SNMP协议在航天测控光传输网监控中的应用.pdf

计 算 机 与 网 络技术论坛计 算 机 与 网 络技术论坛SNMP协议在航天测控光传输网监控中的应用董文文，杨宝军，苏志元，武东政，熊浩（宇航动力学国家重点实验室，海南 三亚572427）摘要：利用华为光传输系统网络云化引擎（NCE）网管北向接口所提供的SNMP协议，扩展了NCE网管的告警表现与提示功能。结合数据治理的方法，开发了一套基于SNMP协议的光传输告警收集与表现的应用系统，实时接收NCE网管上报的trap信息，实现光传输网络拓扑显示、故障定位及语音、专线电话联动告警等功能。关键词：SNMP协议；光传输系统；网络云化引擎网管；数据治理中图分类号：TN911.7文献标志码：A文章编号：1008-1739（2023）18-67-5DONG Wenwen,YANG Baojun,SU Zhiyuan,WU Dongzheng,XIONG Hao渊State Key Laboratory of Astronautic Dynamics,Sanya 572427,Cina冤By using the SNMP protocol provided by the northbound interface of the Network Cloud Engine(NCE)networkmanagement of Huawei optical transmission system,the alarm expression and prompt function of the NCE network management isexpanded.Combined with the method of data governance,an application system of optical transmission alarm collection andperformance based on SNMP protocol is developed.The system can receive the trap information reported by the NCE networkmanagement in real time,and realize the optical transmission network topology display,fault location and voice dedicated linetelephone linkage alarm and so on.SNMP;optical transmission system;NCE network management;data governance收稿日期：2023-06-110引言SNMP协议因其简单和易用的特性，被越来越多的设备厂商选作管理设备的协议，其在设备的监视、管理等方面的出色表现也获得了各厂商的认可，目前几乎所有具备网络管理功能的设备均支持SNMP协议。同样，华为自带的网络云化引擎（NCE）网管提供的北向接口也支持SNMP协议，这就为二次开发光传输系统提供了可能。华为NCE网管提供了7种北向接口类型，考虑到后续系统有纳管不同类型的设备需求，经分析比较，选择使用NCE网管的SNMP协议北向接口，以保证系统底层逻辑的一致性。华为NCE网管属于云化网络的管控层，上报告警种类繁多、数据格式不尽相同。在系统开发过程中，为进一步规范数据格式，充分利用了数据治理的方法，从数据规范、数据清洗、数据交换和数据集成1四个方面对NCE上报的告警数据进行处理。经过数据治理后，告警信息的接收、处理和存储格式更加统一、结构更加规范。1 NCE网管及北向接口介绍华为NCE网管位于云化网络的管控层，支持IP设备、软件定义网络（SDN）和Legacy网络统一管控，支持与运营支撑系统（OSS）、业务支撑系统（BSS）以及业务协同器集成对接，提供一站式专线自动化能力，实现业务集中控制并提供北向开放和集成能力。华为NCE网管提供了SNMP接口、CORBA接口、REST接口、XML接口、OMC接口、TEXT接口、Kafka接口7种类型的北向接口供第三方系统采集华为光传输系统的告67计 算 机 与 网 络技术论坛计 算 机 与 网 络技术论坛警及设备信息功能。7种接口中典型接口类型的特点及应用场景如表1所示。表1 NCE网管北向接口上述表格中列出的北向接口为NCE网管支持的7种类型，综合考虑系统的易用性、通用性以及后续系统多设备接入的可扩展性，北向接口SNMP接口和CORBA接口可满足要求。系统主要用作光传输系统链路和业务的监控、故障快速感知和协同处置，故选择NCE网管的SNMP接口作为北向接口进行开发。