數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

l 引 言
    隨著WDM光傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，光傳送網(wǎng)由點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、環(huán)網(wǎng)逐步向網(wǎng)狀網(wǎng)演變，光傳送網(wǎng)的管理已成為電信網(wǎng)絡(luò)管理的重要研究課題。目前，光傳送網(wǎng)的管理技術(shù)尚處于發(fā)展階段，能否構(gòu)建出一種智能的、開(kāi)放的管理系統(tǒng)以便對(duì)光傳送網(wǎng)實(shí)施有效的控制和管理是所有光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者十分關(guān)注的問(wèn)題。本文將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)引入光傳送網(wǎng)管理領(lǐng)域，構(gòu)建了一套基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)，把一種科學(xué)、快捷、方便的思想應(yīng)用于光傳送網(wǎng)管理領(lǐng)域，使光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)具有智能性、自動(dòng)性和遠(yuǎn)程性，在光傳送網(wǎng)管理領(lǐng)域具有突出的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用前景。

2 數(shù)據(jù)挖掘在光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性
    數(shù)據(jù)挖掘是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是有用的信息和知識(shí)的過(guò)程。在光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有以下3方面必要性：
    (1)在知識(shí)獲取方面，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以通過(guò)對(duì)案例庫(kù)中的實(shí)例進(jìn)行學(xué)習(xí)，自動(dòng)從實(shí)例中獲取知識(shí)，然后將其存放于知識(shí)庫(kù)中。這種知識(shí)的獲取方式是自動(dòng)的，不需要知識(shí)工程師和領(lǐng)域?qū)＜抑g的直接對(duì)話，這在一定程度上克服了傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中存在的知識(shí)獲取“瓶頸”問(wèn)題和知識(shí)的“窄臺(tái)階效應(yīng)”問(wèn)題。
    (2)在推理機(jī)制方面，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘算法進(jìn)行全方位推理，即在推理時(shí)根據(jù)不同需要將不同維度里的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)綜合起來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算，這可以克服傳統(tǒng)推理機(jī)制具有單一方面的精度高而忽視了其他方面影響的缺點(diǎn)。
    (3)在知識(shí)表示方面，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以把從系統(tǒng)外得到并用數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的知識(shí)推廣，知識(shí)表達(dá)很明確，是一種可以讓專(zhuān)家識(shí)別的形式，所以容易證實(shí)。

3 基于數(shù)據(jù)挖掘的光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    光傳送網(wǎng)的管理應(yīng)當(dāng)建立在與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)平臺(tái)(如SDH網(wǎng))兼容的基礎(chǔ)上，同時(shí)應(yīng)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?；跀?shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建的光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)這方面的功能，從而對(duì)光網(wǎng)絡(luò)實(shí)施有效的管理和監(jiān)控。
3．1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
    光傳送網(wǎng)與網(wǎng)管系統(tǒng)處在不同地理位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，網(wǎng)管系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程地、自動(dòng)地、智能地監(jiān)控光傳送網(wǎng)，并將監(jiān)控結(jié)果上報(bào)管理人員。網(wǎng)管系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要包括以下3個(gè)模塊，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊向診斷中心提供大量網(wǎng)絡(luò)信息，包括設(shè)備類(lèi)型、設(shè)備工作狀態(tài)、設(shè)備位置狀況、時(shí)間信息、告警信息以及性能指標(biāo)等。數(shù)據(jù)采集模塊主要通過(guò)以下兩種途徑收集信息：從專(zhuān)業(yè)網(wǎng)管的標(biāo)準(zhǔn)接口或私有數(shù)據(jù)庫(kù)接口實(shí)現(xiàn)告警、性能等數(shù)據(jù)的采集；在客戶(hù)端或局端上部署硬件探針完成網(wǎng)絡(luò)告警和性能數(shù)據(jù)的采集。
    智能診斷模塊 智能診斷模塊集中了光傳送網(wǎng)中幾乎所有的信息，擁有與用戶(hù)共享的知識(shí)庫(kù)、案例庫(kù)、資源庫(kù)和方法庫(kù)，供用戶(hù)隨時(shí)調(diào)用。采用數(shù)據(jù)挖掘軟件對(duì)光網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)挖掘，并采用推理機(jī)制對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行推理，將挖掘結(jié)果以友好的界面上報(bào)給管理人員。該模塊具有專(zhuān)家級(jí)水平，能夠自動(dòng)地對(duì)光網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行分析處理，是光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的核心模塊。
    計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是連接光傳送網(wǎng)、診斷子系統(tǒng)和管理人員的橋梁。光傳送網(wǎng)信息通過(guò)Inter-net傳至診斷中心，診斷中心對(duì)這些信息進(jìn)行預(yù)處理，然后選擇挖掘算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并將結(jié)果通過(guò)Internet傳輸至管理人員。
3．2 系統(tǒng)的功能模型
    基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的功能模型，是對(duì)光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和應(yīng)用的集中描述。系統(tǒng)的功能模型分4個(gè)層次：采集適配層、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用層、表示層，如圖2所示。

