在Ubuntu 18.04上用Docker Compose一键部署OAI 5G核心网（v1.4.0镜像版）

在Ubuntu 18.04上快速部署OAI 5G核心网的完整实践指南

对于5G技术开发者和学习者而言，搭建一个可运行的核心网环境是理解5G架构和协议的重要一步。OpenAirInterface（OAI）作为开源的5G软件实现，为研究和开发提供了便利。本文将详细介绍如何在Ubuntu 18.04系统上，利用Docker Compose快速部署OAI 5G核心网v1.4.0版本，帮助您绕过复杂的配置过程，直接进入5G核心网的实践环节。

1. 环境准备与优化

在开始部署之前，我们需要确保系统环境满足基本要求并进行了必要的优化配置。Ubuntu 18.04作为长期支持版本，提供了稳定的基础，但默认配置可能需要调整以获得更好的性能。

1.1 系统更新与基础配置

首先执行系统更新，确保所有软件包都是最新版本：

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

接下来安装一些基础工具，这些将在后续步骤中发挥作用：

sudo apt install -y curl gnupg2 software-properties-common apt-transport-https ca-certificates git python3-pip

1.2 Docker环境配置

Docker是本次部署的核心组件，正确的安装和配置至关重要。以下是经过优化的安装步骤：

1. 卸载旧版本Docker（如已安装）：

   sudo apt remove docker docker-engine docker.io containerd runc

2. 设置Docker仓库：

   curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add - sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

3. 安装Docker引擎：

   sudo apt update sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

4. 验证Docker安装：

   sudo docker run hello-world

5. 配置Docker镜像加速（针对国内用户）：

   sudo mkdir -p /etc/docker sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF' { "registry-mirrors": ["https://your-mirror.mirror.aliyuncs.com"] } EOF sudo systemctl daemon-reload sudo systemctl restart docker

1.3 Docker Compose安装

虽然Ubuntu仓库提供了docker-compose，但版本可能较旧。我们推荐通过pip安装最新版本：

sudo pip3 install --upgrade pip sudo pip3 install docker-compose

验证安装：

docker-compose --version

2. OAI核心网镜像获取与准备

OAI 5G核心网由多个组件构成，每个组件都有对应的Docker镜像。由于镜像体积较大，正确的获取方式可以节省大量时间。

2.1 镜像拉取策略

官方镜像位于Docker Hub，但直接拉取可能速度较慢。我们提供几种优化方案：

1. 直接拉取（适合网络条件好的用户）：

   docker pull oaisoftwarealliance/oai-amf:v1.4.0 docker pull oaisoftwarealliance/oai-smf:v1.4.0 docker pull oaisoftwarealliance/oai-nrf:v1.4.0 docker pull oaisoftwarealliance/oai-spgwu-tiny:v1.4.0

2. 使用镜像加速服务（推荐）：

   docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/oai/oai-amf:v1.4.0 docker tag registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/oai/oai-amf:v1.4.0 oai-amf:v1.4.0

3. 预先下载的镜像导入：

   docker load < oai-amf-v1.4.0.tar

2.2 核心网组件镜像列表

完整的OAI 5G核心网v1.4.0版本需要以下镜像：

组件名称	官方镜像地址	功能描述
AMF	oaisoftwarealliance/oai-amf:v1.4.0	接入和移动性管理功能
SMF	oaisoftwarealliance/oai-smf:v1.4.0	会话管理功能
NRF	oaisoftwarealliance/oai-nrf:v1.4.0	网络功能注册
SPGW-U-Tiny	oaisoftwarealliance/oai-spgwu-tiny:v1.4.0	用户平面功能
UDM	oaisoftwarealliance/oai-udm:v1.4.0	统一数据管理
UDR	oaisoftwarealliance/oai-udr:v1.4.0	统一数据存储
AUSF	oaisoftwarealliance/oai-ausf:v1.4.0	认证服务器功能
NSSF	oaisoftwarealliance/oai-nssf:v1.4.0	网络切片选择功能
TRF-GEN	oaisoftwarealliance/trf-gen-cn5g:latest	流量生成工具

