基于SA組網(wǎng)的5GC網(wǎng)絡(luò)信令數(shù)據(jù)采集方法探討

王 斌，葛 迪，李 峙，李京輝（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智能網(wǎng)絡(luò)中心，北京 100033）

0 引言

作為新一代的移動(dòng)通信技術(shù)，5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、低延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。4G 到5G 的演進(jìn)，一說到5G，大家會(huì)更多聯(lián)想到New Radio，但相比空口的變化，核心網(wǎng)的變化更加明顯，故在現(xiàn)網(wǎng)部署中，國內(nèi)運(yùn)營商都采取了先部署非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA），再部署獨(dú)立組網(wǎng)（SA）架構(gòu)。在SA 組網(wǎng)中，5G 核心網(wǎng)基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用了大量虛擬化技術(shù)，也就是說將網(wǎng)元功能虛擬化（NFV）。4G 網(wǎng)絡(luò)中，承載軟件的硬件多是專用硬件，而在5G網(wǎng)絡(luò)中，硬件多采用了X86通用服務(wù)器，在軟件上，采用了像Openstack 這樣的虛擬化平臺(tái)，然后這些核心網(wǎng)元運(yùn)行在虛擬機(jī)上。在上層軟件中，借鑒了IT 行業(yè)的微服務(wù)架構(gòu)，采用了基于服務(wù)的架構(gòu)（SBA）。

這些種種的改變，讓VNF 之間在交互的時(shí)候，不一定通過物理鏈路進(jìn)行，相對于傳統(tǒng)的物理設(shè)備使用物理鏈路分光鏡像的采集方式而言，虛擬化技術(shù)信令采集不能再復(fù)用前期4G 的采集方法，面對基于SA 組網(wǎng)的5G 核心網(wǎng)（5GC），亟待一種新型的信令數(shù)據(jù)采集方式。

1 信令采集方式

信令采集是通過軟件或者硬件，將2 個(gè)網(wǎng)元之間的交互信令數(shù)據(jù)采集到相關(guān)的分析系統(tǒng)，通常分為軟采和硬采2種。

1.1 軟采方式

軟采是由大網(wǎng)設(shè)備直接輸出業(yè)務(wù)單據(jù)，以網(wǎng)元為粒度直接輸出所需的采集文件，可隨大網(wǎng)同步實(shí)施。

在基于SA組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)中，若采用軟采的方式，可圍繞接入和移動(dòng)管理功能（AMF）、會(huì)話管理功能（SMF）、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理（UDM）、用戶面功能（UPF）4 類網(wǎng)元輸出軟采話單，其中：

a）AMF/SMF/UDM：輸出信令面xDR（XX Detailed Record 詳細(xì)記錄，本文特指信令詳細(xì)記錄）和信令面的原始碼流。

b）UPF：輸出用戶面xDR。

在5G網(wǎng)絡(luò)中采用了服務(wù)化接口方式進(jìn)行交互，假設(shè)有AB 2 個(gè)網(wǎng)元，在AB 2 個(gè)網(wǎng)元進(jìn)行信令交互的時(shí)候，大致流程如圖1所示。

圖1 A、B網(wǎng)元采用HTTP進(jìn)行交互

從圖1 中可以看出，在正常的交互過程，A、B 2 個(gè)網(wǎng)元，均能輸出請求和響應(yīng)信息，故A、B 2 個(gè)網(wǎng)元，任選其一，都可以輸出相應(yīng)xDR文件。

若出現(xiàn)異常情況，A 發(fā)起請求，但A 并未收到響應(yīng)消息，這時(shí)的原因是多樣的，有可能是B 未收到響應(yīng)，或者B 響應(yīng)的數(shù)據(jù)在回傳的時(shí)候丟失等，在這種情況下，A 仍能輸出帶有異常信息的xDR，但B 則可能無法輸出，因?yàn)锽 可能并未收到請求，根據(jù)這些特性，對軟采輸出xDR做了以下約束。

a）軟采基于網(wǎng)元輸出流程單據(jù)，由業(yè)務(wù)發(fā)起網(wǎng)元輸出話單。

b）當(dāng)接口2端的網(wǎng)元只有1端可以輸出軟采話單時(shí)，即由此網(wǎng)元輸出話單。

根據(jù)上述原則，對外輸出的時(shí)候，大網(wǎng)設(shè)備直接輸出xDR 文件到采集服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)信令數(shù)據(jù)采集。

1.2 硬采方式

硬采是一種不依賴于大網(wǎng)設(shè)備的采集方式，它通過分光或者鏡像的方式，從相應(yīng)的物理鏈路中直接獲取原始碼流，并進(jìn)行深度包檢測（DPI）解析，從而生成xDR文件。

以A、B 網(wǎng)元采用光纖通信的方式為例，如圖2 所示，A、B網(wǎng)元采用光纖方式進(jìn)行通信，在A的發(fā)射端到B 的接收端之間增加一個(gè)分光器，分光器可理解成為一個(gè)棱鏡，它是一個(gè)無源設(shè)備，將光信號復(fù)制一份（圖2 采取了8∶2 分光）到信令采集設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)信令數(shù)據(jù)采集。

