基于華東民航廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析

汪勇

（上海民航華東通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司,上海，200335）

1 華東空管DDN 網(wǎng)絡(luò)簡介

華東DDN 網(wǎng)是一個(gè)主要覆蓋華東十大空管分局（空管站）和部分地方小機(jī)場的、主要為空中交通管制提供雷達(dá)、轉(zhuǎn)報(bào)、甚高頻等基礎(chǔ)信息服務(wù)的廣域網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)從1997 年開始建設(shè)，運(yùn)營服務(wù)至今超過二十年；當(dāng)前隨著各地空管基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模目前還在增加，且其服務(wù)范圍已經(jīng)延伸擴(kuò)展到了中南（廣州）和華北（北京）區(qū)域。該網(wǎng)絡(luò)主要采用VANGUARD 公司系列路由器，支持vanguard7330、6840、6455、6435、3860 等多個(gè)系列，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總體為雙星型結(jié)構(gòu)，劃分為核心層、匯接層和接入層三個(gè)圈層，其中核心層在上海虹橋，匯接層節(jié)點(diǎn)在各空管分局站，接入層在各空管分局站和地方小機(jī)場。

華東DDN 網(wǎng)的主要網(wǎng)管軟件采用傳統(tǒng)基于HP OPENVIEW 系列的管理軟件,進(jìn)行日常運(yùn)維操作。

2 廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)簡介

廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)（華東DDN 網(wǎng)子系統(tǒng)）[1]是在基于華東空管廣域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，周期性地輪詢和提取對(duì)象網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并加以提取、分析與展現(xiàn)的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前部署在民航華東DDN 網(wǎng)的網(wǎng)管環(huán)境中，全天候不間斷運(yùn)行，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)HP OPENVIEW 網(wǎng)管系統(tǒng)在以下等方面的不足：

（1）無法對(duì)網(wǎng)絡(luò)所有中繼端口通斷信息進(jìn)行百分之百有效監(jiān)控；

（2）無法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中繼誤碼信息進(jìn)行主動(dòng)持續(xù)有效監(jiān)控；

（3）無法對(duì)業(yè)務(wù)端口的狀態(tài)（誤碼、丟包、排隊(duì)）信息進(jìn)行主動(dòng)持續(xù)有效監(jiān)控；

（4）無法對(duì)網(wǎng)絡(luò)較長一段時(shí)間的歷史狀態(tài)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，便于故障發(fā)生后進(jìn)行追溯；

（5）用戶界面不友好，無法快速有效地定位是哪個(gè)區(qū)域的設(shè)備發(fā)生故障；

（6）無法快速有效地按業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)路由查詢[2]。

該系統(tǒng)較全面地解決了上述問題，在相當(dāng)程度上提升了該空管業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的保障水平。除了日常進(jìn)行周期巡檢報(bào)警等功能之外，該系統(tǒng)也是一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，它將網(wǎng)絡(luò)7×24 小時(shí)的重要中繼線路狀態(tài)信息和業(yè)務(wù)狀態(tài)信息形成結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)文件中，在需要時(shí)可以按用戶的多維需求進(jìn)行提取和呈現(xiàn)。本文即介紹該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)模塊。

該系統(tǒng)其軟硬件模塊架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 空管廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)（華東DDN 網(wǎng)子系統(tǒng)）功能模塊圖

3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

該數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包含數(shù)據(jù)文件主要有以下兩個(gè)：

（1）中繼狀態(tài)數(shù)據(jù)文件matx.mat

該文件為矩陣式數(shù)據(jù)[3]存儲(chǔ)文件，通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，當(dāng)一次周期巡檢完成并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，矩陣數(shù)組自動(dòng)擴(kuò)充一新列，該新列包含中繼通斷的設(shè)備節(jié)點(diǎn)號(hào)、端口號(hào)、中繼通斷具體時(shí)間，以及當(dāng)前誤碼數(shù)量等信息。

（2）業(yè)務(wù)端口狀態(tài)數(shù)據(jù)文件tbmx.mat

該文件為矩陣式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件，通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，當(dāng)一次周期巡檢完成并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，矩陣數(shù)組自動(dòng)擴(kuò)充一新列，該新列包含業(yè)務(wù)端口（TBOP 端口或PAD 端口）的設(shè)備節(jié)點(diǎn)號(hào)、端口號(hào)、端口收發(fā)數(shù)據(jù)量、端口CRC 數(shù)量、端口LOST 數(shù)量、端口排隊(duì)數(shù)量，以及當(dāng)前SVC 是否建立等信息。

上述兩個(gè)數(shù)據(jù)文件的大小隨著軟件運(yùn)行時(shí)間的增長而線性增長，以一列新數(shù)據(jù)10K，一天執(zhí)行24次數(shù)據(jù)更新計(jì)算，如果軟件不間斷7×24 小時(shí)不間斷運(yùn)行一年，單個(gè)數(shù)據(jù)文件約占空間90M，兩個(gè)數(shù)據(jù)文件不到200M，開銷可控。

4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)

基于加載以上兩個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，系統(tǒng)軟件通過對(duì)各種信息進(jìn)行定向、分類和過濾，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行按照符合用戶習(xí)慣的方式進(jìn)行多種方式呈現(xiàn)。其展現(xiàn)主要有以下兩個(gè)模塊：

