IMS接入设备网络管理分析与研究.doc

2012-07-13#2012-07-13#2#012-07-13#张瑞利1，马跃2，刘昶3(北京邮电大学计算机学院，计算机网络研究中心，北京 100876）摘要：根据运营商对IMS接入设备管理的需求，针对降低运营商对接入设备管理的复杂性，在目前运营商网络管理组网结构的基础上，提出了接入设备网络管理组网结构的改进方案。对IMS接入设备网管进行了 需求分析，提出了接入设备管理的整体网管方案以及在不同应用场景下运营商对接入设备告警管理和性 能管理的不同需求，以方便运营商提高服务质量和管理效率。关键词：IMS；接入设备；网络管理中图分类号：TP302文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2010.12.002The analysis and research of network management of access devices inIMSZHANG Rui-li1, MA Yue2, Liu Chang3(Computer Network Research Center, Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876)Abstract: According to the requirements of operators about manage access devices in IMS, to reduce the complex of manageaccess devices, this paper gives an improved solution,which based on the current structure of network management. To improve the quality of operator service and the efficiency of management, this paper analysics the requirements of operators, and gives the whole project network management, gives the diffirent requirements of alarm management and requirements of performance management in diffirent application context.Key words: IMS；access device；network management1引言但由于IMS接入设备种类繁多，能够高效的管理接入设备对于运营商而言是极其重要的。IMS（IP Multimedia Subsystem）是3G系统中核心网的一部分，它通过由SIP提供的会话发起 能力，建立起端到端的会话，并获得所需要的服务 质量。IMS实现了控制和承载的分离，IMS终端接入 到PS域，由PS域提供SIP信令和媒体数据的承载， 而由IMS的核心部分提供会话和业务的控制。IMS是 承载网络和业务网络之间的中间控制层，它屏蔽了 下层的接入差异性，并为上层业务提供集中的会话 管理、业务接入控制、呼叫路由、服务质量控制、 鉴权计费和安全管理等基本功能。IMS为移动运营 商提供移动IP多媒体业务的支持平台，是运营商能 够灵活定制多媒体业务并快速推向市场，同时保证 对业务的有效管理和控制。为移动和固定综合运营2接入设备在IMS网络中的位置IMS 网络具有接入无关性，允许各种不同 的接入网接入。如：2G 网络，3G 网络，LAN ， WLAN，xDSL，PON等接入。由于接入网的多样 性，使得IMS网络的终端设备也具有多样性。IMS 允许用户使用移动终端，PC，POTS话机，SIP硬 终端等。这些终端分别通过相应的接入设备来接入 IMS核心网。运营商根据客户的不同需求，为用户部署各种 不同的接入设备，导致接入设备具有不同厂家不同 类型的设备。