一种应用于运营管理的多层架构的制作方法

1.本发明涉及卫星通信技术领域 ，尤其涉及一种应用于运营管理的多层架构。


背景技术：

2.网络管理在网络运行中起着非常重要的作用。网络管理能够维护一个网络系统的正常运行，保障网络系统能够按照设计的目标持续稳定、安全可靠和经济高效地发挥应有的功能。从网络管理的动作行为来看，网络管理的全部活动由监视和控制组成。监视是指网络管理系统从网络中获取设备、网络和业务等有关信息，通过对这些信息进行必要的处理来了解和掌握整个网络的运行状况，其主要包括信息的采集、传输、存储、计算和显示等。控制是指网络管理系统通过向网络发送指令，改变设备、网络和业务的某些状态，进而控制网络的活动。
3.现有技术如公告号为cn105516308a的中国发明专利申请，公开了一种基于服务管理中心的广域面向服务的数据交互系统及方法，该系统包括全局管理中心、服务管理中心、服务代理、服务端及客户端，全局管理中心位于广域网上，监控并管理所有接入广域网的服务代理，服务管理中心负责管理服务域内部所有服务的注册、定位及服务信息，服务代理是实现域间数据交互的唯一出口，负责在域间传递服务相关信息，服务端及客户端经服务代理实现数据交互。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术提供一种能节省带宽、减少网络负担、提高传输速度的一种应用于运营管理的多层架构。
5.一种应用于运营管理的多层架构，包括云管理者终端，云管理者终端位于第一网络（云网络）；第一网络的下一层，含有多个管理域；管理域经边管理者终端接入第一网络，边管理者终端还连接有总线式架构的第二网络（边网络）；管理域内还设有经网管代理访问第二网络的端设备；端设备与网管代理一一对应。基于云-边-端的网络拓扑结构，采用分层式网络管理方法，将整个网络管理分为2个层次等级。以边为单位，每个边设置一个管理者，该管理者只管理范围设备，而云管理者位于边管理者的更高层，负责收集各个边管理者的信息。这种管理结构具有多层管理的特征，且具有良好的可扩展性和伸缩性。在网络规模变大的情况下，利用增加管理边的数目和增加边管理者来将任务分散给边管理者，原始信息会经过边管理者过滤处理后再传送给上一层的管理者，这样既能够平衡网络管理者的管理负荷，又能减少管理信息在网络上的传输量，减少了网络负担，节省了网络带宽。
6.采取的优化措施包括：云管理者终端通过标准snmpv2协议与综合接入热点内的接入服务管理设备交互，综合接入热点内的接入服务管理设备通过snmpv2协议与终端的snmp代理进行交互。
7.边管理者终端含有边管理层的缓存表，提供网络管理信息和状态信息的临时缓存区域；每个被访问的记录或者trap通知的记录都会在边管理层的缓存表中被记录。边管理
层的缓存表，提供网络管理信息和状态信息的临时缓存区域，每个被访问的记录或者trap通知的记录都会在其中被记录。缓存表中的每一条记录包括五个字段：节点地址(nodeid)、记录名称(1istname)、实际数值 (validvalue)、最新更新时间(lastupdatetime)、有效时间(validtime)。最新更新时间表明记录最后一次被更新的时间，或者是管理者访问，或者是trap通知。有效时间，用于判断该记录是否失效的标志，是一个可以配置的时间值。
8.边管理层的缓存表具有轮询机制，通过循环地查询缓存表，每查询一条记录，计算当前时间与记录的最新更新时间的差值，如果差值大于或者等于该记录中的有效时间，说明缓存表中的这条记录已经失效，表示记录应该被更最新数据或状态。端设备具备与多模式通信设备及云端之间的通信能力。端设备既可作为信息发送方，将各种信息汇聚到边端及云端网络，也可作为信息接收方，接收相应云端指挥的控制命令，比如关闭传感器、旋转摄像头等。端设备层主要负责测量实际数据和控制。trap机制，用来不定时向网关或者管理者报告网络的实时状态，以及实际传感数据。控制和感知功能，用来配合管理者的请求，实现相应的反向控制功能，同时响应管理者发来的请求操作。
9.本发明还提供一种应用于运营管理的多层架构方法，其包括如下步骤，s11：云管理层向边管理层发送snmp-get信号；边管理层根据缓存表判断snmp-get信号是否过时；s20：若snmp-get信号数据更新，边管理层向云管理层发送snmp-response信号；s21：若snmp-get信号数据过时，边管理层向端设备转发snmp-get信号；s22：端设备向边管理层发送snmp-response信号；s23：边管理层更新缓存表信息；s30：边管理层向云管理层转发s22发来的snmp-response信号。
