核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘及功用探討

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，通信網(wǎng)絡(luò)日新月異，手機(jī)等智能終端越來越普及，國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商投入大量資金以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模并對其進(jìn)行升級換代，移動通信網(wǎng)絡(luò)由以前的2G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到5G網(wǎng)絡(luò)，移動網(wǎng)絡(luò)用戶和各種網(wǎng)絡(luò)App也在不斷增多，這些帶動了網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)/數(shù)據(jù)挖掘的快速發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營期間，管理人員需要及時獲取并分析大量的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)信息，全面了解移動通信用戶的網(wǎng)絡(luò)狀況，以進(jìn)行相應(yīng)的故障處理、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等相關(guān)操作?；诖?，文章結(jié)合實際工作情況，首先說明了4G核心網(wǎng)的基本組成和相關(guān)概念，其次闡述了核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析要點以及核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)采集方案相關(guān)內(nèi)容，最后介紹了核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘/分析的功用，希望能夠給同行提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：核心網(wǎng)；數(shù)據(jù)挖掘；移動通信用戶行為；應(yīng)用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.051

中圖分類號：TN 929.5" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）05-0-03

Abstract： With the continuous development and progress of science and technology， communication networks are changing with each passing day， and smart terminals such as mobile phones are becoming more and more popular. Domestic and foreign network operators have invested a lot of money to expand the network scale and upgrade it. Mobile communication networks have developed from 2G networks to 5G networks， and mobile network users and various network Apps are also increasing， which has led to the rapid development of network big data/data mining. During the network operation， the management personnel need to obtain and analyze a large number of network user data information in time to fully understand the network status of mobile communication users， so as to carry out corresponding fault handling， network expansion and other related operations. Based on this， the article first explains the basic composition and related concepts of the 4G core network， then introduces the key points of the core network big data analysis， the core network big data collection program， and finally introduces the functions of the core network big data mining/analysis， hoping to provide some help to peers.

Key words： core network; data mining; mobile communication user behavior; application

移動通信經(jīng)過多年的發(fā)展，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日趨成熟，5G網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)入規(guī)?；渴痣A段，終端用戶數(shù)、業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)類型逐年增加，運(yùn)營商之間的競爭也日趨激烈。隨著運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)日趨龐大，為了進(jìn)一步的提升用戶體驗，提高投入產(chǎn)出比，促使網(wǎng)絡(luò)收益最大化，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率，對網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尤其是對移動通信網(wǎng)絡(luò)中的核心網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如對性能、告警、日志、網(wǎng)絡(luò)App業(yè)務(wù)量、用戶投訴、CDR（Call history record，呼叫記錄）等的分析，獲取有價值的信息，采取相應(yīng)的行為舉措對運(yùn)營商來說就顯得非常重要。

1" 核心網(wǎng)組網(wǎng)

通常情況下，無線接入層、核心網(wǎng)絡(luò)層和智能業(yè)務(wù)層是一個完整的移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。核心網(wǎng)能夠?qū)o線接入網(wǎng)、智能業(yè)務(wù)網(wǎng)和其他PLMN/PSTN等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效連接和實時消息通信[1]。通過管理人員的日常操作和維護(hù)，核心網(wǎng)能夠在特定環(huán)境下對網(wǎng)絡(luò)用戶位置信息、網(wǎng)絡(luò)功能和智能業(yè)務(wù)等進(jìn)行綜合管理和控制，并能借助相關(guān)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)用戶行為進(jìn)行綜合地或?qū)崟r地分析和處理，實際的核心網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示（以4G EPC+VoLTE IMS核心網(wǎng)為例）。

由圖1可知，4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（EPC）和VoLTE語音以及短信業(yè)務(wù)是4G核心網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)，其主要邏輯網(wǎng)元和相關(guān)基本功能如下。

1.1 EPC（Evolved Packet Core）

EPC主要由MME、SGW、PGW、EPC HSS、PCRF、Gn/Gp DNS、PS CG、AAA、ePDG等邏輯網(wǎng)元構(gòu)成。

（1）MME（Mobility Management Entity）：移動性管理實體，實現(xiàn)移動性管理、會話管理、用戶鑒權(quán)、密鑰管理、PGW/SGW選擇等功能。

（2）SGW（Serving Gateway）：業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能、E-NodeB間切換的錨點和路由優(yōu)化等功能。

（3）PGW（PDN（Public Data Network，公共數(shù)據(jù)網(wǎng)）GateWay）：PDN網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)，終端IP地址分配和接入外部PDN的網(wǎng)關(guān)等功能。

（4）EPC HSS（EPC Home Subscriber Server）：歸屬用戶服務(wù)器，存儲LTE網(wǎng)絡(luò)中所有用戶信息及與用戶業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（5）PCRF（Policy and Charging Rules Function）：策略和計費(fèi)規(guī)則功能，完成對用戶數(shù)據(jù)報文的策略和計費(fèi)控制。為每用戶定義不同業(yè)務(wù)/套餐的計費(fèi)規(guī)則，同時提供QoS（Quality of Service）策略，為不同業(yè)務(wù)提供不同優(yōu)先級、帶寬等的QoS保障。