2.3 代码仓库克隆与准备

除了Docker镜像，我们还需要获取OAI核心网的配置文件和部署脚本：

mkdir ~/oai && cd ~/oai git clone https://gitlab.eurecom.fr/oai/cn5g/oai-cn5g-fed.git cd oai-cn5g-fed git checkout -f v1.4.0 ./scripts/syncComponents.sh

3. 网络配置与容器编排

正确的网络配置是OAI核心网正常运行的关键。本节将指导您完成必要的网络设置和容器编排配置。

3.1 Docker网络创建

OAI核心网组件需要通过特定的网络进行通信。我们需要创建一个自定义的Docker网络：

docker network create \ --driver=bridge \ --subnet=192.168.70.128/26 \ -o "com.docker.network.bridge.name"="demo-oai" \ demo-oai-public-net

验证网络创建：

docker network ls ifconfig demo-oai

3.2 系统网络参数调整

为了确保网络功能正常，需要调整一些系统参数：

sudo sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding=1 sudo iptables -P FORWARD ACCEPT

为了使这些设置在重启后依然有效，可以将其添加到系统配置中：

echo "net.ipv4.conf.all.forwarding=1" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf sudo sysctl -p

3.3 容器编排文件解析

OAI核心网使用docker-compose进行编排。主要配置文件为docker-compose-mini-nonrf.yaml，其关键部分包括：

version: '3.8' services: oai-amf: image: oai-amf:v1.4.0 container_name: oai-amf networks: demo-oai-public-net: ipv4_address: 192.168.70.132 environment: - TZ=Europe/Paris - AMF_INTERFACE_NAME_FOR_NGAP=eth0 - AMF_INTERFACE_NAME_FOR_N11=eth0 volumes: - ./amf.conf:/opt/oai-amf/etc/amf.conf

4. 核心网启动与验证

一切准备就绪后，我们可以启动OAI 5G核心网并进行基本功能验证。

4.1 一键启动脚本使用

OAI提供了方便的Python脚本来管理核心网生命周期：

cd ~/oai/oai-cn5g-fed python3 core-network.py --type start-basic

启动后，可以使用以下命令检查容器状态：

docker ps -a

预期输出应显示所有核心网组件容器处于运行状态：

CONTAINER ID IMAGE COMMAND STATUS PORTS NAMES a1b2c3d4e5f6 oai-amf:v1.4.0 "/bin/bash /opt/oai-…" Up 5 minutes oai-amf ...

4.2 组件日志查看与监控

各组件日志是排查问题的重要依据：

查看AMF日志：

docker logs oai-amf -f

查看SMF日志：

docker logs oai-smf -f

4.3 基本功能测试

1. 检查网络连通性：

   docker exec -it oai-amf ping 192.168.70.129

2. 使用curl测试NRF服务发现：

   curl -X GET http://192.168.70.129:8080/nnrf-nfm/v1/nf-instances

3. 模拟UE注册流程（需要额外工具）：

   docker run --rm -it --network demo-oai-public-net oai-ue:latest ./nr-ue -c ue.conf

4.4 常见问题排查

以下是部署过程中可能遇到的典型问题及解决方案：

1. 容器启动失败：

   • 检查Docker日志：journalctl -u docker.service
   • 验证镜像完整性：docker images

2. 网络连接问题：

   • 确认网桥存在：brctl show
   • 检查IP分配：docker inspect <container_id>

3. 服务注册失败：

   • 确认NRF运行正常
   • 检查各组件配置文件中的NRF地址

4. 性能问题：

   • 增加Docker资源限制
   • 考虑使用主机网络模式

5. 进阶配置与优化

基础部署完成后，可以根据需求进行更深入的配置和优化。

5.1 配置文件定制

每个核心网组件都有对应的配置文件，位于oai-cn5g-fed目录下。例如AMF的配置文件amf.conf包含重要参数：

[AMF] amf_name = "OAI-AMF" ngap_ip_addr = "192.168.70.132"

