七号信令系统在GSM中的应用
本文摘自：《通信技术》
1 引言
七号信令系统是现代通信网的关键技术之一，是通信网的神经中枢，在电话网、移动网、智能网等通信网中已成为不可缺少的一部分。七号信令网作为现代网络通信的神经中枢，在移动通信中发挥的作用也越来越大，对七号信令网管理和维护的要求也越来越高。如何更好地监控七号信令网，提高运营服务质量与运营维护水平，提高电话接通率，监控某些异常呼叫等，成为电信运营商迫切需要解决的问题。仅靠传统的网管系统、监测仪表等维护手段已不能满足对日益复杂、规模不断发展的七号信令网的维护需求。七号信令集中检测系统可以准确、有效地获取信令信息，为信令网管理和维护以及业务质量监测和分析提供有效地支撑手段。
2 GSM数字移动系统的监测接口和协议模型
GSM数字移动系统由移动台(MS)、基站子系统(BSS)、网络和交换子系统(NSS)、操作维护子系统(OSS)等四个部分组成。基站子系统(BSS)由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)两类设备组成。网络和交换子系统(NSS)包括移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、监控中心(AuC)、MSC网关(GMSC)等功能部分。
Um接口是空中无线电接口，是移动台与基站收发信台(BTS)之间的通信接口，信令传输协议是GSM特有的LAPDm。Abis接口为基站子系统的两个功能实体，即基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口，信令传输协议是LAPD。BSS与移动业务交换中心MSC之间的接口为A接口，A接口基于2Mbit/s数字接口，采用14位编码的No.7信令方式。主要传递包括呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。MSC与拜访位置寄存器VLR之间的接口为B接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新信息等。MSC与归属位置寄存器HLR之间的接口为C接口，用于完成被叫移动客户信息的传递以及获取被叫移动客户的漫游号码。D接口是HLR与VLR之间的接口，主要交换位置信息和客户信息。MSC之间的接口为E接口，是一个2Mbit/s数字接口，采用24位编码的No.7信令方式，位保持通话连续，而进行局面切换。
3 监测系统的体系结构和功能要求
*体系结构
七号信令集中监测系统采用模块化的体系结构，主要分为中心和远端站两级，它们之间通过广域网(WAN)互联。中心站和远端站由各自的本地局域网(LAN)构成，采用了客户/服务器(Client/Server)模式，而且系统可以灵活的根据用户的网络需求进行建设和扩展。数据经各个前端机数据采集模块从七号信令链路2Mbit/s口中采集下来，经预处理，再进入远端站处理系统处理后生成相应数据及呼叫详细记录(CDR)存入远端站数据库；同时，相关数据通过广域网进行中心站数据库，操作终端通过网络可以直接访问数据库。
*功能要求
七号信令集中监测系统作为一个网络维护优化的平台应具备一定的功能，主要包括实时应用部分和综合统计分析部分。
3.1实时应用部分
3.1.1 信令链路状态和性能的实时监测和管理
系统提供对网间信令链路状态和负荷的实时监测，以可闻和可视的方式来实时显示系统采集到的各种链路故障，并通过颜色变化来反映告警的类型和级别。同时，可以实时显示信令链路的可用状态和负荷，并可对某断时间内的链路负荷进行查询、统计、排序，提供各种图表来对链路性能进行分析，为网络优化提供技术依据。
3.1.2 消息过滤功能
过滤决定哪些事件会被存储，允许用户查询有特殊内容的信令消息。使用序列过滤可组成事件处理的完整序列。事件识别和序列识别可作为滤波器的条件，用户可以预定义的多个事件和序列识辨中进行选择。 3.1.3 忙户号码关管理
系统实时地检测并提供忙户的号码、忙次、用户相关的信息，这些信息使电话营销等业务部门能有针对性地解决用户忙而导致的接通率低的问题。通过有针对的疏忙管理将能大幅度地提高长途来话和本地网的电话接通率，改善服务质量。
3.1.4 呼叫跟踪功能
