栅格通信网络综合运维管理体系结构研究

高京伟

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081))

0 引言

栅格网络为各种应用系统提供一体化通信保障，具有广覆盖、大容量、多手段、多层次、资源共享、安全可信、即插即用、可控可管、柔性重构、按需服务和端到端服务质量保障等网络通信能力。栅格网络的特点对运维管理提出了更高要求[1]，面向用户、面向服务的管理体系结构和应用技术成为当前研究的热点和难点[2]。

国际电信联盟ITU-T提出的电信管理网TMN模型[3]长久以来一直指导着电信领域的网络管理建设，但是由于ITU-T对TMN标准化的活动是一种自下而上的过程，因而导致目前在业务管理层面的标准匮乏。电信管理论坛TMF对TMN管理层次模型进行了深入的研究，提出了面向业务管理的电信运营图TOM、eTOM[4]和以TOM、eTOM为开发起点的、基于下一代运营支撑系统NGOSS[5]的电信运营管理框架。同时，IT服务管理论坛(ITSMF)制订了信息技术基础设施库(ITIL)[6]，实现综合、一致的IT服务管理。

本文首先分析和比较TMN、NGOSS、ITIL三种主流技术体系，提出一种适应栅格网络应用背景的融合主流技术体系的综合运维管理系统体系架构。

1 主流技术体系

1.1 TMN技术体系

TMN是描述电信网络管理活动和信息模型的最成熟的网络管理技术体系。TMN功能分层模型，自下而上分为：网元管理层、网络管理层、业务管理层和事务管理层。TMN包含FCAPS五大管理功能域，即故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和记账管理等[7]。

随着分布式计算技术、面向服务的软件体系的不断发展和网络管理需求的新变化，ITU-T现有的标准还不能覆盖TMN层次管理模型的所有层次，这些不足限制了TMN在新一代网络的分布管理环境中的应用[8]，主要包括：

① 虽然TMN对管理功能进行了分层，但到目前为止，管理功能的定义仍局限在网元管理层、网络管理层，更高层的管理功能因管理信息的缺乏而无法确定，同层管理系统间的关系也尚在研究之中。

② 管理信息模型的标准化集中在网元管理层，网络管理层以及更高的管理层缺少足够的管理信息支持。

③ TMN的信息体系结构不能完全支持分布式的管理环境，现存的信息体系结构在几个方面都对分布式管理有限制，例如，位置透明的通信方式是不可能的，充当管理角色的应用进程在执行任务时必须知道代理进程的位置。

④ 缺乏对管理系统软件开发方面的支持。TMN虽然提出了物理体系结构、功能体系结构和信息体系结构，但对软件系统开发方面的支持还不够。

可见，TMN标准仅仅覆盖了一个狭义的网络管理范围，缺乏对业务管理、事务管理以及更高抽象级别的运维管理活动的规范，难以满足以用户为中心的需要。在这种背景下，TMF提出了“下一代运营支撑系统(NGOSS)。”

1.2 NGOSS技术体系

电信运营图(Telecom Operation Map，TOM)是电信管理论坛(TMF)在对ITU-T的TMN管理层次模型进行了深入研究后提出的面向业务管理的运营处理过程通用模型。TOM以TMN分层思想为基础，展示电信运营过程(包括子过程)和业务活动自顶向下的、面向客户的、端到端的高层视图，提供了业务实现、业务保障和业务计费等基本过程及子过程的高层模型，从而在一定程度上丰富和发展了TMN的核心思想。

增强的电信运营图(enhanced Telecom Operation Map，eTOM)在TOM的基础上进行了增强和完善，它把TOM扩展成为一个完整的企业框架。eTOM框架提供从满足业务需要的粗粒度视图到满足行为需要的细粒度视图的业务过程的分解，分解的粒度取决于过程的重要性和对于业务的优先级。eTOM运维过程区包括3个直接运维纵向组：实现、保障和计费(FAB)，在一起的还有一个运维支持和准备过程组。从横向角度来看，在eTOM体系的运维过程区有4个运维功能组，这些功能组支持关于客户、业务、资源和供应者/合作者交互的运维管理。

