高效的網絡通信設備快速配置及開站方法

韋 文，師 進，王 欣，蔡莉莉

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

現有網絡通信設備在實際工程建設及運維中使用時，涉及到開站（即開通站點）時的設備配置流程，如何提高配置效率及準確性，從而提高用戶運維體驗，是通信設備開站應該考慮的重要問題。

通常情況下，網絡通信設備可采用離線配置或者在線遠程配置，但現有技術方案的缺點是不可避免的，涉及到需用戶手動完成設備的全部或者部分配置。這種配置方式不便捷，容易因人為配置失誤導致差錯，并且本地需同時有設備安裝人員與設備配置人員配合工作。或者本地需要有人員身兼雙職，既負責安裝又負責配置，對開站流程的人員資源要求較高。

目前已有部分技術可以做到比較快速的進行網絡設備配置，比如零接觸配置（Zero Touch Provisioning，ZTP）技術。ZTP 技術是指相關網絡通信設備安裝后的零配置敏捷部署技術，快速上線運行，其典型的實現方式是借助動態主機設置協議（Dynamic Host Conf iguration Protocol，DHCP）服務器來自動引導新入網設備與中心網管服務器/軟件和配置服務器/腳本文件服務器等建立連接、下載相關配置。不過ZTP 過程中DHCP 服務器、軟件和配置文件服務器等僅能獲知新入網設備的型號、軟件版本等信息，無法獲知該設備在網絡中具體安裝位置、具體應承擔的角色、所需承載的業務等信息，因此僅對某些網絡場景有效。比如簡單網絡規劃中各設備僅根據型號確定其配置數據，或者配置數據與該設備安裝位置完全無關等場景。

本文將研究一種較為高效的網絡通信設備快速配置開站方法，重點解決設備身份自動化識別的技術問題，結合其他設備快速配置方法，形成完整的快速配置流程，達到網絡通信設備敏捷部署、高效運維的效果。

2 現有開站流程問題分析

開站是指設備完成首次安裝、上電和入網。新安裝的設備需要按原網絡規劃進行一定的配置，以滿足工程應用需求。

網絡通信設備的配置項包括設備的IP 地址、設備名稱或ID 號、業務相關配置等。設備的具體配置數據內容主要與整個網絡規劃中該設備所處的位置（即其在網絡中發揮的作用）、所承載的業務等有關。如果反映到具體工程實施方法中，則具體配置數據內容與該設備所安裝的具體位置有關。因為工程實施中對每個網絡規劃中的設備均預先安排了具體的安裝位置，應遵循工程設計圖紙施工以便保障設備配置與網絡規劃相符。

目前開站時，設備配置有兩種操作方式。

一是先離線將設備完成所有配置，再將其接入既有網絡中。由于是離線配置，需要使用命令行工具或本地管理終端對該設備做單獨配置，用戶手動完成各項配置。

二是先將設備接入既有網絡中，然后在線配置該設備。由于是在線配置，可使用網管軟件（通常部署在中心機房）遠程對該設備進行配置。但仍需先手動配置該設備的必要身份信息，比如配置其按網絡規劃所分配的IP 地址，使得該設備能夠與網管軟件建立連接并被識別。之后該設備才能接受網管軟件的遠程配置，即網管軟件將配置數據遠程傳送給該設備，該設備接收配置數據后寫入自身的配置中。需要注意的是，采用DHCP 服務器自動分配IP 地址給該設備并不能解決該問題，因為自動分配的IP 地址是隨機的，不能用于識別該設備的身份。

現有網絡通信設備配置方法未考慮采用自動化方法對設備身份進行識別，開站時本地仍離不開設備配置人員的參與，對配置的敏捷性、便利性產生一定影響。

這里主要討論的場景是網絡中各設備根據安裝位置不同需要有各自不同配置數據。對于一些簡單網絡規劃，比如各設備均使用統一的默認配置數據，或者不需要識別設備身份、僅根據設備類別型號簡單區分其配置數據等，此時通過ZTP 等現有的自動配置技術也能做到一定程度的自動配置流程，但該類場景并不能包含所有開站場景。

3 高效的配置和開站方法流程

配置和開站流程所面臨的網絡場景如圖 1 所示。

圖1 網絡通信設備配置過程的網絡場景圖Fig.1 Network scenario diagram of configuration process of network communication equipment

其中，網管服務器運行網管軟件，管理整個網絡；網管終端為網管服務器的用戶操作界面終端。待配置的網絡通信設備x（以下稱為設備x）為開站時的新入網設備。

本文的網絡通信設備開站時的配置方法流程如下。

步驟1 ：在網管軟件中規劃和保存網絡拓撲，并規劃拓撲中各網絡通信設備的配置數據，保存在配置數據庫中，待下發給設備。

在網管軟件圖形界面中，用戶可以從設備模塊庫中拖放出多種類型的設備模塊，以圖標形式在網絡拓撲圖畫布上進行擺放，并可配置設備間的網絡鏈路連接關系，形成規劃網絡拓撲圖。可將各設備的預配置數據輸入到網管軟件中，保存在數據庫內，方法為在界面對話框輸入設備各配置參數，或使用配置文件導入功能。設備配置數據包括設備的身份標識、設備名稱、設備位置、IP 地址、業務相關配置（比如VLAN 分配、路由規則設置）等。注意此時在網管軟件側完成了網絡及設備配置的規劃，但配置數據并未下發至設備x 中。網絡拓撲圖中對未下發配置或未上線的設備用不同的圖標形態進行標識，比如將設備圖標顯示為灰色。

