STP在GSM-R網(wǎng)絡中的主要作用及故障判斷

閆慧霞，趙建國，李秀芳，楊志斌

（1.中國鐵路北京局集團有限公司北京通信段，北京 100086；2.中國鐵路北京局集團有限公司北京鐵路通信技術中心，北京 100086）

GSM-R 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（簡稱GSM-R系統(tǒng)）是鐵路專用移動通信系統(tǒng)。信令轉(zhuǎn)接點（STP）負責完成各局移動交換中心（MSC）、服務GPRS 支持節(jié)點（SGSN）與全路共用設備歸屬位置寄存器（HLR）、智能網(wǎng)（SCP）的信令轉(zhuǎn)接功能，是全網(wǎng)GSM-R 系統(tǒng)的心臟。目前全路STP 分設北京、武漢兩地地理冗余。

全路共用GSM-R 核心設備包括北京、武漢SCP、HLR、STP 等。北京、武漢及其他16 個局的MSC、SGSN 均與STP 冗余互聯(lián)，實現(xiàn)GSM-R線路CTCS-3 列控信息傳輸、車機聯(lián)控、進路預告、調(diào)度命令等行車業(yè)務的運用。網(wǎng)絡互聯(lián)如圖1 所示。

圖1 信令轉(zhuǎn)接點STP互聯(lián)Fig.1 Interconnection of signaling transfer point (STP)

1 GSM-R網(wǎng)絡STP中信令單板運用方式

GSM-R 系統(tǒng)STP 設備為實現(xiàn)信令轉(zhuǎn)接功能，需要配置處理信令的單板，目前采用西門子廠家CMX-5000 型STP 設備信令單板（MP 單板）配置具有以下幾種功能：分別用于網(wǎng)絡管理及硬盤接入、信令管理、話單記錄、GT 翻譯、MTP 信令轉(zhuǎn)接等，并將不同功能的MP 板進行功能及冗余方式的定義，如表1 所示。

表1 STP設備信令單板運用方式Tab. Signaling movement method in single board of STP equipment

其中MP11-15 用來處理MTP 二層及MTP 三層信令轉(zhuǎn)接功能。每個MP 單板最多可承載127 條信令。MP 單板承載的信令主要包含與北京、武漢HLR/SCP 互聯(lián)以及與各局MSC/SGSN 互聯(lián)。信令鏈路負荷分擔配置在不同的MP 單板上，避免由于某一塊MP 單板異常，導致某一網(wǎng)元的信令不可達。因此，STP 設備在配置MP 板時實現(xiàn)0 側和1 側冗余配置的同時，還要考慮STP 與對端設備互聯(lián)鏈路采用不同MP（11 ～15）板件來承載信令鏈路。

每一個完整的信令流程有近十多次的信令交互，每一次都是一個全新的選擇，不會固定在某一個單板、某一個時隙上。正常情況下，某塊MP 信令板故障，此單板承載的信令鏈路不可用，并不影響GSM-R 網(wǎng)絡NO.7 信令的處理。如果遇到信令鏈路發(fā)生錯誤，MTP 二層信令會被重新傳送，MTP 三層信令則會將故障鏈路上的流量轉(zhuǎn)移到其他鏈路上，均不會影響使用。

但是如果某塊MP 信令單板存在隱性故障，承載至相應局向的鏈路狀態(tài)顯示正常，其信令鏈路仍會被占用，信令處理會出現(xiàn)異常，影響GSM-R 業(yè)務。

2 GSM-R網(wǎng)絡中STP主要功能運用

GSM-R 網(wǎng)絡中STP 主要負責各端局MSC 至HLR、各端局SGSN 至HLR、各端局MSC 至SCP、SCP 至HLR、MSC 間跨局呼叫時的信令轉(zhuǎn)接。

目前組網(wǎng)中將STP 與TMSC 進行了合設。TMSC主要提供跨局呼叫業(yè)務轉(zhuǎn)接（根據(jù)鐵路實際行車調(diào)度指揮需求，這類呼叫業(yè)務需求較少），減少了GSM-R 系統(tǒng)端局之間需要互通的星星組網(wǎng)連接。

