基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統研究

謝 剛

（中國移動通信集團上海有限公司，上海 201206）

0 引言

隨著5G時代的到來，國內電信運營商加快了5G網絡部署。目前，中國移動5G支持NSA[1]，SA兩種方式接入核心網。市面上NSA終端較多，NSA接入EPC核心網，部署周期較短，是目前5G運營初期的主流技術；SA終端較少，SA核心網重新組網建設實現、部署周期長，是今后5G運營發展期的主流技術。因此，NSA作為一種從4G向5G平滑過渡的技術，將存在相當長的一段時間。傳統EPC核心網網管只能監測4G LTE運營，缺乏針對5G NSA業務的監測手段，一旦5G業務運營出現故障，無法及時發現，只能等用戶投訴反饋來發現、解決問題，不利于系統運營。為此，本文提出一種基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統，對4G和5G NSA重要業務指標實時聯合監測，及時發現4G，5G NSA的運營問題，提高核心網運營效率，保障用戶4G，5G NSA的上網體驗。

1 LTE與NSA聯合接入的移動核心網的監測指標分析

LTE，NSA終端分別通過的ENodeB，GNodeB基站接入EPC核心網訪問互聯網，移動EPC核心網主要包含移動管理實體（Mobility Management Entity，MME）、服務網關（Serving Gateway，SGW）、數據網關（PDN Gateway，PGW）等設備。其中，SGW和PGW合設稱為SAEGW。ENodeB，GNodeB與核心網之間的傳送數據分為兩種，分別是控制面數據和用戶面數據。控制面數據即信令數據，包括移動性管理、會話管理、安全管理等數據。用戶面數據主要是承載用戶上網、語音等的內容數據。

ENodeB的控制面直接接入MME，用戶面直接接入SAEGW。GNodeB采用option 3X[2]方式接入EPC核心網，控制面數據通過LTE基站轉接接入MME，用戶面直接接入SAEGW，GNodeB與ENodeB之間也傳送部分用戶數據。

根據LTE與NSA無線接入特點，結合運營實際經驗，提取LTE與NSA聯合接入核心網的8個重要指標進行實時監控，分別是LTE控制面指標“4G用戶數”“4G附著成功率”“4G切換成功率”，LTE用戶面指標“4G流量”；NSA控制面指標“5G用戶數”“5G附著成功率”“5G切換成功率”，NSA用戶面指標“5G流量”。

核心網控制面的實時監測指標采樣點部署在MME，用戶面的實時監測指標采樣點部署在SAEGW。監測系統主要通過對這些重要指標的實時監測，保障核心網安全運行。

2 基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網監測系統設計與實現

基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統分為硬件系統和軟件系統。

2.1 硬件系統

硬件系統包括主機子系統和網絡子系統。主機子系統為軟件系統提供計算能力、存儲空間，部署A，B兩臺高性能雙機服務器，A機運行應用程序，B機存儲數據。服務器操作系統采用LINUX、數據庫采用MySQL數據庫。

網絡子系統為主機子系統與核心網設備連接提供網絡平臺，部署單臺三層交換機，作為服務器雙機的接入網關，上聯IP承載網，打通到核心網設備MME，SAEGW的IP路由。

2.2 軟件系統

軟件系統部署在硬件系統上，包括采集子系統、處理子系統、輸出子系統，如圖1所示。

圖1 軟件系統

2.2.1 采集子系統

采集子系統負責定時采集移動核心網設備原始數據，送給處理子系統。采集子系統包括一個數據采集模塊。

數據采集模塊有兩個邏輯接口，分別是對外接口和對內接口。對外接口連接外部核心網設備的采樣點，控制面采樣點在MME上。數據采集模塊定時通過SSH遠程登錄方式自動登錄MME設備，獲取MME相關用戶數、附著成功率等采樣統計數據，log以文本形式保存在服務器上；用戶面采樣點在SAEGW上，數據采集模塊定時通過SSH遠程登錄方式自動登錄SAEGW獲取SAEGW路由板卡上相關端口的速率，其中ENodeB通過PTN網絡接口連接SAEGW，GNodeB通過SPN網絡連接SAEGW。