5.2 数据库持久化配置

默认情况下，UDM/UDR使用临时存储。可以配置MySQL数据库实现数据持久化：

services: mysql: image: mysql:5.7 environment: MYSQL_ROOT_PASSWORD: linux volumes: - mysql-data:/var/lib/mysql volumes: mysql-data:

5.3 性能调优建议

1. 调整Docker资源限制：

   docker update --cpus 2 --memory 4g oai-amf

2. 使用主机网络模式（提升性能但降低隔离性）：

   network_mode: "host"

3. 启用Docker构建缓存：

   docker build --build-arg BUILDKIT_INLINE_CACHE=1 -t oai-amf:v1.4.0 .

5.4 安全加固措施

1. 修改默认凭证：

   docker exec -it oai-amf bash -c "sed -i 's/default_password/strong_password/' /opt/oai-amf/etc/amf.conf"

2. 限制网络暴露：

   docker network create --internal demo-oai-internal-net

3. 启用TLS加密：

   environment: - USE_TLS=true

6. 开发与测试环境集成

将OAI核心网集成到开发流程中，可以更高效地进行5G相关开发工作。

6.1 CI/CD管道配置示例

以下是一个GitLab CI配置示例，用于自动化构建和测试：

stages: - build - test - deploy build_amf: stage: build script: - docker build -t oai-amf:latest ./amf - docker push registry.example.com/oai-amf:latest test_core: stage: test script: - docker-compose -f docker-compose-test.yml up -d - ./run_tests.sh

6.2 单元测试与集成测试

OAI提供了一些测试工具和框架：

1. 运行基础测试套件：

   cd ~/oai/oai-cn5g-fed ./scripts/run_tests.sh basic

2. 编写自定义测试用例（Python示例）：

   import requests def test_nrf_discovery(): response = requests.get("http://192.168.70.129:8080/nnrf-nfm/v1/nf-instances") assert response.status_code == 200 assert len(response.json()) > 0

6.3 与gNB集成测试

完整的5G系统测试需要接入无线部分：

1. 配置gNB连接参数：

   [AMF] guami = ["0x01", "0x02", "0x03"] plmn_support = ["00101"]

2. 启动gNB模拟器：

   docker run --network demo-oai-public-net oai-gnb:latest ./nr-gnb -c gnb.conf

3. 验证注册流程：

   docker logs oai-amf -f | grep "Registration Request"

7. 实际应用场景扩展

基础部署完成后，可以进一步扩展以满足不同场景需求。

7.1 多切片配置示例

在nssf.conf中配置网络切片：

[Slice] sst=1 sd=0x010203

7.2 边缘计算集成

将UPF部署在边缘节点：

oai-spgwu-tiny: deploy: placement: constraints: - node.role == worker

7.3 与第三方应用集成

通过NEF（网络开放功能）暴露能力：

curl -X POST http://192.168.70.129:8080/nef/v1/api -d '{"ue_id":"imsi-001010000000001"}'

7.4 性能监控与告警

配置Prometheus监控：

monitoring: image: prom/prometheus ports: - "9090:9090" volumes: - ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml

8. 资源清理与维护

当不再需要核心网环境时，应正确清理资源。

8.1 优雅停止核心网

使用脚本停止所有服务：

python3 core-network.py --type stop-mini

8.2 日志归档

保存重要日志供后续分析：

mkdir -p logs docker logs oai-amf > logs/amf-$(date +%Y%m%d).log docker logs oai-smf > logs/smf-$(date +%Y%m%d).log

8.3 容器与镜像清理

删除不再使用的容器和镜像：

docker system prune -f docker volume prune -f

8.4 系统还原

如果需要完全清除OAI相关配置：

sudo rm -rf ~/oai docker network rm demo-oai-public-net