通过呼叫跟踪功能，对某一呼叫的完整信令过程进行实时跟踪，以便快速确定各实体之间信令配合问题的情况，其中，指定呼叫号码跟踪测试功能实现了对ISDN号码、移动用户IMSI、MSISDN号码的动态实时跟踪；系统应能自动跟踪和指定呼叫相关的信令配合，实时显示跟踪消息或呼叫过程记录，迅速查询呼叫失败原因、用户业务原因、用户位置环境原因等。系统还有能够同时跟踪多个用户号码呼叫的能力，自动跟踪多段、多协议信令配合流程，保存跟踪过程数据。
3.1.5 协议分析能力
七号信令集中监测系统具有针对全网的协议分析功能，提供对MTP、TUP、ISUP、MAP等的完全解码和协议分析。该功能可以使局间的信令分析变得非常方便迅速，维护人员可以得心应手地观测网络中任何链路的协议，方便各种交换机之间的兼容性测试以及ISDN和智能网等新业务引入时的问题查找及解决。
3.2 综合统计分析部分
综合统计分析部分对数据库中存储的数据进行深层次的数据挖掘和统计，并通过报表、直方图、饼图、曲线图等形式反映。为网络管理、业务经营分析、网络规划等提供有效的决策支持数据。其中包括：
3.2.1 故障分析
故障分析是对链路、链路组、路由组、子系统等的故障频次和历时的详细统计，以及横向和纵向的比较。对告警记录和查询，支持灵活的查询条件：告警类型、告警级别、告警发生时间、清除时间、告警源等条件的各种组合。
3.3.2 网络性能的统计分析
信令链路性能的统计分析是指对指定的链路，再指定的时间范围内，对其性能指标进行综合统计分析。分析内容包括：
----信令链路的完好率(故障率、拥塞时间过长、阻断时过长等)
----信令链路的可用性(不可用时长、阻断时长)
----信令链路的利用率(收发MSU的数量、链路拥塞的次数等)
----信令链路MTP承载业务的性能(MTP承载TUP、ISUP、INAP、MAP等业务的负荷)
3.2.3 信令路由性能的统计分析
信令路由是由不同的信令链路组组成，信令路由的性能是由各个链路组的性能统计分析得出的。分析内容包括：
----信令链路组的不可用时长
----信令链路组故障发生的次数
----至某一或某一组DPC的路由组不可用事件的发生次数
----至某一或某一组DPC的路由组不可用时长
3.2.4 信令点(STP/SP)性能的统计分析
信令点性能的统计分析是指对指定的信令点(STP/SP),在指定的时间范围内，对其性能指标进行综合统计分析。分析内容包括：
----信令点的可接入性(信令点的不可接入次数、不可接入时长等)
----信令点的负荷状况(收发MSU的数量、配对STP间负荷不平衡差值的情况等)
----信令点的业务处理能力(收发的TUP/IUUP/INAP/MAP等业务消息的数量)
3.2.5 信令业务(TUP、ISUP、SCCP等)及其对应呼叫的统计分析
信令业务(TUP、ISUP、SCCP等)及其对应呼叫的统计分析内容包括：
呼叫次数、接通率、占用次数、应答次数、通话时长、呼损分布、超短呼叫次数和超长呼叫次数等。
4 移动七号信令集中监测的实现方案
移动七号信令集中监测系统由如下几个子系统组成：(1)信令数据接入部分；(2)信令数据采集处理部分；(3)数据处理和应用部分；(4)广域网部分。
(1)信令数据接入部分。信令数据接入部分包括两种方式：
----高阻跨度接入方式
----STP交换机内部收敛终结接入方式
对于直联链路(F链)，可以采用高阻跨度方式经DXC收敛至集中监测平台。因为当前现网所有类型的HSTP和LSTP交换机都支持内部的收敛功能，所以对于A链或D链，可以采用STP交换机内部收敛终结接入方式。STP交换机将各E1上的信令时隙交换到某一E1上，使得该E1的31个时隙都承载了信令数据，然后输出到集中监测系统，此功能可通过STP交换机的人机命令实现。通过人机命令可以方便地选择被监测的信令链路。
对于信令数据接入部分，每个HSTP(LSTP)可将若干条E1接入到集中监测平台，E1的数据根据监测平台的建设规模确定。对每条HSTP(LSTP)至少接入4个2M，保证可以监测至少一对组合链路组。
信令数据接入部分应能同时支持64K和2M信令链路。
