第三代移动通信网的网络管理体系结构及实现技术

第三代移动通信网的网络管理

体系结构及实现技术

詹志强,　邱雪松,　孟洛明

(北京邮电大学计算机科学与技术学院,北京100876)

摘要:基于TM N 的逻辑分层管理体系结构和第三代移动通信网的网络管理特性,提出了第三代移动通信网的网络管理体系结构,研究了第三代移动通信网管系统实现的关键技术,在此基础上,

设计并实现了一个第三代移动通信网管原型系统Ζ

关　键　词:第三代移动通信网;电信管理网;TM N ;网络管理

中图分类号:TN 915107　　　文献标识码:A

The Arch itecture and I m plem en ta tion Technology of the

Th ird Genera tion M ob ile Network M anagem en t System

ZHAN Zh i 2qiang ,　Q I U Xue 2song ,　M EN G L uo 2m ing

(Computer Science T echno logy Schoo l ,Beijing U niversity of Po sts and T elecomm unicati ons ,Beijing 100876,Ch ina )Abstract :A cco rding to the logical layer arch itectu re of the TM N and the characteristics of the th ird generati on m ob ile netw o rk m anagem en t ,the arch itectu re of the th ird generati on m ob ile netw o rk m anagem en t and related p ivo tal techno logies are p ropo sed .B ased on th is ,a th ird generati on m ob ile netw o rk m anagem en t p ro to typ e system is designed and i m p lem en ted .

Key words :th ird generati on m ob ile netw o rk (3G );telecomm un icati on m anagem en t netw o rk (TM N );netw o rk m anagem en t

收稿日期:2002205224

基金项目:国家杰出青年科学基金(60025104);国家自然科学基金重大研究计划项目(90104023,90204002);国家高

技术研究发展计划专项经费(2001AA 121051)

作者简介:詹志强(1976—),男,博士生Ζ　E 2m ail :B 007306@bup t .edu .cn

网络管理系统是第三代移动通信网3G (th ird generati on m ob ile netw o rk )的重要组成部分,是保证3G 正常、经济、可靠和安全运行的重要基础之一Λ由ITU 确定的5种3G 无线接口技术中,比较公认有W CDM A 、CDM A 2000、TD 2SCDM A 3种Λ

通信网网络管理研究的基本内容是管理需求、电信管理体系结构、管理功能、管理信息模

型等Λ3GPP T SG 2SA W G 5[1]、3GPP 2[2]、ITU 2T [3]是3G 网络管理的最主要研究机构,他们提

供的规范和研究成果应该包括3G 网络管理的各个方面,但目前仅有管理原则和高层的需求、电信管理框架等一些概念性的内容;文献[4]提出了3G 网管的高层管理需求,但网络管理中

具体的体系结构、管理功能、管理信息模型等均未完成,这不足以指导3G网络管理系统的开发Λ第二代移动通信网由交换子系统SSS(s w itch sub system)和基站子系统B SS(base stati on sub system)构成;3G由核心网络CN(co re netw o rk)和无线接入网RAN(radi o access netw o rk)构成Λ在第二代移动通信网中,SSS和B SS是分开管理的[5],为了保证3G的网络管理质量,应避免将CN和RAN分开管理Λ本文提出的网管系统将对3G的所有被管网,包括CN(含M SC VL R、HL R、SGSN、GGSN、PD SN等)和RAN(含RN C B SC和B T S N odeB等)进行统一的综合管理Λ

