基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统研究

谢 刚

（中国移动通信集团上海有限公司，上海 201206）

0 引言

随着5G时代的到来，国内电信运营商加快了5G网络部署。目前，中国移动5G支持NSA[1]，SA两种方式接入核心网。市面上NSA终端较多，NSA接入EPC核心网，部署周期较短，是目前5G运营初期的主流技术；SA终端较少，SA核心网重新组网建设实现、部署周期长，是今后5G运营发展期的主流技术。因此，NSA作为一种从4G向5G平滑过渡的技术，将存在相当长的一段时间。传统EPC核心网网管只能监测4G LTE运营，缺乏针对5G NSA业务的监测手段，一旦5G业务运营出现故障，无法及时发现，只能等用户投诉反馈来发现、解决问题，不利于系统运营。为此，本文提出一种基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统，对4G和5G NSA重要业务指标实时联合监测，及时发现4G，5G NSA的运营问题，提高核心网运营效率，保障用户4G，5G NSA的上网体验。

1 LTE与NSA联合接入的移动核心网的监测指标分析

LTE，NSA终端分别通过的ENodeB，GNodeB基站接入EPC核心网访问互联网，移动EPC核心网主要包含移动管理实体（Mobility Management Entity，MME）、服务网关（Serving Gateway，SGW）、数据网关（PDN Gateway，PGW）等设备。其中，SGW和PGW合设称为SAEGW。ENodeB，GNodeB与核心网之间的传送数据分为两种，分别是控制面数据和用户面数据。控制面数据即信令数据，包括移动性管理、会话管理、安全管理等数据。用户面数据主要是承载用户上网、语音等的内容数据。

ENodeB的控制面直接接入MME，用户面直接接入SAEGW。GNodeB采用option 3X[2]方式接入EPC核心网，控制面数据通过LTE基站转接接入MME，用户面直接接入SAEGW，GNodeB与ENodeB之间也传送部分用户数据。

根据LTE与NSA无线接入特点，结合运营实际经验，提取LTE与NSA联合接入核心网的8个重要指标进行实时监控，分别是LTE控制面指标“4G用户数”“4G附着成功率”“4G切换成功率”，LTE用户面指标“4G流量”；NSA控制面指标“5G用户数”“5G附着成功率”“5G切换成功率”，NSA用户面指标“5G流量”。

核心网控制面的实时监测指标采样点部署在MME，用户面的实时监测指标采样点部署在SAEGW。监测系统主要通过对这些重要指标的实时监测，保障核心网安全运行。

2 基于LTE与NSA联合接入的移动核心网监测系统设计与实现

基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统分为硬件系统和软件系统。

2.1 硬件系统

硬件系统包括主机子系统和网络子系统。主机子系统为软件系统提供计算能力、存储空间，部署A，B两台高性能双机服务器，A机运行应用程序，B机存储数据。服务器操作系统采用LINUX、数据库采用MySQL数据库。

网络子系统为主机子系统与核心网设备连接提供网络平台，部署单台三层交换机，作为服务器双机的接入网关，上联IP承载网，打通到核心网设备MME，SAEGW的IP路由。

2.2 软件系统

软件系统部署在硬件系统上，包括采集子系统、处理子系统、输出子系统，如图1所示。

图1 软件系统

2.2.1 采集子系统

采集子系统负责定时采集移动核心网设备原始数据，送给处理子系统。采集子系统包括一个数据采集模块。

数据采集模块有两个逻辑接口，分别是对外接口和对内接口。对外接口连接外部核心网设备的采样点，控制面采样点在MME上。数据采集模块定时通过SSH远程登录方式自动登录MME设备，获取MME相关用户数、附着成功率等采样统计数据，log以文本形式保存在服务器上；用户面采样点在SAEGW上，数据采集模块定时通过SSH远程登录方式自动登录SAEGW获取SAEGW路由板卡上相关端口的速率，其中ENodeB通过PTN网络接口连接SAEGW，GNodeB通过SPN网络连接SAEGW。

