CN104079436B - 一种跨设备跨协议的epon网络中的网元管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，本发明创建的系统，实现对异构EPON网络的统一监控和管理；提出EPON网元元数据模型，实现异构EPON网络设备、接口和协议的统一描述；提出分布式EPON网络中的网元性能和状态并行轮询方法，对大规模分布式EPON网络性能和网元状态实现快速、高效查询；建立异构EPON设备的统一配置系统，实现对不同设备、不同北向接口协议的统一配置；建立大规模、分布式EPON网络中的网元状态展示系统，实现对异构EPON网络的统一、实时展示。EPON网元元数据模型使用UML语言，准确、清楚、方便地实现EPON网络资源的编目、注册与发现等过程，便于实现异构EPON系统的互联、互通、互操作，提高EPON综合管理能力，为EPON管理带来长远利益。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信领域，具体涉及一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统。
背景技术
随着互联网业务的迅猛发展以及各种新业务的不断涌现，人们对网络带宽的需求大幅度增加，传统的同轴电缆、铜线等有线接入网的带宽有限，不能满足日益增长的传输数据量的要求。基于以太网(Ethernet)和PON(passive optical network)技术发展起来的以太无源光网络(EPON，Ethernet PON)，其带宽是传统以太网的几十倍，实现成本不断降低，它利用无源光网络传输，在以太网之上提供多种业务，将是未来几年宽带多业务综合接入的重要技术手段。随着EPON国际标准IEEE802.3ah在2004年的正式发布，EPON的产业联盟吸引了众多厂商的积极参与。目前国内三大运营商，联通、电信和移动等，持续开展光进铜退战略，大规模部署EPON。其它行业部门，如国家电网，其电网终端设备采集的数据也采用EPON技术传输。EPON网络将会延伸到政府、学校、企业和家庭，具有广阔的发展前景和潜力，呈现出大规模建设的趋势。
然而，生产EPON设备的厂家很多，设备及其资源表示方式差异性很大，没有一个统一的标准，信息难以共享；各个设备厂商为了求得生存都为自己的设备和系统配备了网元管理系统(EMS：Element Management System)；各个厂家为实现OSS(Operation SupportSystem)或NMS(Network Management System)对DSL(Digital Subscriber Line)、视频和VoIP(Voice over Internet Protocol)等业务的发放和维护功能而提供的北向接口协议也是千差万别。
现阶段，EPON综合网管一般通过各个厂商提供的EPON网络中的网元管理系统的北向接口对设备和网络进行管理，属于个体模式的管理方案，在该模式下，综合网管为每个厂商的每个EMS北向接口做单独的适配，对不同的北向接口协议进行解析并分别存储，从而达到管理所有厂商EMS的目的。面向个体模式的综合管理方法实现起来简单，但是，EPON网络应用和管理集团，如电信和国家电网等，面对异构设备和异构协议，在进行设备配置、设备运行状态查询、网络状态查询时，必须通过厂商提供的接口协议和用户界面接口(GUI：graphic user interface)，才能完成设备和网络状态查询；更为严重的是，企业集团在进行设备评估、网络性能评估、网络风暴预防、网络维护等时，异构性妨碍了综合管理的运行，造成设备供应商、运维部门或地区相互之间矛盾，使得EPON网络综合管理难以有效地在企业集团内部展开。
总之，设备和接口协议的异构性给管理大型复杂EPON网络带来了巨大挑战，现阶段，通过各个厂家提供的北向接口协议和软件，查询各个厂商设备及其EPON网络的运行状态，造成维护工作量随着设备的增加而成倍增长，维护成本增加，网络维护不及时、不准确，难以科学地评估异构设备、网络和网络维护的性能。
因此，为了保证EPON网络能够稳定、高效的运行，需要一个统一、高效、扩展性强的异构EPON网络中的网元统一描述模型，以及综合网元管理系统平台。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统。
本发明所采用的技术方案是：一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：包括应用层、数据层、访问控制层和接入层；
