GSM-R中跨SGSN更新時(shí)源SGSN域名解析數(shù)據(jù)的智能生成方案設(shè)計(jì)

韓 蕾

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)公司北京鐵路通信技術(shù)中心，北京 100038)

2016 年，中國(guó)鐵路的GSM-R 網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)按規(guī)劃完成建設(shè)。全路在18 個(gè)鐵路局所在地、拉薩共設(shè)置19 個(gè)核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。2018 年開(kāi)始，各路局的核心網(wǎng)設(shè)備陸續(xù)開(kāi)始更新改造。上海、廣州、武漢、濟(jì)南已經(jīng)完成新設(shè)備入網(wǎng)，全路共設(shè)置23 個(gè)SGSN。為了實(shí)現(xiàn)正常的路由區(qū)更新，源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)需涵蓋所有跨SGSN 切換的場(chǎng)景，對(duì)象包括跨局線路以及新舊設(shè)備共存期間產(chǎn)生的跨SGSN 線路。G 網(wǎng)覆蓋里程達(dá)6 萬(wàn)km 的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下，新舊SGSN 割接過(guò)程中，對(duì)跨SGSN 切換進(jìn)行梳理分析的工作量非常龐大。此外，該數(shù)據(jù)較具體，對(duì)業(yè)務(wù)人員的管理能力和專業(yè)水平要求較高。本文充分研究源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)生成的業(yè)務(wù)流程，介紹一種智能化的設(shè)計(jì)生成方案，可以提高數(shù)據(jù)的生成質(zhì)量和效率，優(yōu)化GSM-R 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)編號(hào)方案的管理手段。

1 基本概念

1.1 GPRS中的SGSN介紹

通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS）是GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要部分，承擔(dān)著GSM-R 分組域的應(yīng)用業(yè)務(wù)，包括車次號(hào)校核信息傳送業(yè)務(wù)、調(diào)度命令/進(jìn)路預(yù)告?zhèn)魉蜆I(yè)務(wù)、動(dòng)車列控設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DMS）、列車運(yùn)行狀態(tài)信息系統(tǒng)（LAIS）、軌道車遠(yuǎn)程控制設(shè)備（GYK）、客運(yùn)站車無(wú)線交互系統(tǒng)、雙模列尾設(shè)備、機(jī)車信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車載監(jiān)測(cè)信息通用傳輸平臺(tái)、車載無(wú)線通信設(shè)備運(yùn)用維護(hù)管理系統(tǒng)（RMS）等。

業(yè) 務(wù) 支 持 節(jié) 點(diǎn) (Serving GPRS Support Node，SGSN) 和GPRS 網(wǎng) 關(guān) 支 持 節(jié) 點(diǎn)(Gate GPRS Support Node，GGSN)，從邏輯上可以認(rèn)為是GPRS 在GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增添的兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。SGSN 是當(dāng)前正在為MS 提供業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)(即Gb 接口由SGSN 支持)。主要完成分組數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)、移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、邏輯鏈路管理、鑒權(quán)和加密、話單產(chǎn)生和輸出等功能。在激活GPRS 業(yè)務(wù)時(shí)，SGSN 負(fù)責(zé)與MS 建立移動(dòng)性和安全保密性的有關(guān)信息。在PDP 信息被激活時(shí)，SGSN 負(fù)責(zé)與GGSN 建立路由的PDP 信息。SGSN有IP 路由功能，并能與IP 路由器相連。

1.2 RAI編碼

在GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)中，將各個(gè)位置區(qū)的服務(wù)范圍再劃分為若干個(gè)路由區(qū)（Routing Area，RA），而每個(gè)路由區(qū)中又包含一些小區(qū)。在GSM-R 系統(tǒng)中，尋呼在位置區(qū)（Locating Area，LA）內(nèi)進(jìn)行，而由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的隨機(jī)性，GPRS 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的尋呼量較大。因此，在GPRS 系統(tǒng)中將位置區(qū)進(jìn)一步細(xì)化，分為最多256 個(gè)路由區(qū)?？臻e模式下的MS 在SGSN 中保存路由區(qū)信息，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，只在相應(yīng)的路由區(qū)內(nèi)進(jìn)行尋呼，從而減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。移動(dòng)臺(tái)在作數(shù)據(jù)呼叫時(shí)，跨路由區(qū)移動(dòng)時(shí)將發(fā)生路由區(qū)的更新過(guò)程。系統(tǒng)尋呼時(shí)，尋呼過(guò)程是在路由區(qū)內(nèi)發(fā)生尋呼的。