2.1 各端局MSC/SGSN與HLR之間信令轉(zhuǎn)接方式及信令消息流程

2.1.1 各端局MSC/SGSN至HLR的信令路由

1）北京、武漢端局MSC/SGSN 至HLR 信令由北京、武漢STP 采用主/備方式進行轉(zhuǎn)接，以本地STP 為主、異地STP 為備。其他各端局MSC/SGSN 至HLR 的信令由北京、武漢STP 采用負荷分擔的方式進行轉(zhuǎn)接。

2）北京STP 至HLR 首選BJHLR21/BJHLR22兩個前端節(jié)點，備用選武漢WHHLR21/WHHLR22兩個前端節(jié)點；武漢STP 至HLR 首選WHHLR21/WHHLR22 兩個前端節(jié)點，備用選北京BJHLR21/BJHLR22 兩個前端節(jié)點。

2.1.2 HLR至各端局MSC/SGSN的信令路由

4 個HLR 前端節(jié)點至各端局MSC/SGSN 信令路由通過北京、武漢STP 負荷分擔方式進行轉(zhuǎn)接。即BJHLR21/BJHLR22、WHHLR21/WHHLR22至各端局MSC/SGSN 信令均通過北京、武漢STP負荷分擔方式進行轉(zhuǎn)接。

2.1.3 各端局MSC/SGSN與HLR之間信令消息

1）全新用戶第一次開機上線，做位置更新。信令消息包含鑒權加密信息（MAP-SENDAUTHENTICATION），一次4 組鑒權相量；位置更新MAP-UPDATE-LOCATION；用戶簽約信息的插入MAP-INSERT-SUBSCRIBER。這些信息交互完成之后就會存在相應的VLR 內(nèi)。移動用戶位置更新及用戶簽約信息流程如圖2 所示。

圖2 位置更新及用戶簽約信息流程Fig.2 Information flow of location update and subscriber sign-up

2）終端用戶關機48 h MSC/VLR/SGSN 自動刪除該用戶、人為手動對用戶進行刪除操作。HLR 將用戶位置信息刪除時，信令消息包含鑒權加密信息(MAP-SEND-AUTHENTICATION)，一次4 組鑒權相量；位置更新MAP-UPDATELOCATION；用戶簽約信息的插入MAP-INSERTSUBSCRIBER。這些信息交互完成之后就會存在相應的VLR 內(nèi)。

3）跨MSC 位置更新時，移動用戶會找HLR進行位置更新，信令消息包含位置更新MAPUPDATE-LOCATION 和用戶簽約信息的插入（MAP-INSERT-SUBSCRJBER）。而鑒權相量是找原MSC/VLR 要，身份識別信息（MAP-SENDIDENTIFICATION），如果夠用就不需要找HLR。

4）HLR 執(zhí)行RESET 之后，移動用戶進行活動如開關機、做主叫時，需要交互兩類信息：位置更新MAP-UPDATE-LOCATION；用戶簽約信息的插入MAP-INSERT-SUBSCRIBER。

5）注冊、注銷功能號時，＊＊214＊086+FN 字符串信令消息為非對稱結構化請求（UUS，MAPPROCESS-UNSTRUCTURED-SS-REQUEST），會先找HLR 進行補充業(yè)務時，在HLR 中會對086 進行處理，指向?qū)腟CP。

6）MS 做被叫時，需找HLR 要漫游號碼信息，信令消息為請求路由信息（SRI，MAP-SENDROUTING INFORMATION）和提供漫游號碼（PRN，MAP-PRIVIDE-ROAMING-NUMBER）。SRI:MSC 根據(jù)MS 發(fā)起呼叫攜帶的被叫號碼（MSISDN）向被叫MS 歸屬HLR 查詢用戶當前的路由信息。該消息通常包含：MSISDN、IMSI、MSRN、VMSC 地址、CAMEL 簽約信息、位置信息、用戶狀態(tài)和GMSC 地址等。PRN：HLR 向當前用戶所在的MSC 發(fā)起請求用戶的漫游號碼。該消息通常包含：IMSI、MSISDN、MSRN、MSC地址、GMSC 地址和相關信令消息等。