所述的应用层用于向用户提供统一的界面，主要包括配置管理模块、性能和状态统一显示模块和告警监控模块，这些功能模块从数据库中提取相应的信息，并在WEB界面用图表的方式实时展示网元状态信息、网络性能分析结果；所述的配置管理模块用于提供统一的设备配置管理系统，集中管理异构EPON网络设备的配置，并将配置命令下达到所述的数据层；所述的性能和状态显示模块用于统一展示分布式异构EPON网络中网元的实时运行状态和网络性能分析结果；所述的告警监控模块用于对实时采集到的告警信息进行分析统计，生成各类告警报表，协助维护人员快速诊断和定位故障；
所述的数据层主要承载着EPON网元元数据模型，用于统一描述分布式异构EPON网络设备信息、接口信息和状态信息，并将EPON网络设备信息、接口信息和状态信息存储到数据库中；
所述的访问控制层主要包括协议统一转换模块，用于完成元数据模型与异构网元信息的映射，向数据层提供符合元数据模型的异构网元信息，向接入层提供与异构网元适配的控制操作命令、访问操作命令和数据传输操作命令等；同时，创建分布式异构EPON网络中的网元状态轮询策略，以最小时间，实现整个EPON网络设备状态的查询；所述的访问控制层与所述的数据层双向进行数据交换；
所述的接入层主要包括命令下发模块和数据获取与解析模块，所述的命令下发模块用于下发访问控制层的操作命令，所述的数据获取与解析模块用于实现与访问控制层的数据交换。
作为优选，所述的EPON网元元数据模型，集成有标识信息类、状态信息类、物理地理信息类、链路信息类以及日志信息类五大元数据类；所述的标识信息类，用于对全网的网元设备进行唯一标识，并描述其静态特征，为应用层的配置管理模块提供配置编辑框；所述的状态信息类，用于实时记录网元的工作状态特征；所述的物理地理信息类，用于描述网元的物理特性和地理信息；所述的链路信息类，用于记录网络的流量情况；所述的日志信息类，用于记录网元设备的维护、信息监控、异常事件处理等操作日志。
作为优选，所述的EPON网元元数据模型，每个元数据类的基本属性包括元数据创建日期和文件标识符信息。
作为优选，所述的标识信息主要定义网元的标识符，还包括上级网元的标识符、名称、设备类型类等基本信息，标识信息被用作采集命令的输入参数，可用于网元的快速定位，确定网元间的连接关系。
作为优选，所述的状态信息定义网元的管理状态和硬件运行状态、告警类基本信息。
作为优选，所述的物理地理信息包括网元的地理位置信息和物理特征信息，地理位置信息用经纬度表示，地理位置信息将在应用层的性能和状态统一显示模块以地图定位的形式显示；物理特征信息包括光纤长度、上下行最大带宽类基本信息。
作为优选，所述的链路信息定义网元的端口标识ID、链路统计类基本信息，其中端口标识ID用于对设备的端口进行快速定位，链路统计信息用于计算诸如链路速率、吞吐量和丢包率类网络性能参数。
作为优选，所述的日志信息定义网元的操作名称、操作时间、操作结果、操作处理类基本信息，用于记录网元设备的诸如维护、信息监控、异常事件处理类日志，以利于网络安全管理。
作为优选，所述的协议统一转换模块用于完成元数据模型与异构网元的映射，其映射的方法为：建立元数据元素之间的语义关系，形成元素对应文件，元素对应文件采用XSLT文件，采用XSLT文件的xsl:value-of指令来表达这种映射关系，根据元素对应文件，确定转换函数，生成元数据实例文件。
利用本发明的一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统对分布式EPON网络状态进行轮询的策略，其特征在于：轮询策略包含任务调度模块、触发器和线程池；所述的任务调度模块将一系列不同类型的任务根据紧急程度进行优先级分级，多个任务被分配到任务队列中；所述的触发器用来进行时间的调度，系统按照触发器设定的时间规则去执行任务；在触发器的触发下，任务被提交到所述的线程池，由线程池控制多任务的并行操作。
利用本发明的一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统对异构EPON网络设备进行统一配置的方法，其特征在于：面向不同厂家、遵循不同北向接口协议，用统一的配置流程和信息输入方式对网络设备进行配置，根据用户输入的资源背景信息、网元基本信息和网元属性信息，从资源背景信息注册开始，然后注册网元基本信息，最后配置网元属性信息；所有对网络设备所做的成功操作都记录于配置日志，可在配置日志中查询操作结果。
利用本发明的一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统对异构EPON网络中的网元状态展示方法，其特征在于：EPON超级网元管理系统的接入层读取EPON网络设备的状态信息和运行参数后，转换为统一的元模型，并存储至数据库中，数据库中的数据通过应用层的性能和状态统一显示模块共享显示。