（6）Gn/Gp DNS：Gn/Gp口的Domain Name System，域名解析協(xié)議。

（7）PS CG（Packet Switch Charging Gateway）：數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)的計費(fèi)網(wǎng)關(guān)，存儲數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)用戶話單（CDR）。

（8）AAA（Authentication Authorization and Accounting）：驗證、授權(quán)和記賬網(wǎng)元。

1.2 IMS（IP Multimedia Subsystem）

VoLTE IMS主要由SBC、CSCF、VoLTE AS/SSS、MRF、IMS HSS、MGCF/IM-MGW、PCRF、GBA和IMS CG等網(wǎng)元構(gòu)成。

（1）SBC（Session Border Controller，邊緣會話控制器）：包含P-CSCF，ATCF/ATGW、ISBC、CSCF等功能模塊。

①P-CSCF（Proxy CSCF）：P-CSCF提供注冊鑒權(quán)、信令保護(hù)、信令壓縮、媒體授權(quán)、QoS控制、信令路由、緊急呼叫、漫游計費(fèi)等功能。是IMS中與用戶的第一個鏈接點。

②ATCF/ATGW：是VoLTE用戶在當(dāng)前所在網(wǎng)絡(luò)的控制面和媒體面的錨點，在發(fā)生eSRVCC切換時，將VoLTE用戶接入側(cè)的媒體面從LTE切換到2G/3G的CS（Circuit Switch）網(wǎng)絡(luò)，并保持媒體面的接續(xù)。

③ASBC（Access SBC，接入邊緣會話控制器）：完成IMS用戶的業(yè)務(wù)接入等功能。通常ASBC、P-CSCF和ATCF等網(wǎng)元是融合部署的。

④ISBC（Interconnect SBC，互連互通邊緣會話控制器）：通過SIP實現(xiàn)與其他IMS多媒體網(wǎng)絡(luò)的互連互通，保障本IMS網(wǎng)絡(luò)的安全等功能。

（2）CSCF（Call Session Control Function，會話控制和路由）：包含S-CSCF和I-CSCF。

①S-CSCF（Server CSCF）：S-CSCF在IMS網(wǎng)絡(luò)會話控制中處于核心地位，它接受來自拜訪網(wǎng)絡(luò)通過P-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)來的注冊請求，與IMS HSS配合進(jìn)行用戶鑒權(quán)，并從HSS處下載用戶簽約的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行AS（Application Server）業(yè)務(wù)觸發(fā)。

②I-CSCF（interrogating CSCF）：是歸屬網(wǎng)絡(luò)的入口點，提供S-CSCF指派、路由查詢等功能。通常I-CSCF和S-CSCF在部署中是合一的，合一名稱為I-/C-CSCF。

2" 核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析要點及作用

（1）對于語音業(yè)務(wù)，相關(guān)維護(hù)系統(tǒng)能夠及時查詢和分析用戶號碼的位置更新（時間點，地點等），并在最短時間內(nèi)找出網(wǎng)絡(luò)熱點的覆蓋區(qū)域。對與位置更新失敗的區(qū)域要分析原因是覆蓋不好還是網(wǎng)絡(luò)故障。如發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)斷站、傳輸中斷的異常情況，對相關(guān)突發(fā)情況及時反映給相關(guān)通信管理人員，尤其是在對語音業(yè)務(wù)進(jìn)行處理期間，要考慮通話時間、時長、通話頻率、掉話率、切換成功率，分析出有問題的小區(qū)或站點，全面應(yīng)用并掌握不同業(yè)務(wù)繁忙的時間和區(qū)域，對容量不足的區(qū)域要考慮擴(kuò)容管理，對有問題的站點和短信等內(nèi)容要及時維護(hù)處理。

