5G网元设备端口实现自动分配的分析研究

余博文

摘要：随着互联网和云计算技术的发展，5G网络中各个网元设备之间的网络拓扑与硬件层面密切相关。在实际机房中安装设备，并梳理设备之间的光跳纤和以太网线缆，属于5G云化网络设计阶段的工作。由于5G云化网络拓扑复杂，涉及的线缆数量众多，仅依靠人工进行端口表的分配与审核容易出现遗漏或误判的情况。因此，本文结合实际5G云化网络设计中的现状，对5G网元设备端口实现自动分配进行分析与研究。

关键词：5G网元；端口分配；网络拓扑；光跳纤；以太网线缆

一、引言

5G云化网络的建设通常可分为方案规划、现场勘查、设计、施工及集成5个阶段。在方案规划阶段，需要明确大致的设备连接方案，包括各类设备之间的连接方式和配置等宏观情况。随后在现场勘查的设计阶段，需要具体的微观信息，如5G网元设备总数量、每台设备不同类型端口的数量，以及每台设备与其他设备之间的线缆连接数量和类型[1]。

本文将研究在梳理好线缆表和分配之前的端口表基础上，根据通信设备及线缆设计的规则，实现5G网元设备的端口表自动分配的方法，并分析自动分配后的端口表，以确保正确性并提供验证方法。

二、前置条件

线缆表中记录与端口表关联的线缆属性包括线缆类型、长度、数量、连接的上行设备和下行设备；而端口表需要记录设备具有多少个面板、每个面板上的端口是通过光信号或电信号传输数据，光信号端口上光模块的类型，以及哪些类型的线缆可以接入到该光模块上。

设备全量表、线缆表及端口表的结构可参考数据库存储表结构设计的原则，确保每个字段参考第一范式保证原子性，作为不可分割的数据项。最核心的基本点是设备全量表，用于记录5G云化网络中所有网元设备的信息。

（一）设备全量表

设备全量表对网络拓扑图的涵盖及关联中，需要特别关注以下信息和注意点：

其一，设备全量表中设备名称必须是唯一且明确的，以便在网络拓扑图中准确标识每台设备。

其二，每台设备在设备全量表中的信息应该是独立的，不受线缆表和端口表的内容影响。同时，线缆表和端口表中引用的信息都应依赖于设备全量表的内容。

这样做可以确保设备全量表的完整性和准确性，同时也能够保证网络拓扑图中涉及的设备信息和线缆关系的有效关联。

（二）线缆表约束性

在线缆表中，通常需要体现两台上、下行设备之间的线缆连接关系。线缆表中的主要用途包括互联互通、带外管理[2]、M-LAG peerlink[3]、双主检测、三层业务逃逸链路、Console配置[4]。

（三）端口表约束性

端口表中的板卡编号表示设备上的槽位号；端口编号即刻印在实际设备上的标识；端口描述用于记录对应端口适配的带宽、电接口或光模块类型，以及传输距离等含义；连接至及对端端口两列用于记录当前端口连接的对端设备以及其对应端口。

三、功能步骤设计

由于设备全量表的信息较为基础，在信息处理时仅需要进行简单的采集即可，不涉及复杂的逻辑分析。后续操作步骤需要结合设备全量表中的基础字段进行分析。为方便后文描述，在此定义5G网元设备全量表的信息集合为D，共n台设备，同时，设备全量表、线缆表、端口表定义为列向量，即

D = {di | i∈[1， n] }

本章節将先从线缆表的处理步骤进行描述。

（一）线缆表处理步骤

对于线缆表的数据，定义其信息集合为C，共m行线缆信息：

C = { ci | i∈[1， m] }

针对线缆表信息C，每一项ci的定义式为：

其中dx、dy表示线缆表中的上下行设备。为了简化后续步骤的推演过程，在满足x∈[1， n]、y∈[1， n]的条件下，特定义线缆表中的 。qi表示两台设备之间线缆的条数，Ui用于表示线缆唯一性的信息。并且，每一项线缆唯一性的信息记为：

Ui = {uij | j∈[1， t] }

而每一项Ui中的线缆唯一性信息uij，μj表示不同维度的线缆属性中选择得到，且满足uij∈μj。μj包括线缆类型、线缆程式、主要用途、责任分工以及其他信息。

（二）端口表处理步骤

定义端口表中可以进行分配的端口信息集合P，共s行端口分配信息：

P = { pi | i∈[1， s] }

在端口表信息P中的pi，定义式为：

结合前文公式的定义，gx、gy分别表示设备当前端口的编号及其对端设备所连接端口的编号。针对线缆表信息C、端口表信息P中的每一项ci、pi，端口表中需要记录两端设备相互之间对端的信息，因而则需要满足

四、验证原理

根据功能步骤设计中的方法进行完毕后，对于产生的结果，需要使用一定的验证方法证明产生结果的正确性。每一项线缆μj属性维度的可选数量记为count { μj }，则表示线缆唯一性所有组合后的属性数量为：

此时，对所有维度的线缆属性进行组合，拼接成U'，为t'行t列的矩阵。U'的每一列值uij'，是关于表示其对应列属性μj的有序循环，共循环t' /count{ μj } 次。对应U'的每一行值ui'，则记U'={ui'  | i∈[1， t' ] }。由此可知，每一项线缆表信息C、端口表信息P中对应的每一项Ui的值，必定满足Ui∈U'。

此外，上述公式还满足条件：

即：

则可保证端口表信息P自身结果的正确性。当线缆表信息C及端口表信息P相互对应时，即任意一项均可在线缆表中查询到，由上可得出结论：

用D（ U' ）T表示每台设备di在uj'下的数量统计矩阵，记为S，则：

参考之前公式的要求，对于线缆表信息C，其中已有的每台设备的信息：

dx∈C，U∈C

dy∈C，U∈C

对于端口表信息P，其中已有的每台设备的信息：

dx∈P，U∈P

dy∈P，U∈P

当满足 +  =  +  ，且对于  在满足前文公式的条件，方可认为两端吻合。

若P中出现某一项互换，则 、 中的各项不受影响， +  、 +  也不会发生变化，由此则可以找出不对应的位置。

因此，仅凭借公式则无法完全保证线缆信息C、端口信息P之间的一致性，由此证毕原理。

五、结束语

本文对5G网元设备的端口表实现自动分配的方法进行了分析研究，并论证了分配后的端口表如何确保正确性。同时，还对现有资源池网络的端口表在面向已有端口的连接线缆分布更为复杂的情况下，如何使自动分配后的端口表更符合硬件集成人员在编写端口配置脚本的习惯进行了展望分析。具体如新增线缆需要接入的端口如何确认优先级、如何根据现有设备面板上的端口分布确认对端设备上占用的是哪一个端口等，都需进一步探究。

参考文献

[1]康忠学，杨万全．通信工程建设实务[M]．四川大学出版社，2013．

[2]尹赛超，黄梅．数据中心带外管理建设研究[J]．信息技术与信息化，2023，（03）：66-69.

[3]石瑞华．MLAG技术在数据中心双归属中的原理及应用[J]．电子技术与软件工程， 2019，（20）：21-22．

[4]张鲁峰．解决交换机无法清除CONSOLE口登录密码的问题[J]．网络安全和信息化，2021，（10）：158-159．