用戶感知智能分析系統(tǒng)Abis接口信令監(jiān)測(cè)的研究*

李 娟，雒江濤

（重慶郵電大學(xué)通信與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400065）

1 引言

隨著近幾年中國(guó)通信行業(yè)的迅速發(fā)展，各大運(yùn)營(yíng)商為了給終端用戶提供更加便捷的服務(wù)，使終端用戶能夠從主觀上感受到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)，需要一套完整的用戶感知智能分析系統(tǒng)。Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為用戶感知智能分析系統(tǒng)底層處理部分之一，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可行性，對(duì)后期整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警、故障定位和參數(shù)分析起到極其重要的作用。

整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)劃分為若干個(gè)功能獨(dú)立、低耦合且能相互協(xié)作的模塊[1]。目前信令的合成監(jiān)測(cè)方法，是結(jié)合散列算法，按照業(yè)務(wù)類(lèi)型來(lái)創(chuàng)建各業(yè)務(wù)CDR（call data record，呼叫詳細(xì)記錄），并以信令消息流程中的第一條消息作為標(biāo)志性消息來(lái)建立各業(yè)務(wù)CDR，選取消息中的固定字段作為散列Key值，這種方式用在Abis接口的信令CDR合成中，會(huì)使得代碼冗余，降低算法的執(zhí)行效率，并可能導(dǎo)致合成結(jié)果不準(zhǔn)確。針對(duì)當(dāng)前方法的不足，筆者提出了一種新的消息關(guān)聯(lián)合成方案，選取流程中能確定業(yè)務(wù)類(lèi)型的消息作為標(biāo)志性消息，并在創(chuàng)建CDR之前，通過(guò)一種新的預(yù)處理技術(shù)獲取Key值，然后采用散列索引合成方法，向前關(guān)聯(lián)數(shù)條消息，完成業(yè)務(wù)CDR合成。最后，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，將該方案在Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案效果良好。

2 Abis接口協(xié)議模塊

Abis接口上的信令按照協(xié)議模型可以分為3層，分別為物理層、LAPD（link access procedure on the D-channel，D信道上鏈路接入規(guī)程）層以及包含管理應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)狀況等重要信息的第三層。接口的協(xié)議棧[2]如圖1所示。

第一層是基于硬件的底層驅(qū)動(dòng)程序，用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)至物理鏈路；第二層是LAPD協(xié)議，用于接收物理層的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，解決數(shù)據(jù)的封裝問(wèn)題；第三層RR（radio resource，無(wú)線資源）消息在BSC映射到BSSAP（base stationsubsystem application part，基站子系統(tǒng)應(yīng)用部分），大部分RR消息在 BTS（base transceiver station，基站收發(fā)信臺(tái)）只需做透明處理，但是一部分RR消息必須由BTS解釋執(zhí)行（如加密、隨機(jī)接入、尋呼、指配），這部分消息由BTSM（base transceiver station management，BTS 管理）實(shí)體處理[3]。

3 Abis接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。通過(guò)將各功能模塊封裝成不同的DLL(dynamic link library，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))，實(shí)現(xiàn)各功能模塊間的松耦合。

結(jié)合相關(guān)測(cè)試規(guī)范的要求，對(duì)于Abis接口信令監(jiān)測(cè)模塊的研究與開(kāi)發(fā)，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、Abis接口協(xié)議棧解碼、協(xié)議分析等功能。根據(jù)Abis接口軟件處理信令消息數(shù)據(jù)分組的工作流程以及各功能模塊間關(guān)系，設(shè)計(jì)出Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2所示。