（2）對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，目前國內(nèi)用戶主要享用4G網(wǎng)絡(luò)，速率通常在100 kbps左右。核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員可以借助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)，統(tǒng)計和分析一段時間內(nèi)，各知名社交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對應(yīng)的用戶流量，如Ticktok、Wechat、Taobo、91 porn、Twitter、YouTube、Facebook、Google、Baidu等App，統(tǒng)計各VIP用戶對應(yīng)的主要業(yè)務(wù)流、相關(guān)區(qū)域?qū)?yīng)的總流量，流量異常降低等情況。維護(hù)人員可以通過分析找出業(yè)務(wù)量大的App或相關(guān)軟件平臺后，首先可以考慮在遠(yuǎn)離中心核心機(jī)房部署相關(guān)的App應(yīng)用服務(wù)器或Cache系統(tǒng)，以提升用戶體驗，如Google在多個業(yè)務(wù)相對發(fā)展較快的國家都部署有二級Google訪問服務(wù)器，以滿足用戶的快速查詢需求。其次針對于有營銷需求的系統(tǒng)，為了更好地推廣業(yè)務(wù)，可以讓App公司向運(yùn)營商投入適當(dāng)建設(shè)資金，要求運(yùn)營商對用戶訪問其網(wǎng)站免費(fèi)。一方面運(yùn)營商可以推廣其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)套餐，另一方面也可以推廣App公司的業(yè)務(wù)并提升其銷售業(yè)務(wù)量。與此同時，對于某一地區(qū)業(yè)務(wù)量的波動（流量突增或驟降）要分析用戶行為或網(wǎng)絡(luò)原因，用戶白天在市中心上班，晚上到郊區(qū)居?。ㄈ绫本┲行膮^(qū)和通州區(qū)）；節(jié)假日或大型活動等人流的遷徙或積聚導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量變化較大等。如果某段時間業(yè)務(wù)量驟降，很有可能是網(wǎng)絡(luò)故障，還有可能是傳輸中斷、核心網(wǎng)設(shè)備故障導(dǎo)致計費(fèi)系統(tǒng)異常等原因引起的，可以采取處理故障以及部署流動基站或站點擴(kuò)容等方案解決。最后對于負(fù)荷較大的IMS或EPC系統(tǒng)或某些熱點區(qū)域，要考慮提前規(guī)劃和及時擴(kuò)容，核心網(wǎng)側(cè)和無線側(cè)都要擴(kuò)，如節(jié)假日的火車站，重要會議地區(qū)，節(jié)假日的旅游勝地；新建小區(qū)開發(fā)商新交房的區(qū)域等，都會給運(yùn)營商帶來巨大的擴(kuò)容商機(jī)。

3" 核心網(wǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集方案探討

核心網(wǎng)在移動通信網(wǎng)絡(luò)中處于核心層，地位非常重要，每時每刻都有大量用戶在使用數(shù)據(jù)、語音等網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，確保核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行是第一要務(wù)，對于核心網(wǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集基于項目經(jīng)驗有以下三種方案。

（1）從上級網(wǎng)管系統(tǒng)獲取核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能和告警數(shù)據(jù)，可以以小時粒度或5分鐘粒度來提取，如鑒權(quán)用戶數(shù)KPI、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶數(shù)KPI、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)吞吐量KPI、IMS附著用戶數(shù)KPI、IMS媒體面話務(wù)量（ERL值）KPI、各網(wǎng)元或VNF模塊或虛機(jī)的CPU利用率KPI等。對于告警數(shù)據(jù)，可以從網(wǎng)管系統(tǒng)導(dǎo)出實時嚴(yán)重告警、重要告警和歷史告警等數(shù)據(jù)。這種方案需要采集關(guān)鍵KPI或告警信息，數(shù)據(jù)種類有限。

（2）端口鏡像方案：部署獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過交換機(jī)端口鏡像的方案把關(guān)鍵業(yè)務(wù)消息采集到本地，根據(jù)各種協(xié)議規(guī)范，解析相關(guān)消息并存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，然后集中分析。如通過4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的SGi口（PGW-internet）采集各種數(shù)據(jù)碼流、目標(biāo)和原IP端口地址等；通過Gx口（PGW-PCRF）采集用戶相關(guān)套餐、用量信息或QoS信息等；通過S2b口（ePDG-PGW）采集VoWifi終端上網(wǎng)時的IP地址等。這種方案對現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)影響較小，數(shù)據(jù)采集信息量大，可以全面采集各種業(yè)務(wù)信息，效率相對低。

（3）系統(tǒng)對接方案：新部署數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)各邏輯網(wǎng)元/VNF互聯(lián)互通，直接通過核心網(wǎng)側(cè)相關(guān)接口對上報的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種數(shù)據(jù)采集比較精確高效，可以彌補(bǔ)第一種采集方案的不足。

4" 核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘/分析的功用探討

（1）對網(wǎng)絡(luò)用戶：網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員通過大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化或擴(kuò)容，可以大大提升切換成功率，降低掉話率，提升數(shù)據(jù)下載速率，可以有效提升用戶體驗，減少網(wǎng)絡(luò)投訴，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)用戶滿意度。

（2）對運(yùn)營商：一方面，用戶體驗增強(qiáng)、網(wǎng)速加快會進(jìn)一步引起語音、短信和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)量的提升，營收也會同步增加；另一方面，在提升ARPU值的同時，也會吸引其他網(wǎng)絡(luò)用戶享受本網(wǎng)業(yè)務(wù)，進(jìn)一步提升本網(wǎng)業(yè)務(wù)的話務(wù)量。

（3）對社會安全的影響：對于核心網(wǎng)大數(shù)據(jù)，除了正常的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維需要，維護(hù)和管理人員還可以通過相關(guān)維護(hù)系統(tǒng)，協(xié)助國家安保人員，調(diào)查和跟蹤相關(guān)犯罪嫌疑人的行為和蹤跡，以間接打擊犯罪分子，保護(hù)人民群眾的生命財產(chǎn)安全不受侵犯等。

參考文獻(xiàn)

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