新型运营商无线接入设备自动纳管方案研究与应用

班瑞 邹雨佳 王迪

中讯邮电咨询设计院有限公司

0 引言

移动通信系统的无线接入网目前主要通过IP（Internet Protocol Address，互联网协议地址）方式实现基站设备与核心网之间的互联承载。由于基站设备数量多且分布范围广，因此在无线接入网络中，用于接入基站及其他业务的接入路由器（后续简称“接入设备”）数量众多，在典型的无线接入网络中，接入设备数量占整个无线本地承载网络设备数量的比例超过80%。接入设备的施工效率对工程整体施工效率具有决定性的影响。

针对上述问题，急需尽可能简化现场安装工作，并实现配置初始化阶段的自动化。因此，本文提出一种新型无线接入设备自动纳管方案，可实现接入路由器配置初始化过程无需人工干预，这将大幅提升接入路由器施工效率，对无线本地承载网整体工程效率的提升起到重要作用。

1 现有接入设备纳管存在的问题

在网络建设过程中，接入设备从开始现场安装到能够上线投入使用并被网管系统完整管理，涉及到资源规划、设备现场安装、配置初始化、设备上线并纳入网管几个主要步骤。其中接入设备配置初始化包括设备发现、资源分配、配置文件生成、配置文件下发四个关键过程，在纳管关键过程中存在以下问题：

（1）现有接入设备的配置初始化流程繁琐且与各环节相关，耗时久，容易拉低整体效率；

（2）配置初始化过程中均需要运维人员手工配置，人力成本耗费大；

（3）手动下发各类配置，人工错误配置的可能性增加，为网络后期运行留下了隐患。

2 无线接入设备自动纳管方案设计思路

针对现有无线接入设备纳管存在的不足，新型的接入设备自动纳管主要从以下几个角度考虑，实现自动化、智能化接入纳管。

（1）接入设备自动识别

现场施工人员完成接入设备现场安装，直至网管系统识别接入设备与网络规划设备的对应关系，全过程无需人工上报数据或其他人工干预，简化现场施工工作。

自动识别的总体设计思路：接入设备加电后，可通过出厂缺省配置自动上报NEIP、厂商、型号等信息，并触发GNE（General Network Engine，通用网络引擎）设备，通过SNMP（The Simple Network Management Protocol，简单网络协议）trap消息通知网管系统，网管系统自动发起对接入设备的拓扑发现，并获取接入设备归属的接入环及环序号，使用该信息，网络系统自动识别接入设备与网络规划设备的对应关系。

（2）接入设备纳管参数全自动分配

接入设备初始配置所需的全部参数，包括管理IP地址、互联IP地址、互联使用的物理接口等参数，均由网管系统基于设备信息的自动识别及预定义的规则自动生成，无需任何人工干预，有效避免人工操作出现错误的可能性，并提升施工效率。另外，在参数自动分配阶段，IP地址的分配可灵活支持各种常见分配规则。

（3）SDN控制器屏蔽设备厂商差异，全自动生成接入设备初始配置

通过SDN控制器全自动生成接入设备初始配置，并下发配置至接入设备生效，有效屏蔽了不同厂商、不同型号接入设备配置方法的差异性。

3 无线接入设备自动纳管设计流程

无线接入设备自动纳管详细流程如图1所示，总体包括网络规划、接入设备现场施工、接入设备自动识别、配置参数自动生成、接入设备配置初始化、自动纳入网管六个组成部分。

图1 接入设备自动纳管整体流程图

3.1 网络规划

（1）网络规划信息

在网络规划阶段，运维/规划人员需要确定下列网络规划信息，并将规划信息录入网管系统：

①网络拓扑，包括每个接入环连接的汇聚设备、每个接入环中每个接入设备的设备名称、局址、机房、型号（可选）、互联使用的物理端口（可选）等信息；

②各地市接入设备管理IP地址、接入设备互联IP地址使用的地址段；

③每台接入设备管理IP地址、接入设备之间及接入设备与汇聚设备之间的互联IP地址分配规则。

（2）接入设备互联物理接口使用规范

为简化网络规划和设备现场施工工作，并提升网络运行阶段的可管理性，需事先确定接入设备互联物理接口的使用规范，即针对同一种型号的接入设备，事先规定左联物理接口与右联物理接口。