接入设备类型的复杂性导致运营商的商提供整体的固定移动网络融合解决方案，为用户管理变得比较困难。运营商为了有效地管理复杂的2012-0提7供-独1立3于#接#入#网#络#的#融#合#业#务#，#提#高#网#2络0竞1争2力-0接7入-设1备3，#需#要#具#有#一#套2#完0整1的2网-管0系7-统1。3目#前#，#图1 接入设备在IMS网络中的位置Fig.1 the location of access device in IMS图2 网管组网结构Fig.2 structure of network management图3 改进后的网管组网结构 Fig.3 structure after improvementof network managementIMS接入设备的部署，运营商对于接入设备的网管还需进一步部署和完善。下图是接入设备在IMS网 络中的位置：果。下图是网管组网结构：如何使得运营商能够方便对如此多的接入设备进行管理，则需要在这种分层管理的基础上进一 步改善。改善的目标是尽可能减少操作的OMC的数 量，减轻网络管理人员的负担和操作的复杂性。 在此基础上，引进一套专业的网管系统NMS（网络 管理系统），NMS要能够兼容各厂家的OMC提供的 接口，逐渐缩小OMC的管理功能，使得OMC演变成一 种设备接口适配器，对接入设备的管理信息进行汇 聚、筛选后，转发给NMS。如果将这种设备接口适 配器集成在接入设备上，则运营商只需要一套NMS 就可以对各种不同厂家不同类型的设备进行管理， 大大减少了运营商对接入设备进行管理的成本和复 杂性。部署在同一地市的接入设备的厂家和类型也 有可能是不相同的，那么同一地市需要部署多套 OMC，管理比较复杂。改进后的网管方式减少了地 市部署的网管系统的数目，只需要在相同的地市部 署一套NMS网管系统就可以管理维护本地市所有的 接入设备。下图是改进后的网管组网结构：3接入设备网络管理组网结构由于接入设备种类繁多，对应的网管系统也存在很大的差异。运营商为了维护方便，操作统一， 采用分层网管来进行管理。对于处于网络底层的接 入设备，建立低级网管系统OMC，高级网管系统与 低级网管系统之间通过北向接口进行通信，实现对 接入设备的管理。由于接入设备部署在小区、企业等地区，所以 接入设备的网管服务器应该部署在地市。OMC直接 管理NE，将NE的运行状态、资产信息、性能数据、 配置信息等通过北向接口上报给上层网管，即图中 的省级网管。如果没有网管系统的NE，则直接挂接 在上级网管下，由上级网管进行管理。这种分层网 管的网管结构可以减轻省级网管系统的负担。如果 所有的NE将自己的信息直接上报给省级网管，那么 省级网管的负担将会过重，有可能导致省级网管瘫 痪。如果OMC对NE上报的信息进行过滤处理，只将 有必要的信息或者数据上报给省级网管，那么省级 网管的负荷将会减少很多。虽然这种分层网管方式减轻了省级网管的 负担，但是不同厂家不同种类的设备都有自己的 OMC，导致OMC的种类繁多。各厂家的OMC界面以及 和设备进行通信所采用的协议都各不相同，对这么 多种类的OMC进行管理的工作量很大，而且对网络 管理人员的要求比较高，管理维护工作复杂，目前 各运营商都面临着这种管理难题，运营商都希望投图4按物理地域划分管理域Fig.4 according to physical divide management domain图5按逻辑区域划分管理域Fig.5 according to logical divide management domain4.2接入设备整体网管方案接入设备处在IMS核心网的下层，下面直接挂接用户终端，对于接入设备的管理直接影响到用户 体验，所以对接入设备的管理对运营商而言是极其 重要的。IMS业务种类繁多，包括会话型业务和非会话型业务，会话型业务包括语音和视频会话、多媒 体会议、消息、状态呈现、视频共享、动态地址 簿等。非会话型业务包括IPTV、Web与IMS融合业务 等。不同用户对IMS业务的需求都不相同，接入设 备应该能够配合IMS业务平台来对不同的用户提供 相应的业务。以此来建立终端和业务、用户、号码 等的对应关系。