采集卡首先從網(wǎng)絡(luò)中捕獲到不同鏈路的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組，并對(duì)原始消息數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行排序、加消息ID等預(yù)處理后，按一定的格式保存在消息緩沖區(qū)中；解碼器從消息緩存中取出消息后對(duì)其進(jìn)行深度的信令分析，按照Abis接口協(xié)議棧逐條逐層次進(jìn)行消息解碼，獲得每條消息的呼叫相關(guān)信息；協(xié)議分析器按照協(xié)議類(lèi)別對(duì)解碼器提供的呼叫信息進(jìn)行呼叫的合成，采用散列技術(shù)，通過(guò)Key值將一次呼叫過(guò)程中相互關(guān)聯(lián)的消息組合到一起，形成一個(gè)完整的CDR流程，得到當(dāng)前協(xié)議相關(guān)的一次呼叫過(guò)程結(jié)果；統(tǒng)計(jì)分析模塊結(jié)合合成結(jié)果統(tǒng)計(jì)出表，以文件的形式保存在磁盤(pán)中，便于上層應(yīng)用處理；最后根據(jù)用戶的需要顯示出合成的結(jié)果[4]。

4 Abis接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 Abis接口協(xié)議解碼分析與實(shí)現(xiàn)

在Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，協(xié)議解碼模塊是系統(tǒng)其他模塊的基礎(chǔ)。解碼的目的是把信令二進(jìn)制流中的數(shù)據(jù)翻譯為有邏輯意義的信息，供CDR合成模塊調(diào)用。主要完成的功能包括消息特征參數(shù)的提取、消息初解碼和消息詳細(xì)解碼。根據(jù)Abis接口的消息格式，所有的消息均由消息頭和消息體組成，通過(guò)對(duì)消息頭進(jìn)行解碼，判別出消息類(lèi)型，由消息類(lèi)型值匹配到對(duì)應(yīng)的消息格式列表進(jìn)行逐字節(jié)解碼，完成Abis接口消息內(nèi)容的解碼[5]。

4.2 Abis接口呼叫合成功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呼叫合成監(jiān)測(cè)主要完成消息流程的合成，也叫CDR合成，是完成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)功能的關(guān)鍵。主要是根據(jù)用戶需求將網(wǎng)絡(luò)中的消息按照信令流程進(jìn)行歸類(lèi)，采用散列算法完成查找功能，利用合成關(guān)鍵信息Key作為散列表的關(guān)鍵字，并通過(guò)關(guān)鍵字Key值把這些消息聯(lián)系到一起，實(shí)現(xiàn)一次完整的呼叫過(guò)程，從而完成呼叫跟蹤和呼損統(tǒng)計(jì)等高級(jí)功能[6]。

4.2.1 消息預(yù)處理設(shè)計(jì)

Abis接口的信令CDR合成采用散列算法，建立關(guān)鍵字Key和待查找信息的存儲(chǔ)地址映射關(guān)系H(Key)，使每個(gè)關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)存儲(chǔ)地址，通過(guò)映射關(guān)系直接找到關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)地址，進(jìn)行散列節(jié)點(diǎn)的插入和刪除操作，該算法的核心就是選取一個(gè)合適關(guān)鍵字Key。通信過(guò)程中，不同通信流程所處的小區(qū)位置和占用的信道號(hào)是不同的，所以在進(jìn)行Abis接口信令CDR合成時(shí)，選用位置區(qū)碼（LAC）、小區(qū)標(biāo)識(shí)（CI）和信道號(hào)（channel number）作為合成散列Key值。由于LAC和CI只存在于特定的系統(tǒng)消息中，但是在進(jìn)行CDR合成時(shí)，并不是每一通信流程都包括這些特定的系統(tǒng)消息，而LAC、CI又是合成所需的關(guān)鍵字Key，所以怎么獲取LAC、CI成為整個(gè)CDR合成的關(guān)鍵。

通過(guò)閱讀相關(guān)協(xié)議規(guī)范，考慮到同一CDR流程中的采集機(jī)機(jī)器號(hào)Mac、采集卡卡號(hào)Card、端口號(hào)Port、E1鏈路時(shí)隙號(hào)E1Tn、終端設(shè)備標(biāo)識(shí)（TEI）都是一樣的，因此，采用散列查找方法，選取 Mac、Card、Port、E1Tn 和 TEI作為查找LAC、CI散列表的Key值，由Key值索引出對(duì)應(yīng)系統(tǒng)消息里的LAC和CI值，并記錄當(dāng)前Key值對(duì)應(yīng)的LAC和CI值，此時(shí)就獲取到了當(dāng)前Key值對(duì)應(yīng)的LAC和CI值；當(dāng)收到下一條不同Key值的消息，則采用相同的方法，將新的LAC和CI值節(jié)點(diǎn)添加到散列表中。后期創(chuàng)建業(yè)務(wù)CDR時(shí)，只需查找LAC、CI散列表即可獲取到CDR合成散列表的Key值。

