基于全生命周期管理的5GC网元管理系统设计

王雪滢

（中国电信集团云网运营部（大数据和AI中心），北京 100010）

0 引言

近年来随着计算机网络技术的飞速发展，计算机网络技术也被成功地应用到了各行各业［1］。随着业务量的增多和网络覆盖面的扩大，人们对网络技术的要求也越来越高。但是传统网络还存在很多问题，例如传统移动核心网效率低，共享性差，网络使用价格高、覆盖面低等。导致各行各业网络运行的效率降低，生产成本提高，严重影响了经济的发展［2］。为了提高用户服务质量满意度，降低运营成本，现在的网络运营商因此迫切需要对传统网络系统进行重新设计，构建能够承载大规模流量、结构灵活、易于管理的智能网络系统［3］。因此，网元管理系统的设计非常重要。

R16标准冻结，增强5G更好服务行业应用的能力，提高了5G系统的效率。网元管理系统原则上应采用省内统一集中部署的模式，即各省、同一设备制造商采用同一套网管系统管理本省内的5G传输网络设备，以便实现省内控制面业务的端到端调度。这对5GC网络管理系统承担全网跨厂商的、跨不同设备形态提出了新的挑战［4］。

1 全生命周期理论模型

1.1 基于流程的项目生命周期模型

从流程上看，所有项目都可统一划分为两个阶段：前期阶段和项目阶段，如图1所示［5］。

新产品的开发包括三个阶段：前期阶段、中期阶段和后期阶段。前期阶段包括：调查研究、新产品的构思、方案评价和产品开发决策。中期阶段包括：产品设计、产品试制、产品实验、评价与鉴定。项目后期阶段包括：产品成批生产和市场营销。

1.2 基于控制的科技项目生命周期模型

计划阶段指对需求、经济及技术方面的概念进行可行性分析；执行阶段指按照计划阶段标准进行采购和实施；运转阶段指将实际执行情况与计划标准对照分析。如图2所示［6］。

1.3 基于质量的项目生命周期模型

时间为横坐标轴，抽象化程度为纵坐标轴。在项目的概念化阶段抽象化水平比较高，随着时间的推移，到物质化阶段抽象化水平下降到最低，这是产品由抽象到具体，由概念到投产到大规模生产的过程。随着时间进一步推移，到移交阶段，产品的抽象化水平逐渐提高，这是由于随着人们收入水平提高，对产品的质量等要求更高，促使产品进行新一轮的更新换代［7］。

2 网元管理系统总体设计

网元管理系统提供设备信息、文件、参数等管理功能［8］。

2.1 系统网络结构的设计

该系统主要负责网络中的数据传输以及网络内数字电视前端设备的安全管理。系统网络结构如图3所示。

系统网络结构主要包括数据库服务器、PC运行系统和数字电视前端设备。PC运行系统可以阻止非法用户对服务器的恶意访问和篡改相关信息，数字电视前端设备主要负责为用户展示相关画面信息，服务器连接PC运行系统和数字电视前端设备，负责对重要信息、数据、文件的存储和访问。

2.2 系统体系结构的设计

2.2.1 管理端结构

管理端结构主要由管理站实体、应用程序界面、应用程序子系统等部分组成［9］。

（1）应用程序界面

应用程序界面主要为用户提供图形化界面，可以直接与用户进行交互，方便用户对呈现的画面信息进行保存、删除或者对某些参数重新设定修改等，如图4所示。

（2）应用子系统

应用子系统包括5个子系统，每个子系统的功能如下［10］。

1）设备信息子系统负责在网络上查询被管理设备的名称、地址和运行状态等相关信息。查询完毕之后，再将获取到的有关设备的相关信息发送到图形界面进行查看。

2）文件操作子系统实现设备信息的加载和存储功能，加载功能根据用户的搜索请求从系统中查找相关信息，存储主要是保存相关信息和文件。

3）TS的操作子系统实现了分析、编辑和重用的功能，文件的编辑和重用在系统中也是非常重要的，主要根据用户的需求去修改。

4）参数操作子系统实现设备参数的采集和设置，设备信息的采集和参数的设置也是常用的功能，设置和采集数据之后，系统会记录，用户下次使用无需重新采集数据。

5）自动测试子系统实现了设备管理的自动测试，设备在一定阶段后会自动进行更新，更新之后会有新的功能，更新会对原来的程序进行优化升级，用户的使用效果也会更好。

（3）SNMP管理站

SNMP管理站是管理端的核心部分，主要负责对整个系统的整体功能进行统一指挥和调度。管理站结构如图5所示。

SNMP引擎由调度器、消息处理子模块和安全子模块组成，调度器负责采集用户的信息数据，接受用户的相关请求，并根据用户的要求进行搜索，将搜索结果转换到应用界面。消息处理子模块能够对数据快速识别、分析、处理。也可以根据用户的请求保存和发送文件。安全子模块主要负责整个系统数据信息的安全管理，通过各种加密技术和加密协议或者防火墙技术可以快速识别、判断、检测网络环境中不安全因素，并能够快速处理，从而可以保障用户信息的安全。