7）由于HLR 鑒權信息一次給4 組，每次開關機、位置更新都會消耗鑒權相量，4 組用完之后會找HLR 再要4 組鑒權相量。有剩余鑒權相量時開關機、呼叫RBC、呼叫短號碼、呼叫固話，均不需要與HLR 有任何交互信令。

2.2 各端局MSC與SCP之間信令轉(zhuǎn)接方式信令消息流程

2.2.1 各端局MSC至SCP信令路由

1）各端局MSC/SGSN 至SCP 的信令負荷由北京、武漢STP 采用主備方式進行轉(zhuǎn)接，其中北京STP 為主用，武漢STP 為備用?，F(xiàn)網(wǎng)武漢、昆明MSC 設置至SCP 的信令轉(zhuǎn)接主用為武漢STP，備用為北京STP。其余各局均按北京STP 主用，武漢STP 備用進行配置。

2）STP 至SCP 的信令路由為主/備方式，北京SCP 為主用，武漢SCP 為備用，或武漢SCP 為主用，北京SCP 為備用。根據(jù)運維需求，北京、武漢SCP 主/備運用實施季度倒換方式。如北京SCP為主用時，則北京STP 設置BJSCP21BJSCP22為主用（北京SCP 兩個節(jié)點為負荷分擔方式），WHSCP21、WHSCP22 分 別 設 置 為BJSCP21、BJSCP22 的備用。

2.2.2 SCP至各端局MSC信令路由

SCP 至各端局MSC 信令路由采用主/備方式由北京、武漢STP 轉(zhuǎn)接：至以北京STP 為第一歸屬的MSC，北京STP 為主用，武漢STP 為備用；至以武漢STP 為第一歸屬的MSC，武漢STP 為主用，北京STP 為備用（以北京STP 為第一歸屬的MSC：北京、沈陽、哈爾濱、濟南、太原、呼和浩特、烏魯木齊、蘭州、西寧和拉薩；以武漢STP 為第一歸屬的MSC：武漢、上海、南昌、廣州、鄭州、南寧、西安、昆明和成都）。

2.2.3 各端局MSC與SCP之間信令消息流程

智能業(yè)務呼叫（功能號呼叫、短號碼呼叫）啟動檢測點（Initial DP，IDP），智能網(wǎng)用戶進行呼叫后，MSC 發(fā)給歸屬用戶SCP 用于觸發(fā)智能業(yè)務流程。該消息通常包含：業(yè)務鍵、位置信息、用戶狀態(tài)、主被叫號碼。該信令消息可在7 號信令中查CAP 話單或CAP 信令。

1）功能號或短號碼的呼叫，從端局發(fā)起找SCP（信令通過STP 轉(zhuǎn)接）。

2）短號碼呼叫，SCP 根據(jù)主叫用戶攜帶的小區(qū)信息，智能網(wǎng)直接查詢靜態(tài)數(shù)據(jù)，將小區(qū)對應的FAS 號碼返回MSC 端局，端局根據(jù)返回號碼進行接續(xù)FAS 用戶。真正接續(xù)時為ISUP 信令和話務通信。

3）功能號呼叫，SCP 根據(jù)被叫功能號碼，智能網(wǎng)直接查詢移動用戶注冊的功能號碼信息，進行任意時間查詢（Any Time Interrogation，ATI），SCP 向HLR 發(fā)起查詢用戶位置信息的請求（該信息包含LAC/CI 等信息），HLR 再找端局MSC 查詢用戶信息，提供用戶信息（Provide Subscriber Information，PSI）流程，HLR 回復SCP 具體的LACCI 信息，SCP 根據(jù)位置信息與主叫用戶的調(diào)度轄區(qū)DA 值是否一致進行判斷應該建立與哪個149 號碼移動用戶之間的呼叫。之后執(zhí)行是被叫流程，建立之后就屬于ISUP 信令和話務通信。

2.3 SCP與HLR之間信令轉(zhuǎn)接

2.3.1 SCP至HLR之間的信令路由

目前新共用設備SCP 中制作情況為：北京SCP做主用時，至HLR 信令采用北京STP 主用，武漢STP 備用。武漢SCP 做主用時，至HLR 信令采用武漢STP 主用，北京STP 備用。