2 NCE网管北向接口使用华为光传输系统采用的NCE网管为用户自定义采集设备信息提供了北向接口，其中包括遵循国际标准的、统一的SNMP协议。因为SNMP协议的开放性，在光传输系统中，采用通用的SNMP模型，即可实现对光传输系统中各设备的综合监视2-3。通过在NCE网管上配置相应的SNMP协议，使NCE网管提供对SNMP协议的支持，即可通过一定的手段采集到各光传输设备上报给NCE网管的信息，以使服务器查询设备信息时进行信息的回调4。华为光传输系统中，各个光传输设备均通过私有协议上报告警及各类信息至NCE网管，NCE网管统一汇总后进行显示。在NCE网管上，可通过配置SNMP协议，使NCE网管在收到各光传输设备的告警后，进一步上报至基于SNMP协议的光传输监控系统。NCE网管告警事件上报流程如图1所示。图1 NCE网管告警事件上报流程由图1可以看出，信息提供的主体为光传输设备，其主要是根据华为私有协议进行各类信息上报，NCE网管进行相关信息的采集，当产生告警时，NCE网管通过SNMP协议上报信息至信息采集设备（SNMP服务器）5；信息采集设备根据采集到的信息，与用户自定义的感兴趣信息进行比对，而后根据不同的告警级别，可产生提示告警、语音告警和电话告警。3系统总体设计与功能模块设计3.1系统总体设计系统实现了光传输设备的板卡、155 Mb/s、2 Mb/s、2.5 Gb/s等主要业务状态的监视监测和告警提示，可依据光传输网的实际组网情况，将光传输网络拓扑及业务分布情况以页面展示。系统总体设计遵循B/S模型，采用Python+Django+PySNMP库实现，按照模块功能分为数据处理模块、业务监控模块、告警表现模块、告警日志存储模块和历史告警查询模块。各模块在实现过程中结合数据治理理念，对数据接收、数据传输和数据存储进行“清洗”，进一步规范告警数据的格式。业务监控模块为系统核心模块，将NCE网管上报的trap信息与系统预配置的光传输设备XML文件进行比较，初次筛选有价值的信息，进行后续的数据比对。数据处理模块为系统核心模块，主要接收业务监控模块下发的初筛信息，与预配置的业务详情XML文件进行业务信息的详细比较，并将过滤后的信息下发至告警表现模块。告警表现模块依据数据比对模块产生的信息，实现了68计 算 机 与 网 络技术论坛计 算 机 与 网 络技术论坛3种告警表现方式：提示告警、语音告警和电话告警。当告警产生时，3种告警表现联动产生，系统将向前端页面下发提示告警和语音告警信息，并调用电话告警功能模块，拨打专线告警电话。告警日志存储模块实现对NCE网管北向接口上报信息的存储功能。此模块存储范围为业务监控模块初筛后的所有业务告警信息、设备性能异常上报信息、网元事件信息等。系统存储的告警日志信息可供历史告警查询模块展示历史告警信息。历史告警查询模块提供可供前端页面展示历史告警的信息。此模块读取告警日志存储模块的信息，根据业务详情XML文件进行业务信息的详细筛选，并通过JSON方式，将历史告警信息下发至前端页面。3.2告警数据治理告警数据治理是对数据格式化、预处理和标准化的重要组成部分，是数据处理技术在系统中的体现。系统在开发过程中，将功能模块和数据治理同步实现，分为接收告警数据标准化设计、告警数据交换和告警存储数据集成三部分。接收告警数据标准化设计在系统开发之前完成，主要是依据数据治理理念，定义统一和规范的告警数据格式。在系统开发过程中，以XML文件形式，定义了1种OID数据格式，“清洗”NCE网管上报的“脏数据”。告警数据交换是将源模式数据转换为系统所需的目标模式数据的一种数据治理方式。系统将接收告警处理后的数据以数据字典的方式进行利用，并在系统开发过程中，遵守统一的数据利用格式，提升数据质量。告警存储数据集成在告警日志存储模块和历史告警查询模块中体现。系统根据数据交换处理后的数据类型，使用optix_logAlarm_handler函数对数据进行6元数据分类，并在告警日志存储和前端历史数据展示时进行标准化处理。3.3业务监控模块设计业务监控模块采用Python的PySNMP库，实现对NCE网管上报的trap信息的采集，是系统的核心组成部分。业务监控模块根据NCE上报的异常告警信息，首先对采集到的信息与预配置的光传输设备XML文件进行比较，过滤掉无需监控的告警信息；对通过初步筛选的trap信息经格式转换后，下发至业务监控模块，进行详细业务比对。同时，将过滤后的信息以log文件形式进行保存。业务监控模块信息采集流程如图2所示。