2.2.2 设备端结构

它主要由SNMP引擎和嵌入式程序模块SNMP组成的实体组成。SNMP引擎功能主要是用户利用该搜索引擎进行数据资料的搜集、查找工作。嵌入式程序模块主要负责系统与系统、模块与模块之间的连接［11］。

3 接口设计

3.1 用户接口的设计

本系统向用户提供的命令如表1所示［12］。

表1 命令表

3.2 外部接口的设计

（1）设备与系统的接口，提供管理设备与网络系统连接的硬件接口，常见的是路由器与服务器的连接。

（2）网络接口，提供系统与网络之间的接口连接，常见的是电脑与路由器之间的连接。

（3）系统与用户管理的接口，用户登录系统，具有相应的操作权限，通过各种操作程序，实现用户与系统之间的交互。

（4）系统与报警管理系统之间的接口，系统可以检测设备运行中的故障，通过一些指标数据进行设定，一旦达到一定标准，系统会自动报警［13］。

3.3 内部接口的设计

3.3.1 设备信息管理子系统接口

在设备信息管理子系统中，数据处理接口主要负责从SNMP接口中调用数据和反馈信息，并在搜索设备的过程中，使用操作中的接口获得设备信息，在控制台中呈现出来［14］。如图6所示。

3.3.2 文件操作管理子系统接口

在文件操作管理子系统中，流程管理通过与文件解析接口之间的数据及信息的调用和返回提供了读取和保存文件的接口，供客户端界面调用［15］。如图7所示。

3.3.3 TS操作管理子系统接口

在TS操作管理子系统的显示模块中，调用分析模块中的接口，获得从码流中解析出的信息，返回到数据处理接口中，最后将结果提供给客户端［16］。如图8所示。

在Table编辑及节目复用模块中，TS复用模块中的接口与数据处理接口之间实现信息的处理和提交，最后结果在客户端显示出来［17］。如图9所示。

3.3.4 设备参数信息管理子系统接口

在获取设备参数模块中，调用SNMP操作中的接口，实现与数据处理接口之间的信息互通，最后数据结果在客户端显示出来［18］。如图10所示。

在设置设备参数模块中，调用SNMP操作中的接口，实现与数据处理之间的通信，最后数据处理结果在客户端显示出来［19］。如图11所示。

3.3.5自动化测试子系统接口

在自动化测试子系统中，SNMP操作的接口主要用于接收数据处理的结果窗口和反馈SNMP操作的结果，最后将返回的消息在控制台显示出来。如图12所示。

4 系统模型时序图的设计

如图13所示，命令发生器负责发送用户的命令请求，命令传送到调度器，调度器对命令进行识别、判断，判断之后调度器会把对应的命令传送到消息处理模型，消息处理模型负责对命令请求做出回应，消息处理模型连接安全模型，安全模型负责网络安全及信息在传输过程中的安全。

5 与5GC综合网管对接要求

通过以5G网元直采直管为主，EMS北向接口交互为补充的方式，实现全国范围内5G核心网设备的集中维护和统一管理。另外，本文阐述了5GC网管系统南向VNF接口与各厂区无线电项目局域网网管系统的现状及发展趋势。基于5GC核心网网络管理系统的设计，在原来的网元管理系统基础上采用5GC技术，EMS南向VNF接口必须具备相同的功能，包括对网元系统用户数据采集、网元性能管理、业务配置等方面进行重新设计，因此新设计的网元管理系统的配置，自动化程度、准确性、效率、安全性等方面都得到了很大提升［20］。

6 结语

本文主要介绍5GC网元管理系统的设计。网元管理系统原则上应集中部署，即同一设备厂商使用同一网管系统，首选云部署，这样网元管理系统就可以提供大容量的管理能力。根据管理平面和控制平面对数据信息的要求，组织一个DCN通道，满足管控信息传输的可靠性要求。网元管理系统功能的完善能够把所有的网元设备呈现在GUI的拓扑视图中，从而大大提高了管理的效率和服务质量。数据网元连接关系的动态管理方式可以快速准确地查找数据网元连接关系和属性变更信息，并及时通知相关人员确认变更信息。将此前的手动验证工作转变为系统可自动完成的工作，效率增加了90%。与此同时，通过调查研究还发现传统的手动验证很容易泄漏或验证错误，现在通过对网元管理系统重新设计，数据网络元素连接关系发生变化，精度也提高了30%，大大提高了效率和用户的满意度。