基于華東民航廣域網數據支持系統的大數據分析

汪勇

（上海民航華東通信網絡發展有限公司,上海，200335）

1 華東空管DDN 網絡簡介

華東DDN 網是一個主要覆蓋華東十大空管分局（空管站）和部分地方小機場的、主要為空中交通管制提供雷達、轉報、甚高頻等基礎信息服務的廣域網絡，該網絡從1997 年開始建設，運營服務至今超過二十年；當前隨著各地空管基礎設施的建設，其網絡規模目前還在增加，且其服務范圍已經延伸擴展到了中南（廣州）和華北（北京）區域。該網絡主要采用VANGUARD 公司系列路由器，支持vanguard7330、6840、6455、6435、3860 等多個系列，其網絡結構總體為雙星型結構，劃分為核心層、匯接層和接入層三個圈層，其中核心層在上海虹橋，匯接層節點在各空管分局站，接入層在各空管分局站和地方小機場。

華東DDN 網的主要網管軟件采用傳統基于HP OPENVIEW 系列的管理軟件,進行日常運維操作。

2 廣域網數據支持系統簡介

廣域網數據支持系統（華東DDN 網子系統）[1]是在基于華東空管廣域網絡的基礎上，周期性地輪詢和提取對象網絡的實時狀態信息，并加以提取、分析與展現的軟件系統。該系統目前部署在民航華東DDN 網的網管環境中，全天候不間斷運行，有效地彌補了傳統HP OPENVIEW 網管系統在以下等方面的不足：

（1）無法對網絡所有中繼端口通斷信息進行百分之百有效監控；

（2）無法對網絡中繼誤碼信息進行主動持續有效監控；

（3）無法對業務端口的狀態（誤碼、丟包、排隊）信息進行主動持續有效監控；

（4）無法對網絡較長一段時間的歷史狀態信息進行存儲，便于故障發生后進行追溯；

（5）用戶界面不友好，無法快速有效地定位是哪個區域的設備發生故障；

（6）無法快速有效地按業務進行實時路由查詢[2]。

該系統較全面地解決了上述問題，在相當程度上提升了該空管業務網絡的保障水平。除了日常進行周期巡檢報警等功能之外，該系統也是一個數據存儲系統，它將網絡7×24 小時的重要中繼線路狀態信息和業務狀態信息形成結構性數據，存儲在數據文件中，在需要時可以按用戶的多維需求進行提取和呈現。本文即介紹該系統的數據分析和統計模塊。

該系統其軟硬件模塊架構如圖1 所示。

圖1 空管廣域網數據支持系統（華東DDN 網子系統）功能模塊圖

3 數據存儲模塊

該數據支持系統數據存儲模塊包含數據文件主要有以下兩個：

（1）中繼狀態數據文件matx.mat

該文件為矩陣式數據[3]存儲文件，通過數據結構化設計，當一次周期巡檢完成并完成數據存儲時，矩陣數組自動擴充一新列，該新列包含中繼通斷的設備節點號、端口號、中繼通斷具體時間，以及當前誤碼數量等信息。

（2）業務端口狀態數據文件tbmx.mat

該文件為矩陣式數據存儲文件，通過數據結構化設計，當一次周期巡檢完成并完成數據存儲時，矩陣數組自動擴充一新列，該新列包含業務端口（TBOP 端口或PAD 端口）的設備節點號、端口號、端口收發數據量、端口CRC 數量、端口LOST 數量、端口排隊數量，以及當前SVC 是否建立等信息。

上述兩個數據文件的大小隨著軟件運行時間的增長而線性增長，以一列新數據10K，一天執行24次數據更新計算，如果軟件不間斷7×24 小時不間斷運行一年，單個數據文件約占空間90M，兩個數據文件不到200M，開銷可控。

4 數據分析與統計呈現

基于加載以上兩個數據庫文件，系統軟件通過對各種信息進行定向、分類和過濾，可以對網絡狀態信息進行按照符合用戶習慣的方式進行多種方式呈現。其展現主要有以下兩個模塊：

4.1 中繼通斷統計模塊

圖2 中繼端口通斷統計模塊示意圖

中繼通斷統計首先要確定時間區間（時間區間格式為XXXX 年XX 月XX 日），在確定時間起止區間后，系統將呈現在該段時間內的曾經發生過的歷史中斷信息。時間區間確定后，按照運維人員的關注點，中繼通斷統計有三種模式：一是以時間軸展開，將發生中斷的中繼端口的設備信息、端口信息、station 信息，以及中繼通斷具體時間點（精確到秒）按時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間內，將曾經發生中斷的端口按中斷次數從高到低排序輸出，用戶可以關注發生次數較高的線路和端口；三是按運營商和不同的地區分類，呈現各地區的不同運營商（電信與聯通）在規定時間段內的中斷次數，如上圖2 所示。

4.2 中繼誤碼統計模塊

圖3 中繼端口誤碼統計模塊示意圖

類似地，中繼誤碼統計首先要確定時間區間（時間區間格式為XXXX 年XX 月XX 日），在確定時間區間后，系統將呈現在該段時間內的中繼誤碼數量的走勢信息。時間區間確定后，中繼誤碼統計有兩種模式，一是全網統計輸出模式，即將網絡中所有中繼端口按誤碼絕對值的高低、誤碼運行趨勢以及誤碼高低抖落按照一定的算法排序，將排序指標由高到低輸出相關端口的誤碼隨時間走勢并以不同的顏色曲線加以標識，如圖3 所示，通過圖形輸出的信息，我們可以將誤碼高位運行、誤碼趨勢增加以及誤碼高低大幅抖落的端口進行重點關注，查找誤碼發生的原因并進行有效排查，大幅提升網絡維護的質量；二是單端口模式，用戶除輸入起止時間信息以外，還需要將中繼端口信息輸入（格式為：節點號+端口號），執行后系統將該指定端口在時間區間內地誤碼走勢輸出，此種模式非常適合用來結合其他設備信息對故障進行事后追溯分析。

4.3 業務端口統計模塊

業務端口的狀態信息較為豐富，以常被用于傳輸雷達信號的TBOP 端口為例，軟件會存儲每個TBOP 端口的收發數據量、CRC 數量、LOST 丟包數量、QUEUE 排隊數量、以及虛電路通斷和建鏈時間等信息。類似地，業務統計端口模塊在用戶確定起止統計時間段后，可以對全網所有TBOP端口進行上述相關指標的圖形趨勢輸出、排序模式輸出，以及對單端口的相關指標單獨輸出。這樣，我們就可以比較精確地掌握業務端口故障高發的分布并加以關注，這在以前的網管系統中是難以實現的。

5 總結

空管廣域網數據支持系統(華東DDN 網子系統)兼具有網絡管理和專家系統的特點，是對傳統網管軟件的一個非常有效的補充,該系統完全由運行維護人員設計和開發,切合生產實際,開發周期短。按照預想，未來該系統要在專家系統功能方面更近一步，需要更大范圍內或者以更高頻率，去獲取和存儲網絡狀態大數據；以及在此基礎上，利用更加專業的手段和方法（例如采用人工神經網絡等工具），更加深入地進行數據挖掘工作。目前新的數據分析功能模塊還在設計和實現中。