10.边管理层具有轮询机制，包括如下步骤，s41：轮询缓存表，若数据过时，向端设备发送snmp-get信号；s42：端设备将snmp
‑ꢀ
response信号发往边管理层；s43：边管理层更新缓存表信息；或，s40：轮询缓存表，若为紧急数据，边管理层向云管理层发送snmp-trap信号。
11.端设备层具有trap机制，包括如下步骤，s50：端设备层向边管理层发送urgent trap信号；s60：边管理层将s50的信号转发给云管理层；或，s51：端设备层向边管理层发送normal trap信号；s52：边管理层更新缓存表。
12.本发明还提供一种计算机装置，包括一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中一个或多个计算机程序被存储在存储器中，一个或多个计算机程序包括指令，当指令被装置执行时，使得装置执行上述应用于运营管理的多层架构方法。
13.本发明还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储一个或多个计算机程序，当指令被装置执行时，使得装置执行上述应用于运营管理的多层架构方法。
14.本发明基于云-边-端的网络拓扑结构，采用分层式网络管理方法，将整个网络管理分为2个层次等级。以边为单位，每个边设置一个管理者，该管理者只管理本范围设备，而
云管理者位于边管理者的更高层，负责收集各个边管理者的信息。这种管理结构具有多范围管理的特征，且具有良好的可扩展性和伸缩性。在网络规模变大的情况下，利用增加管理边的数目和增加边管理者来将任务分散给边管理者，原始信息会经过边管理者过滤处理后再传送给上一层的管理者，这样既能够平衡网络管理者的管理负荷，又能减少管理信息在网络上的传输量，减少了网络负担，节省了网络带宽。
15.1、本发明基于云-边-端的网络拓扑结构，采用分层式网络管理方法，将整个网络管理分为2个层次等级。以边为单位，每个边设置一个管理者，该管理者只管理本范围设备，而云管理者位于边管理者的更高层，负责收集各个边管理者的信息。
16.2、“云管理者”通过标准snmpv2协议与综合接入热点内的接入服务管理设备交互，综合接入热点内的接入服务管理设备通过snmpv2协议与终端的snmp代理进行交互。在整个协议栈中，端到端的传输层协议采用udp，网络层协议采用ip协议。
附图说明
17.图1为现有技术网络管理系统的基本模型示意图；图2为现有技术集中式网管模式示意图；图3为本发明实施例分层网络管理结构示意图；图4为本发明实施例协议栈示意图；图5为本发明实施例中云-边-端的网络架构示意图；图6为本发明实施例管理操作流程示意图；图7为本发明实施例现有技术条件下的rtt分布图；图8为本发明实施例ccf分布图；图9为本发明实施例rtt分布图。
具体实施方式
18.以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。
19.实施例：一种应用于运营管理的多层架构，包括云管理者终端，云管理者终端位于第一网络（云网络）；第一网络的下一层，含有多个管理域；管理域经边管理者终端接入第一网络，边管理者终端还连接有总线式架构的第二网络（边网络）；管理域内还设有经网管代理访问第二网络的端设备；端设备与网管代理一一对应。基于云-边-端的网络拓扑结构，采用分层式网络管理方法，将整个网络管理分为2个层次等级。以边为单位，每个边设置一个管理者，该管理者只管理范围设备，而云管理者位于边管理者的更高层，负责收集各个边管理者的信息。这种管理结构具有多层管理的特征，且具有良好的可扩展性和伸缩性。在网络规模变大的情况下，利用增加管理边的数目和增加边管理者来将任务分散给边管理者，原始信息会经过边管理者过滤处理后再传送给上一层的管理者，这样既能够平衡网络管理者的管理负荷，又能减少管理信息在网络上的传输量，减少了网络负担，节省了网络带宽。
20.采取的优化措施包括：云管理者终端通过标准snmpv2协议与综合接入热点内的接入服务管理设备交互，综合接入热点内的接入服务管理设备通过snmpv2协议与终端的snmp代理进行交互。
