应服务。整个数据传输采用请求、应答信息双向加密、报文转化方式进行。

告警监视平台采用 B/S 的 3 层体系结构设计，即整个系统平台分为接入、应用和支撑层，并将该体系结构在 Microsoft 的 .NET 框架上实现。故障告警系统分层结构如图3 所示。

事务逻辑被封装到 .NET 部件内，可将复杂的事务逻辑分成不同的模块封装在不同的 .NET 部件内，1 个 .NET 部件实际上就是 1 个 Assembly，最终形成的是 1 个 DLL 文件。然后将多个 .NET 部件封装到 1 个 Web Service 之中。

数据库访问通过 1 个处理所有和 SQL Server 管理的提供者交互的类实现。通过存储过程访问存储在数据库中的数据。

线路测试维护系统采用 C/S 数据结构，是 1 套交换机指令测试处理系统，通过 LAN 或 V.24 与交换机系统紧密连接，采用 AMO 指令作为底层指令传输，根据交换机数据结构，将指令区分位动作、名称和参数；将指令作分类归属，区分查询、添加、修改和删除；按照交换机指令规律进行线路测试；对指令动作进行归类组合，形成完整的数据指令发送到交换机系统；并接收交换机返回信息，确认操作指令的正确完成，如果遇到失败提示则根据提示信息对操作人员进行错误提示。

2.2 方案特点分析

交换机故障告警系统平台是个开放、交互、一网式系统，具有以下特点： 1）实现数据共享，使其在 1 个网络平台上工作；2）以服务为中心，实现用户服务的个性化 ；3）基于 Internet 和 Intranet，突破了时间、空间之间的制约； 4）采用先进的 B/S 模式的 3 层结构体系；5）采用 ASP.NET，Web Service等先进软件开发技术，以及 SQL Server 大型数据库系统；6）使用了 HTTP，SOAP 和 XML 等开放的协议；7）用户端无需安装专用软件，使用 IE 浏览器即可查询；8）系统具有坚强的保密性设计和安全接口，对于数据的共享、传输、使用提供完整的安全和加密措施。

3 系统实现

中心监视告警平台由 1 套告警监视系统服务器（含 1 套短信网关）和 1 个工作站组成。配置网络打印机，用于打印各类报表。监视告警终端计算机和服务器分别配置单独 IP 地址，并与被监控的通信设备在同一地址段内，方便读取通信设备的故障信息。

水利部中心程控交换机提供 2 M 数字接口，以ISDN 方式的 Q931 或 ETSI 信令格式与监视告警系统直接连接；远程地区程控交换机提供 2 M 或 IP 端口通过光传输网络汇接与监视告警系统连接；其它通信设备通过 IP 接口与监视告警系统直接连接。

此外，程控交换机提供语音拨号接口，在 2 M 数字线路中提供第 1 主叫、被叫，被叫号码端口和忙闲等信息，以实现线路自动测试功能。

4 系统功能

4.1 监视告警功能

1）告警数据采集。实时采集远端交换机输出的所有告警报告，并将告警报告存放在原始日志文件中。支持不同机型的数据采集及告警管理。

2）告警地图显示。中心监视告警平台配置电子地图显示，按照地理位置将交换机图标显示在地图上，当某点交换机出现告警时，地图上的图标颜色将发生变化，同时伴有报警声。

3）告警类型和级别设置。可对故障级别和类型分别设置数据表，同时定义故障类型和级别的数据字典。可以根据故障的严重和时效性将故障分为若干级别，在故障级别表中设置该级别是否需要上报上级网管系统。

4）告警数据过滤。通过设置告警过滤条件（如类型、级别），有针对性地接收和处理告警信息。系统内置故障信息对照表，可将常规故障信息以中文或特定字符标记出来，故障内容中英文转换，方便管理人员维护。

5）告警实时监视。提供告警列表、全网告警监视等多个角度来反映告警的当前状态，并伴有颜色、声音等多种形式的提示。当故障发生时，系统具备手机短信通知和系统声光告警功能。在接收到告警信息的时候，根据故障信息中的硬件位置，在图例化界面的相应位置产生闪烁，同时进行声光或语音报警等各种形式的处理。

6）告警历史信息查询。在接收到告警信息的同时将告警信息入库。将局号，故障类型、级别、编码、时间、位置等信息写入数据表。

7）告警定位。在硬件故障产生的时候，可以通过中心告警监视平台看见该故障对应的节点（远端局交换机）产生报警闪烁。网管系统可将故障告警直接定义到设备故障端口，并显示相应的中英文故障内容，从而方便管理人员进行故障处理。

8）告警统计分析。故障信息表中的故障信息可以按照节点、级别、类型、编码进行单一和组合统计，可以显示和打印统计信息。告警系统可以按设定好的时间段或设备运行的实际数据，进行故障信息统计，并形成相应的统计报表打印输出[3]。

4.2 线路测试

1）语音线路测试。系统是利用语音线路，自动呼叫到测试对方，经过 IVR 流程，对方按键进行确认后自动记录到系统中，如果对方确认线路正常系统自动判定为测试成功。失败后将在一定时限内重新测试，如果对方确认线路问题依旧则系统自动判定为测试失败，系统会自动将测试失败的信息进行告警提醒并通知给系统管理员。

2）数字线路测试。将交换机指令进行中文解读，根据交换机指令特征形成严格的交换机数据结构，对发送到交换机数据端口的指令信息进行数据校验与验证。根据维护人员操作内容的不同，线路测试维护系统对维护人员操作内容进行交换机指令数据组合，分析交换机指令返回结果，将返回错误的结果进行告警处理。形成完整的交换机指令与交换机进行通讯，达到线路测试目的。此系统可以方便系统管理员进行分等级的控制，不需要具体指令就可以实现日常的分机等级维护。

通过交换机对线路的测试，对线路信息进行分析查询，可以得到交换机测试数据，内容有电话号码、对应号码的端口位置、类别（数字或模拟）、服务等级及所涉及的有关信息，维护人员通过对电话数据进行浏览，可以查看到交换机所管理的电话数量及每部电话的状态信息。

4.3 告警短信发送

系统可以对各点通信设备发送的告警数据进行分析，通过预先设置手机号码进行告警短信的发送。可以按照设备节点进行短信告警级别配置，当节点设备故障时，可以根据故障级别将故障短信发送到 1 个人或多人的手机上。

5 结语

该系统集成度和标准化程度高，便于管理和维护；人机界面友好，操作方便，易学易用；系统兼容性强，易于扩容升级；具有告警输出提示，自动判断告警故障原因、报警资料记录齐全；采用多种告警提示方式；系统设备配置灵活、设置方便。符合集中监控系统向分布式和网络化发展方向。该系统的实现，使运维人员彻底改变传统分散式监控模式，集中在同一个系统对所有维护终端进行监视监控。该系统告警功能减少了系统故障的发现、排查时间，线路测试功能节约了大量的人力，提高了工作效率，确保了水利通信系统更加安全稳定的运行。

[1]方明，崔瑞玲，丁军. 水利程控交换机改造项目初步设计[R]. 北京：中华人民共和国水利部水利信息中心，2006:16-17.

[2]耿丁蕤，崔瑞玲，周扬. 软交换在水利通信网中的应用[J]. 水利信息化，2011 (4): 20-21.

[3]中华人民共和国信息产业部. YD 1363.1-2005 通信局(站) 电源、空调及环境集中监控管理系统规范[S]. 北京：人民邮电出版社，2005: 12-13.