采集適配層 采集適配層包括網(wǎng)元設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、探針系統(tǒng)、領(lǐng)域?qū)＜业?，它們是信息、知識(shí)的來(lái)源，為采集子系統(tǒng)服務(wù)，其變化將會(huì)引起數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用層、表示層中相關(guān)數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的變化。
    數(shù)據(jù)支撐層 數(shù)據(jù)支撐層包括資源庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、案例庫(kù)和方法庫(kù)，它們?yōu)閼?yīng)用層提供數(shù)據(jù)支撐。資源庫(kù)存放與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)有關(guān)的信息，如網(wǎng)元設(shè)備狀態(tài)信息，性能參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)等，為智能診斷提供原始數(shù)據(jù)支持；知識(shí)庫(kù)存放領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)、知識(shí)以及利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)挖掘出的新規(guī)則，庫(kù)中的知識(shí)能被智能診斷中的推理機(jī)制采用；案例庫(kù)存放一些實(shí)例以及診斷過(guò)程中產(chǎn)生的新實(shí)例；方法庫(kù)存放整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的方法和策略，是系統(tǒng)的控制中心。
    應(yīng)用層 應(yīng)用層主要包括5個(gè)功能區(qū)：故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和會(huì)計(jì)管理。故障管理是指對(duì)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷、故障定位、故障隔離、故障校正以及故障預(yù)測(cè)；配置管理是指通過(guò)對(duì)網(wǎng)元設(shè)備信息的實(shí)時(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)光連接的建立、保護(hù)倒換、資源調(diào)度，以及管理用戶(hù)信號(hào)進(jìn)入光學(xué)層的適配性；性能管理是指通過(guò)監(jiān)控和管理各種估量網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)實(shí)行性能監(jiān)視、性能控制和性能分析；安全管理是指通過(guò)分析性能參數(shù)和安全告警，識(shí)別各種非法入侵行為；會(huì)計(jì)管理是一種負(fù)責(zé)記費(fèi)和開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)元器件的壽命歷史記錄的功能。
    表示層 表示層負(fù)責(zé)把管理人員熟悉的信息表示手段，如自然語(yǔ)言、表格、圖形等轉(zhuǎn)換成內(nèi)部表示形式，再交給智能診斷系統(tǒng)去處理，同時(shí)把診斷系統(tǒng)輸出的信息轉(zhuǎn)換成管理人員能理解的形式顯示給管理人員。

4 光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘的具體流程
    在光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要應(yīng)用于智能診斷子系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)資源庫(kù)和案例庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效快速的信息挖掘，尋找出隱含的、有意義的知識(shí)，并將其存人知識(shí)庫(kù)，以便管理人員使用。光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘的具體流程，包括：業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)理解、數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立挖掘模型、評(píng)價(jià)和實(shí)施，如圖3所示。