1　第三代移动通信系统的网络管理体系结构

111　第三代移动通信网管系统特性

由于第三代移动通信系统采用的技术多样化,使得3G NM S具有以下特性:①多制式环境:3G采用W CDM A、CDM A2000和TD2SCDM A等无线接入技术,核心网可以采用GS M M A P网络、AN S I241网络或者全IP网络,一种CN技术制式可以和多种RAN技术制式配合Λ为了避免针对不同技术以及不同的CN和RAN技术制式组合开发不同网管系统,并满足采用多制式的运营商的网管需求Λ为使网管系统可以同时管理多种技术,3G网管的网络管理环境应是一个多种技术制式并存的环境Λ②多厂商环境:相对于第二代移动通信系统,3G系统开放了更多的接口,开放性更高,使更多的厂商参与3G系统开发或生产,形成一个典型的多厂商设备环境Λ③多网络管理协议:由于第三代移动通信网络将会越来越多地采用IP网的有关技术,网络管理环境中有较多的系统互联需求,这就使得第三代移动通信的网络管理协议在已有的C M IP GDM O的基础上,需要增加IET F中的SNM P、CO RBA中的II O P I DL等网络管理协议,因此,第三代网管系统将是一个多网络管理协议环境Λ④持续变化的网络管理环境:第三代移动通信的有关技术是不断演进的,例如,W CDM A就依次出现了R99、R4、R5等多个不同版本;核心网要采用IP网的有关技术也会进行演进Λ因此,第三代移动通信的网络管理面对的是一个持续变化的网络管理环境Λ⑤兼容第二代移动通信系统:目前的移动通信运营商通常采用第二代移动通信系统2G(second generati on m ob ile netw o rk),这些运营商在向3G过渡的过程中,必将出现2G和3G系统共存的局面,而且这种局面可能会存在较长时间Λ为使2G和3G移动通信系统能够协调运行,3G网管系统应该与2G网管系统互通,或者能够管理遗留下来的2G系统Λ3G网管系统与2G网管系统的互通,可以通过在2G和3G2个网络管理系统之间采用X接口互联来实现,这种方式适合运营商已建设2G网络管理系统的情况Λ

112　第三代移动通信网管系统功能结构

基于3G的体系结构和TM N的功能体系结构,图1给出能够管理W CDM A、CDM A2000、TD2SCDM A3种不同技术的3G系统和遗留的2G系统的网络管理系统功能体系结构Λ图1的管理系统体系结构由多个运行系统功能O SF(op erating system functi on)和网元功能N EF(netw o rk elem en t functi on)实体及其之间的参考点组成Λ3G网管系统NM (netw o rk m anagem en t layer)O SF完成3G NM S的管理功能,即实现包含3G和遗留的2G系统的全网故障管理、性能管理、配置管理和安全管理等功能ΛCDM A2000的CN和RAN的E M(netw o rk elem en t m anagem en t layer)O SF分别完成CDM A2000的CN和RAN所包含的各功能实体的网元层的管理功能,如M SC VL R、HL R、PD SN、RN C和B T S等功能实体的管理ΛW CDM A的CN和RAN的E M O SF分别完成W CDM A的CN和RAN所包含的各功能

实体的网元层的管理功能,如M S VL R 、HL R 、SGSN 、GGSN 、RN C 和N odeB 等功能实体的管理ΛTD 2SCDM A 的CN 和RAN 的E M O SF 分别完成TD 2SCDM A 的CN 和RAN 所包含的功能实体的网元层的管理功能,如M SC VL R 、HL R 、SGSN 、GGSN 、RN C 和N odeB 等功能实体的管理Λ2G 的SSS 和B SS 的E M O SF 分别完成遗留2G 的SSS 和B SS 所包含的功能实体的网元层的管理功能,如M SC VL R 、HL R 、B SC 、B T S 等功能实体的管理ΛCDM A 2000、

W CDM A 、TD 2SCDM A 、

2G 系统的各N EF 是各网元所提供的管理功能Λ工作站功能W SF (w o rk stati on functi on )主要是提供管理业务的接入手段Λ在O SF 与O SF 之间、O SF 与N EF 之间、O SF 与W SF 之间存在的是参考点Λ3G NM O SF 与移动通信设备厂商的E M O SF 通过参考点1交互Λ3G NM O SF 管理移动通信的设备是通过E M O SF 进行的Λ真正管理功能的实施是E M O SF 通过参考点2与设备N EF 交互完成的ΛW SF 与O SF 之间是f 参考点,各E M O SF 也可以有自己的W SF 通过f 参考点与之相连Λ