2.3.2 HLR至SCP之間的信令路由

HLR 至SCP 信令路由采用北京STP、武漢STP 負荷分擔的方式。

2.3.3 SCP至HLR之間信令消息

基于位置呼叫限制，在FAS 呼叫車次、機車功能號時，會啟用基于位置呼叫限制。被叫號碼為2xxxxxxxx 功能號時，MSC-STP-SCP，SCP 翻譯2xxxxxxxx 對應86149 號碼，并提示要進行基于位置呼叫限制流程，這時SCP 就會去HLR 中查詢ATI 消息，返回所有注冊該功能號的149 號碼。HLR 根據(jù)149 號碼向相應的VLR 查詢具體的LAC CI，即PSI 消息，返回給SCP。SCP 進行主被叫DA 的判斷之后，允許則進行接續(xù)，不允許則拒絕，如圖3 所示。

圖3 任意時間查詢信息流程Fig.3 Information flow of any time interrogation

2.3.4 HLR至SCP之間的信令消息

HLR 至SCP 之間的信令消息有注冊、注銷功能號信息，消息類型為MAP 信令，在7 號信令監(jiān)測系統(tǒng)可以查詢MAP 話單或MAP 信令。具體應用為終端用戶發(fā)送注冊（register）消息，消息里帶有主叫IMSI，根據(jù)GT 翻譯將其通過STP轉(zhuǎn)接至HLR。HLR 判斷該用戶是否有Follow Me 功能，根據(jù)用戶數(shù)據(jù)側086 補充業(yè)務，指向SCP 的GT 號碼，向SCP 發(fā)送USSD 字符串（如＊＊214＊086FN＊＊＊#）。HLR 至SCP 之間請求UUS信息流程如圖4 所示。

圖4 請求UUS信息流程（HLR至SCP之間）Fig.4 Process of UUS information request (from HLR to SCP)

2.4 各端局MSC之間信令轉(zhuǎn)接

2.4.1 MSC間跨局呼叫的信令轉(zhuǎn)接

端局與鄰局雖有互聯(lián)電路，但只開話路，不開信令鏈路，信令仍舊依靠北京、武漢STP 進行轉(zhuǎn)接。

類似的呼叫包含：1）CTCS-3 業(yè)務的跨局呼叫，屬于長呼業(yè)務，ATP 車載移動用戶呼叫固定用戶RBC 號碼，通常RBC 與本局MSC 實施互聯(lián)，車載ATP 在移動網(wǎng)絡下有跨局呼叫鄰局RBC 的需求，會形成MSC 間的跨局呼叫業(yè)務；2）通常FAS系統(tǒng)與本局MSC 實施互聯(lián)，同樣存在FAS 調(diào)度用戶呼叫鄰局網(wǎng)絡下局界列車的需求，也會形成MSC間的跨局呼叫業(yè)務。

2.4.2 MSC間跨局呼叫的信令路由

北方局使用北京STP 主用，武漢STP 備用。北方局包含北京、沈陽、哈爾濱、濟南、太原、呼和浩特、烏魯木齊、蘭州、西寧、拉薩。

南方局使用武漢STP 主用，北京STP 備用。南方局包含武漢、上海、南昌、廣州、鄭州、南寧、西安、昆明和成都。

2.4.3 MSC間跨局呼叫的信令消息

MSC 間跨局呼叫時的信令為ISUP 信令消息。

3 GSM-R網(wǎng)絡如何通過呼叫測試、信令消息分析判斷故障點

在GSM-R 網(wǎng)絡中，一般設備故障網(wǎng)管會有聲光告警提示，根據(jù)網(wǎng)管告警維護人員可以做到及時應急處置。但有時也會發(fā)生設備沒有任何告警提示，但業(yè)務受到影響的設備隱性故障，此時需要進行模擬測試并結合信令消息判斷故障并查找原因，及時進行應急處置。

