七號信令監(jiān)測系統(tǒng)中基于Oracle的數(shù)據(jù)同步方案優(yōu)化*

李 鵬1，2，于洪濤1，徐靜波

(1.國家數(shù)字交換工程技術(shù)研究中心，鄭州 450002；2.珠海高凌信息科技有限公司，廣東 珠海 519060；3.解放軍信息工程大學(xué) 信息工程學(xué)院，鄭州 450052)

1 引 言

隨著我國電信行業(yè)的迅速發(fā)展，各種通信網(wǎng)(如固定、移動電話網(wǎng))的規(guī)模在不斷擴大，作為通信支撐網(wǎng)的七號信令網(wǎng)，地位也越來越重要。早期對七號信令網(wǎng)進行維護的方法是使用交換機本身的功能，以及借助監(jiān)測儀表完成，其維護手段和維護能力有很大的局限性。目前，一般采用獨立的系統(tǒng)對七號信令網(wǎng)進行集中監(jiān)測和管理，這種七號信令監(jiān)測系統(tǒng)獨立于電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之外，通過高阻跨接方式或由交換機內(nèi)部分切導(dǎo)出的電接口終端連接方式[1]，在七號信令鏈路上直接采集七號信令的鏈路數(shù)據(jù)，對各種用戶部分或應(yīng)用部分信令進行實時或歷史微觀分析，從而判斷七號信令網(wǎng)的運行狀態(tài)、運行性能以及七號信令網(wǎng)支撐的電信業(yè)務(wù)的運行質(zhì)量、跟蹤呼叫信令的過程等，以便及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，查找故障點。

目前，業(yè)內(nèi)七號信令監(jiān)測系統(tǒng)一般由前端采集設(shè)備、監(jiān)測中心服務(wù)器、監(jiān)測終端組成，形成了包括本地級、地區(qū)級、總部級的三級分布式七號信令監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)，其中，每級監(jiān)測中心均可并行提供信令監(jiān)測以及分析維護功能，這就包括對下級中心進行信息同步、數(shù)據(jù)匯總，以便根據(jù)需求進行后繼的數(shù)據(jù)挖掘，信令分析工作，同時，還需要對下級中心采集信令消息進行冗余備份，以便故障恢復(fù)。因此，系統(tǒng)內(nèi)部需要實現(xiàn)上下級信令監(jiān)測中心間的數(shù)據(jù)同步，以便實現(xiàn)上述功能，本文即對此同步方法展開研究。

2 數(shù)據(jù)同步技術(shù)分析

2.1 主流數(shù)據(jù)同步技術(shù)

(1)遠(yuǎn)程鏡像

遠(yuǎn)程鏡像又叫遠(yuǎn)程復(fù)制，是保持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步和實現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)的基礎(chǔ)[2]。它利用物理位置上分離的存儲設(shè)備所具備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接功能，在遠(yuǎn)程維護一套數(shù)據(jù)鏡像，為地理上分散的站點提供聯(lián)機實時數(shù)據(jù)復(fù)制。遠(yuǎn)程鏡像采用第三方基于文件的遷移與Oracle基于日志的恢復(fù)機制以實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，但需要特殊的軟硬件支持，如采用光纖連接主備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，需要EMC軟件等，造價昂貴，成本很高。

(2)數(shù)據(jù)衛(wèi)士(Data Guard)

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步可以考慮使用ORACLE 9i Data Guard，它通過將主數(shù)據(jù)庫的重做日志傳到并應(yīng)用到在線備用數(shù)據(jù)庫，使備用數(shù)據(jù)庫與主數(shù)據(jù)庫保持同步[3]。應(yīng)用中分為同步和異步兩種方式。其主備用切換時需重啟數(shù)據(jù)庫，后期維護工作量巨大。

(3)數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)器

觸發(fā)器也是現(xiàn)在大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫都具備的功能，因而可以使用數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器實現(xiàn)基于表的數(shù)據(jù)同步。當(dāng)對表執(zhí)行特定操作時，就會引發(fā)數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器。以O(shè)racle為例，在創(chuàng)建觸發(fā)器之前，須為該觸發(fā)器創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫鏈接指向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫。這種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)同步，可當(dāng)對端數(shù)據(jù)庫故障時，通過數(shù)據(jù)庫鏈接的更新操作會有較長的響應(yīng)時間，且基于頻繁操作表上的觸發(fā)器也會降低數(shù)據(jù)庫性能。