(1)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)理解。光傳送網(wǎng)管理人員應(yīng)該從技術(shù)的角度進(jìn)行需求分析，并把業(yè)務(wù)領(lǐng)域的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘目標(biāo)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)挖掘所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面調(diào)查，利用數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)收集所需要的數(shù)據(jù)。例如，業(yè)務(wù)目標(biāo)是“對(duì)光傳送網(wǎng)中出現(xiàn)的故障進(jìn)行定位”，相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘目標(biāo)則是“網(wǎng)元及鏈路的告警信息和性能參數(shù)，正常行為的規(guī)則庫(kù)，已知的故障類(lèi)型及其規(guī)則庫(kù)，預(yù)測(cè)故障出現(xiàn)的位置”，收集的數(shù)據(jù)有“網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的告警，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)”。
    (2)數(shù)據(jù)預(yù)處理。包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)構(gòu)建、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)格式化，這些處理可交叉反復(fù)進(jìn)行，從而將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合數(shù)據(jù)挖掘工具處理的最終目標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)清洗的任務(wù)是將數(shù)據(jù)質(zhì)量提高到滿(mǎn)足分析精度的要求，保證數(shù)據(jù)值的正確性和一致性，解決字段值的缺失問(wèn)題；數(shù)據(jù)構(gòu)建是指從一個(gè)或幾個(gè)已知屬性構(gòu)建新屬性、生成新記錄；數(shù)據(jù)集成是將來(lái)自不同表或記錄的數(shù)據(jù)合并起來(lái)產(chǎn)生新的記錄或?qū)傩灾?；?shù)據(jù)格式化是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)法上的修改，使數(shù)據(jù)滿(mǎn)足建模工具的需要。
    (3)建立挖掘模型。光傳送網(wǎng)管理人員首先將數(shù)據(jù)分成訓(xùn)練集和測(cè)試集，在訓(xùn)練集上運(yùn)行建模工具，選擇合適的數(shù)據(jù)挖掘算法建立模型，并調(diào)整參數(shù)使模型達(dá)到最優(yōu)，然后在測(cè)試集上對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。其中數(shù)據(jù)挖掘算法包括決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗糙集、遺傳算法等。
    (4)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)階段是指將挖掘模型以可視化技術(shù)和知識(shí)表示技術(shù)展示給管理人員，由管理人員根據(jù)領(lǐng)域知識(shí)和數(shù)據(jù)挖掘成功標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解釋所得到的模型，并對(duì)模型進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，以確定是否完全達(dá)到了業(yè)務(wù)目標(biāo)，最終做出是否應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的決策。如果結(jié)果不能令管理人員滿(mǎn)意，需要重復(fù)以上數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程。該步驟可能導(dǎo)致回到前面任何一步，從而使后續(xù)步驟或若干個(gè)后續(xù)步驟反復(fù)進(jìn)行。
    (5)實(shí)施。光傳送網(wǎng)管理人員根據(jù)挖掘結(jié)果對(duì)光傳送網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生的知識(shí)存入知識(shí)庫(kù)，該實(shí)例存入案例庫(kù)，并將有關(guān)數(shù)據(jù)存入資源庫(kù)。

5 結(jié) 語(yǔ)
    數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一種新興的數(shù)據(jù)分析手段，到目前為止，一些商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)品已得到應(yīng)用，但數(shù)據(jù)挖掘結(jié)合光傳送網(wǎng)的特點(diǎn)應(yīng)用到該領(lǐng)域的研究還未展開(kāi)。隨著光傳送網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，在光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)分析的要求也越來(lái)越高，適時(shí)地將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)引入光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中，對(duì)于解決現(xiàn)有問(wèn)題必將起到積極作用。本文利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立的光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)，具有智能性、自動(dòng)性和遠(yuǎn)程性等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)能夠從大量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中自動(dòng)產(chǎn)生精確的、實(shí)用的管理模型，適用于任何計(jì)算環(huán)境，更加符合網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)實(shí)際情況，對(duì)光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)的研究起到了一定的推動(dòng)作用。本文只是對(duì)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在光傳送網(wǎng)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用做了初步探索，進(jìn)一步研究工作還在繼續(xù)中。