3.1 智能網(wǎng)故障判斷

3.1.1 通過模擬呼叫測試判斷故障點

一是為準確判斷故障點，需北京、武漢核心網(wǎng)共同測試；二是北京、武漢核心網(wǎng)各需2 臺可以注冊功能號的移動終端，并注冊測試功能號；三是測試基站小區(qū)標識在智能網(wǎng)關聯(lián)測試1200/1300 并對應相關測試FAS 號碼；四是判斷故障時兩地需同時呼叫撥打1200/1300 短號碼，收集北京、武漢測試結果并進一步判斷故障點。

1) 如果當前為北京智能網(wǎng)SCP 主用，北京、武漢核心網(wǎng)均測試短號碼呼叫異常，則判斷可能為北京SCP 系統(tǒng)故障。

2) 如果當前為武漢智能網(wǎng)SCP 主用，北京、武漢核心網(wǎng)均測試短號碼呼叫異常，則判斷可能為武漢SCP 系統(tǒng)故障。

綜合測試情況分析，如僅有一方測試異常，非智能網(wǎng)設備故障。北京、武漢兩方都測試異常，判斷智能網(wǎng)SCP 故障。同樣可以對功能號注冊、注銷、功能號呼叫等進行業(yè)務的測試，進一步判斷智能網(wǎng)SCP 是否存在異常情況。

3.1.2 通過接口監(jiān)測信令消息判斷故障點

通過核查NO.7 信令監(jiān)測系統(tǒng)，選擇同一個時間段查看CAP 和MAP 話單，若查詢的MAP 話單正常，但CAP 話單中功能尋址、位置尋址出現(xiàn)大量不成功結果，則判斷智能網(wǎng)業(yè)務異常。通過查看“超時”話單的詳細信令消息中的“目的信令點編碼”，可進一步確定具體的故障智能網(wǎng)節(jié)點。

3.2 HLR故障判斷方法

3.2.1 通過模擬呼叫測試判斷故障點

由于HLR 系統(tǒng)北京、武漢4 個信令節(jié)點同時都在處理業(yè)務，當由于HLR 異常影響業(yè)務時，判斷4 個節(jié)點中哪一個異常需要進行大量的呼叫并進行信令的分析，在短時間內(nèi)判斷故障存在一定的難度。因此為保證出現(xiàn)上述問題后能夠迅速定位故障節(jié)點，北京STP 系統(tǒng)在應預案方面進行了如下完善。

1）在北京STP 中制作4 個號碼GT 數(shù)據(jù)分別指向北京、武漢4 個HLR 前端節(jié)點，其中149XXX99022指向BJHLR21，149XXX99023 指向BJHLR22，149XXX99024 指向WHHR21，149XXX99025 指向WHHLR22。

2）當反應部分呼叫等業(yè)務異常時，北京核心網(wǎng)第一時間使用鐵路固定電話進行多次呼叫測試上述4個移動號碼，如呼叫無異常，排除HLR 系統(tǒng)問題。

3）如多次測試某個號碼有異常情況，則本號碼所指向的HLR 存在問題，可及時將異常HLR 與STP 進行斷鏈操作，網(wǎng)內(nèi)3 個節(jié)點運行，并進一步對問題節(jié)點進行排查。

上述方法可以及時準確定位全網(wǎng)4 個HLR 節(jié)點的運用情況，日常應急預案完善到位，為應急預案啟動、壓縮故障延時提供了條件。

3.2.2 通過接口監(jiān)測信令消息判斷故障點

通過核查NO.7 信令監(jiān)測系統(tǒng)，選擇一個時間段查看MAP 話單，若查詢的話單中出現(xiàn)大量不成功結果，則判斷HLR 業(yè)務異常。通過查看“超時”話單的詳細信令消息中的“目的GT 值”，可進一步確定具體的故障HLR 節(jié)點。

3.3 STP故障判斷方法

3.3.1 通過模擬呼叫測試判斷故障點

北京核心網(wǎng)利用測試手機多次撥打濟南局跨局FAS 號碼（7401XX09）；利用模擬ATP 呼叫濟南局跨局RBC 號碼9243XX01、鄭州跨局測試RBC號碼9253XX99，如果均存在呼叫不通的現(xiàn)象。但撥打北京局PSTN 號碼9010212XX76 正常。