管理维护人员需对接入设备进行管 理注册、业务开通和日常的运营管理。运营商应提供更好的客户服务质量和支持，第 一时间发现故障，保持网络持续运行。如果在用户 使用过程中出现了故障或异常，要及时解决用户所 遇到的问题。用户可能遇到的故障或异常包括：不 能正常通话。例如：摘机没有拨号音、拨完号没有 回铃音、电话接通后不能进行正常通话等。用户签 约的IMS业务不能正常使用。如果是家庭用户，使 用桌面型设备，则可能出现的问题会更多，除了不 能正常通话的那几种情况之外，设备本身也有可能 出现问题，比如：设备不能正常启动，设备的某个 端口不能正常运行等。针对客户可能遇到的各种问题，都应该有具体 的解决方案来为客户服务。通过接入设备网管系统 来对接入设备进行日常的监测和维护，运营商网络 管理员可以及时的发现问题，并采取相应的措施来 解决问题。这就需要接入设备的网管系统必须能正 确实时的监测和维护设备。在OSI系统管理标准中，将开放系统的管理功 能划分为5个功能领域，它们是配置管理、性能管 理、故障管理、安全管理和计费管理3。由于IMS 的计费是在IMS核心网进行实现的，所以对于接入 设备的网管而言不需要具有计费管理的功能。配置管理功能主要负责全面动态地管理全网 所有网元设备硬件和软件的配置数据或局数据，呈 现设备工作状态，以图形、文字等形式分层显示配 置相关的各类信息，并且具有网元集成，查询、编 辑、删除、预设、备份、合法性检查和回滚网元配 置数据等功能。性能管理是网络管理的一项重要功能，要求网 管能够定义网元性能测量任务，并以适当的方式采 集、存储、呈现性能数据。通过对各类性能数据的 收集、实时观察、存储分析，对如何提高网络服务 质量、网络资源的分配和规划提供基础数据和合理4.1分权分域管理2地市公司网管中心负责管理本地市各小区、企业等部署的接入设备进行管理。网络规模比较 大，则需要对网元进行分权分域管理。分权分域是 指管理功能的分权和管理对象的分域。拥有一个区 域设备管理权限的管理员只能管理自己所辖区域的 设备，不能管理其他区域的设备。可以按设备物理 地域划分管理域或按客户级别、业务属性、所属厂 商、型号、IP地址段、版本号等将设备划分为不同 域划分逻辑管理域。下面分别列出了按照物理地域 划分管理域和按照逻辑区域划分管理域的示意图：管理员只能管理具有区域管理权限中的接入设备，并且只能进行被授权的操作。例如：某小区的 管理员A只能对接入设备进行配置和升级管理，而 管理员B则只能对接入设备进行故障管理和性能管 理。接入设备管理的分权分域可以防止没有权限的 用户来对接入设备进行操作。管理员的操作权限由 地市网络中心对各小区管理员进行授权。得到授权 的管理员可以管理所属区域的数据、业务等资源。 未得到授权时不能查看、修改、删除其他区域的数图6 网管系统功能结构Fig.6 function structure of network management system网管故障管理的主要功能是对网元进行统一的故障管理，提供告警收集显示、故障检测、故障诊 断和故障处理工具。系统应能实时收集网元发出的 告警信息，并自动更新当前告警列表。同时，应提 供对于全网告警的集中呈现视图，以实现告警的集 中监控。网管应保存一定时期内的历史告警信息， 并具备对历史告警信息进行查询和统计的功能。故 障管理功能应提供告警浏览、查询、屏蔽、相关性 分析、告警通知、告警转储、确认功能。安全管理提供有效的控制机制，对用户接入、 访问操作网管或网元进行限制，确保每个合法用户 能够正常登录、使用已授权的软件模块、接入允许 登陆的网元、操作合法级别的命令，防止越权访问 的情况发生，以保障网络设备和网管系统的安全运 行，并对系统中发生的认证，授权访问等操作进行 记账，使操作具有不可否认性。接入设备网管系统需要系统自身管理功能、操 作维护功能、信令跟踪功能等辅助功能。系统自身 管理功能用来权限管理、日志管理、数据库管理、 数据备份、恢复和系统软件管理。操作维护功能用 来通过MML命令对接入设备进行一系列的操作。信 令跟踪功能用来对协议消息、端口信令链路的接续 过程、业务流程等进行实时动态跟踪监视。