4.1 中繼通斷統(tǒng)計(jì)模塊

圖2 中繼端口通斷統(tǒng)計(jì)模塊示意圖

中繼通斷統(tǒng)計(jì)首先要確定時(shí)間區(qū)間（時(shí)間區(qū)間格式為XXXX 年XX 月XX 日），在確定時(shí)間起止區(qū)間后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)在該段時(shí)間內(nèi)的曾經(jīng)發(fā)生過的歷史中斷信息。時(shí)間區(qū)間確定后，按照運(yùn)維人員的關(guān)注點(diǎn)，中繼通斷統(tǒng)計(jì)有三種模式：一是以時(shí)間軸展開，將發(fā)生中斷的中繼端口的設(shè)備信息、端口信息、station 信息，以及中繼通斷具體時(shí)間點(diǎn)（精確到秒）按時(shí)間先后順序從左到右打印到屏幕；二是全排序模式，即是在用戶給定的起止時(shí)間內(nèi)，將曾經(jīng)發(fā)生中斷的端口按中斷次數(shù)從高到低排序輸出，用戶可以關(guān)注發(fā)生次數(shù)較高的線路和端口；三是按運(yùn)營商和不同的地區(qū)分類，呈現(xiàn)各地區(qū)的不同運(yùn)營商（電信與聯(lián)通）在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的中斷次數(shù)，如上圖2 所示。

4.2 中繼誤碼統(tǒng)計(jì)模塊

圖3 中繼端口誤碼統(tǒng)計(jì)模塊示意圖

類似地，中繼誤碼統(tǒng)計(jì)首先要確定時(shí)間區(qū)間（時(shí)間區(qū)間格式為XXXX 年XX 月XX 日），在確定時(shí)間區(qū)間后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)在該段時(shí)間內(nèi)的中繼誤碼數(shù)量的走勢(shì)信息。時(shí)間區(qū)間確定后，中繼誤碼統(tǒng)計(jì)有兩種模式，一是全網(wǎng)統(tǒng)計(jì)輸出模式，即將網(wǎng)絡(luò)中所有中繼端口按誤碼絕對(duì)值的高低、誤碼運(yùn)行趨勢(shì)以及誤碼高低抖落按照一定的算法排序，將排序指標(biāo)由高到低輸出相關(guān)端口的誤碼隨時(shí)間走勢(shì)并以不同的顏色曲線加以標(biāo)識(shí)，如圖3 所示，通過圖形輸出的信息，我們可以將誤碼高位運(yùn)行、誤碼趨勢(shì)增加以及誤碼高低大幅抖落的端口進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，查找誤碼發(fā)生的原因并進(jìn)行有效排查，大幅提升網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的質(zhì)量；二是單端口模式，用戶除輸入起止時(shí)間信息以外，還需要將中繼端口信息輸入（格式為：節(jié)點(diǎn)號(hào)+端口號(hào)），執(zhí)行后系統(tǒng)將該指定端口在時(shí)間區(qū)間內(nèi)地誤碼走勢(shì)輸出，此種模式非常適合用來結(jié)合其他設(shè)備信息對(duì)故障進(jìn)行事后追溯分析。

4.3 業(yè)務(wù)端口統(tǒng)計(jì)模塊

業(yè)務(wù)端口的狀態(tài)信息較為豐富，以常被用于傳輸雷達(dá)信號(hào)的TBOP 端口為例，軟件會(huì)存儲(chǔ)每個(gè)TBOP 端口的收發(fā)數(shù)據(jù)量、CRC 數(shù)量、LOST 丟包數(shù)量、QUEUE 排隊(duì)數(shù)量、以及虛電路通斷和建鏈時(shí)間等信息。類似地，業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)端口模塊在用戶確定起止統(tǒng)計(jì)時(shí)間段后，可以對(duì)全網(wǎng)所有TBOP端口進(jìn)行上述相關(guān)指標(biāo)的圖形趨勢(shì)輸出、排序模式輸出，以及對(duì)單端口的相關(guān)指標(biāo)單獨(dú)輸出。這樣，我們就可以比較精確地掌握業(yè)務(wù)端口故障高發(fā)的分布并加以關(guān)注，這在以前的網(wǎng)管系統(tǒng)中是難以實(shí)現(xiàn)的。

5 總結(jié)

空管廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)(華東DDN 網(wǎng)子系統(tǒng))兼具有網(wǎng)絡(luò)管理和專家系統(tǒng)的特點(diǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)管軟件的一個(gè)非常有效的補(bǔ)充,該系統(tǒng)完全由運(yùn)行維護(hù)人員設(shè)計(jì)和開發(fā),切合生產(chǎn)實(shí)際,開發(fā)周期短。按照預(yù)想，未來該系統(tǒng)要在專家系統(tǒng)功能方面更近一步，需要更大范圍內(nèi)或者以更高頻率，去獲取和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)大數(shù)據(jù)；以及在此基礎(chǔ)上，利用更加專業(yè)的手段和方法（例如采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具），更加深入地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘工作。目前新的數(shù)據(jù)分析功能模塊還在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中。