NGOSS是TMF提出的新一代电信运营企业OSS/BSS系统的结构体系，希望为电信网络的不断演进提供保证。NGOSS强调自上而下、端到端的运营管理支持，充分体现“以客户为中心”的运营原则，它以TMN的电信管理网框架模型为基础，以电信管理论坛的电信运营图TOM或增强电信运营图eTOM为管理需求的出发点，重新确定了运营支撑系统与软件所应具有的体系结构特征。

NGOSS的体系结构包括NGOSS的生命周期和方法论、eTOM、共享信息数据(SID)、技术中立架构(Technology Neutral Architecture，TNA)以及系统一致性测试等5部分，其中NGOSS的生命周期和方法论是NGOSS的核心，另外4部分分别在NGOSS生命周期的不同阶段发挥作用。

NGOSS的生命周期包括业务(Business)、系统(System)、实现(Implementation)和运行(Runtime)4个视图。从总体上来说，NGOSS是从上述4个视图来反映出不同使用者所关心的问题，随着4个视图的循环来提升和构造整个企业完整的信息化体系架构。

1.3 ITIL技术体系

信息技术基础设施库(ITIL)由IT服务管理论坛(ITSMF)制订，它提供的是一套综合、一致的IT服务管理领域最佳实践，使企业通过IT来提升效率。ITIL是一个探讨如何交付高质量IT服务最佳实践的方法框架。该方法框架面向服务，能帮助决策者判断IT基础架构的哪些方面值得投资，以及如何实现目标投资收益最大化。

ITIL以服务管理为核心，服务战略为指导，建立起了详尽的、面向IT服务的流程框架，通过服务设计、服务转换、服务运营，使整个过程条理化。

eTOM与ITIL研究的是不同领域的流程，但也存在很多重叠，比如在eTOM的开通、保障、计费部分的流程。随着网络技术的不断发展，未来的电信网络设备将更加智能化，IT技术与通信技术将进一步融合，泛在网和泛在计算将成为趋势，未来的运维管理系统要管理好这些设备和技术，就需要引进、借鉴和融合ITIL这样的计算机管理最佳实践。在NGOSS5.0系列文档中的 GB921V已将eTOM的第3层与ITIL的事件管理流程部分进行了映射。今后，有关eTOM与ITIL在服务支持与服务配置流程方面的映射还会进一步研究。

1.4 技术体系比较

TMN、NGOSS/eTOM和ITIL技术体系比较如表1所示。

表1技术体系比较

比较项目TMN技术体系NGOSS/eTOM技术体系ITIL技术体系管理活动电信网络管理。自底向上，面向网络。自顶向下，面向用户。强调商业管理。制定电信企业业务过程框架。主要对组成流程的流程元素进行标准化。企业内部IT系统管理，面向IT基础设施。以流程为导向、以客户为中心。ITIL以流程为核心，详细给出了每个流程的活动组成。功能模型包括网元管理层、网络管理层、业务管理层和事务管理层。重点实现网元管理层、网络管理层管理功能。实现FCAPS管理功能。包括客户接口管理层、客户服务层、业务开发和运营层、网络与系统管理层、网元管理层。提供业务提供商所需的企业过程。实现服务管理、业务管理、基础设施管理、应用管理、服务管理实施规划、安全管理。信息模型CIM共享信息/数据模型(SID)ITSM实现技术面向对象面向服务面向服务管理接口协议SNMP、CMIPSOAP/WebServices、IIOP/CORBASOAP/WebServices、IIOP/CORBA系统协作关系较好好好

2 系统体系结构设计

栅格网络综合运维管理系统参考TMN规范，并融合NGOSS/eTOM和ITIL面向服务的管理思想，实现了TMN、eTOM和ITIL的融合。栅格网络综合运维管理系统从以网络资源管理为中心、自下而上的管理模式向以用户为中心、自上而下的现代管理理念转变，以满足不断发展的栅格网络运行维护的需求。综合运维管理系统体系结构如图1所示。

图1 综合运维管理系统体系结构

网元管理层、网络管理层采用IETF SNMP、OMG CORBA等管理体系，运维管理层参照eTOM和ITIL相关技术体制，运维管理系统内部各层面的信息交互采用Web Services技术体制，运维管理系统采用Web Services技术为用户提供信息服务。栅格网络综合运维管理系统信息模型兼容了TMN/SNMP/MIB、NGOSS/SID、OWL-S等信息模型[9]。