21.边管理者终端含有边管理层的缓存表，提供网络管理信息和状态信息的临时缓存区域；每个被访问的记录或者trap通知的记录都会在边管理层的缓存表中被记录。边管理层的缓存表，提供网络管理信息和状态信息的临时缓存区域，每个被访问的记录或者trap通知的记录都会在其中被记录。缓存表中的每一条记录包括五个字段：节点地址(nodeid)、记录名称(1istname)、实际数值 (validvalue)、最新更新时间(lastupdatetime)、有效时间(validtime)。最新更新时间表明记录最后一次被更新的时间，或者是管理者访问，或者是trap通知。有效时间，用于判断该记录是否失效的标志，是一个可以配置的时间值。
22.边管理层的缓存表具有轮询机制，通过循环地查询缓存表，每查询一条记录，计算当前时间与记录的最新更新时间的差值，如果差值大于或者等于该记录中的有效时间，说明缓存表中的这条记录已经失效，表示记录应该被更最新数据或状态。端设备具备与多模式通信设备及云端之间的通信能力。端设备既可作为信息发送方，将各种信息汇聚到边端及云端网络，也可作为信息接收方，接收相应云端指挥的控制命令，比如关闭传感器、旋转摄像头等。端设备层主要负责测量实际数据和控制。trap机制，用来不定时向网关或者管理者报告网络的实时状态，以及实际传感数据。控制和感知功能，用来配合管理者的请求，实现相应的反向控制功能，同时响应管理者发来的请求操作。
23.本发明还提供一种应用于运营管理的多层架构方法，其包括如下步骤，s11：云管理层向边管理层发送snmp-get信号；边管理层根据缓存表判断snmp-get信号是否过时；s20：若snmp-get信号数据更新，边管理层向云管理层发送snmp-response信号；s21：若snmp-get信号数据过时，边管理层向端设备转发snmp-get信号；s22：端设备向边管理层发送snmp-response信号；s23：边管理层更新缓存表信息；s30：边管理层向云管理层转发s22发来的snmp-response信号。
24.边管理层具有轮询机制，包括如下步骤，s41：轮询缓存表，若数据过时，向端设备发送snmp-get信号；s42：端设备将snmp
‑ꢀ
response信号发往边管理层；s43：边管理层更新缓存表信息；或，s40：轮询缓存表，若为紧急数据，边管理层向云管理层发送snmp-trap信号。
25.端设备层具有trap机制，包括如下步骤，s50：端设备层向边管理层发送urgent trap信号；s60：边管理层将s50的信号转发给云管理层；或，s51：端设备层向边管理层发送normal trap信号；s52：边管理层更新缓存表。
26.本发明还提供一种计算机装置，包括一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中一个或多个计算机程序被存储在存储器中，一个或多个计算机程序包括指令，当指令被装置执行时，使得装置执行上述应用于运营管理的多层架构方法。
27.本发明还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储一个或多个计算机程序，当指令被装置执行时，使得装置执行上述应用于运营管理的多层架构方法。
28.本发明基于云-边-端的网络拓扑结构，采用分层式网络管理方法，将整个网络管理分为2个层次等级。以边为单位，每个边设置一个管理者，该管理者只管理范围设备，而云管理者位于边管理者的更高层，负责收集各个边管理者的信息。这种管理结构具有多层管理的特征，且具有良好的可扩展性和伸缩性。在网络规模变大的情况下，利用增加管理边的数目和增加边管理者来将任务分散给边管理者，原始信息会经过边管理者过滤处理后再传送给上一层的管理者，这样既能够平衡网络管理者的管理负荷，又能减少管理信息在网络上的传输量，减少了网络负担，节省了网络带宽。
29.现有技术当中，采用集中式网络管理模式，所有的网络管理任务都集中在管理者，这也造成了网络管理的瓶颈问题：代理所有的原始数据都发往管理者，会造成大量的带有管理信息的数据包在网络中传输，这种传输占用的带宽大，容易引起网络阻塞；所有数据的分析和计算都集中在管理者，导致了管理者的计算负荷太重，严重影响工作效率和网络管理性能；管理者一旦失效，整个网络管理系统就会崩溃，可靠性低。
30.在网络管理中，通常采用基本模型——管理者/代理（m/a，manager/agent）模型 来构建网络管理系统。网络管理系统一般由四个部分组成：一个或多个网络管理者（或称网络管理工作站）、一个或多个网管代理、一个或多个管理信息库 mib 和网络管理协议。其中，网管代理和mib一起驻留在被管设备或网元（ne，network element）上，这些设备是网络中的重要组成部分，如路由器、交换机、集线器等。网络管理的基本模型如图1所示。