本发明创建跨设备跨协议的EPON网络中的网元集成管理系统架构，实现对异构EPON网络的统一监控和管理；提出EPON网元元数据模型，实现异构EPON网络设备、接口和协议的统一描述；提出分布式EPON网络中的网元性能和状态并行轮询方法，对大规模分布式EPON网络性能和网元状态实现快速、高效查询；建立异构EPON设备的统一配置系统，实现对不同厂商设备、不同北向接口协议的统一配置；建立大规模、分布式EPON网络中的网元状态展示系统，实现对异构EPON网络的统一、实时展示。
本发明的创新之处在于：
1、提出EPON网元元数据模型。基于语义，创建了EPON网络中的网元的元数据模型，定义了分布式异构EPON网络中的网元的统一描述方法与数据格式，建立了异构EPON网络统一的性能评价标准，实现了对异构网络设备、接口和状态的统一知识描述；
2、提出元数据模型与异构EPON网络中的网元信息的统一映射方法。建立统一的语义匹配规则，创建与设备厂商相关的EPON设备、北向接口协议与元数据模型的映射关系，把异构EPON网络中的网元及其接口协议统一映射到元数据模型，即统一了异构EPON网络中的网元的知识表达和EPON网络性能评价标准，又适应了设备的异构性；
3、提出分布式异构EPON网络中的网元状态并行轮询方法。针对EPON网络的规模大、扩展性强、分布式和异构性等特点，提出分布式EPON网络中的网元并行轮询方法，缩短EPON网络设备和网络运行状态的查询时间，快速地计算网络实时性能参数，及时发现网络告警信息；
4、构建分布式异构EPON网络设备的统一配置系统。在应用层，基于元数据模型，提出分布式异构EPON网络设备统一配置方案，以统一的界面应用程序，通过超级网元管理架构，实现对异构网元设备的添加、配置、删除、端口的激活，和配置更新等设备配置管理；
5、构建分布式EPON网络中的网元实时状态展示系统。提出数据更新发现机制，及时发现新配置的设备，并及时更新设备和网络最新的运行状态，实时展示企业内部各个分系统的设备和网络的运行状态、性能分析结果，将分布式异构EPON网络设备和系统运行状态以报表和图等多种方式在WEB页面发布。
本发明的效果是：
1.本发明，将降低新设备接入到综合管理系统的开发成本，增强系统的可扩展性，缩短大规模分布式网络状态查询时间，将提升EPON网络的综合管理水平，是未来综合网络管理的发展方向；
2.本发明通过建立EPON网元元数据模型，有效的实现了异构资源发现和资源识别，使用UML语言，可以准确、清楚、方便地实现EPON网络资源的编目、注册与发现等过程；
3.更重要的是使用该元数据模型，便于实现异构EPON网络系统的互联、互通、互操作，为EPON网络管理带来了长远利益。
附图说明
图1：为本发明实施例的系统架构；
图2：为本发明实施例的分布式EPON网络中的网元轮询策略流程图；
图3：为本发明实施例的任务调度图；
图4：为本发明实施例的缺省情况下的任务优先级图；
图5：为本发明实施例的任务执行线程池；
图6：为本发明实施例的采集线程的执行步骤流程图；
图7：为本发明实施例的EPON网元元数据模型总体结构图；
图8：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中元数据类和管理模块的关系；
图9：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中标识信息UML结构图；
图10：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中状态信息UML结构图；
图11：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中物理地理信息UML结构图；
图12：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中链路信息UML结构图；
图13：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中日志信息UML结构；
图14：为本发明实施例的EPON网元元数据模型中元数据类之间的关系图；
图15：为本发明实施例的TL1采集数据与元数据类之间的映射；
图16：为本发明实施例的OLT注册和配置用户操作流程图；
图17：为本发明实施例的ONU注册和配置用户操作流程图；
图18：为本发明实施例的端口激活和配置用户操作流程图；
图19：为本发明实施例的网元删除或去激活用户操作流程图；
