5G終端的遠(yuǎn)程運維管理思路

楊 旭，沈昱佳，唐文強

（中國移動通信集團(tuán)云南有限公司，云南 昆明 650228）

0 引 言

5G的出現(xiàn)為推動社會數(shù)字化發(fā)展提供了有力支撐，同時為業(yè)務(wù)多元化發(fā)展提供了良好契機。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展和業(yè)務(wù)不斷擴張，5G終端運維也遇到一些問題和挑戰(zhàn)。5G時代下，滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運維管理的需求和保障5G網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性成為廣大學(xué)者積極討論與研究的重要課題[1,2]。

1 5G終端發(fā)展現(xiàn)狀

相較于計算機主機而言，5G終端屬于外設(shè)，本身并不提供運算處理功能。5G較強的連通性催化了通信服務(wù)逐漸向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而相關(guān)運營與維護(hù)管理也由通信技術(shù)（Communication Technology，CT）升級到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）運營。5G時代，運營與維護(hù)都是由原生云計算和DevOps來驅(qū)動，軟件開發(fā)、技術(shù)運營以及質(zhì)量維護(hù)3個環(huán)節(jié)相互協(xié)同形成5G終端與局端設(shè)備運行維護(hù)專用的DevOps體系。隨著全云化的應(yīng)用，在設(shè)備和戰(zhàn)略方面，運營商要與設(shè)備制造商緊密合作，同時嚴(yán)格遵守有關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以此確保終端設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接和業(yè)務(wù)互聯(lián)?；ヂ?lián)網(wǎng)用戶爆發(fā)式增長的趨勢下，網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性成為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與運營中不可避免的現(xiàn)實問題。5G終端中使用的容器式內(nèi)核共享在一定程度上會造成極大的安全隱患，需要對其進(jìn)行科學(xué)、高效的管理[3]。

5G終端運維對于維護(hù)人員的要求較高，受諸多因素影響，操作人員可能會在工作中出現(xiàn)差錯，從而影響終端安全穩(wěn)定運行。由于操作人員很難保證多臺設(shè)備和基站的全面維護(hù)和管理，導(dǎo)致運維效率無法提高，如果不能及時解決問題，那么造成的后果會越來越嚴(yán)重。運營商所使用的移動終端通信設(shè)備主要是由廠商提供軟件與硬件，日常維護(hù)、故障檢修等工作中，如果設(shè)備出現(xiàn)硬性故障，需要廠家維修人員及時到場維修。此外，因5G終端設(shè)備維護(hù)環(huán)境不一，存在時間、空間協(xié)調(diào)問題，勢必會導(dǎo)致設(shè)備長時間處于故障狀態(tài)，對于保障5G信號穩(wěn)定性造成一定影響。邊緣計算（Multi-access Edge Computing，MEC）和網(wǎng)絡(luò)切片的出現(xiàn)使得網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜，5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何降低運維費用并實現(xiàn)遠(yuǎn)程運維、快速、資源分配等都給運營商帶來新的挑戰(zhàn)[4,5]。

2 5G終端核心網(wǎng)

5G是具有高速率、低時延以及大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)，5G通信設(shè)施則是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。與分組核心網(wǎng)（Evolved Packet Core，EPC）相比，5G終端核心網(wǎng)具有以服務(wù)為導(dǎo)向、網(wǎng)絡(luò)分層、用戶面和控制面結(jié)構(gòu)分離3大優(yōu)勢[6]。

5G終端核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中不僅要考慮到節(jié)點自身特性，還要考慮到其所提供的各種服務(wù)與功能，根據(jù)用戶的具體需求選取相應(yīng)功能構(gòu)成具有邏輯性的網(wǎng)絡(luò)[7]。在用戶面和控制面結(jié)構(gòu)分離的情況下，維護(hù)人員能夠分別調(diào)節(jié)控制平面和用戶平面的系統(tǒng)能力。用戶平面功能（User Plane Function，UPF）主要包括數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)、包的檢查、服務(wù)處理、包過濾以及數(shù)據(jù)流量監(jiān)測等。服務(wù)管理功能（Service Management Function，SMF）主要承擔(dān)著分配用戶終端地址、控制策略執(zhí)行、會話管理等功能。認(rèn)證管理功能（Authentication Management Function，AMF）主要負(fù)責(zé)端與端之間的控制信令傳輸、用戶數(shù)據(jù)安全管理、待機狀態(tài)下的移動性管理以及認(rèn)證。需要注意的是，核心網(wǎng)絡(luò)的功能實現(xiàn)多種多樣，所有功能可通過同一云平臺來完成[8]。