图2业务监控模块信息采集流程业务监控模块信息采集处理流程如下：NCE网管上报trap信息；采用独立线程的方式采集trap信息，并交由PySNMP库解码采集到的trap信息；加载光传输设备XML文件，并调用readOptix_device，根据XML文件保存的OID信息，对上报的trap信息进行初步筛选，过滤无需监控的告警信息；调用optix_device_list，将采集的trap信息转换为字典类型，便于后续处理和存储；调用jude_optix_alarmInfo，将字典格式的trap信息，下发至数据处理模块；判断存储告警的log文件是否存在，如果不存在，则新建存储告警的log文件；调用optix_logger，将过滤后的trap信息存储进log文件。3.4数据处理模块设计数据处理模块接收经业务监控模块初步筛选并转换格式后的信息，通过加载业务配置XML文件的方式，对所有监控业务进行详细比较，是系统进行数据处理的核心模块。数据处理模块需要依次对业务监控模块上报经格式转换后的trap信息进行判别，对通过判别的信息下发告警；对未通过判别的信息，直接结束进程。数据处理模块信息流程如图3所示。图3数据处理模块流程69计 算 机 与 网 络技术论坛计 算 机 与 网 络技术论坛数据处理模块实现方法如下：接收业务监控模块上报的经格式转换后的trap信息；调用readOptix_bussin，加载业务配置XML文件，以“单位：别名，设备名：IP,板卡名：板卡类型,时隙:终端类型，终端名称”字典类型存储XML文件中各业务的详细信息；使用存储的各业务的详细信息，调用car_IPCheckHandler进行IP地址判别，检查是否为需要监控网元的IP地址，对通过判别的信息，继续进行业务名称比对；执行car_DataCheckHandler，进行业务名称比对，判别当前上报的告警信息是否包含在业务配置XML文件中，对通过判别的信息，进行业务板卡比对；调用car_solttimeHandler，进行业务板卡比对，进一步筛选当前上报的告警信息板卡是否为需要监控的设备板卡，对通过判别的信息，进行时隙比对；调用car_solttimeHandler，获取当前上报告警的时隙，判断告警的时隙是否为需要监控的业务时隙，对通过判别的信息，即判定监控的光传输业务上报告警；根据car_solttimeHandler函数判别的时隙信息，调用optixfile将告警信息存储进当前告警日志文件（不进行客户端展示，仅进行告警定位）；同时，调用connSerial拨打电话，产生电话告警，调用optix_data，将告警数据传至客户端进行页面展示和语言告警。3.5告警表现模块设计告警表现模块实现了3种表现方式：提示告警、语音告警和电话告警。其中，提示告警、语音告警为前台页面展示告警。通过数据处理模块下发至前台页面的告警信息以不同标注的样式，展示当前告警信息；电话告警与提示告警和语言告警联动产生，系统向前台页面下发告警信息的同时，通过connSerial函数，向服务器串口发出电话拨打指令，以专线电话的方式，发出告警提示。告警表现信息流程如图4所示。图4告警表现信息流程3.5.1提示告警提示告警为前端页面呈现出的告警样式信息。系统通过Echarts的graph模块，在前端页面绘制光传输网络拓扑图，并结合数据处理模块下发的告警信息，调用get_localStorageInfo，在前端页面标注告警样式（业务、板卡、连接线标注为红色样式）。通过前端页面不同的标注样式，可以直观、准确地观察到告警节点（告警设备）、告警内容、告警时间等信息，辅助人员快速、准确地定位故障点。3.5.2语音告警语音告警与提示告警同为前端页面展示告警。当客户端接收到数据处理模块下发的告警信息后，在进行提示告警的同时，调用浏览器的speech语音模块，并根据下发的告警信息，动态加载、播放告警语音。语音告警主要实现方式如下：Var msg=new SpeechSynthesisUtterance()msg.lang=zh/中文音频msg.volume=50/音量msg.rate=0.7/语音播放速度msg.pitch=1.5/语音音调Var voiceText=/需要播放的语音文字Function speakVoice()msg.speak=voiceText 3.5.3电话告警电话告警与上述2种告警方式联动产生，方便人员不在网管设备附近时，也能实时感知告警。电话告警功能在服务器端产生，通过Python的serial模块控制串口，向电话Modem发出拨打电话的指令；电话Modem以ATDT方式，使用专线电话号码拨打电话，以实现多渠道（提示、语音、电话）的方式提示光传输系统告警。