图20：为本发明实施例的B/S模型下的分布式EPON网络状态展示系统。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明针对EPON网络的特点及网络状态实时监控的需求，面对分布式异构EPON网络，基于MVC(Model-View-Controller)的分层体系思想，构建跨设备跨协议EPON网络中的网元集成管理系统框架，该架构自上而下的结构如图1所示，具体包括：应用层、数据层、访问控制层和接入层。接入层专注于和各个厂商的EPON专业网管通信，与独特的设备和协议进行适配，实现对各个厂商EPON网络管理子系统的信息交互；访问控制层在语义匹配规则指导下，建立EPON设备、北向接口协议与元数据模型的映射，实现异构EPON网络中的网元及其状态的统一描述，同时，创建分布式异构网络并行轮询机制，在最短时间内，完成整个网元的状态查询；数据层包含异构EPON网元元数据模型，集中管理分布式异构EPON网络中网元的数据。应用层基于元数据模型，提供统一的设备配置、网络状态查询和实时显示等应用模块。该框架能充分发挥各层的优势，降低系统的耦合，使得集成系统易维护、易扩展，而且，大量地代码可重用，降低了系统开发的成本。
请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，包括应用层、数据层、访问控制层和接入层；
1)接入层。各厂商为自己的网元提供了相应的网元管理系统和北向接口，不同厂商采用的北向接口协议具有异构性，主要接口协议有：SNMP(Simple Network ManagementProtocol，简单网络管理协议)接口、CORBA(Common Object Request BrokerArchitecture，公共对象请求代理结构)接口、TL1(Transaction Language1)接口和XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)接口等。接入层负责接收系统访问控制层下发的指令，对指令进行解析，通过北向接口，传达给设备供应商的网管；同时，接入层将收集到的设备信息、状态信息和上层命令的回复信息等返回给访问控制层；在紧急情况下，能主动将紧急报文上报给应用层。
2)访问控制层。访问控制层向下与各个厂商的协议进行适配，将上层操作命令解译后传递给相应设备，接入设备信息和状态信息。由于不同的EMS的北向接口协议不同，其返回的数据格式和结构也不同，因此，建立语义匹配准则，完成各种北向接口协议(SNMP、CORBA、TL1、XML等)与EPON网元元数据模型的映射,并将数据封装成统一的EPON网元元数据模型数据。向上，提供统一的元数据模型数据，以及相应命令的回复。访问控制层需要将不同协议封装的数据转换成统一的数据格式，因XML具有清晰的结构性，在互联网中应用广泛，在本系统中，统一将接收到的数据转换成XML数据。
3)数据层。数据层包含EPON网络的元数据模型，以及分布式异构EPON网络设备、状态和性能分析等数据库，该层是整个系统的核心层。本发明通过建立一套EPON网元元数据模型，统一描述不同EPON网络设备和北向接口协议，采用描述语言UML(Unified ModelingLanguage)来描述EPON网元元数据模型，规范EPON资源元素的定义和EPON元素的结构。本发明所提出的元数据模型能统一描述异构EPON网络中的网元，具有通用性和可扩展性。
4)应用层，应用层包括配置管理模块、性能和状态统一展示模块和告警监控模块，这些功能模块基于数据层的数据库，及时对设备和网络状态进行更新，提取相应的信息，并在WEB界面用图表实时展示网络及其状态信息。
在访问控制层，本专利针对分布式EPON网络状态快速查询需求，提出分布式EPON网络中的网元状态轮询策略。如图2所示，首先，任务调度模块将一系列不同类型的任务根据紧急程度进行优先级分级，然后，放入任务队列中，接下来在触发器的触发下将任务队列的任务提交到线程池对任务进行并行执行。其中，触发器用来进行时间的调度，系统按照触发器设定的时间规则去执行任务。
1)任务的定义
本发明设计一种针对大规模分布式EPON网络进行多任务并行数据采集的方法。任务参数表的定义，如表1所示。
表1任务参数表
(1)任务类型，表示任务完成的功能种类，包含物理资源查询、设备资源查询、设备动态信息查询、端口性能查询类型，每个任务类型被赋予一个任务类型编号。
(2)采集对象，表示所要针对的采集对象，因EPON网络在逻辑上主要表现为树形拓扑结构，所以采集对象也是一个树形组，以下是EPON网络采集对象树形组的分级方式：省，市，社区，OLT机框，OLT，OLT单板，OLT单板端口，ONU机框，ONU，ONU单板，ONU单板端口等，同样，为了便于采集对象的快速匹配，我们为所有采集对象进行全网唯一标识编码，分别为其编制一种字符类型，基于采集对象的树形特征，采用每个对象都在前一级的编号后添加两个字符序列号的方式，例如OLT机框的编号为则OLT的编号为通过这种方式，所有的对象都可以按照字符的长度来分类识别。这样，便于EPON网络资源的细化和快速定位。
(3)协议，协议包括协议类型和协议版本。任务定义中的协议参数有助于在任务执行的过程中，生成和北向接口协议相适配的采集命令。
2)任务的调度
任务调度模块负责把生成的任务按照优先级进行调度和执行。