3 5G終端遠(yuǎn)程運維管理

3.1 5G終端遠(yuǎn)程運維管理平臺構(gòu)建

遠(yuǎn)程運行管理平臺能夠為用戶提供遠(yuǎn)程運行維護(hù)服務(wù)，主要由數(shù)據(jù)采集層、人工智能（Artificial Intelligence，AI）算法框架層以及應(yīng)用層3部分組成。該平臺支持多形態(tài)跨云邊緣部署、邊緣端協(xié)作，通過數(shù)據(jù)采集為5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程運維提供服務(wù)。5G終端遠(yuǎn)程運維管理平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G終端遠(yuǎn)程運維管理平臺架構(gòu)

3.2 信息傳輸

5G終端運維需要制訂完整的信息傳輸方案，為其提供相應(yīng)的管理服務(wù)。圍繞5G終端絡(luò)建設(shè)過程分別提出相應(yīng)的管理措施，主要從前傳、中轉(zhuǎn)、回傳等環(huán)節(jié)進(jìn)行。前傳網(wǎng)絡(luò)中采用密集型光波復(fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM），運維管理需要對這一環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，提高系統(tǒng)性能，從而保證5G終端正常工作。在5G終端實際應(yīng)用階段，建立專門的網(wǎng)絡(luò)管理中心進(jìn)行針對性管理。網(wǎng)絡(luò)管理中心主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換、業(yè)務(wù)拓展等工作，可以推動5G終端互聯(lián)模式下的業(yè)務(wù)品質(zhì)的提高。為了保障5G信號的穩(wěn)定，維護(hù)人員需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接順暢程度、信號強度、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度等制定5G終端遠(yuǎn)程運維管理方案[9,10]。針對家庭無線網(wǎng)絡(luò)用戶，可以將5G網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)效能進(jìn)行比較，利用速度測量軟件分析造成5G網(wǎng)絡(luò)不正常運作的原因。

3.3 功能實現(xiàn)

5G終端可靠性高、延時低，應(yīng)進(jìn)一步加強對各項指標(biāo)的監(jiān)測，提高5G終端遠(yuǎn)程運維的科學(xué)性與合理性。為保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，可采用相應(yīng)指令來設(shè)計新的登錄方法，并運用相應(yīng)算法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)。通過實時性刷新和歷史查詢功能，為各類資源的投入和故障檢查維護(hù)提供便利。為進(jìn)一步提升5G終端運維管理效率，應(yīng)提高故障預(yù)警相關(guān)性。多故障場景中，找到故障成因是提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。利用機器學(xué)習(xí)方法綜合處理和分析歷史數(shù)據(jù)，歸納出與其直接相關(guān)的因素，通過去噪、去重、聚合、二值化以及時序化等方法得到有效的信息內(nèi)容。

此外，利用Apriori等算法對各個預(yù)警間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行有效分析，歸納出關(guān)聯(lián)規(guī)律，與樸素貝葉斯、邏輯回歸相結(jié)合，構(gòu)建完善的關(guān)聯(lián)模型。利用關(guān)聯(lián)庫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，根據(jù)其狀態(tài)信息變化及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，并采取相應(yīng)預(yù)防措施防止故障范圍進(jìn)一步擴大，提高故障定位精度和故障解決效率。綜合現(xiàn)有資料，通過歸納與分類得出當(dāng)前5G終端運維中極易發(fā)生的故障，將相關(guān)資料存入知識庫。設(shè)備日常檢修和維修中，收集各類設(shè)備的工作數(shù)據(jù)，將其與知識庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，確定具體故障發(fā)生前和發(fā)生時數(shù)據(jù)的不同，將相關(guān)數(shù)據(jù)用作故障預(yù)報參考指標(biāo)，對提高5G終端遠(yuǎn)程運維管理水平具有重要價值。

除了提升故障預(yù)警相關(guān)性之外，還應(yīng)注意提高故障自我修復(fù)能力。將已建立的知識庫與預(yù)警相關(guān)結(jié)果相結(jié)合，可獲得相應(yīng)的故障預(yù)報信息，以便選擇有效的解決方案。運維管理中如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行故障，可自動觸發(fā)重啟功能，同時重啟成功后發(fā)送故障信息至運維平臺，給出相應(yīng)預(yù)警和自我修復(fù)報告。如果自我修復(fù)失敗，則報告“自我修復(fù)失敗”，進(jìn)而由維護(hù)人員進(jìn)行檢修，減少不必要的工作量，提高故障修復(fù)效率。在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，要保證系統(tǒng)參數(shù)配置能適應(yīng)不同終端的要求，以此保證系統(tǒng)運維合理。

4 結(jié) 論

5G時代背景下，對5G終端遠(yuǎn)程運維管理及維護(hù)是提高其運行穩(wěn)定性的重要組成部分。通過分析與研究5G終端發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合5G終端的特點提出5G終端遠(yuǎn)程運維思路，結(jié)合5G終端發(fā)展和運行需求提高其預(yù)警關(guān)聯(lián)性、預(yù)測能力、自愈能力以及自動化水平。