①在网络规划阶段，无需手工分配接入设备左联物理端口与右联物理端口，避免手工分配互联端口的随意性；

②在施工阶段，现场施工人员基于设备型号和端口使用规范进行施工操作，无需查询网络规划数据，简化了现场施工工作；

③在网络运维阶段，由于相同型号的接入设备均使用相同的左联端口与右联端口，可有效简化运维工作难度。

（3）IP地址分配规则

在接入设备自动纳管阶段，IP地址分配包括接入设备管理IP地址与接入设备互联IP地址，本方案可灵活支持常用的IP地址分配规则，并在规则的基础上实现IP地址分配自动化。具体包括下列规则：

规则一 ：按照地市自动分配。每地市预分配连续IP地址段，根据接入设备在地市内上线顺序自动分配地址。

规则二 ：按照成对汇聚设备自动分配。每对汇聚设备预分配连续IP地址段，同汇聚设备下的接入设备按上线顺序自动分配地址。

规则三 ：按照接入环自动分配。每个接入环分配连续IP地址段，相同接入环内接入设备按上线顺序自动分配。

规则四 ：按照接入环内序号顺序分配。每个接入环分配连续IP地址段，按照顺/逆时针为接入设备顺序分配IP地址。

在规则一中，IP地址从归属该地市的IP地址段中顺序分配，全部接入设备共享整个地市的空闲IP地址段，因此地址使用效率相对最高，但由于接入设备获取的IP地址由设备上线顺序决定，因此地址分配的规律性相对最差，不利于网络维护。

在规则四中，需要把归属该地市的IP地址段事先分配到各个接入环，接入设备按照在环中的序号自动分配IP地址，由于各接入环的空闲IP地址不能共享，因此地址使用效率相对最低，但地址分配的规律性最强，有利于网络维护。

规则四虽然地址规律性相对最强，但发生网络拓扑变更时（例如破环加点），为保持该规则，需要变更大量在线接入设备的IP地址，不利于网络运行稳定性。

四种规划规则具有不同的IP地址整体使用效率与IP地址规律性，具体情况如图2所示。

图2 四种规则对应IP地址的整体使用效率和规律性

从图2中可看到，地址分配规则的IP地址整体使用效率越高，其规律性越弱，各地市可根据实际情况选择适合本地市实际情况的IP地址分配规则。

3.2 接入设备现场施工

在接入设备现场施工阶段，现场施工人员完成接入设备的现场安装、网络连接、设备加电，并通过设备指示灯判断设备及网络链接是否正常。不需要施工人员进行任何设备配置操作。

现场施工人员在网络链接施工时，根据设备型号，按照前述确定的“接入设备互联物理接口使用规范”连接接入设备物理接口，避免施工人员现场查询网络规划数据，简化了现场施工工作。

3.3 接入设备自动识别

接入设备自动识别包括图1中的步骤3（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先） Type 10 LSA（Service Level Agreement，服务级别协议））、步骤4（SNMP trap）、步骤5（设备信息解析）、步骤6（接入设备拓扑自动发现），以下简记为步骤3、4、5、6。

●步骤3：接入设备加电后，根据出厂配置，生成全网唯一的NEIP地址，并自动在DCN（Data communication network，数据通信网络）、VRF（Virtual Routing Forwarding，虚拟路由转发）内运行OSPF路由协议，通过定制的OSPF Type 10 LSA泛洪NEIP地址，在该LSA中，同时包含设备的NEID、NEIP、厂商、型号等信息。

●步骤4：接入设备归属的汇聚设备作为GNE设备，在接收到定制的OSPF Type 10 LSA后，生成NEIP路由，并产生SNMP trap消息，该消息中包含新上线设备NEID、NEIP、厂商、型号等信息，汇聚设备将该消息上报至网管系统。

