基于OSI/RM模型的5G核心网采集服务设计和实现

2021-04-27李凌向勇

广东通信技术 2021年4期

［李凌向勇］

1 引言

随着2020年国家战略的发布，5G进入国家新基建清单，国内电信运营商全力推进5G（SA组网）建设，并于2020年正式商用。无论是5G网络建设还是网络运营，都需要可靠、高效的运营支撑系统获取当前网络实时、真实的网络数据，以支撑科学决策、迅速反应和精准施策。

本文针对5GC采集业务需求，结合企业相关技术规范，参照OSI/RM分层方法设计了5GC采集模型，以微服务架构自主研发实现了统一采集服务平台（eUCCP）的5GC采集服务插件，为电信运营商的5G网络建设和运营、国家新基建工程和国家5G战略提供了有力支撑。

2 采集模型

国际标准ISO/IEC 7498-1定义的OSI/RM模型（开放式系统互联通信参考模型）在实现互联目标场景时，采用了层次化的方法来构建模型，形成了7个层次：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层，各层内部的功能高度内聚并通过（用户）请求、（低层）指示、（用户）响应和（低层）确认4种服务原语对外提供服务。在相对内聚的一个系统中，上述7个层次是相对有顺序的，但是在由若干服务组件构成的松耦合系统中，可以在组件已经实现OSI/RM高层的基础上，将其等价为系统中的较低层次，继续构建系统的表示层、应用层等。例如，操作系统到指定镜像位置通过FTP下载加密压缩补丁文件包，就是把FTP（应用层）作为会话层组件，继续构建负责解密、解压等处理数据格式的系统会话层，并进一步构建负责检查文件名、文件数量等数据完整性的系统应用层，形成的系统互联应用。

5GC的数据采集场景涉及到采集服务系统、网元采集响应子系统和网元数据生成（子）系统1：数据载体（报文/文件/数据库记录等）较大较多的情况下，采集响应子系统会以FTP服务器形式独立存在，数据生成子系统因此也独立出来了。等多个系统/子系统之间的互联和数据交互，完全符合OSI/RM的目标应用场景。

采集服务系统主要是与网元数据生成（子）系统协商数据生成协议，包括数据定义和算法、数据生成周期、数据载体形式（报文/文件/数据库记录等）格式（命名、压缩处理等）和完整数据生成方法等，与网元采集响应子系统协商数据载体就绪标准、数据载体重采/补采方法、采集会话协议等，并根据上述协议获取完整数据载体提供给服务使用者。

网元采集响应子系统主要是为网元数据生成（子）系统提供存储空间、为采集服务系统提供采集会话支持。

网元数据生成（子）系统主要是根据协议（定义、周期）产生数据，并形成指定格式的数据载体形式后传递给网元采集响应子系统，它还需要确保数据及数据载体的完整性。

2.1 采集协议栈模型

为了满足5GC采集的需求，通过内嵌成熟的网络协议组件，以分层的方法从会话层开始设计了采集协议模型，如表1所示。

表1 采集服务协议栈

2.1.1 应用层

（1）数据采集服务协议。主要是协商和规范主要是数据采集周期、采集目标的位置（URL）、采集目标的数量等。

（2）数据生成服务协议。主要是协商和规范主要是数据制成周期、数据载体的位置（URL）、数据载体的数量等。

2.1.2 表示层

数据处理协议主要是协商和规范数据以及数据载体的格式、命名，以及额外的处理。这些处理包括数据或数据载体的分割与合并、压缩与解压、加密和解密等。

2.1.3 会话层

（1）会话管理协议。利用网络协议组件本身的能力形成SSH/FTP/SNMP等会话通道。

（2）数据生成协议。对于只能即时生成数据场景，需要协商和规范MML人机命令。

（3）数据获取协议。对根据应用层的数据生成服务协议定时生成数据载体的场景，利用网络协议组件本身的命令获取数据。

2.2 采集协议栈实现

采集服务系统、采集响应子系统和数据生成子系统各自的协议栈如图1所示。从图1可以看出，以FTP服务器组件为基础的采集响应子系统没有实现表示层数据载体处理的协议2：在表示层，仍然可以使用文件系统提供文件格式、命名等协议实现。（实际情况也是如此），而只是为数据生成子系统的数据载体提供存储空间。这会导致采集服务系统、数据生成子系统在与采集响应子系统交互时，由于缺失表示层服务原语无法向应用层提供数据载体格式、命名校验以及额外处理的表示层服务。

图1 各系统协议栈实现

在业界惯例场景中数据载体是否合法、完备是由数据生成子系统经过测试后结合高可靠的文件系统，来确保数据载体完整、正确地进入应用层协商好的采集响应子系统存储空间，以此实现采集响应子系统和数据生成子系统两者的松耦合。

当数据生成子系统不稳定或数据生成压力巨大的情况下，测试动作经常缺位。这会导致在上述协议栈实现架构下，采集服务系统通过会话层从采集响应子系统获取到数据载体后有较大的风险无法顺利实施表示层的操作。

3 采集服务实现

5GC采集对象包括告警、性能、日志和配置，这些对象的表现形式各有不同，如表2所示。

表2 采集对象及其表现形式

针对采集对象的表现形式，分别设计采集服务组件，并以微服务的架构进行集成。

3.1 服务组件功能

采集服务组件针对各类采集任务的所需的协议功能如表3所示。

表3 采集服务组件各层协议功能

对于5GC告警，采用以综合告警应用需求为应用层，SSH、SNMP4J网络组件为采集会话层，遵循SNMP报文规范、并适配综合告警应用需求的采集表示层，构建告警采集服务组件。其中SSH是为告警同步、补采告警等提供命令会话通道。

对于5GC日志，采用以数据共享平台日志文件规范和任务调度为应用层，SSH、FTP网络组件为采集会话层，解析日志文件命名、格式并适配数据共享平台日志文件命名、格式等规范为采集表示层，构建日志采集服务组件。其中SSH是为某些需要下发命令即时生成的日志提供命令会话通道生成日志文件，FTP是针对数据量较大的日志提供文件下载的会话通道。

对于5GC性能，采用以数据共享平台性能文件规范和任务调度为应用层，FTP网络组件为采集会话层，解析性能文件命名、格式并适配数据共享平台性能文件命名、格式等规范为采集表示层，构建日志采集服务组件。

对于5GC配置，采用以数据共享平台入库规范和任务调度为应用层，以SSH、FTP网络组件为采集会话层，解析命令报文和配置文件并适配数据共享平台入库规范为采集表示层，构建日志采集服务组件。其中SSH主要为某些需要下发命令即时生成的配置数据提供命令会话通道生成报文或配置文件，FTP是针对数据量较大的配置提供文件下载的会话通道。

对于数据生成子系统测试动作缺位导致采集服务系统无法顺利实施表示层操作的风险，还需要限制在数据生成子系统内，通过提高处理性能和软件稳定性来规避或缓解，否则会破坏松耦合的系统设计。