栅格网络综合运维管理系统体系结构包括用户应用视图、管理功能视图和系统集成视图。3个视图分别从不同的视角描述运维管理系统的管理行为、管理活动与管理实施等要素。

2.1 用户应用视图

用户应用视图是综合运维管理系统能力的集中体现，也是综合运维管理系统建设的主要依据。用户应用视图从系统整体运维角度，面向用户应用，考虑不同功能系统在运维管理活动中的角色与定位，充分体现不同功能系统对一体化运维管理的贡献，以及网络运维管理活动对栅格网络的有效运行提供的技术保障能力[10]。

综合运维管理系统的建设需要满足企业管理部门、技术管理部门及技术保障部门等不同使用部门的差异性、弹性管理需求。由于不同使用部门的职责不同、任务保障特点不同，因而对网络关心的重点、关心的范围往往各异。例如企业管理部门日常只需要关心综合通信保障态势，不太关心局部态势；但遇到重大保障任务时，重要方向、重点线路和重点节点的运行态势将成为用户关心的重点。

综合运维管理系统能够对日常运维、应急保障、重大保障和重点保障等多样化通信保障任务提供一体化的网络运维支撑服务，为各级各类用户应用部门进行网络、业务与应用的组织、规划、运行、维护及管理提供有效的技术保障手段。

使用部门的差异性、弹性以及保障任务的多样化需求对综合运维管理系统的设计与部署提出了很高的要求。综合运维管理系统能够为各类管理应用提供柔性扩展、即插即用、按需服务和安全可信的运维支撑环境，为多样化任务条件下各通信部门提供全维的网络化的信息保障支持，为获取信息优势并快速转化为决策优势提供有力支撑。

2.2 管理功能视图

综合运维管理系统实现管理平面全功能域管理，完成拓扑管理、故障管理、配置管理、性能管理、安全管理等网元级和网络级设备管理，完成系统级资源管理与控制，实现基于策略的分布式业务管理能力[11]，实现以客户为中心的事务处理及运维管理。

综合运维管理系统管理功能视图包括6层结构，分别是：资源(网元)层、管理信息传输层、基本面向服务体系结构层、网元管理层、网络管理层及运维管理层。

① 资源(网元)层

资源(网元)层主要包括栅格网络传输层、承载层和服务层各层系统的网元设备。栅格网络中所有的网络资源，包括物理资源和逻辑资源构成资源(网元)层的各类要素。这些要素是综合运维管理系统需要管理和服务的对象。综合运维管理系统的一个重要目标就是使得网络中各类要素能够协调工作，发挥最大效能。

② 管理信息传输层

管理信息传输层构建综合运维管理系统各类应用系统之间、上下级应用系统之间以及管理应用系统与被管对象间信息沟通的通道，也就是管理信息传输网。

管理信息传输网是网络运维管理系统管理信息的传送网络，一般采用建立专用VPN方式，辅以2 Mbps专线或64 Kbps专线方式。

③ 基本面向服务体系结构层

综合运维管理系统各类应用系统都要基于统一的技术体制进行建设，基本面向服务体系结构层规定了各类应用系统需要遵守的最基本的通用技术规范。

基本面向服务体系结构层主要提供各种通信协议、Web服务定义与描述、本体定义、数据定义和描述及信息建模等[12-13]。

④ 网元管理层

网元管理层管理功能实现对栅格网络网元的管理，完成被管网元的控制、管理和协调，进行被管网元有关数据的维护。网元管理层管理功能主要由相应的网元管理系统实施，如传输网元管理系统、路由交换网元管理系统、业务控制网元管理系统以及综合接入网元管理系统等。网元管理系统直接面向网元设备接口，完成网元的配置和网元状态、故障和告警等信息的采集。

⑤ 网络管理层

网络管理层管理系统实现面向栅格网络全网的网络监视和分析，功能包括网络拓扑的监视与操作、全网资源采集与分析、基于拓扑和资源数据实现全网故障告警与受理、网管操作的集中管理、全网配置信息的采集与配置分发、端到端网络性能监测与分析、流量流向与流量分布的监测与分析、路由分析与路由控制等。