(4)數(shù)據(jù)庫的高級復(fù)制

主流的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫比如Oracle、SQL Server、Sysbase等都提供高級復(fù)制功能。數(shù)據(jù)庫高級復(fù)制主要是在分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境中維護表副本的過程，在一個復(fù)制環(huán)境中任何對復(fù)制對象的更新都會反映到其它站點對應(yīng)的對象中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。復(fù)制關(guān)系可靈活配置，復(fù)制對象類型支持表、索引和視圖等類型。

對本系統(tǒng)來講，遠(yuǎn)程鏡像造價過于昂貴，Data Guard其主/備數(shù)據(jù)庫在切換時需要重啟數(shù)據(jù)庫，且同步過程復(fù)雜，性能欠佳，數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器性能差、可維護性不好，高級復(fù)制因其低成本、配置方式靈活、無縫切換等優(yōu)點而被選擇應(yīng)用于此系統(tǒng)。

2.2 高級復(fù)制方法的應(yīng)用分析

圖1 三級分布式七號信令監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The three-level distributed SS7 monitoring architecture

目前，包含本地級、地區(qū)級、總部級的三級分布式七號信令監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。同時，在七號信令監(jiān)測系統(tǒng)中，各級監(jiān)測中心對數(shù)據(jù)同步的實時性要求不高，且各級中心對收集信令原始數(shù)據(jù)無修改要求，可利用Oracle高級復(fù)制的多級物化視圖實現(xiàn)，在一些文章中有相關(guān)研究，基本的方法如下：

(1)每個監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫中均有一信令數(shù)據(jù)表，統(tǒng)一存儲所有信令消息；

(2)采用可更新實體化視圖機制。一級監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫設(shè)置為主數(shù)據(jù)庫，二級監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫和三級監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫是從數(shù)據(jù)庫，所以整個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是“一主多從”的結(jié)構(gòu)。一級監(jiān)測中心信令數(shù)據(jù)表A1作為實體表，二級監(jiān)測中心信令建立以A1為實體表的可寫物化視圖A2，三級監(jiān)測中心創(chuàng)建以A2為實體表的可寫物化視圖A3，所有二級管理中心數(shù)據(jù)庫站點都是基于一級中心數(shù)據(jù)庫主站點的物化視圖站點，并且每個三級中心數(shù)據(jù)庫是作為它管轄的二級中心數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)站點[4]。

這種方法中，每個監(jiān)測中心采集的信令數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到一個數(shù)據(jù)庫表中，這樣既便于監(jiān)測終端進行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)庫復(fù)制關(guān)系建立步驟也較為簡單，但在實際的應(yīng)用中也存在一些問題：

(1)信令數(shù)據(jù)單獨存儲到一個數(shù)據(jù)庫表，運行階段此表會迅速膨脹，不利于后臺進行數(shù)據(jù)分析。下面，就信令數(shù)據(jù)表容量做一個估算：

假設(shè)一個中等規(guī)模的三級監(jiān)測中心下管理2個信令點，每個信令點有100條電路，一個中繼電路平均每小時有28個呼叫，一個TUP/ISUP呼叫平均有9條消息(IAM,SAM×4,ACM,ANC,CLI,RLG)，每天此信令點呼叫記錄數(shù)約為28×9×100×24=64.08萬條，此三級信令中心每天數(shù)據(jù)量為64.08×2=128.16萬條，此中心10天累計數(shù)據(jù)量約為1 280萬條，對一個千萬級數(shù)據(jù)表查詢統(tǒng)計操作的響應(yīng)時間較長，很難讓用戶滿意；

(2)在可更新物化視圖中，對實體表的更新操作是在目標(biāo)站點物化視圖中按主鍵快速刷新，但對目標(biāo)站點物化視圖的更新則需通過延遲事務(wù)層層推回上級中心數(shù)據(jù)庫，再逐級向下進行刷新，耗時較長，特別是針對大數(shù)據(jù)表的刷新，速度更是難以接受，無法體現(xiàn)物化視圖快速刷新的特性。而在目前的應(yīng)用中，恰恰是作為從數(shù)據(jù)庫的二、三級站點對應(yīng)物化視圖需要進行頻繁的更新。