本发明采用排队技术，使用Priority Blocking Queue(PBQ)队列对任务进行分类，如图3所示，本发明将任务分成四类，分别为高优先级任务、中优先级任务、正常优先级任务和低优先级任务，它们的优先级依次降低。
请见图4，该图为本实施例在缺省情况下的EPON网络综合管理系统划分的任务优先级示意图，其中：
(1)Aim_Task任务，单询任务。某些情况，用户比较关心某个特定的设备当时的状态，因此，系统为用户提供为特定的设备或者特定的性能数据进行立刻查询的功能，本发明把这种类型的任务分配到高优先级队列；
(2)Fill_Task任务，补采任务。本系统中的任务最终都是以命令的形式发送给EPON网络专业网管，而专业网管有可能不能及时地处理该命令，这时，必须将这些任务标记成补采任务，并在下一个轮询周期中重新执行，如此循环，直到任务被执行，如此便可保证数据获取的完备性。
(3)FirstSearch_Task任务，资源发现任务。根据EPON网络的监控管理要求，系统首先须获取全网的资源存量数据，这些资源存量数据将作为采集其他性能数据的基础；使用FirstSearch_Task任务可以从厂商专业网管中获取所需要的资源存量数据，为后面的Poll_Task任务提供输入参数。表2是具体性能数据所依赖的资源存量数据：
表2FirstSearch_Task待获得的资源存量数据表
(4)Poll_Task任务，轮询任务。这是优先级最低的任务，也是任务数量最大的一种任务类型，该任务实现的功能是针对庞大的EPON网络对网元的运行状态数据和端口性能数据进行实时地获取。
并不是所有上述任务在整个监控过程中都存在，优先级的分配也不是一成不变的，任务调度模块将在每个轮询周期对优先级重新分配，任务也将被重新调度。
3)任务的触发
在触发器的作用下，可以配置任务在指定的时间点启动并执行，也可以配置任务在某一间隔时间内重复执行，其中，我们把执行间隔称为轮询周期，触发器在执行的过程可以对轮询周期进行调整，从而在不影响网络的运行下更灵活地获得设备或网段的性能数据。在本系统中，提供5min，10min，15min，30min，60min等轮询时间周期选择。
4)任务的执行
触发器的周期时间一到，任务将被加入到任务执行环境中。对于电力EPON网络的监控管理要求来说，监控任务的采集对象虽然规模庞大，但是每个任务处理起来，所需时间很短，而线程池技术既可以避免对线程的频繁创建，又可以降低对线程的销毁开销，在这种场合下，采用线程池技术能达到提高实时性能的目的。因此，本方法采取线程池作为任务的执行环境。
整个任务执行过程如图5所示，任务队列先向线程池提交任务，在任务执行请求到达之前，线程池中先保证有几个线程，线程池获取任务后，因在请求到达时线程已经存在，这些线程同时执行任务，及时服务用户请求。如果某种任务类型的任务数目太多，线程池须根据根据任务数计算所需要的线程数并创建新的线程执行任务。但是，如果一个JVM里有大量的活动线程，系统资源将会被过度消耗，内存有可能被用完。因此，为了防止资源不足，需要限制线程的上限数目。当线程池中的线程数目达到上限时，限制线程的进一步创建，同时当任务数量较少时，适当删除线程以降低内存消耗。任务执行完后，它会返回一个布尔值，我们可以通过这个布尔值来判断任务是否执行成功，若执行成功，则启动下一条任务，否则继续执行任务，直到任务执行成功。整个过程根据任务类型分配不同数量的线程数目，由多个线程实现任务的并行执行。
图6为线程池中的采集线程Col_Thread的执行步骤：首先，从任务表中获得任务的任务类型、采集对象和协议等参数，完成构造与协议相适配的指令的初始化工作，然后向EMS的北向接口发送适配完成的指令，在北向接口将处理结果返回后，将数据回存到数据库中，数据分为二级存储，一级存储只存储最近的性能数据，便于用户的实时监控；二级存储则存储历史的性能数据，所以必须在存储的时候注意数据的转移，完成历史数据的整理工作。
在数据层，本专利针对EPON网络的异构性，面向EPON网络管理和维护在大量终端设备定位，设备性能评估，各地区运维工作评比等方面的需求，提出EPON网元元数据模型。EPON网络在逻辑上主要是树形拓扑结构，所以EPON网络资源也是一个树形组，以下是EPON网络资源树形组的分级方式：省、市、社区、OLT机框、OLT、OLT单板、OLT单板端口、ONU机框、ONU、ONU单板，ONU单板端口等。EPON网元元数据模型的总体信息包括元数据创建日期、所属厂商、北向接口协议类型和版本等信息。
本专利提出的元数据模型定位到ONU单板端口，也包含网元资源的许多方面，包括设备信息、端口信息、地理信息和日志信息，满足综合管理多地域多厂商光网络的要求。从不同的角度对各种信息进行分类、建模和描述，为管理者提供一个统一的资源管理环境。
本专利提出的异构EPON网元元模型集成了不同的元数据类，如图7所示，每个元数据类可以服务一个特定的功能,如拓扑管理和性能分析。