网络管理层管理系统通过各网元管理系统提供的北向接口，实现网络的集中统一管理，主要包括综合态势管理、综合配置管理、综合故障管理、综合性能管理、策略管理和系统管理等功能[14]。

网络管理层功能由专业网络管理系统以及综合网络管理系统共同完成。应急保障等突发情况下，通过网管基础设施以及管理服务虚拟化手段，构建虚拟化的网管中心，实现任务网络管理系统功能。

⑥ 运维管理层

在运维管理层面，为栅格网络业务规划、开通、保障和用户服务提供功能支持，提供用户服务管理、业务指配管理、业务服务等级控制、业务质量监测、业务服务质量预警、业务资源管理和业务规划辅助决策等功能。完成面向网络、设备、业务和用户的组织、规划、运行、维护和管理方面的通信作业处理功能，包括网络与业务规划辅助决策、值交班管理、表报资料管理、业务处理流程管理及网络与业务故障处理等功能。实现全网资源统一管理，自动调度传输、网络、计算和存储各类资源，实现全网网络资源按需统一、合理、高效的使用[15]。

按照功能细分，栅格网络综合运维管理系统在运维管理层面包括应用门户系统、业务综合管理系统、统一资源调度系统以及电子运维系统等。

2.3 系统集成视图

系统集成视图是综合运维管理系统展示系统能力的关键。栅格网络综合运维管理系统由众多分系统、子系统组成，使用部门和人员多，应用的地域广，管理的网元种类多、数量大，并且使用的场景多样化。为了使得各管理应用系统发挥最大效能，有必要建立统一的面向服务的集成框架，实现一致的管理协同操作。

2.3.1 面向服务的管理集成框架

建立统一的管理集成框架，提供网络运维管理系统内部各管理系统的系统集成和运行平台，规范各级各类管理系统的系统结构和操作风格，并充分考虑与其他网络运维管理系统的关系，统一规划、统一组织、统一体制。

管理集成框架包括管理界面集成框架以及管理服务综合集成两部分内容。

① 管理界面集成框架

管理界面集成框架提供强大的开放性开发平台，能够方便用户集成自己的应用程序，实现对具有若干模块界面的复杂应用程序的快速集成和统一展现，并且这些应用程序能够得到底层的数据支持和功能支持。

开发人员可以在此平台上设计自己的显示界面，只需在已有功能模块界面的基础上，进行简单的定制开发，使其满足界面集成接口规范，并通过对界面集成框架配置文件的修改调整，明确界面集成的方案，即可获得一体化运行的具有统一界面风格的程序界面，从而显著提高软件团队，尤其是人机界面设计团队的开发和集成效率，并且使得复杂系统中各个模块的独立开发测试和集成联调更加便捷。

通过管理界面集成框架，可使得系统中不同的功能模块具有统一的观感风格、字体样式，并能通过简单的配置，规范系统人机界面中的文字表达方式和所使用的图标文件，促进系统中各个功能模块显示风格的统一。

同时，本框架具有高度可扩展的特性，可对框架中的用户认证方式、权限控制方式、界面组件观感风格和表现形式、框架及各个模块界面的初始化和销毁方式等方面进行扩展定制。

此外，框架提供通用的功能模块和数据集成，不同用户开发的应用程序互相独立，仅需要框架基础模块的支持即可，但在框架下可以集成不同用户的应用程序，从而方便地实现功能的集成。

② 管理服务综合集成

管理服务综合集成是实现综合运维管理的核心，是保障管理业务高效运转的基础。通过管理服务的综合集成，实现特定的管理需求，支持一系列定义好的管理流程，按需提供特定的管理功能。

综合运维管理系统实现以管理服务总线为核心的管理服务综合集成框架，减少系统复杂度，提高集成效率，实现系统级全局服务的重用与重组支持能力，增强系统可扩展性、安全性、可靠性、可用性和敏捷性。

综合运维管理系统能够在一个统一的体系结构框架下，通过装配组件和服务，快速甚至动态地交付管理服务、管理应用，能够适应不断变化的网络环境和业务环境，比如经常改变的管理对象、服务策略、业务级别、业务重点、服务质量参数以及其他与网络管理有关的因素。