31.网络管理者是整个网络管理系统的核心，也是执行网络管理活动的实体。它主要负责将网络管理人员的操作命令下发给网管代理，同时接收来自网管代理的应答和通知信息，并向管理人员显示或者报告。被管设备的网管代理是一种软件，主要负责根据网络管理者的操作命令给设备设置相应的参数信息，并向网络管理者提供该设备的管理信息。管理信息库 mib 是一种概念性的数据仓库，包含的概念数据组成了管理信息。它由系统中的许多管理对象及其属性组成，如配置信息、安全信息、设备厂商的特有信息等，网络管理的全部工作就是对这些对象及其属性值的设置和读取。网络管理协议是网络管理的基础，它描述了网络管理者和网管代理之间的信息交换安全控制的通信规约，被用来传递管理信息数据。
32.简单网络管理协议(snmp，simple network management protocl)由internet活动委员会(iab)制定，是internet组织用来管理tcp／ip互联网和以太网的网络管理的协议。snmp主要通过管理者轮询代理，设置一些关键字和监视一些网络事件来达到网络管理的目的。snmp是tcp／ip协议集中应用层协议，使用udp作为传输协议，因为udp提供无连接服务，snmp无需在管理者和代理之间保持连接，所以snmp并不要求消息的可靠性，也不保证报文是否能够正确到达。因此，管理者需要周期的通过发送请求报文来轮询各个代理，获取各个mib中的管理信息，同时，管理者还接收代理发来的trap报文，并记录在一个数据文件中。各个节点的代理程序驻留在工作站内存中，负责收集被管对象的网络状态信息。
33.现有实施方案中，基于snmp技术的网络管理，主要采用集中式网管模式。一般由一个网络管理站和若干个被管设备组成，如图2所示。网络管理站通过网络管理协议与被管设备的网管代理进行管理信息的交互。如果被管设备不含网管代理或是不支持网络管理协议，则要通过委托网管代理来完成协议的转换，网络管理站通过委托代理来完成对被管设备的管理。所有网 管代理或委托网管代理在网络管理站的监视和控制之下，与网络管理站
协同工作，实现网络的集中式管理。集中式网络管理结构的优点在于结构简单、易于实现和管理集中，网络管理人员可以通过操控管理者来对整个网络进行有效的全局管理，非常适合小型的局域网络。
34.分层式网管模式。一般由一个网络管理站和若干个管理域组成，如图3所示。根据云-边-端的网络架构，将整个网络管理分成两个等级。设置“云管理者”和“边管理者”，其中“云管理者”是“边管理者”的管理者；“边管理者”以域为单位，对所管理的众多“端设备”形成“域管理”，管理域一般根据被管设备的分布情况或是功能性质进行划分，一个管理域包含若干个被管设备
‑“
端设备”。“云管理者”位于“边管理者”的更高层，负责收集各个“边管理者”所管各域的信息。每个客户端根据划定的管理域监视和控制自身区域内的所有被管设备，分别向服务器提供被管设备的信息。服务器则集中存储来自各个客户端的管理信息，并根据这些信息完成各种应用功能。
[0035]“云管理者”通过标准snmpv2协议与综合接入热点内的接入服务管理设备交互，综合接入热点内的接入服务管理设备通过snmpv2协议与终端的snmp代理进行交互。在整个协议栈中，端到端的传输层协议采用udp，网络层协议采用ip，协议栈如图4所示。
[0036]
基于云-边-端的网络架构如下所示：云管理层。“云”通过现有地面关口站与空间段的卫星互通，将各类天基数据汇总到地面云端，通过部署在云端的数据监测与处理软件，对多源数据进行智能融合处理，并进行多层次呈现。“云”端具备控制调度的能力，对“边”、“端”及与“云”网相连的人员设备下达指控命令，实现远程控制。“云”端的网络管理系统负责网关中的整个卫星及地面无线通信的工作模式及资源调度，为端用户提供命令、语音、数据和视频、互联网接入、远程指挥控制等多种业务服务。云管理层的数据库服务模块用于数据存储，方便对网络状态及边和端的数据进行分析，管理接口提供上、下兼容的api接口，统一上传的数据格式和交互过程。
[0037]
边管理层。“边”拥有5g通信、自组网、物联网以及卫星的通信、遥感数据接收能力，是一个集成远中近多种通信手段、多种接入体制的综合信息系统，实现对震灾多传感器信息的有效可靠传输，以及现场群众、救援队伍与前后方指挥中心之间的通信。同时，“边”为边缘计算依托于多模式综合传输设备，具备数据计算、数据存储能力，负责对端采集的数据信息进行本地的实时处理与执行，为云端提供高价值的数据。此外，“边”具备多种通信协议互相转换的智能化网关能力。通过对当前端和云的数据源进行判断与分析，并选择相应的通信手段，实现数据的智能传输。架构如图5所示。