电话告警主要实现方式如下：#设置串口的端口号和波特率ser=serial.Serial(port,baudRate,timeout=5)If ser.is_open:#使用ATDT控制电话调试解调器拨打电话，phoneNum为将要拨打的电话号码ser.write(ATDT9+phoneNum+rn).encode(gbk)#暂停60 s，等待电话拨打完毕time.sleep(60)ser.close()3.6告警日志存储模块和历史告警查询模块设计告警日志存储模块通过调用optix_logger函数，存储业务70计 算 机 与 网 络技术论坛计 算 机 与 网 络技术论坛监控模块初筛后（根据OID筛选）的信息。存储的信息类型包括：网元Event信息、板卡/业务/网元登录Fault信息、板卡/业务/网元登录Recovery信息、NCE网管Change信息等。存储的告警日志不仅记录需要监控的业务告警信息，也记录NCE网管上报的所有经过readOptix_device初筛后的信息，是历史告警查询模块的数据源。历史告警查询模块通过客户端主动请求的方式实现。客户端使用select_alarmDate以Ajax形式向服务器（光传输监控系 统）请 求 某 一 时 间 段 的 历 史 告 警，服 务 器 使 用optix_history_alarmInfo函数，调用业务详情XML文件并进行筛选后，以JSON格式向客户端提供Fault、Recovery信息的查询结果，客户端接收到JSON数据后，进行历史告警展示。4系统功能测试系统开发基于实网环境，数据的真实性与实网环境一致；测试的目的是对系统的功能进行检验，测试其是否符合应用环境。测试准备步骤分为以下几个阶段：NCE网管北向接口配置。设置trap地址为光传输监控系统服务器地址；设置SNMP版本号为V2C；设置端口号为162。测试数据接收的正确性。光传输监控系统服务器开启wireshark软件，设置显示过滤条件为：udp.port=162，检查能否正确接收NCE网管上报的trap信息；打开光传输监控系统，设置为调试模式，并制造某个光传输业务故障，检查NCE网管上报的trap信息是否能够正常解析。系统功能测试分为业务监控与数据处理测试、告警表现测试、告警日志存储和历史告警查询测试。测试方法如下：（1）业务监控与数据处理测试制造光传输故障，分别对板卡、155 Mb/s、2 Mb/s、2.5 Gb/s进行插拔。查看系统是否接收到上报的trap告警，与NCE网管接收到的告警信息进行比对，查看系统解析的告警信息与NCE网管的告警信息是否一致，告警内容是否存入log日志文件。手动进行插拔操作，系统能够正常接收、解析和存储NCE网管上报的trap信息，测试结果与预期一致；系统在线运行24 h，能够正常接收、解析和存储NCE网管上报的trap信息，内容相符且准确。（2）告警表现测试根据数据处理模块下发的告警信息，查看前端页面是否能够进行提示告警、语音告警，同时查看专线电话是否拨号。测试结果表明，前端页面接收到数据处理模块下发的告警信息后，能够以不同颜色标注告警业务或设备，发出语音告警提示，同时接收到专线电话拨打的告警电话。（3）告警日志存储和历史告警查询测试告警日志存储测试在业务监控与数据处理测试阶段同步进行。历史告警查询测试根据告警日志存储的告警信息进行告警展示，主要测试前端页面能否正常读取和显示告警日志存储的历史告警信息。经过测试，能够根据告警日志中Fault、Recovery字段过滤告警信息，并以JSON格式传输至客户端，前端历史告警页面能够正常显示历史告警信息，与预期结果一致。5结束语本文简要介绍了华为NCE网管7种类型的北向接口，重点围绕SNMP北向接口，探讨了NCE网管北向接口使用，结合数据治理概念中的数据规范、数据清洗、数据交换和数据集成的方法，设计了光传输监控系统的整体运行框架。对数据治理在系统中的实现和系统主要的功能模块进行了详细阐述，进一步阐明了各个系统运行机理，并进行了系统功能测试的介绍。系统立足区域监控功能，实现了对光传输网络的告警联动、快速感知等功能，但是未对各单位业务进行详细分类。后续将在数据治理的过程中加入各单位告警数据清洗，达到快速、准确定位故障，快速处理异常业务的目的。参考文献1吴信东,董丙冰,堵新政,等.数据治理技术J.软件学报,2019,30(9):2830-2856.2王焕然,徐明伟.SNMP网络管理综述J.小型微型计算机系统,2004(3):358-366.3尚建贞,逯晖.简单网络管理协议SNMP浅析J.计算机时代,2011(7):1-3.4肖坤峨.简单网络管理协议SNMP的研究及应用J.信息与电脑(理论版),2018(11):183-185.5严雷.“设计模式”与SNMP网管软件的开发D.北京:北京邮电大学,2006.6李秀.基于校园数据中心的数据治理与应用D.西安:西安科技大学,2018.71