标识信息类，为了唯一的描述、识别、定位全网的各个网元设备及其静态特征，同时，为了给配置管理提供配置编辑框，标识信息是不可或缺的。
状态信息类，网元设备的硬件运行状态会影响其可用性,如果网元具有良好的性能,但其CPU运行超负荷或其内存溢出,这样的网元仍然是不可用的；当网元出现脱网、掉线等告警类型时，设备必须马上得到维修，并根据告警等级决定处理先后顺序。因此，为了时刻监控网元的可用性，必须设置状态信息类。
物理地理信息类，EPON网络中的网元分布在各个角落，而且考虑到安全性的问题，常被安放在较隐蔽的角落，一旦网元需要人工排除故障时，设备的定位便成为一个棘手的问题。为所有的网元关联地理信息，设定精确的经纬度将大大地方便设备的快速定位。因此，必须设置物理地理信息类。物理信息包括光纤长度、上下行最大带宽类基本信息，为判断、评价网络性能提供基本依据。
链路信息类，当链路的丢包事件发生，网络吞吐量减少时,系统无法保证正常的通信。因此，必须大量观察网络的流量情况，建立链路信息类。
日志信息类，为了满足日后的查阅,数据导出和对操作进行反馈,对网元设备的维护、信息监控、异常事件等操作进行记录，建立日志信息类。
综上，为了实现异构光网络的综合管理和信息共享，元数据总体信息必须集成标识信息类、状态信息、物理地理信息、链路信息类以及日志信息类等五大元数据类。其中，每个元数据类包含多个元数据属性。EPON网络中的网元元数据的基本属性包括元数据创建日期和文件标识符信息，表3描述了总体信息包括的基本属性。每个元数据类的属性约束包括必选(M)和可选(O)。
表3EPON网络元数据总体属性数据字典
EPON网络资源元数据类和管理模块的关系如图8所示：标识信息服务于描述管理，状态信息服务于状态和告警管理，物理地理信息服务于拓扑管理，链路信息服务于性能管理，日志信息服务于日志管理。
下面详细介绍各个元数据类的信息。设备和端口的标识信息结构图如图9所示，其数据字典如表4所示。标识信息有助于快速识别可用的EPON网络设备资源。该类主要定义了网元的标识符、上级网元的标识符、名称、设备类型等基本信息，标识信息被用作采集命令的输入参数，可用于网元的快速定位，确定网元间的连接关系。
表4标识信息数据字典
状态信息的结构图如图10所示，其数据字典如表5所示。状态信息定义了管理状态和硬件运行状态、告警等基本信息，硬件运行状态有助于了解网元设备的必要运行特征。告警信息有助于及时监控设备的异常情况。
表5状态信息数据字典
物理地理信息的结构图如图11所示，其数据字典如表6所示。物理地理信息定义了经纬度、光纤长度、上下行最大带宽等基本信息，其中经纬度的设定是为了满足对故障设备快速定位、及时检修的需求而设计的，地理信息将在应用层的拓扑显示模块中以地图定位的方式显示。上下行最大带宽有助于对网络带宽利用率的计算。
表6物理地理信息数据字典
图12和表7为端口链路信息的结构图和数据字典。链路信息定义了端口ID、链路统计等基本信息，其中端口标识符是为了对设备的端口进行快速定位，链路统计信息有助于对网络性能参数包括链路速率、吞吐量和丢包率进行计算。
表7链路信息数据字典
图13和表8为日志信息的结构图和数据字典。日志信息定义了操作名称、操作时间、操作结果、操作处理等基本信息，记录了网元设备的维护、信息监控、异常事件处理等操作日志，有助于日后查阅和对操作进行反馈。
表8日志信息数据字典
图14描述了EPON网络资源元素与其他元数据类之间的聚集关系。OLT和PON端口是组合的关系，PON端口和ONU是直接依赖的关系，UNI端口是用户侧端口，与ONU之间是组合的关系；ONU和OLT之间通过PON端口构成间接依赖关系。
EPON网元元数据模型是整个系统的基础，系统的所有模块的功能都围绕着该EPON网元元数据模型。首先须实现元数据模型与异构网元的映射，映射方法为：基于语义相同的准则，建立元数据元素之间的语义关系，形成元素对应文件，元素对应文件采用XSLT文件，采用XSLT文件的xsl:value-of指令来表达这种映射关系。根据元素对应文件，确定转换函数，生成元数据实例文件。
以TL1协议采集的设备信息为例，数据和元数据类之间的映射如图15所示，其中，第一行中的“192.168.1.3”要映射到标识信息的IP元素，在XSLT里，可以表达如下:
<targetNS:IP>
<xsl:value-of select＝“sourceNS:192.168.1.3”/>
</targetNS:IP>
在应用层，本专利提出EPON网络中的网元配置系统和分布式EPON网络中的网元状态展示系统。网元配置系统是网络设备数据的主要来源。配置系统为数据采集提供针对设备变更的输入参数，也为拓扑显示提供设备地理位置和连接关系信息。