3 高級復(fù)制方法的優(yōu)化及實現(xiàn)

3.1 方案優(yōu)化

針對系統(tǒng)的需求及常用的高級復(fù)制方法存在的不足可采取如下優(yōu)化措施。

(1)信令數(shù)據(jù)分表存儲

信令數(shù)據(jù)表按日存放，將信令消息分開存儲至多個表中，以避免單一表的過度膨脹。

信令數(shù)據(jù)表分兩類：本地采集數(shù)據(jù)表和下級采集數(shù)據(jù)表，統(tǒng)一命名為SIGNALYYYYMMDD_LNN，其中，YYYYMMDD表示為8位的年月日，LNN表示為3位的監(jiān)測中心編號，三級中心數(shù)據(jù)庫無下級采集數(shù)據(jù)表，一級、二級中心數(shù)據(jù)庫兩類數(shù)據(jù)表都存在，各個中心編號間上下級隸屬關(guān)系各個監(jiān)測中心可預(yù)先配置。

N級中心從N+1級中心數(shù)據(jù)庫收集數(shù)據(jù)(1≤N<3)，收集的數(shù)據(jù)包含上述兩類信令數(shù)據(jù)表信息，定義下級收集數(shù)據(jù)配置表(命名為SUBCDCFG)，存儲相關(guān)信息,如表1所示。

表1 下級收集數(shù)據(jù)配置表Table 1 The sub-level collected data config table

(2)調(diào)整信令數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

增加監(jiān)測中心編號(NCID)，采集點標(biāo)識(NMPC)字段與原表主鍵字段一起作為新的聯(lián)合主鍵。監(jiān)測中心編號(NCID)用以區(qū)分不同的監(jiān)測中心，命名為LNN，三位數(shù)字統(tǒng)一編碼，L表示本監(jiān)控中心等級，取值為1～3，NN表示此中心在本級編號，取值為00～99，例如，301表示一個編號為01的三級監(jiān)控中心；采集點標(biāo)識(NMPC)，記錄本信令消息來自哪個接入點，存儲此信令點點碼。這樣三級信令數(shù)據(jù)表可保持一致結(jié)構(gòu)，以便上級中心后繼數(shù)據(jù)處理。

(3)更改各級數(shù)據(jù)庫站點實體表-物化視圖對應(yīng)關(guān)系

為了提高物化視圖刷新效率，將下級站點更新頻繁的表作為上級站點的實體表，所有二級管理中心數(shù)據(jù)庫站點都是基于三級中心數(shù)據(jù)庫主站點的物化視圖站點，并且每個一級中心數(shù)據(jù)庫是作為它管轄的二級中心數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)站點，這樣以來，就形成了與原來相反的復(fù)制體系結(jié)構(gòu)。

每個中心可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，以中心為單位靈活對信令數(shù)據(jù)采集/上傳進行配置。最終形成的多級物化視圖層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多級物化視圖層次結(jié)構(gòu)Fig.2 The hierarchical structure of multilevel materialization view

在二、三級中心可為實體表建立物化視圖日志表，以實現(xiàn)快速刷新。

(4)物化視圖動態(tài)生成

信令消息具有時效性，采集設(shè)備生成信令消息的時間戳總是本日的，而對應(yīng)信令數(shù)據(jù)表是按日存放，所以當(dāng)前操作的只是本日對應(yīng)的信令數(shù)據(jù)表，歷史表是不會再被更新。每日可在系統(tǒng)閑時定時生成新物化視圖并移除過期物化視圖，整理刷新組。

3.2 復(fù)制關(guān)系配置

建立高級復(fù)制環(huán)境有兩種方式：一種是采用Oracle企業(yè)管理器中的復(fù)制管理工具來管理復(fù)制環(huán)境；另一種就是采用后臺腳本的方式來實現(xiàn)，相關(guān)配置見Oracle手冊[5]，這里不再贅述。另外，需在物化視圖站點創(chuàng)建一刷新組，定時物化視圖的控制刷新，周期可設(shè)定為30 min。