通过信 令跟踪可以了解局间信令的配合情况，从而快速定 位故障原因。下图为网管系统功能结构图：5接入设备故障管理分析和性能管理分析故障管理需要进行故障检测、故障诊断和故障处理功能。如果检测到故障之后应该以通知或告警 的形式上报。接入设备网管系统根据接入设备所应用的场景 来提供相应的故障管理和性能管理方案。IMS接入 设备的客户类型有微型企业、小型企业、中大型企 业、多分支机构等。对于微型企业而言，8个信息接入点（电话、 PC）以内的企业。没有分支机构，或本身就是分支 机构，部分有互联网接入，无LAN。以宽带接入、 固话基本语音需求为主。可选用8口的小型接入设 备。其对应的网管系统功能故障管理和性能管理的 需求如下：这种小型接入设备网管系统的故障管理类型包 括：硬件告警、电源告警、环境告警、软件告警、 通讯故障告警、业务质量告警和处理出错告警。硬件告警：POTS端口运行异常，上行网口运 行异常、下行网口运行异常，上报端口运行故障告 警，并且明确到具体的端口标识号。单板、DSP芯 片出现故障，上报单板故障或DSP芯片故障告警。 如果电源出现损坏，上报电源损坏告警。时钟停止 工作或发生异常时，上报时钟故障告警。硬件出现 故障都会严重影响设备的正常工作，网管系统必须 实时获取设备的硬件工作状态，如果发现硬件出现 故障，则立即上报告警，并且告警级别为严重告 警。电源告警：如果电压过低或过高时，并且接 近设备所能承受的极限时，上报电压过低或过高告 警。环境告警：在长期工作的情况下，周围的温度 应该保持在0+40的范围之内，如果接近温度极 限，则上报温度过高或过低告警。湿度应该保持在585RH(125g/m3)的范围，如果接近湿度极限，则上报湿度过高或过低告警。在短期工作的情况下，周围的温度应该保持在-5+50的范围之 内，如果接近此温度极限，则上报温度过高或过低 告警。湿度应该保持在595 RH(129g/m3)的 范围之内，如果接近此湿度范围，在上报湿度过高 或过低告警。当设备遭受各种过压冲击时，立即上 报告警信息，来保护接入设备。出现故障，则上报软件运行错误告警。网管系统数据库中存储的数据量超出数据库空间门限阀值时， 则上报数据库空间占用门限溢出告警。如果设备在 进行软件升级或网管系统自身软件升级出现故障 时，及时上报设备软件升级错误告警或系统软件升 级错误告警。通讯故障告警：与核心网信令连接断开告警， 与核心网媒体连接断开告警。IP地址冲突告警。网 络连接断开告警，TCP/UDP通信异常告警。各种数 据链路层通信协议异常告警。业务质量告警：业务质量告警包括性能告警和 服务质量告警。由于微型企业的需求比较小，规模 也很小，所以为了减轻网管系统的负担，不必要关 注CPU占用率、内存利用率。但由于用户有互联网 接入需求，所以必须关注系统丢包率、系统转发流 量、端口流量等。如果系统丢包率超过了系统设定 的阀值，则上报系统丢包率过高告警。如果系统转 发流量和端口流量低于系统设定的阀值，则上报系 统转发流量过低告警，端口流量过低告警。如果用 户签约的某种业务出现异常，则上报对应业务故障 告警。处理出错告警：其他异常情况告警。 根据微型企业的固话基本语音需求和宽带接入需求，网管系统的性能管理需要监测统计系统丢包 数、系统丢包率、系统转发流量、端口转发流量、 呼入成功会话数、呼出成功会话数等。呼入成功会 话数是指在统计周期内，被叫摘机的数目，包括在 这个周期内做被叫发生的已经释放的呼叫。呼出成 功会话数是指在统计周期内，终端做主叫时候的主 叫摘机数目，包括统计周期内曾经摘机但已经释放 的呼叫。网管系统通过周期性采集这些性能参数来 进行监测，以方便网络维护人员了解接入设备的性 能，从而更方便的管理接入设备。小型企业，即大于8、小于100个信息接入点的 企业。企业规模小，没有分支机构，或本身就是分 支机构。部分有互联网接入和LAN，以宽带接入、 固话基本语音需求为主，用户无需保留原号码。可 选用小于100个端口的机架型接入设备。对于中大 型企业100个信息接入点以上，无分支机构，或本 身就是分支机构，有多种IMS业务需求且用户无需 保留原号码。