[0038]
边管理层的缓存表，提供网络管理信息和状态信息的临时缓存区域，每个被访问的记录或者trap通知的记录都会在其中被记录。缓存表中的每一条记录包括五个字段：节点地址(nodeid)、记录名称(1istname)、实际数值 (validvalue)、最新更新时间(lastupdatetime)、有效时间(validtime)。最新更新时间表明记录最后一次被更新的时间，或者是管理者访问，或者是trap通知。有效时间，用于判断该记录是否失效的标志，是一个可以配置的时间值。
[0039]
轮询机制，负责循环地查询缓存表，每查询一条记录，计算当前时间与记录的最新更新时间的差值，如果差值大于或者等于该记录中的有效时间，说明缓存表中的这条记录已经失效，表示记录应该被更最新数据或状态。
[0040]
端设备。“端”为部署的各类传感器、摄像头、北斗定位等数据采集终端以及5g手
机、自组网等通信终端。端设备具备与多模式通信设备及云端之间的通信能力。端设备既可作为信息发送方，将各种信息汇聚到边端及云端网络，也可作为信息接收方，接收相应云端指挥的控制命令，比如关闭传感器、旋转摄像头等。端设备层主要负责测量实际数据和控制。trap机制，用来不定时向网关或者管理者报告网络的实时状态，以及实际传感数据。控制和感知功能，用来配合管理者的请求，实现相应的反向控制功能，同时响应管理者发来的请求操作。
[0041]
分层管理方案的具体操作流程如图6所示。
[0042]
（1）查询或设置请求管理者通过snmp的get、set等操作向下层发送请求，可以通过互联网进行远程连接和传输，通过这样的操作获取管理者所需要的信息，或者向传感节点发送控制请求。
[0043]
（2）轮询机制和缓存机制边管理者（网关）不仅是上层管理者和下层感知层的一个通道，而且通过缓存表提供传感数据和网络状态的参考依据，能够减少响应时间。如果缓存表中的数据没有因过时而失效，可以利用缓存表中的数据减少无线传感网络中通信量。当网关接收到管理者的snmp请求，存储于临时队列1中，查询mib，匹配对应对象标示符，并转换成去掉标识前缀的snmp报文，存储于临时队列2中，然后查询缓存表中的对应数据的更新时间以及有效时间，如果时间过时，发送临时队列2中的snmp请求报文，发送给对应的端节点来获取数据或者状态，然后返回给管理者，同时更新缓存表，如果没有过时，直接获取缓存表中的数据，响应临时队列1中的snmp请求报文。网关的轮询机制会不断的查询缓存表中的两个时间，当发现过时状态或者数据的时候，就会主动向下发送get请求，更新缓存表。
[0044]
（3）trap机制在端设备层中，设备的trap机制会不断地向网关层发送传感数据以及网络状态，辅助网关建立缓存表和更新缓存表，trap机制能够接收来自上层的请求指令或者控制指令，获取或者控制底层设备数据及控制器。trap机制能够简要分析，对网络状态做出响应，如果网络状态不稳定或者传感设备出现异常，会立刻向上发送通告报文。
[0045]
往返时延rtt的运用。借助卫星间链路(isl)，无须在全球范围内部署gs（gateway station）就可以实现全球服务。但是，靠近gs区域的rtt较低。建立本系统通信卫星的全球边网络图谱，即以与边管理者连接的卫星信号接收装置与低轨卫星之间的往返延时rtt的图谱。 如图中显示不同色块深度代表不同区间rtt范围，可以根据卫星接收天线的位置实际测量构建，也可以通过理论估算的方式构建。例如，有研究通过星座场景、网络覆盖性等通过地球半径等来评价或预估rtt。本发明通过简化等同方式直接用ccf等同于rtt的区域划分。
[0046]
其中，t表示卫星的数量，re是地球半径，是每个卫星提供的覆盖范围的地心角，由轨道高度和最小仰角确定。如图7、8，对每个区域逐一进行计算后得到的图与rtt图基本接近，可以直接使用，能实时的节省算力。当ccf大于0.4时，降低轮询的频率为正常预设的50%或以上。通过实施本技术方案后的rtt值的分布如图9，其中可以看出，在原rtt由强转弱出现的过渡区域，其rtt有所提高。而rtt较高的区域，由于其信号本身不好，因而并没有明
显变化和改善。
[0047]
尽管已结合优选的实施例描述了本发明，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对在这里列出的主题实施各种改变、同等物的置换和修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。