3.3 動態(tài)創(chuàng)建物化視圖

物化視圖的動態(tài)創(chuàng)建由數(shù)據(jù)庫JOB實現(xiàn)，可按照如下策略維護各站點的物化視圖：

(1)定時生成3日內(nèi)兩類信令數(shù)據(jù)表(帶主鍵)，針對這些表生成對應(yīng)視圖日志，以便實現(xiàn)快速刷新；

(2)定時生成3日內(nèi)物化視圖并加入刷新組，以O(shè)N PREBUILT TABLE/REFRESH FORCE模式創(chuàng)建，ON PREBUILT TABLE參數(shù)表示以現(xiàn)有表創(chuàng)建，以便即使物化視圖被刪除，對應(yīng)實體表依然存在，REFRESH FORCE參數(shù)可實現(xiàn)快速刷新[6]，默認(rèn)為只讀；

(3)將3日前物化視圖移出刷新組;

(4)定時刪除3日前物化視圖以及物化視圖日志表。

3.4 性能對比

本文就方案改進后的系統(tǒng)效率進行了測試，測試環(huán)境如下：

(1)硬件

惠普ProLiant DL580；

CPU：Intel Xeon處理器2.80 GHz×4個；

內(nèi)存：4G MB雙路交叉PC2100 DDR SDRAM內(nèi)存；

外存：熱插拔SCSI硬盤容量72G×2；

以太網(wǎng)卡：2個Compaq NC7781 PCI-X千兆位網(wǎng)卡。

(2)軟件

Windows server 2003，Oracle 9i。

(3)測試預(yù)置條件

按照2.2中對數(shù)據(jù)量的估算，每天每個三級中心的信令數(shù)據(jù)表容量約為128萬條記錄，以10天作為一個測試單元，假設(shè)按照改進方案，系統(tǒng)存貯數(shù)據(jù)到一個數(shù)據(jù)表SINGNAL2009中，改進后系統(tǒng)分開存儲到10個表中(SIGNAL20090101～SIGNAL 20090110)，其中，SINGNAL2009約有記錄1 280萬條，每個SIGNAL200901xx中約有記錄128萬條，均在主鍵上建索引。

(4)測試項目

查詢統(tǒng)計性能：計算某一信令點1日內(nèi)數(shù)據(jù)總和;計算某一信令點3日內(nèi)數(shù)據(jù)總和;計算某一信令點10日內(nèi)數(shù)據(jù)總和，如圖3所示。

圖3 查詢統(tǒng)計性能Fig.3 The query & statistics performance

物化視圖刷新時間：增加1 000條記錄刷新耗時;增加1萬條記錄刷新耗時;增加10萬條記錄刷新耗時，如圖4所示。

圖4 物化視圖刷新時間Fig.4 The refresh time of materialization view

通過測試結(jié)果可以得出如下結(jié)論：對于查詢統(tǒng)計操作來說，針對涉及全表遍歷的求和操作，執(zhí)行速度有明顯提高，特別是較短日期范圍內(nèi)的操作，提高更為顯著;對于物化視圖刷新方面，由于改進前物化視圖的主體表均在上級數(shù)據(jù)庫，每次更新操作需通過延遲事務(wù)推入上級數(shù)據(jù)庫站點，耗時較久，無法實現(xiàn)快速更新，并占用大量資源，其刷新周期一般較長，改進后，主體站點數(shù)據(jù)表按日期分表存儲，物化視圖站點也對應(yīng)創(chuàng)建多個物化視圖與之一一對應(yīng)，此時，對應(yīng)物化視圖為簡單物化視圖，可實現(xiàn)按主鍵的快速刷新，刷新時間大大縮短，進而可定義一個較短的刷新周期，例如30 min，從而大大提高了上級站點數(shù)據(jù)同步的實時性和效率。

4 結(jié)束語

本文使用Oracle高級復(fù)制的物化視圖來解決分布式七號信令監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步問題，針對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的時效性特點，采用基于信令數(shù)據(jù)分表存儲、物化視圖動態(tài)管理的優(yōu)化方案，實現(xiàn)了上下級系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的快速同步，大大提高了對于短期數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計效率，有效保證了系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)的完整性。但是，分表存儲和物化視圖的動態(tài)生成也在一定程度上提高了應(yīng)用層訪問和數(shù)據(jù)配置的復(fù)雜度，在工程應(yīng)用中需要得到進一步的改進。

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