由于上述跨局呼叫FAS 和RBC 號碼均需要通過STP 進行信令轉(zhuǎn)接，而且與SCP/HLR 無關，同時呼叫測試又在北京MSC 端局下，所以上述跨局呼叫均通過北京STP 轉(zhuǎn)接。結合北京MSC 端局下呼叫PSTN 正常，再通過接口監(jiān)測及信令跟蹤消息分析，初步判斷北京STP/TMSC 系統(tǒng)問題。立即啟動將北京STP/TMSC 系統(tǒng)退網(wǎng)應急倒帶，暫時將業(yè)務恢復，再進一步判斷北京STP/TMSC 故障原因。

3.3.2 通過接口監(jiān)測信令消息判斷故障點

同樣通過核查NO.7 信令監(jiān)測系統(tǒng)，選擇同一個時間段查看CAP、MAP 以及ISUP 話單，若查詢的三類話單中均出現(xiàn)大量不成功結果，則判斷STP 業(yè)務異常。立即啟動將北京STP/TMSC 系統(tǒng)退網(wǎng)應急倒帶，暫時將業(yè)務恢復，再進一步判斷北京STP/TMSC 故障原因。

3.4 MSC故障判斷方法

3.4.1 通過模擬呼叫測試判斷故障點

判斷端局業(yè)務是否正常，可以進行如下測試。

1）已開機的語音用戶終端、模擬測試ATP 用戶終端呼叫本局RBC、呼叫固話、呼叫本局FAS；

2）已開機的GPRS 用戶PDP 激活及進路預告下發(fā)；

3）有剩余鑒權相量（共有4 個鑒權相量）的用戶終端時開關機、呼叫RBC、呼叫FAS、呼叫固話均不受影響。

3.4.2 通過接口監(jiān)測信令消息判斷故障點

如果2 條CTCS-3 列控線路均存在如下監(jiān)測信息，若A 接口查詢的信令中同時出現(xiàn)大量MSC 向BSC 發(fā)起的原因值為“Resource Unavailable”的拆鏈請求；查看PRI 接口信令，如出現(xiàn)大量的車地間數(shù)據(jù)交互正常的情況下，MSC 向RBC 發(fā)送DISCONNECT 拆鏈，并且拆鏈無156 號包和39號包，初步判斷端局MSC 異常。

立即排查北京MSC 端局有無異常告警，首先確定是MSERVER 問題還是MGW 問題，其次采取冗余板件切換措施，最后采取主/備系統(tǒng)倒換等應急措施。

4 北京 STP入網(wǎng)恢復鏈路的順序

北京STP 故障脫網(wǎng)修復之后入網(wǎng)時，需恢復與武漢STP、北京武漢共用設備SCP、HLR 以及各局MSC/SGSN 之間的互聯(lián)電路。為減少對業(yè)務的影響，恢復互聯(lián)電路須遵循以下順序。

如果優(yōu)先恢復北京STP 至各局端局MSC/SGSN 的互聯(lián)，由于BJSTP 與SCP、HLR 為斷開狀態(tài)，此時會影響各端局通過北京STP 訪問SCP或HLR 業(yè)務，所以需優(yōu)先恢復BJSTP 至WHSTP之間的互聯(lián)電路。其次恢復至SCP、HLR 的互聯(lián)，最后恢復至各端局MSC/SGSN 的互聯(lián)。

5 總結

STP 在GSM-R 網(wǎng)絡中承擔著承上啟下的作用。全路GSM-R 共用設備與各局互聯(lián)均通過STP 進行轉(zhuǎn)接。在日常維護過程中，由于設備機制等原因，設備隱性故障將可能影響全路GSM-R 業(yè)務運用。本文結合GSM-R 實際網(wǎng)絡組網(wǎng)，通過詳細分析研究信令路由及信令消息的轉(zhuǎn)接，對各網(wǎng)元間信令轉(zhuǎn)接消息進行詳細闡述，重點是希望通過實際業(yè)務影響范圍判斷故障點，并進行應急處置。