图1网管系统功能体系结构

参考点1

f 参考点

W SF

3G NM OSF 参考点2W C DMA NEF W C DMA NEF C DMA 2000NEF C DMA 2000NEF 2G NEF T D 2SC DMA NEF T D 2SC DMA C N E M OSF T D 2SC DMA NEF

T D 2SC DMA RAN E M OSF W C DMA C N E M OSF

W C DMA RAN E M OSF C DMA 2000C N E M OSF C DMA 2000RAN E M OSF 2G SS E M OSF 2G BSS E M OSF 2G NEF 该功能结构可以完成W CDM A 、CDM A 2000、TD 2SCDM A 3种不同制式和遗留2G 系统的统一综合管理,适应了3G NM S 的多制式环境,并兼容2G Λ另外,由于采用TM N [6]的体系结构思想,使得当3G 网络引入新的设备或技术时,网管系统可以很容易将其纳入管理范围内;当3G 的结构改变时,网管系统的结构可以保持相对稳定,适应持续变化的网络管理环境Λ113　第三代移动通信网管系统物理结构

基于网络管理体系结构的功能结构,可以衍生出多种物理结构,根据不同的网络管理要求和不同设备厂商的不同情况,可以选择不同的物理配置,主要有以下3种:

图2网管系统物理体系结构12G 设备C N 设备RAN 设备标准接口或者厂家私有接口F 接口G U I 3G 网络管理系统3G NM OSF

基于S NMP,C M IP,C ORBA I DL 接口2G E M OSF

C N E M OSF 2G 网元管理系统C N 网元管理系统RAN 网元管理系统RAN E M OSF RAN 和C N 设备网元管理系统C N E M OSF RAN E M OSF (1)3G NM S 与E M S 连接Λ图1中3G NM O SF 实现为NM S ,3G E M O SF 实现为E M S ,遗留下来的2G 设备的E M O SF (包含2G

的B SS E M O SF 和SSS E M O SF )放在2G E M S 中实现Λ参考点1实现为NM S 和E M S 之间的连接,实现为Q 接口,参考点2实现为各E M S 与设备N E 间的连

接,它或为标准Q 接口,或为厂家私有接口Λ在3G 网络管理系统和GU I 之间是F 接口Λ此种情况下的网管系统物理结构如图2所示Λ如果厂商的设备拥有自己的网元管理系统,且能提供标准网管接口,则

11　第2期詹志强:第三代移动通信网的网络管理体系结构及实现技术

适用这种情况Λ

图3网管系统物理体系结构2G U I F 接口C N 设备

RAN 设备2G 设备基于S NMP,C M IP,C ORBA I DL 接口3G 网络管理系统3G NM OSF C N E M OSF RAN E M OSF 2G E M OSF (2)3G NM S 与设备直接连接,如图3所示Λ

即图1中3G NM O SF 、RAN E M O SF 、CN E M

O SF 、2G E M O SF (包含2G 的B SS E M O SF 和SSS E M O SF )实现为NM S ,参考点2实现为NM S 和3G 设备的Q 接口,参考点1成为内部接口Λ这种结构适用于没有网元管理系统的设备Λ(3)3G NM S 或与E M S 连接,或直接与设备

连接,这种情况为(1)和(2)的混合,即对一部分设备的管理,3G 与E M S 连接,对另一部分则采用直接与设备连接的方式进行管理Λ这种物理结构具有灵活性Λ

在以上3种配置中,考虑到直接由设备提供Q 接口比较困难以及厂家一般都具有E M S ,因此,多数情况下采用3G NM S 与厂家E M S 连接的方式(方式1),弥补多厂商设备之间的有无网元管理系统的差距Λ另外,由于方式1中网元管理系统和方式2中设备虽可以是不同厂家的产品,但都向上一层3G 网络管理系统提供基于SNM P 、C M IP 或者CO RBA I DL 的标准Q 接口,从而实现了统一综合管理多厂商设备Λ