本管理系统的配置系统面向不同厂家、适配不同北向接口协议，用统一的配置流程和信息输入方式对这些设备进行配置，配置信息的先后顺序参照元数据模型中的信息层次。
本系统元数据模型中，需要用户输入的信息类型为资源背景信息、网元基本信息和网元属性信息。从资源背景信息开始注册信息，然后注册网元基本信息，最后配置网元属性信息。所有在配置系统中对EPON网络设备所做的成功操作都将记录于配置日志，并可在配置日志中查询操作结果。
以下是统一配置系统操作流程：
1)OLT注册和配置
一个未注册的OLT，其注册和配置流程如图16所示。具体描述如下：
(1)产品信息注册：录入产品类型、型号、厂家、北向接口协议等，系统编制产品ID。
(2)设备地理位置注册：录入设备所在市、区、经度、纬度和具体地址等，系统编制地理位置ID。
(3)OLT基本信息注册：录入OLT IP、OLT名称等，系统编制OLT ID。
OLT注册结束，系统将录入信息添加到数据库中，并通知数据采集系统，有设备需要向上级网管提交注册信息。若要进行已注册OLT配置，可进入下一步：
(4)OLT配置：选择要配置的OLT，录入配置信息。
OLT配置完成，系统将配置信息添加到数据库中，并通知数据采集系统提交配置信息。
2)ONU注册和配置
若注册ONU，流程如图17所示，其第一、二步与注册OLT时相同，之后注册步骤如下：
(1)定位上级OLT：选择市、区、OLT IP、OLT名称，确定上级OLT。
(2)ONU基本信息注册：录入ONU IP、PON口位置、MAC、ONU名称、逻辑号、授权号、设备描述、用户密码、认证方式、标识方式等，系统编制ONU ID。
ONU注册结束，系统将录入信息添加到数据库中，并通知数据采集系统提交注册信息。若要进行已注册ONU配置，可进入下一步：
(3)ONU配置：选择要配置的ONU，录入配置信息。
ONU配置完成，系统将配置信息添加到数据库中，并通知数据采集系统提交配置信息。
3)端口激活和配置
ONU LAN口、DSL口和VOIP口的激活流程如图18所示，具体描述如下：
(1)上级ONU定位：选择市、区、OLT IP、OLT名称、PON口位置、ONU认证类型、ONU认证信息。
(2)端口激活：录入端口类型、端口号等，系统编制端口ID。端口激活完成，系统将录入信息添加到数据库中，并通知数据采集系统提交端口激活信息。若要配置已激活ONU端口(包括PON口、LAN口、DSL口、VOIOP口等)带宽或业务信息，进入下一步：
(3)端口配置：选择要配置的端口，录入配置信息。端口配置完成，系统将配置信息添加到数据库中，并通知数据采集系统提交端口配置信息。
4)删除网元
若要删除OLT、ONU或去激活ONU端口(LAN/DSL/VOIP)，流程如图19所示，具体描述如下：
(1)选择删除网元类型：选择LAN/DSL/VOIP端口。
(2)定位网元：输入搜索网元条件信息，找到要删除的网元。
(3)确认删除。
删除网元完成，系统将删除网元信息添加到数据库中存档，并通知数据采集系统提交删除网元信息。
分布式EPON网络状态展示系统负责完成整个网络设备的运行实时监控和性能报表的显示。系统的底层读取EPON网络设备的状态信息和运行参数后，将其存储至关系数据库中，数据库中的数据被应用层的各个显示功能模块共享。如图20所示，系统采用B/S(浏览器/服务器)模式，将系统的开发、维护工作集中在服务器端，EPON网络设备和性能数据的采集、监测和分析工作可以在任何一台配置了Internet服务的终端设备完成，这为网络的进一步规划与调整提供了方便。
网络数据可以通过图形和报表两种表现方式呈现给网络管理人员。
根据本发明的网元管理系统，其分布式的特性使系统具有透明性，容错性。其高效率的优点，很好的适应了网络规模的不断变化的需求，同时也为对被管理网络的流量特征和设备利用情况的研究、分析、预测提供了很大的帮助。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：包括应用层、数据层、访问控制层和接入层；
所述的应用层用于向用户提供统一的界面，主要包括配置管理模块、性能和状态统一显示模块和告警监控模块，这些功能模块从数据库中提取相应的信息，并在WEB界面用图表的方式实时展示网元状态信息、网络性能分析结果；所述的配置管理模块用于提供统一的设备配置管理系统，集中管理异构EPON网络设备的配置，并将配置命令下达到所述的数据层；所述的性能和状态显示模块用于统一展示分布式异构EPON网络中网元的实时运行状态和网络性能分析结果；所述的告警监控模块用于对实时采集到的告警信息进行分析统计，生成各类告警报表，协助维护人员快速诊断和定位故障；
所述的数据层主要承载着EPON网元元数据模型，用于统一描述分布式异构EPON网络设备信息、接口信息和状态信息，并将EPON网络设备信息、接口信息和状态信息存储到数据库中；