圖2 A、B網(wǎng)元采用光纖通信交互

根據(jù)硬采和軟采的特性，進(jìn)行了軟硬采的對比分析，如表1所示。

根據(jù)上述對比，軟采硬采各有優(yōu)劣，需要根據(jù)不同的場景進(jìn)行選擇。綜合各方面因素，并考慮對大網(wǎng)主設(shè)備的影響程度以及靈活性，本文仍建議采用硬采的方式進(jìn)行信令采集。

2 基于SA組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)信令采集方式

在基于SA 組網(wǎng)的5G 網(wǎng)絡(luò)中，中國聯(lián)通采取大區(qū)集中建設(shè)控制面的方式來實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)組網(wǎng)，現(xiàn)以大區(qū)集中建設(shè)的這種方式來分析信令采集方式。

大區(qū)DC 中的組網(wǎng)中涉及信令采集的網(wǎng)元一般分為以下4部分。

表1 軟采硬采對比表

a）DC-GW：DC的GateWay，負(fù)責(zé)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)連接。

b）Spine：DC的核心匯聚節(jié)點(diǎn)，用于收斂接入層。

c）Leaf：DC的接入節(jié)點(diǎn)，用于對接資源池服務(wù)器。

d）VNF：被虛擬化的網(wǎng)元。

常見組網(wǎng)方式如圖3所示。

圖3 中國聯(lián)通5GC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)示意圖

此時(shí)DC-GW 與Spine 進(jìn)行分設(shè)，若需要采集DC外與VNF 交互的信令，可在圖3 中Leaf 層之上任一點(diǎn)進(jìn)行采集，但對于VNF 之間交互的信令，由于可能直接在vSwitch 中進(jìn)行交互，則無法實(shí)現(xiàn)采集，于是有必要對核心網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，建議將VNF 流量進(jìn)行繞行，繞行的方式可分為3種，如圖4所示。

a）經(jīng)DC-GW 繞行后采集：此種方式，采集點(diǎn)相對集中，采集鏈路少，但VNF 間東西向流量全部頂層轉(zhuǎn)發(fā)，對DC-GW帶來較高的負(fù)荷壓力。

b）經(jīng)Spine 繞行后采集：此種方式，采集點(diǎn)較為集中，采集鏈路較少，VNF 間東西向流量在此轉(zhuǎn)發(fā)，對Spine也會(huì)帶來較大壓力。

圖4 VNF流量的集中繞行方式及建議采集點(diǎn)

c）經(jīng)Leaf 繞行后采集：此種方式，東西向流量可在Leaf 層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，可減少對上層節(jié)點(diǎn)壓力，但采集鏈路非常多，且后續(xù)擴(kuò)容資源池節(jié)點(diǎn)時(shí)，需同步增加采集點(diǎn)。

3 推薦的基于SA組網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)信令采集方式

上述多種方案各有優(yōu)劣，如何在不增加匯聚節(jié)點(diǎn)以上的負(fù)荷同時(shí)又能減少采集鏈路呢？可使用經(jīng)Leaf繞行并在DC-GW 與Spine 之間分光的采集方式，具體方案如圖5所示。

首先對Leaf 節(jié)點(diǎn)配置內(nèi)部鏡像端口（觀察端口），篩選與采集信令相關(guān)的BD（Bridge Domain），通過Leaf進(jìn)行BD 鏡像方式（附加GRE 包頭），將此GRE 數(shù)據(jù)傳給DC-GW，并由DC-GW 丟棄，不對DC-GW 性能造成損失。通過在Spine 和DC-GW 間上行分光可以采集DC內(nèi)和出DC的流量，通過下行分光可以采集到入DC的流量，這樣就可以完成全量的信令采集。此方法可只在Spine 和DC-GW 進(jìn)行分光，一般常為4×100G，故一個(gè)大區(qū)只需一臺(tái)匯聚分流設(shè)備即可完成全量控制面信令采集。

圖5 流量經(jīng)Leaf繞行及采集方式

本方案不占用DC 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口，和DC 沒有直接的連接，匯聚分流器的故障對DC 沒有影響。維護(hù)界面、故障定位界面清晰，后期的DC 擴(kuò)容也不需要DPI 側(cè)新增匯聚分流器等設(shè)備，且上述所需技術(shù)，目前主流大網(wǎng)設(shè)備廠家均已支持，是目前中國聯(lián)通5G組網(wǎng)中信令采集的最優(yōu)解決方案。

特別說明：在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)踐中，目前多家通信設(shè)備廠商只支持對入Leaf 方向進(jìn)行鏡像，無法支持出Leaf 方向進(jìn)行鏡像，故采用了上述方式進(jìn)行采集。

4 結(jié)束語

本文通過對5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)重溫，對軟硬采方式、采集點(diǎn)進(jìn)行闡述和對比，給出了當(dāng)前基于SA 組網(wǎng)模式下5GC 的信令采集的實(shí)現(xiàn)思路，并在中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行了理論論證，即將在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行部署。相信在不久的將來，隨著中國聯(lián)通5G 網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，信令數(shù)據(jù)也將伴隨著5G的步伐共同前進(jìn)，為未來大數(shù)據(jù)事業(yè)貢獻(xiàn)更多的力量。