路 由 區(qū) 標(biāo) 識(shí)（RAI） 的 組 成 方 式 為：RAI=LAI+RAC=MCC+MNC+LAC+RAC。

小區(qū)、路由區(qū)和位置區(qū)之間的大小關(guān)系是：一個(gè)路由區(qū)由一至多個(gè)小區(qū)組成，一個(gè)位置區(qū)由一至多個(gè)路由區(qū)組成。

1.3 跨SGSN路由區(qū)更新流程

GSM-R 中，跨SGSN 路由區(qū)更新的流程如圖1所示。

1) CIR 到新的路由區(qū)后，接收到的新的RAI與舊的RAI 比對(duì)，發(fā)送路由區(qū)更新請(qǐng)求給當(dāng)前的SGSN。路由區(qū)更新消息中，包含源路由區(qū)的RAI。

2) 當(dāng)前SGSN 收到路由區(qū)更新消息后，獲得源路由區(qū)的RAI，取其RAC 和LAC 值，再將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的MNC 和MCC 值作為后綴，構(gòu)造生成源SGSN 的域名。

3) 當(dāng)前SGSN 將源SGSN 的域名數(shù)據(jù)發(fā)送至北京DNS。DNS 利用存儲(chǔ)的源SGSN 的域名解析數(shù)據(jù)，解析出該域名所指的SGSN 及其IP 地址。

4) DNS 將 源SGSN 的IP 地 址 返 回 給 當(dāng) 前SGSN。

5) 當(dāng)前SGSN 向源SGSN 發(fā)送SGSN 上下文請(qǐng)求，源SGSN 將用戶信息發(fā)送至當(dāng)前SGSN。

6) 源SGSN 把緩存器中沒(méi)有確認(rèn)的數(shù)據(jù)發(fā)送給當(dāng)前SGSN，當(dāng)前SGSN 在MS 和HLR 之間執(zhí)行安全性功能；更新GGSN，當(dāng)前SGSN 創(chuàng)建一個(gè)新的GTP tunnel 到當(dāng)前GGSN；更新HLR（new SGSN address，Tid，Qos，etc）；更新MSC/VLR（如果有Gs 接口）；源SGSN 刪除MM 和PDP 上下文。

路由區(qū)更新完成。

1.4 源SGSN域名解析數(shù)據(jù)

源SGSN 域名是在跨SGSN 路由區(qū)更新時(shí)，由RAI 編碼構(gòu)造生成，供DNS 解析源SGSN 的IP 地址使用。通過(guò)該域名，SGSN 可通過(guò)DNS 服務(wù)器獲取源SGSN 的IP 地址。SGSN 讀取源路由區(qū)信息中的RAI 里面攜帶的RAC、LAC，添加本路由區(qū)信息中RAI 里面攜帶的MNC、MCC 作為后綴后，轉(zhuǎn)換為以下形式的域名。

圖1 跨SGSN路由區(qū)更新的流程圖Fig.1 Flow diagram of cross SGSN route updating

racAAAA.lacBBBB.mncYYY.mccZZZ.gprs

其中：AAAA=RAC 值，BBBB=LAC 值，YYY= MNC 值，ZZZ=MCC 值。A 和B 是十六進(jìn)制，Y 和Z 是十進(jìn)制。如果AAAA、BBBB 不足4 位，則在左側(cè)補(bǔ)0。如果YYY、ZZZ 不足3 位，則在左側(cè)補(bǔ)0。

SGSN 將以上格式的域名發(fā)送至DNS，在DNS 中查找源SGSN 的IP 地址，獲取源SGSN 存儲(chǔ)的用戶信息。DNS 中存儲(chǔ)的源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)為：

racAAAA.lacBBBB.mncYYY.mccZZZ.gprs，指向＊＊SGSN（IP 地址：＊＊.＊＊.＊＊.＊＊）

2 源SGSN域名解析數(shù)據(jù)的生成

2018 年至今，上海、武漢、廣州局因SGSN 設(shè)備更換，引起的源SGSN 域名解析相關(guān)的數(shù)據(jù)條數(shù)達(dá)120 多條，SGSN 設(shè)備更替引起的數(shù)據(jù)工單占營(yíng)業(yè)線數(shù)據(jù)工單的12.7%。以后其他路局的更新改造將陸續(xù)進(jìn)行，將有更大量級(jí)的數(shù)據(jù)需要生成處理。因此，急需更智能化的數(shù)據(jù)生成手段。