步驟2：開站時的新入網設備x 上電啟動后，自動從DHCP 服務器申請臨時IP 地址，并獲取到網管服務器IP 地址，與網管軟件建立連接。

新入網設備x 未配置IP 地址，上電啟動后需向DHCP 服務器申請IP 地址，作為設備x 的臨時IP 地址。同時DHCP 服務器也將其他相關信息推送給設備x，包括網管服務器的IP 地址等。然后設備x 可以向網管軟件發出連接請求，與網管軟件建立連接。

步驟3：設備x 使用設備身份自動識別方法進行身份識別，并將身份等相關信息上報給網管軟件，網管軟件對設備身份進行確認和匹配。

在本方法中，設備的身份用于標識該設備在步驟1 所規劃的網絡拓撲中所對應的具體設備，而不是通常意義的設備編號、序列號等。因為網絡規劃并不規定具體哪一臺實物設備被安裝入網，只要入網的設備型號符合要求、可被配置，其設備編號可以為任意。通過標識出其身份，網管軟件即可通過下發配置將該設備設置成網絡規劃中所需的設備，即令其配置與其身份相符。因此若發生設備故障，可用新設備替換，只要將原配置數據完全復制到新設備中，新設備繼承原設備身份。

故障設備被新設備替代后，特點是其在網絡拓撲中的邏輯位置不變，同時實物在機房中的安裝位置也不變，可將設備的身份識別碼稱為通用位置識別碼（Universally Location Identifier，ULID）。故障設備和新設備可具有不同的設備編號，但新設備需繼承原故障設備的ULID。

ULID 編號方式建議與實物安裝位置相關，為：AAAA-BBBB-CCCC-DDDD-EE。

各數字代表：路局/城市編碼—線路編號—車站/機房編號—機柜編號—槽位編號。

或者使用字符串：路局/城市名稱—線路名稱—車站/機房名稱—機柜編號—槽位編號。

對設備x 進行身份識別的方法，目的是將正確的ULID 賦予設備x。

設備身份識別可采用如下方法。

1） 將網絡規劃中對各設備規劃的實物安裝位置轉換為相應的ULID，并轉換為二維碼，在網絡建設初期將各二維碼打印粘貼到各相應機柜的相應槽位上。

2） 開站時，在規劃的槽位上安裝設備x 后，用移動終端的定制應用app 掃描ULID 二維碼，并通過移動終端USB 數據線將ULID 傳送給設備x。操作場景如圖2 所示。

設備x 使用臨時IP 地址，用ULID 向網管軟件申請驗證身份，網管軟件在規劃的網絡拓撲圖中搜索對應的設備進行匹配。若設備x 的ULID 與網絡拓撲圖中任何設備的身份標識均無法匹配，網管軟件應在網管終端上提供告警信息。

步驟4：網管軟件從配置數據庫調取設備x 的配置數據，下發給設備x，包括更新它的IP 地址。

網管軟件依據ULID 從配置數據庫調取相應的配置數據，通過設備x 的臨時IP 地址下發給設備x，配置數據中包含規劃給設備x 的IP 地址。設備x 獲取和更新配置數據成功后，ULID 不變，以新的IP地址重新與網管軟件建立連接。設備x 建立連接后，網管軟件在網絡拓撲圖中用特定的圖標形態進行標識，比如將灰色設備圖標點亮。

圖2 網絡通信設備身份識別方法場景圖Fig.2 Scenario of identification method for network communication equipment

4 主要優勢

強調設備身份：本文的網絡通信設備開站流程中，與現有技術方案中主要用IP 地址標識設備身份相比，該方法用ULID 標識設備身份，既能標識設備在網絡拓撲中的邏輯位置，也反映了設備實物在機房中的安裝位置，包含的信息更豐富。

減低人員依賴：本文方法用移動終端應用app掃描二維碼的方式進行設備身份ULID 識別，替代了現有設備配置中的人工配置部分，簡化操作流程，減少人為配置失誤概率，并且降低了人員資源要求，安裝過程中本地無需網絡配置人員的參與。

提高自動化程度：通過與DHCP 服務器、網管服務器/軟件的配合，設備開站的配置流程可實現自動化配置部署，設備即插即用。

擴大適用范圍：該方法可適用于配置數據與該設備安裝位置相關的場景，適用場景范圍比現有ZTP 配置部署技術適用范圍更廣泛。

靈活可擴展：在對設備x 進行身份自動識別的方法中，還根據條件或需求可靈活使用多種替代方法，比如可使用專用U 盤保存相應安裝位置（槽位）所對應的ULID，設備安裝人員攜帶該U 盤插入設備x 的USB 數據口，然后ULID 被自動讀取到設備x 中。

5 結論

本文研究一種網絡通信設備快速配置開站方法及其流程，通過設計新的設備身份自動化識別手段，簡化本地設備身份信息上報給網管軟件的過程，從而省略本地手動配置內容，并由網管軟件遠程自動配置該設備，使本地僅需設備安裝人員參與，減少人為操作失誤概率和降低遠程配合施工的難度，達到網絡通信設備敏捷部署的效果，降低了網絡運維難度和成本、提高了運維效率。

另外，除了開站，本文方法也適用于設備故障更換等需要進行設備配置的場景，具體流程與本文開站流程類似。