2　第三代移动通信系统实现的关键技术

为了实现提出的网络管理体系结构,需要解决一系列关键技术问题,其中主要技术为管理信息建模技术、适配器技术Λ

211　管理信息建模

能否成功对多制式多厂商下的3G 进行管理,各网元管理系统或者设备是否能提供标准

Q 接口是一个关键问题ΛQ 接口[7]包括三方面内容:通信协议栈、

网络管理协议和管理信息模型,其中通信协议栈和网络管理协议可以采纳已有的SNM P 、C M IP 或者CO RBA I DL 技术,而管理信息模型则必须针对3G 技术进行单独建模Λ由于3G 的网络管理接口将采用多种网络管理协议,因此,采用与管理协议无关的管理信息建模技术是一个好的选择Λ管理信息建模采用面向对象的方法,当3G 不断演进时,可以通过管理对象类之间的继承,重用没有发生变化的部分,针对新情况,添加新的特性或者管理对象,这将减少3G NM S 的更新工作,使得3G NM S 随3G 技术的不断变化而平滑演进,适应持续变化的网络管理环境Λ

212　适配器技术

在实际情况中,各3G 厂商通常会提供具有不同的信息模型、不同的网络管理协议和不同的通信协议栈的网络管理接口,为了这些设备纳入前面提出的3G 网络管理体系结构,就需要针对不同厂家的设备开发相应的适配器,对这些不同接口进行适配和转换,由适配器向3G 网络管理系统提供统一的标准Q 接口,可以将这些针对不同厂家的适配器的集合称为适配器池Λ适配器的功能如下:(1)维护3G 网管系统所管理的信息树,能够对该信息树进行增、删、改、查询等操作;(2)适配器收到3G 网管系统的命令后,能够将其转换为各厂商3G 设备E M S 或设备所识别的信息,并能够转发给相应的E M S 或设备;(3)当各厂家的E M S 或设备上报告警数据或性能数据报告给适配器后,适配器能够将其转换为3G 网管系统所识别的信息,并能够上报给3G 网管系统Λ适配器技术使3G 网管系统可以完成多厂商多制式多网络管理协议环境下的3G 网络管理功能Λ图4表示了适配器在整个网管系统中的位置以及一种可行的模块

21北京邮电大学学报第26卷　

组成结构Λ对于同一类设备来说,

A GEN T 模块对所有的适配器都是统一

的,只是A dap ter 模块不同Λ当出现设备

升级的情况时,只需要修改A dap ter 模

块Λ

3　原型系统的设计与实现

基于所提出的体系结构和实现关键

技术,作者为基于W CDM A 、CDM A 2000

和TD 2SCDM A 技术的3G 的网络管理设

计并实现了一个原型系统,为简化原型系统的实现,这里没有考虑兼容2G 系统Λ该原型系统提供下列网管功能:(1)拓扑管理:能够以树状图、网络拓扑图和地理视图等形式显示所管理的网元,并为配置管理、性能管理、告警管理和安全管理提供友好的接入方式Λ(2)配置管理:能够对3G 通信网中的各种类型的设备资源状况和重要参数进行查询和修改;(3)故障管理:能够对3G 通信网设备的异常运行情况进行实时监视、隔离和校正,进行故障恢复;(4)性能管理:收集性能数据,进行性能监视;(5)用户管理Λ

管理客户端,管理服务器和适配器池组成了3G 网络管理系统原型的框架的3级结构Λ管理客户端采用W EB 浏览器从W eb Server 上下载java app let 到本地执行Λ管理服务器由数据库管理系统、管理功能模块、通信总线和1个W eb 服务器组成Λ适配器池中包含了多个适配器,可以完成3G 设备或者E M S 特定接口和网管系统内部接口的双向信息转换,使该网管系统适用于前面提到的3G 网管物理结构中3种配置方式中的任何一种方式Λ4　结论

本文研究了第三代移动通信网管系统的体系结构和实现关键技术,设计并实现了一个第三代移动通信网的网管原型系统,目前的原型系统已完成与多家厂商3G 设备的实验室互联Λ实践证明,本体系结构和关键技术对于第三代移动通信网络管理的实现具有重要指导作用Λ参考文献:

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