可选用大于100个端口的大型机架型 接入设备。在这两种应用场景下，接入设备有可能 通过下行FE接口挂接小型的接入设备来满足用户的 需求。其对应的网管系统功能故障管理和性能管理硬件告警：POTS端口运行异常告警、上行网口运行异常告警、下行网口运行异常告警、DSP芯片 故障告警、机架故障告警、机框故障告警、板卡故 障告警、硬盘损坏告警、电源损坏告警。时钟停止 工作或发生异常时，上报时钟故障告警。电源告警：如果电压过低或过高时，并且接 近设备所能承受的极限时，上报电压过低或过高告 警。环境告警：在长期工作的情况下，周围的温 度应该保持在-10+50的范围之内，如果接近 温度极限，则上报温度过高或过低告警。湿度应该 保持在590 RH(125g/m3)的范围，如果接近 湿度极限，则上报湿度过高或过低告警。在短期工 作的情况下，周围的温度应该保持在-15+60 的范围之内，如果接近此温度极限，则上报温 度过高或过低告警。湿度应该保持在595 RH(129g/m3)的范围之内，如果接近此湿度范围， 在上报湿度过高或过低告警。当设备遭受各种过压 冲击时，立即上报告警信息，来保护接入设备。软件告警：如果设备的软件系统在运行过程中 出现故障，则上报软件运行错误告警。网管系统数 据库中存储的数据量超出数据库空间门限阀值时， 则上报数据库空间占用门限溢出告警。如果设备在 进行软件升级或网管系统自身软件升级出现故障 时，及时上报设备软件升级错误告警或系统软件升 级错误告警。当设备数据配置文件不存在、数据配 置文件非法，如数据配置文件格式不正确或语法不 正确时上报数据配置文件错误告警、配置文件数据 非法告警。在数据配置文件中，需要获取的数据不 存在时上报获取数据失败告警。当板卡插错位置， 或插错板卡时上报板卡类型错误告警。当板卡未插 紧、板卡运行异常或板卡硬件异常且进行板卡软件 激活时，上报板卡软件激活告警。当单板软件版本 与系统版本配置不一致、单板无软件、系统在对单 板软件进行自动激活时失败或单板硬件版本与系统 版本配置不一致时，上报板卡版本不匹配告警。通讯故障告警：与核心网信令连接断开告警； 与核心网媒体连接断开告警；IP地址冲突告警；网 络连接断开告警；端口状态插拔线告警；TCP/UDP 通信异常告警；各种数据链路层通信协议异常告警 等。业务质量告警：业务质量告警包括性能告警 和服务质量告警。网管系统需要即时统计CPU占用 率、内存利用率。如果CPU过载或CPU中任务运行出近系统设定的阀值，则上报内存空间不足告警。如果用户签约的某种业务出现异常，则上报对应业务 故障告警。处理出错告警：其他异常情况告警。 根据小型企业和中大型企业的应用场景需求，接入设备的网管系统性能管理需要监测统计接入设 备的内存利用率，CPU占用率；统计接入设备的注 册相关参数以及会话相关参数。注册相关参数有： 当前注册成功用户数、注册成功次数和注册失败次 数。当前注册成功用户数指已经注册成功且未注销 的用户数；注册成功次数指以小时为单位统计每小 时的注册成功的次数，包括重注册；注册失败数指 以小时为单位统计每小时的注册失败的次数，包括 重注册。会话相关参数包括：接收的呼入呼叫次 数、应答的呼入呼叫次数、接通的呼入呼叫次数、 失败的呼入呼叫次数、试占的呼出呼叫次数、应答 的呼出呼叫次数、接通的呼出呼叫次数、失败的呼 出呼叫次数、丢弃的呼叫次数以及总呼叫时长。网 管系统通过周期性采集这些性能参数来进行监测， 以方便网络维护人员随时了解接入设备的性能，从 而更方便的管理接入设备。用场景下，IMS接入设备告警管理和性能管理的不同需求。作者简介：张瑞利（1986-），女，陕西省渭南市，硕士研究生，主要研究方向：SIP、IMS网络。参考文献1 张智江，李永，刘洪宁，等（et al）. IMS业务关键技 术与实现M.北京：人民邮电出版社，2008.Zhang Zhijiang,Li Yong,Liu Hongning,etal. Implementation of the Key Techniques In IMSM.Beijing