综合运维管理系统通过基础设施虚拟化以及管理服务虚拟化手段，以服务为中心，以需求为牵引，实现按需服务提供能力、按需系统部署能力[16]。

2.3.2 管理协同环境

管理协同环境主要解决综合运维管理系统中不同管理应用系统之间、不同管理服务之间、上下级运维管理系统之间、综合运维管理系统与其他信息系统之间的协同工作问题。管理协同是个技术范畴的问题，同时也是个机制问题。

传统网管系统具有严格层次的分层功能。相反，支持栅格应用的网管系统实现模块化能力的集合，这些模块化能力可以基于动态变化的需求进行装配或重组。这种方法并不排除创建层次化的功能栈；但是，其基本设计是水平的而不是垂直的。综合运维管理系统只有采用面向服务的体系结构，才能更好地支持栅格应用。

仅仅按照管理功能视图中分层体系架构，开发出各类特定的网元层管理系统、网络层管理系统、运维层管理系统还不够，栅格网络对运维管理有更高的要求。

综合运维管理系统采用柔性管理机制，能够依据通信保障任务需要或新的用户需求，灵活构成机动、固定或机固结合的系统；覆盖范围可伸缩；系统可单级、多级配置；每级中可灵活接入不同种类、数量的被管系统或设备，或按新用户需求进行灵活调整等。实现管理系统组织、管理范围、管理功能的柔性重组，实现按需部署、按需管理、服务级备份，提高上下级系统间、系统内部各子系统间以及与其他信息系统间的动态协作水平，适应多样化任务对通信管理需求不同的应用场合。

管理协同环境将大大提高综合运维管理系统的敏捷性、可扩展性、抗毁性，以及对不断出现的新的管理需求的适应能力，增强支持多样化任务需求的灵活性。

3 栅格网络综合运维管理通用平台实现

栅格网络综合运维管理通用平台组成如图2所示。

图2 栅格网络综合运维管理通用平台

基于虚拟化运维基础设施，通过构造灵活的系统管理流程和服务，建立面向服务的综合运维管理通用平台[17]，使得使用人员在不需要技术人员协助的情况下，能够根据需要快速创建、配置和重新部署管理应用系统，满足使用者不同地点、不同应用环境、不同任务条件下灵活实施管理操作的需求，为栅格化通信网络综合运维管理带来更大的灵活性，提高系统快速反应能力，做到随需而动。栅格网络综合运维管理通用平台包括运维服务支撑环境、感知控制、运维服务基础平台、网管应用平台及面向用户定制的多样化运维应用。

① 基础设施虚拟化环境

实现计算资源、存储资源、网络资源等的虚拟化，提供综合运维管理基础设施虚拟化云环境。

② 运维服务支撑环境

主要包括操作系统、数据库系统、地理信息系统、图形开发环境、安全管理、时间统一等基本软件支撑环境，为上层软件提供对系统软件、硬件资源的统一访问接口。

③ 感知控制

依据管理策略和网络状态动态分配和调整感知任务，实现被管对象统一接入、网络策略的集中配置、网络信息的订阅分发、网络状态监听和网络行为的动态控制。

④ 运维服务基础平台

运维服务基础平台提供基础服务管理、数据共享环境、公共服务和运维应用门户。

⑤ 运维管理应用平台

提供网络综合管理平台、业务综合管理平台、资源综合管理平台等典型网管应用平台和自定制平台。

⑥ 面向用户定制的多样化运维应用

支持常态运维、应急运维和重保任务运维等多种应用场景，支持企业管理、技术管理和技术保障等不同部门、特定部门应用，能够按需定制综合态势、专业态势、专题态势和区域态势。

4 结束语

栅格网络突出提升以服务为中心的下一代网络的可管理性、安全性、开放性、移动性及扩展性设计；在管理上倡导面向用户的运维管理，使得TMN、NGOSS、ITIL的融合趋势日益鲜明；即插即用、按需服务、主动管理将成为未来运维管理系统的鲜明特点。本文提出的栅格网络综合运维管理体系结构试图能够对运维管理系统的设计、研制与建设提供一种解决思路。

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