●步骤5：网管系统接收到SNMP报文后，解析NEID、NEIP、厂商、型号等信息，解析SNMP TRAP报文源IP地址，根据该地址判断上线设备归属省份及地市。

●步骤6：网管系统使用接入设备NEIP，自动发起拓扑发现，判断新上线接入设备归属接入环及在环中的序号，网管系统建立该设备与规划数据中设备的对应关系。

3.4 配置参数自动生成

接入设备配置参数自动生成，指网管系统基于设备自动识别的结果，生成对应接入设备初始化配置所需的所有参数，对应图1中的步骤7（分配管理IP地址，查询其他配置参数）。

（1）网管系统根据接入设备厂商及型号，按照前述的“接入设备互联物理接口使用规范”，生成该设备的左联物理端口与右联物理端口。

（2）网管系统根据接入设备归属的省份、地市、接入环及环序号，按照IP地址分配规则，生成该设备的管理IP地址及互联IP地址（左联物理端口IP地址及右联物理端口IP地址）。

（3）生成设备纳管所需其他配置参数。具体包括下列内容：

●SNMP采集服务器IP地址段，全国网络设备SNMP访问ACL（Access Control Lists，访问控制列表）中应允许该地址段SNMP访问；

●SNMP trap服务器IP地址；

●SNMP trap UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）端口号；

●网络设备SNMP community；

●Telemetry服务器IP地址；

●Telemetry TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）端口号；

●其他保障管理IP地址路由可达的配置参数；

●其他需要初始化的配置参数；

●其他配置规范要求的配置参数。

3.5 接入设备配置初始化

接入设备配置初始化包括图中步骤8（配置参数下发）、步骤9（生成配置命令）、步骤10（配置文件下发）、步骤11（配置文件生效），以下简记为步骤8、9、10、11。

●步骤8：网管系统将接入设备初始配置所需配置参数（步骤7生成的全部参数）及接入设备NEIP、厂商、型号信息传递至SDN控制器。

●步骤9：SDN控制器根据设备厂商、型号，并使用步骤8传递的配置参数及其他网络方案所要求的配置规范，生成接入设备配置文件。

●步骤10：SDN控制器使用接入设备的NEIP地址，将生成的配置文件下发至接入设备。

●步骤11：接入设备运行配置文件，进入可被网管系统完整管理、可开通业务，并符合网络方案要求的各类配置规范的状态。

3.6 自动纳入网管

接入设备自动纳入网管包括图1中步骤12（设备上线通知）、13（生成资源属性信息）、14（网管系统直接对接入设备进行管理），以下简记为步骤12、13、14。

●步骤12：SDN控制器完成配置初始化后，将接入设备信息传递至网管系统。

●步骤13：网管系统建立接入设备的属性信息，并采集接入设备资源、性能等数据。

●步骤14：网管系统可对设备进行完整管理，完成接入设备自动纳管全部流程。

4 无线接入设备自动纳管应用情况

无线接入设备自动纳管目前已通过了设备厂家互通测试，将逐步投入到运营商日常无线接入设备的纳管场景中，具备以下特点：

应用效果上，一方面能最大限度简化现场施工。复杂的设备上线配置工作由网管系统自动化完成，最大程度降低对现场施工人员及运维值班人员的技能要求，避免现场施工人员对设备进行配置操作，仅完成接入设备物理安装、网络连接、设备加电；设备初始配置由网管系统自动化完成，正常情况下无需人工干预，常见故障场景可由运维值班人员与现场安装施工人员配合解决。

另一方面，通过无线接入设备自动纳管方案，成功实现了接入设备识别自动化、接入设备IP地址分配自动化和接入设备初始配置自动化，改变了业务传统的配置模式，分省平均月减少建设运维6人力的配置工作；接入设备的自动上线纳管流程优化，推动建设智能化进展，分省平均月减少7人力的配置工作。

5 结束语

本文提出的运营商无线接入设备自动纳管方案，是未来提升网络施工效率的关键手段，目前已在现网应用成功并取得良好的运作效果。接入设备自动纳管方案的设计能够更加自动化、灵活快速满足运维人员配置需求，建立设备与网管系统之间的连接，极大提升运维效率，减少人力成本。