(2)信令数据采集处理部分。信令数据采集处理部分是七号信令集中监测平台的重要组成部分，一般由信令监测设备、服务器和局域网构成。它应能实现信令数据采集、处理和存储，为数据处理和应用部分提供关于信令消息的统计数据、呼叫消息记录(CDR)、事务详细记录(TDR)以及数据处理和应用部分所需要的满足匹配条件的信令消息数据。
同时，信令数据采集处理部分在数量上应支持良好的可扩展性，支持以积木式堆叠方式的扩展，并且系统不存在较大的瓶颈。
(3)数据处理和应用部分。数据处理和应用部分应实现以下功能：
----数据的综合分析与处理
----数据的存储
----业务逻辑的实现
----各种应用
其中数据处理层主要是：七号信令消息的处理，CDR/TDR的处理，基础统计数据的处理，告警处理和系统备份；应用层主要包括实时部分和综合统计部分。实时部分应能够实时、深入细致地监控网络和业务服务质量，综合统计分析部分应能充分合理地使用系统采集到的数据。
(4)广域网部分。广域网部分实现信令数据采集处理部分的数据处理应用部分的互联，可以采用如下几种方式组网：
----DCN
----DDN
----X.25
----帧中继
组网设备可选用路由器。如今信令数据接入部分全部经过传输网集中到同一物理位置，则信令数据采集处理部分和数据处理应用部分在同一局域网内，广域网可以省略。
其中在采用X.25专线方式时，传输速率为64kb/s、2Mb/s。同时为去您全安全起见，所有X。25链路必须置于一个闭合用户群(GUG)下。为了避免网络拥塞，采用永久虚电路(PVC)方式。
采用DDN专线方式，数据传输速率为64kb/s、2Mb/s。由于DDN采用的是点对点的方式，如果采集设备较多且分散，这就要求集中监测平台一侧的路由器必须具有多个广域网口。
采用帧中继(Frame Relay)方式，数据传输速率为2Mb/s。
采用DCN方式，10/100M应能自适应。
5 结束语
在GSM系统中，随着移动业务的迅速发展和七号信令集中监测系统的完善和推广，电信运营商的维护手段将更加全面，维护能力将大大提高，将使我国的电信通信系统变得更加强大、稳定和坚固，为国民经济的发展提供更强有力的支撑。而七号信令监测平台在GPRS、VOIP、WAP监测功能的不断完善下，它必然能随着移动业务的不断发展而赢得广阔的市场空间。
1 引言
七号信令系统是现代通信网的关键技术之一，是通信网的神经中枢，在电话网、移动网、智能网等通信网中已成为不可缺少的一部分。七号信令网作为现代网络通信的神经中枢，在移动通信中发挥的作用也越来越大，对七号信令网管理和维护的要求也越来越高。如何更好地监控七号信令网，提高运营服务质量与运营维护水平，提高电话接通率，监控某些异常呼叫等，成为电信运营商迫切需要解决的问题。仅靠传统的网管系统、监测仪表等维护手段已不能满足对日益复杂、规模不断发展的七号信令网的维护需求。七号信令集中检测系统可以准确、有效地获取信令信息，为信令网管理和维护以及业务质量监测和分析提供有效地支撑手段。
2 GSM数字移动系统的监测接口和协议模型
GSM数字移动系统由移动台(MS)、基站子系统(BSS)、网络和交换子系统(NSS)、操作维护子系统(OSS)等四个部分组成。基站子系统(BSS)由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)两类设备组成。网络和交换子系统(NSS)包括移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、监控中心(AuC)、MSC网关(GMSC)等功能部分。
Um接口是空中无线电接口，是移动台与基站收发信台(BTS)之间的通信接口，信令传输协议是GSM特有的LAPDm。Abis接口为基站子系统的两个功能实体，即基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口，信令传输协议是LAPD。BSS与移动业务交换中心MSC之间的接口为A接口，A接口基于2Mbit/s数字接口，采用14位编码的No.7信令方式。主要传递包括呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。MSC与拜访位置寄存器VLR之间的接口为B接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新信息等。MSC与归属位置寄存器HLR之间的接口为C接口，用于完成被叫移动客户信息的传递以及获取被叫移动客户的漫游号码。D接口是HLR与VLR之间的接口，主要交换位置信息和客户信息。MSC之间的接口为E接口，是一个2Mbit/s数字接口，采用24位编码的No.7信令方式，位保持通话连续，而进行局面切换。