采集子系統以5分鐘周期粒度從核心網設備采集數據，時效性優于傳統網管平均一小時延時的水平，5分鐘時延保障了指標反饋的及時性，這也是本系統的優勢所在。

采集子系統接入采樣點收集到采樣數據后，分離出有效的基礎數據，把數據通過內部進程直接發到處理子系統進行處理。

2.2.2 處理子系統

處理子系統分為3個模塊，分別是數據處理模塊、指標存儲模塊和指標輸出模塊。處理子系統對收到的基礎數據進行處理、存儲，傳送指標給輸出子系統。

數據處理模塊接收采集子系統發送的基礎數據，根據相關指標的算法公式，計算出兩種數據發送給指標存儲模塊，一種是基礎數據表數據，此類數據比較全面，作為基礎指標數據存儲，基礎指標數據保障了應用的可擴展性；另一種是應用數據表數據，此類數據是為了輸出子系統應用程序而計算的，可以提高應用程序訪問數據的效率。數據處理模塊計算出指標輸出模塊需要輸出的指標，發給指標存儲模塊。

指標存儲模塊把從數據處理模塊傳送來的指標數據存入數據庫中，數據庫包括基礎數據表、各類應用數據表。基礎數據表存基礎數據，應用數據表存輸出模塊需要調用的應用數據。

指標輸出模塊是輸出子系統的接口，主要為指標查詢和呈現提供接口，并且部署了指標門限監測功能，指標門限值需要預設在數據庫中。指標輸出模塊自動定時對指標值巡檢核對，對達不到門限值的指標，推送指標告警給輸出子系統，以便提醒維護工程師及時解決指標異常問題。

2.2.3 輸出子系統

輸出子系統負責輸出各項重要監測指標值、指標告警，提供指標查詢界面，供維護人員日常維護核心網設備使用。輸出子系統分為指標呈現模塊、指標查詢模塊和指標告警模塊。圖2所示為輸出子系統界面示意圖。

指標呈現模塊可呈現最近一段時間所有的重要指標，提供了區分網元的折線界面，供維護工程師實時直觀地了解設備的運行情況，圖2中呈現的是MME 5G用戶數和SAEGW 5G用戶面流量統計圖。性能指標查詢模塊為維護工程師提供指標查詢功能，在查詢表單中填入時間、查詢網元、場景名稱等等條件得到查詢結果，圖2示意圖中性能指標查詢的是EPS附著成功率。指標告警模塊監測到指標劣化時，發出指標告警，提醒工程師及時處理潛在的故障隱患，圖2中對附著成功率發出5級告警，這里告警級別的閾值是人工在數據庫中設定的。

圖2 輸出子系統界面

3 應用前景

基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統已經在中國移動上海公司EPC核心網部署運行了一段時間，運行穩定，效率較高，本系統在運營過程中多次主動發現NSA相關核心網的問題，提示維護工程師及時解決問題，挽回了較大的損失，彌補了傳統網管時延大，無法監測NSA運行的缺點。本系統基于傳統IT硬件和操作系統開發，可以實現快速部署。如此高效的實現技術能為EPC核心網運營提供以下好處。

首先，部署本系統成本低，收效好，可以增強EPC核心網安全運營能力，保障5G NSA用戶上網快速沖浪體驗；其次，可擴展性強，可以方便地增加LTE，NSA監測指標種類和數量，由于采用通用接口，兼容大多數核心網設備機型；再次，集中性強，通過修改程序也可以監測SA指標，在LTE，NSA，SA共同運營期間，可以做到三系統集中監控；最后，時效性強，本系統監測及時，反饋問題迅速，能夠提高核心網工程師的效率，減輕工程師的工作壓力[3]。

隨著5G網絡規模的擴大，基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統，能夠產生巨大的經濟效益。

4 結語

5G技術快速發展，傳統EPC核心網網管只能監測4G運營，開發進度緩慢，無法監測5G NSA運行狀態。本文提出的基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統可以有效地加強NSA指標的監測，保障移動核心網的安全運營。本文首先介紹了LTE與NSA聯合接入的移動核心網接入方式，提出了基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統的監測指標，描述了監測系統的組成和實現，介紹了監測系統運行情況，展望了監測系統的應用前景。5G時代已經到來，基于LTE與NSA聯合接入的移動核心網實時監測系統一定能夠有所作為。