所述的访问控制层主要包括协议统一转换模块，用于完成元数据模型与异构网元信息的映射，向数据层提供符合元数据模型的异构网元信息，向接入层提供与异构网元适配的控制操作命令、访问操作命令和数据传输操作命令；同时，创建分布式异构EPON网络中的网元状态轮询策略，以最小时间，实现整个EPON网络设备状态的查询；所述的访问控制层与所述的数据层双向进行数据交换；
所述的接入层主要包括命令下发模块、数据获取与解析模块，所述的命令下发模块用于下发访问控制层的操作命令，所述的数据获取与解析模块用于实现与访问控制层的数据交换；
所述的EPON网元元数据模型，集成有标识信息类、状态信息类、物理地理信息类、链路信息类以及日志信息类五大元数据类；
所述的标识信息类，用于对全网的网元设备进行唯一标识，并描述其静态特征，为应用层的配置管理模块提供配置编辑框；
所述的状态信息类，用于实时记录网元的工作状态特征；
所述的物理地理信息类，用于描述网元的物理特性和地理信息；
所述的链路信息类，用于记录网络的流量情况；
所述的日志信息类，用于记录网元设备的维护、信息监控、异常事件处理操作日志。
2.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的EPON网元元数据模型，每个元数据类的基本属性包括元数据创建日期和文件标识符信息。
3.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的标识信息主要定义网元的标识符，还包括上级网元的标识符、名称、设备类型类基本信息，标识信息被用作采集命令的输入参数，可用于网元的快速定位，确定网元间的连接关系。
4.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的状态信息定义网元的管理状态和硬件运行状态、告警类基本信息。
5.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的物理地理信息包括网元的地理位置信息和物理特征信息，地理位置信息用经纬度表示，地理位置信息将在应用层的性能和状态统一显示模块以地图定位的形式显示；物理特征信息包括光纤长度、上下行最大带宽类基本信息。
6.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的链路信息定义网元的端口标识ID、链路统计类基本信息，其中端口标识ID用于对设备的端口进行快速定位，链路统计信息用于计算诸如链路速率、吞吐量和丢包率类网络性能参数。
7.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的日志信息定义网元的操作名称、操作时间、操作结果、操作处理类基本信息，用于记录网元设备的诸如维护、信息监控、异常事件处理类日志，以利于网络安全管理。
8.根据权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统，其特征在于：所述的协议统一转换模块用于完成元数据模型与异构网元的映射，其映射的方法为：建立元数据元素之间的语义关系，形成元素对应文件，元素对应文件采用XSLT文件，采用XSLT文件的xsl:value-of指令来表达这种映射关系，根据元素对应文件，确定转换函数，生成元数据实例文件。
9.利用权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统对分布式EPON网络状态进行轮询的策略，其特征在于：轮询策略包含任务调度模块、触发器和线程池；所述的任务调度模块将一系列不同类型的任务根据紧急程度进行优先级分级，多个任务被分配到任务队列中；所述的触发器用来进行时间的调度，系统按照触发器设定的时间规则去执行任务；在触发器的触发下，任务被提交到所述的线程池，由线程池控制多任务的并行操作。
10.利用权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统对异构EPON网络设备进行统一配置的方法，其特征在于：面向不同厂家、遵循不同北向接口协议，用统一的配置流程和信息输入方式对网络设备进行配置，根据用户输入的资源背景信息、网元基本信息和网元属性信息，从资源背景信息注册开始，然后注册网元基本信息，最后配置网元属性信息；所有对网络设备所做的成功操作都记录于配置日志，可在配置日志中查询操作结果。
11.利用权利要求1所述的跨设备跨协议的EPON网络中的网元管理系统对异构EPON网络中的网元状态展示方法，其特征在于：EPON超级网元管理系统的接入层读取EPON网络设备的状态信息和运行参数后，转换为统一的元模型，并存储至数据库中，数据库中的数据通过应用层的性能和状态统一显示模块共享显示。
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