采集子系统以5分钟周期粒度从核心网设备采集数据，时效性优于传统网管平均一小时延时的水平，5分钟时延保障了指标反馈的及时性，这也是本系统的优势所在。

采集子系统接入采样点收集到采样数据后，分离出有效的基础数据，把数据通过内部进程直接发到处理子系统进行处理。

2.2.2 处理子系统

处理子系统分为3个模块，分别是数据处理模块、指标存储模块和指标输出模块。处理子系统对收到的基础数据进行处理、存储，传送指标给输出子系统。

数据处理模块接收采集子系统发送的基础数据，根据相关指标的算法公式，计算出两种数据发送给指标存储模块，一种是基础数据表数据，此类数据比较全面，作为基础指标数据存储，基础指标数据保障了应用的可扩展性；另一种是应用数据表数据，此类数据是为了输出子系统应用程序而计算的，可以提高应用程序访问数据的效率。数据处理模块计算出指标输出模块需要输出的指标，发给指标存储模块。

指标存储模块把从数据处理模块传送来的指标数据存入数据库中，数据库包括基础数据表、各类应用数据表。基础数据表存基础数据，应用数据表存输出模块需要调用的应用数据。

指标输出模块是输出子系统的接口，主要为指标查询和呈现提供接口，并且部署了指标门限监测功能，指标门限值需要预设在数据库中。指标输出模块自动定时对指标值巡检核对，对达不到门限值的指标，推送指标告警给输出子系统，以便提醒维护工程师及时解决指标异常问题。

2.2.3 输出子系统

输出子系统负责输出各项重要监测指标值、指标告警，提供指标查询界面，供维护人员日常维护核心网设备使用。输出子系统分为指标呈现模块、指标查询模块和指标告警模块。图2所示为输出子系统界面示意图。

指标呈现模块可呈现最近一段时间所有的重要指标，提供了区分网元的折线界面，供维护工程师实时直观地了解设备的运行情况，图2中呈现的是MME 5G用户数和SAEGW 5G用户面流量统计图。性能指标查询模块为维护工程师提供指标查询功能，在查询表单中填入时间、查询网元、场景名称等等条件得到查询结果，图2示意图中性能指标查询的是EPS附着成功率。指标告警模块监测到指标劣化时，发出指标告警，提醒工程师及时处理潜在的故障隐患，图2中对附着成功率发出5级告警，这里告警级别的阈值是人工在数据库中设定的。

图2 输出子系统界面

3 应用前景

基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统已经在中国移动上海公司EPC核心网部署运行了一段时间，运行稳定，效率较高，本系统在运营过程中多次主动发现NSA相关核心网的问题，提示维护工程师及时解决问题，挽回了较大的损失，弥补了传统网管时延大，无法监测NSA运行的缺点。本系统基于传统IT硬件和操作系统开发，可以实现快速部署。如此高效的实现技术能为EPC核心网运营提供以下好处。

首先，部署本系统成本低，收效好，可以增强EPC核心网安全运营能力，保障5G NSA用户上网快速冲浪体验；其次，可扩展性强，可以方便地增加LTE，NSA监测指标种类和数量，由于采用通用接口，兼容大多数核心网设备机型；再次，集中性强，通过修改程序也可以监测SA指标，在LTE，NSA，SA共同运营期间，可以做到三系统集中监控；最后，时效性强，本系统监测及时，反馈问题迅速，能够提高核心网工程师的效率，减轻工程师的工作压力[3]。

随着5G网络规模的扩大，基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统，能够产生巨大的经济效益。

4 结语

5G技术快速发展，传统EPC核心网网管只能监测4G运营，开发进度缓慢，无法监测5G NSA运行状态。本文提出的基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统可以有效地加强NSA指标的监测，保障移动核心网的安全运营。本文首先介绍了LTE与NSA联合接入的移动核心网接入方式，提出了基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统的监测指标，描述了监测系统的组成和实现，介绍了监测系统运行情况，展望了监测系统的应用前景。5G时代已经到来，基于LTE与NSA联合接入的移动核心网实时监测系统一定能够有所作为。