4.2.2 消息關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

Abis接口的信令流程中，由于每一組完整的信令流程都包含初始化消息，在進(jìn)行CDR合成時(shí)，若以第一條消息作為標(biāo)志性消息來(lái)創(chuàng)建CDR，則無(wú)法確定進(jìn)行的哪一流程的合成，則以流程中的某一關(guān)鍵消息作為其標(biāo)志性消息，例如，移動(dòng)被叫流程就以paging response消息作為其標(biāo)志性消息來(lái)創(chuàng)建CDR，然后再以當(dāng)前消息的某些關(guān)鍵字段值作為初始化消息散列表的Key值，向前關(guān)聯(lián)各初始化消息，將其添加到移動(dòng)被叫CDR合成流程中。

移動(dòng)被叫流程在Abis接口中的部分信令流程如圖3所示。圖中，paging response需向前關(guān)聯(lián)4條消息，根據(jù)本設(shè)計(jì)的處理方案，需事先保存被關(guān)聯(lián)消息的信息，考慮到散列算法的優(yōu)越性，在收到channel REQ消息時(shí)，根據(jù)KeyA創(chuàng)建ReqHash；當(dāng)收到channel ACT消息，根據(jù)KeyB創(chuàng)建ACTHash；當(dāng)收到channel ACT ACK消息，刪除KeyB對(duì)應(yīng)的 ACTHash，再根據(jù) KeyC創(chuàng)建 ACKHash，完成channel ACT消息同channel ACT ACK消息的關(guān)聯(lián)；當(dāng)收到IMM ASS CMD消息，根據(jù)當(dāng)前消息的KeyD值來(lái)獲取前一條消息的散列Key值，若關(guān)聯(lián)到，就將前一條消息的散列節(jié)點(diǎn)添加到當(dāng)前消息的散列節(jié)點(diǎn)，并刪除前一條消息散列表Key值對(duì)應(yīng)的散列節(jié)點(diǎn)，完成IMM ASS CMD消息同前3條消息的關(guān)聯(lián)。最后，在收到業(yè)務(wù)CDR合成的標(biāo)志性消息后，采用同樣的處理方式，向前關(guān)聯(lián)各初始化消息，最終完成整個(gè)業(yè)務(wù)CDR的合成。

4.2.3 CDR合成設(shè)計(jì)

Abis接口的CDR合成是以基本呼叫合成信息成功提取作為根本出發(fā)點(diǎn)的，可以分為移動(dòng)主叫過(guò)程CDR、移動(dòng)被叫過(guò)程CDR、位置更新過(guò)程CDR、切換過(guò)程CDR、短信過(guò)程CDR和接入失敗CDR。每一個(gè)CDR都由多條消息構(gòu)成，每條消息所攜帶的信息參數(shù)都可以說(shuō)明某個(gè)過(guò)程的某個(gè)動(dòng)作，對(duì)一個(gè)呼叫記錄產(chǎn)生影響。因此，對(duì)合成的處理就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)這些消息的信息處理[7]。

通過(guò)對(duì)每條消息單獨(dú)分析，然后通過(guò)一個(gè)獲取解碼結(jié)果的函數(shù)，將解碼結(jié)果表中的CDR相關(guān)信息提取出來(lái)；對(duì)于移動(dòng)被叫過(guò)程，paging response消息作為其流程中的標(biāo)志性消息，首先判斷當(dāng)前消息是否為paging response消息，如果是，則向前關(guān)聯(lián)消息，并創(chuàng)建被叫流程的CDR，設(shè)定CDR的屬性值；在接電話的同時(shí)可能會(huì)收到短信，當(dāng)收到CP-DATA消息時(shí)，設(shè)定CDR類(lèi)型為SMS，否則設(shè)定為被叫CALLED，并修改CDR屬性；最后，當(dāng)收到FR信道釋放響應(yīng)消息之后，則結(jié)束CDR，并將CDR存盤(pán)。移動(dòng)被叫過(guò)程的CDR合成實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