3 监测系统的体系结构和功能要求
*体系结构
七号信令集中监测系统采用模块化的体系结构，主要分为中心和远端站两级，它们之间通过广域网(WAN)互联。中心站和远端站由各自的本地局域网(LAN)构成，采用了客户/服务器(Client/Server)模式，而且系统可以灵活的根据用户的网络需求进行建设和扩展。数据经各个前端机数据采集模块从七号信令链路2Mbit/s口中采集下来，经预处理，再进入远端站处理系统处理后生成相应数据及呼叫详细记录(CDR)存入远端站数据库；同时，相关数据通过广域网进行中心站数据库，操作终端通过网络可以直接访问数据库。
*功能要求
七号信令集中监测系统作为一个网络维护优化的平台应具备一定的功能，主要包括实时应用部分和综合统计分析部分。
3.1实时应用部分
3.1.1 信令链路状态和性能的实时监测和管理
系统提供对网间信令链路状态和负荷的实时监测，以可闻和可视的方式来实时显示系统采集到的各种链路故障，并通过颜色变化来反映告警的类型和级别。同时，可以实时显示信令链路的可用状态和负荷，并可对某断时间内的链路负荷进行查询、统计、排序，提供各种图表来对链路性能进行分析，为网络优化提供技术依据。
3.1.2 消息过滤功能
过滤决定哪些事件会被存储，允许用户查询有特殊内容的信令消息。使用序列过滤可组成事件处理的完整序列。事件识别和序列识别可作为滤波器的条件，用户可以预定义的多个事件和序列识辨中进行选择。 3.1.3 忙户号码关管理
系统实时地检测并提供忙户的号码、忙次、用户相关的信息，这些信息使电话营销等业务部门能有针对性地解决用户忙而导致的接通率低的问题。通过有针对的疏忙管理将能大幅度地提高长途来话和本地网的电话接通率，改善服务质量。
3.1.4 呼叫跟踪功能
通过呼叫跟踪功能，对某一呼叫的完整信令过程进行实时跟踪，以便快速确定各实体之间信令配合问题的情况，其中，指定呼叫号码跟踪测试功能实现了对ISDN号码、移动用户IMSI、MSISDN号码的动态实时跟踪；系统应能自动跟踪和指定呼叫相关的信令配合，实时显示跟踪消息或呼叫过程记录，迅速查询呼叫失败原因、用户业务原因、用户位置环境原因等。系统还有能够同时跟踪多个用户号码呼叫的能力，自动跟踪多段、多协议信令配合流程，保存跟踪过程数据。
3.1.5 协议分析能力
七号信令集中监测系统具有针对全网的协议分析功能，提供对MTP、TUP、ISUP、MAP等的完全解码和协议分析。该功能可以使局间的信令分析变得非常方便迅速，维护人员可以得心应手地观测网络中任何链路的协议，方便各种交换机之间的兼容性测试以及ISDN和智能网等新业务引入时的问题查找及解决。
3.2 综合统计分析部分
综合统计分析部分对数据库中存储的数据进行深层次的数据挖掘和统计，并通过报表、直方图、饼图、曲线图等形式反映。为网络管理、业务经营分析、网络规划等提供有效的决策支持数据。其中包括：
3.2.1 故障分析
故障分析是对链路、链路组、路由组、子系统等的故障频次和历时的详细统计，以及横向和纵向的比较。对告警记录和查询，支持灵活的查询条件：告警类型、告警级别、告警发生时间、清除时间、告警源等条件的各种组合。
3.3.2 网络性能的统计分析
信令链路性能的统计分析是指对指定的链路，再指定的时间范围内，对其性能指标进行综合统计分析。分析内容包括：
----信令链路的完好率(故障率、拥塞时间过长、阻断时过长等)
----信令链路的可用性(不可用时长、阻断时长)
----信令链路的利用率(收发MSU的数量、链路拥塞的次数等)
----信令链路MTP承载业务的性能(MTP承载TUP、ISUP、INAP、MAP等业务的负荷)
3.2.3 信令路由性能的统计分析
信令路由是由不同的信令链路组组成，信令路由的性能是由各个链路组的性能统计分析得出的。分析内容包括：
----信令链路组的不可用时长
----信令链路组故障发生的次数
----至某一或某一组DPC的路由组不可用事件的发生次数