利用聚類分析算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將跨SGSN 切換時(shí)，源SGSN 的域名解析數(shù)據(jù)分為兩類：新建線路與新舊SGSN 設(shè)備割接兩種類型。

2.1 新建線路SGSN域名解析數(shù)據(jù)的生成

新建線路的歸屬SGSN 為多個(gè)時(shí)，DNS 需要制作SGSN 域名解析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)生成流程如下。

1）查詢與該線有交叉引用關(guān)系的線路。

2）列出該線所有基站（包括引用其他線路的基站）及其歸屬BSC。

3）列出引用該線基站的線路的所有基站及其歸屬BSC。

4）查詢這些BSC 的歸屬SGSN。有相鄰關(guān)系的小區(qū)，分別歸屬于不同SGSN 時(shí)，將這幾個(gè)小區(qū)篩選出來(lái)。利用其RAC/LAC，以及各自歸屬SGSN 的MNC／MCC，生成跨SGSN 切換時(shí)所需要的源SGSN 的域名解析數(shù)據(jù)。

2.2 新舊SGSN設(shè)備割接

如圖2 所示，以gzBSC8 為例，介紹BSC 設(shè)備割接時(shí)，源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)的生成。gzBSC8下的無(wú)線網(wǎng)數(shù)據(jù)，以前歸屬于gzSGSN，本次要割接至gzSGSN21。gzBSC8 是廣州局第一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)割接的BSC，因此，其他BSC 仍歸屬于gzSGSN。

圖2 新舊SGSN更替時(shí)BSC設(shè)備割接示意圖Fig.2 Schematic diagram of BSC equipment cut over in new and old SGSN replacement

歸屬gzBSC8 的基站，所在線路分別為：東海島鐵路、廣肇城際、京廣線、茂湛線、深湛鐵路江茂段。其中東海島線全線基站均歸屬于gzBSC8；廣肇城際、京廣線和深湛鐵路江茂段屬于局管內(nèi)線路，基站部分歸屬于gzBSC8；茂湛線為跨局線，與南寧局跨局。

1）局管內(nèi)線路中，基站數(shù)據(jù)全部割接的，不存在跨SGSN 現(xiàn)象，因此無(wú)需源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)。

2）局管內(nèi)線路中，基站數(shù)據(jù)部分割接的，割接后存在跨SGSN 現(xiàn)象，因此需要新增源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)。找出跨SGSN 基站的LAC、RAC 數(shù)據(jù)，生成對(duì)應(yīng)的源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)。

3）對(duì)于跨局線茂湛線，查詢當(dāng)時(shí)批復(fù)的源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)：指向?qū)Χ司諷GSN 的，將其MNC.MCC 由之前的改為割接后的；指向本局的SGSN，將所指向的SGSN 修改為割接后的SGSN。

2.3 智能生成方案設(shè)計(jì)

利用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，新建線路與新舊SGSN 設(shè)備割接兩種類型，在生成源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)時(shí)，都需要查找相鄰小區(qū)的歸屬SGSN。如果歸屬于不同的SGSN，則需要在DNS 中配置源SGSN 的域名解析數(shù)據(jù)。依據(jù)此規(guī)律，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)智能生成方案，如圖3 所示。

圖3 源SGSN域名解析數(shù)據(jù)智能生成界面圖Fig.3 Interface diagram of intelligent generation scheme of resolution data of source SGSN domain name

3 結(jié)束語(yǔ)

在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)編號(hào)方案數(shù)據(jù)中，包含了大量的、種類繁多的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。每一類數(shù)據(jù)，在GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)中都發(fā)揮著重要的作用。組網(wǎng)方式、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型、調(diào)度管轄、運(yùn)營(yíng)車站的調(diào)整，都將引起GSM-R 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的變更。如何利用智能化手段有效生成這些數(shù)據(jù)，是GSM-R網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)鐵路GSM-R 網(wǎng)絡(luò)覆蓋里程長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。充分利用數(shù)據(jù)挖掘方法，對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)編號(hào)方案數(shù)據(jù)中源SGSN 域名解析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠保障GPRS 承載的各種業(yè)務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。