4.3 Abis接口統(tǒng)計(jì)模塊分析與實(shí)現(xiàn)

Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最核心的功能就是向網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員提供實(shí)時(shí)、詳細(xì)、準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。通過(guò)查看統(tǒng)計(jì)結(jié)果，網(wǎng)優(yōu)人員可以快速準(zhǔn)確地分析網(wǎng)絡(luò)性能狀態(tài)，定位網(wǎng)絡(luò)故障，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。

Abis接口的統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)整體方案如圖5所示。主要基于CDR結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在Abis接口CDR合成模塊設(shè)置觀察者線程，并在CDR結(jié)束時(shí)，調(diào)用m_cdrChangeObserver->OnCDREnd()函數(shù)，觸發(fā)Abis統(tǒng)計(jì)觀察模塊，通過(guò)Abis統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)模塊完成各業(yè)務(wù)CDR相關(guān)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，并生成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，最后通過(guò)入庫(kù)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)提供給上層應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行分析處理[1]。

5 結(jié)果驗(yàn)證與分析

將采集到的Abis接口原始消息數(shù)據(jù)送至Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到如圖6所示的仿真結(jié)果，圖中顯示的是Abis接口移動(dòng)被叫CDR合成流程。BTS向BSC發(fā)一條申請(qǐng)信道消息，里面攜帶申請(qǐng)信道參數(shù)；BSC收到申請(qǐng)信道消息后，開(kāi)始為此次呼叫分配SDCCH信道，同時(shí)向BTS發(fā)送一條信道激活消息；BTS收到信道激活消息后，隨即向BSC發(fā)送一條信道激活消息的應(yīng)答消息，開(kāi)始在SACCH信道發(fā)送和接收消息；BSC通過(guò)向BTS發(fā)送立即指配消息，告知被叫用戶有關(guān)使用的SDCCH信道情況，例如尋呼方式等；尋呼響應(yīng)消息表明尋呼應(yīng)答成功，同時(shí)會(huì)攜帶被叫用戶的電話號(hào)碼。這是一次被叫已應(yīng)答的成功呼叫，與協(xié)議規(guī)范中的實(shí)際通信流程相吻合，證明了該CDR合成方法正確，達(dá)到了預(yù)期效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Abis接口協(xié)議棧消息及流程的深入分析和研究，筆者提出了一種符合測(cè)試規(guī)范要求的Abis接口信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用了一種模塊化設(shè)計(jì)思想，使軟件體系結(jié)構(gòu)更清晰，便于模塊的移植和系統(tǒng)集成；針對(duì)目前Abis接口信令合成監(jiān)測(cè)算法的不足，結(jié)合散列算法，提出了一種新的CDR建立方法，提高了程序運(yùn)行的效率以及代碼的可讀性，解決了協(xié)議測(cè)試過(guò)程中的一些技術(shù)難題；摒棄以往選取固定字段作為散列Key值，通過(guò)前期掃描預(yù)處理操作獲取散列算法Key值。測(cè)試結(jié)果表明本方案程序穩(wěn)定可靠，有效可行，完全符合監(jiān)測(cè)要求，對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 李勇，雒江濤．軟交換網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)SIP協(xié)議監(jiān)測(cè)方案.電訊技術(shù)，2012(1):39～41

2 華為M900/M1800基站子系統(tǒng)信令分析手冊(cè)，2003

3 韓斌杰編著．GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

4 陳玉花，張治中．TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)Iu-PS口監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究.數(shù)字通信，2009(10):77～80

5 3GPP TS 0858.DigitalCellularTelecommunicationsSystem(Phase 2+)；Base Station Controller-Base Transceiver Station(BSC-BTS)Interface;Layer 3 Specification，2001

6 鄔麗芬，張治中．TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)Iu-CS接口CDR合成監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電視技術(shù)，2011(5):109～112

7 左書(shū)川，雒江濤，舒忠玲.GSM通信系統(tǒng)中多業(yè)務(wù)呼叫合成方法.中國(guó):200910104002.4，2009