----至某一或某一组DPC的路由组不可用时长
3.2.4 信令点(STP/SP)性能的统计分析
信令点性能的统计分析是指对指定的信令点(STP/SP),在指定的时间范围内，对其性能指标进行综合统计分析。分析内容包括：
----信令点的可接入性(信令点的不可接入次数、不可接入时长等)
----信令点的负荷状况(收发MSU的数量、配对STP间负荷不平衡差值的情况等)
----信令点的业务处理能力(收发的TUP/IUUP/INAP/MAP等业务消息的数量)
3.2.5 信令业务(TUP、ISUP、SCCP等)及其对应呼叫的统计分析
信令业务(TUP、ISUP、SCCP等)及其对应呼叫的统计分析内容包括：
呼叫次数、接通率、占用次数、应答次数、通话时长、呼损分布、超短呼叫次数和超长呼叫次数等。
4 移动七号信令集中监测的实现方案
移动七号信令集中监测系统由如下几个子系统组成：(1)信令数据接入部分；(2)信令数据采集处理部分；(3)数据处理和应用部分；(4)广域网部分。
(1)信令数据接入部分。信令数据接入部分包括两种方式：
----高阻跨度接入方式
----STP交换机内部收敛终结接入方式
对于直联链路(F链)，可以采用高阻跨度方式经DXC收敛至集中监测平台。因为当前现网所有类型的HSTP和LSTP交换机都支持内部的收敛功能，所以对于A链或D链，可以采用STP交换机内部收敛终结接入方式。STP交换机将各E1上的信令时隙交换到某一E1上，使得该E1的31个时隙都承载了信令数据，然后输出到集中监测系统，此功能可通过STP交换机的人机命令实现。通过人机命令可以方便地选择被监测的信令链路。
对于信令数据接入部分，每个HSTP(LSTP)可将若干条E1接入到集中监测平台，E1的数据根据监测平台的建设规模确定。对每条HSTP(LSTP)至少接入4个2M，保证可以监测至少一对组合链路组。
信令数据接入部分应能同时支持64K和2M信令链路。
(2)信令数据采集处理部分。信令数据采集处理部分是七号信令集中监测平台的重要组成部分，一般由信令监测设备、服务器和局域网构成。它应能实现信令数据采集、处理和存储，为数据处理和应用部分提供关于信令消息的统计数据、呼叫消息记录(CDR)、事务详细记录(TDR)以及数据处理和应用部分所需要的满足匹配条件的信令消息数据。
同时，信令数据采集处理部分在数量上应支持良好的可扩展性，支持以积木式堆叠方式的扩展，并且系统不存在较大的瓶颈。
(3)数据处理和应用部分。数据处理和应用部分应实现以下功能：
----数据的综合分析与处理
----数据的存储
----业务逻辑的实现
----各种应用
其中数据处理层主要是：七号信令消息的处理，CDR/TDR的处理，基础统计数据的处理，告警处理和系统备份；应用层主要包括实时部分和综合统计部分。实时部分应能够实时、深入细致地监控网络和业务服务质量，综合统计分析部分应能充分合理地使用系统采集到的数据。
(4)广域网部分。广域网部分实现信令数据采集处理部分的数据处理应用部分的互联，可以采用如下几种方式组网：
----DCN
----DDN
----X.25
----帧中继
组网设备可选用路由器。如今信令数据接入部分全部经过传输网集中到同一物理位置，则信令数据采集处理部分和数据处理应用部分在同一局域网内，广域网可以省略。
其中在采用X.25专线方式时，传输速率为64kb/s、2Mb/s。同时为去您全安全起见，所有X。25链路必须置于一个闭合用户群(GUG)下。为了避免网络拥塞，采用永久虚电路(PVC)方式。
采用DDN专线方式，数据传输速率为64kb/s、2Mb/s。由于DDN采用的是点对点的方式，如果采集设备较多且分散，这就要求集中监测平台一侧的路由器必须具有多个广域网口。
采用帧中继(Frame Relay)方式，数据传输速率为2Mb/s。
采用DCN方式，10/100M应能自适应。
5 结束语
在GSM系统中，随着移动业务的迅速发展和七号信令集中监测系统的完善和推广，电信运营商的维护手段将更加全面，维护能力将大大提高，将使我国的电信通信系统变得更加强大、稳定和坚固，为国民经济的发展提供更强有力的支撑。而七号信令监测平台在GPRS、VOIP、WAP监测功能的不断完善下，它必然能随着移动业务的不断发展而赢得广阔的市场空间。