信令集中监测系统在GSM-R通信网维护中的应用

■ 刘清涛

GSM-R系统作为铁路运输行车组织的重要通信手段，对运输行车的安全有着重要作用，对维护提出了较高要求。提高对障碍定位及处理的及时性是运用维护水平的重要指标。目前，GSM-R交换网络中发生的通信障碍采用信令分析仪协助分析障碍原因。

1 GSM-R通信系统障碍处理存在的问题

1.1 信令仪表的应用

GSM-R交换网络日常维护工作中出现的通信故障，一般通过现场拨测和信令消息跟踪分析查找故障原因。使用信令仪表进行信令跟踪可准确直观地通过分析信令流程查找障碍原因，但信令仪表在核心网机房使用存在一定的局限性。

（1）核心网机房工程期间配置的DDF架不同，有的没有三通接头，后期维护需要中断业务才能挂接信令表，造成维护不便。

（2）随着GSM-R系统的业务量逐年上升，有些核心网机房配置的信令仪表由于配置的容量问题，无法监测全部信令链路，无法看到完整的消息事件，给故障分析带来困难。

（3）使用信令仪表处理障碍有一定延时，核心网机房在接到障碍申告后进行信令仪表的挂接和跟踪，有时列车已经驶出管辖区域，无法还原故障发生时的真实情景，给障碍分析带来一定难度。

1.2 通话记录的辅助作用

采用通话记录（话单）在障碍处理过程中是一种弥补手段。主要弥补信令仪表无法监测到的障碍发生当时的情况，当无法知道障碍发生的情况，可通过话单查询通话记录。目前移动业务交换中心（M SC）运行的设备开放了通话记录功能，可产生话单的详细记录。但是，使用通话记录存在以下问题。

（1）查看通话记录。设备中存储的通话记录是以十六进制的方式存储，维护人员通过原始通话记录查看记录内容比较繁琐。

（2）通话记录的局限性。通话记录作为对过去障碍信息查询的一种补救手段，只能查到呼叫接通记录，由于未能接通的呼叫不产生通话记录，所以无法查询到呼叫不通的记录。GSM-R系统是指挥列车运行的生产网络，不存在计费问题，通话记录主要是为了协助障碍判断。目前通话记录对障碍处理的帮助有限，且开启通话记录会占用网络设备系统内部资源，因此通话记录的使用意义不大。

2 信令监测系统

信令监测系统独立于电信网络设备之外，通过高阻跨接方式在信令链路上直接采集信令消息，对信令网进行实时动态监测，并可对用户部分信令或应用信令进行实时或历史分析。

2.1 信令监测系统与信令仪表的比较

（1）信令仪表。反复连接测试仪表可能会导致DDF架上的接头松动或断开，存在一定的风险性；长时间连接信令仪表进行测试，因受存储容量和监测链路数量限制，无法获取长期完整的历史话务数据；无法进行全程、全网测试。

（2）信令监测系统。独立于交换和信令设备的内部与外部接口，不增加交换和信令设备的负荷，不影响交换和信令设备的正常运行；可获得呼叫的详细流程和每个消息的具体信息；可监测整个网络的全部信令链路，跟踪并保存呼叫的整个流程；可实时获取信令消息，随意调取之前的历史记录。

2.2 信令集中监测系统的组成

信令集中监测系统分为信令的接入与收敛、信令采集与预处理、数据处理和数据存储4部分。

在核心网机房DDF架上通过跨接高阻隔离器将信令链路接入至前端采集设备，由前端机进行原始信令采集、收敛、分析和事件合成。前端服务器负责数据的接收、统计分析及提交等工作。中心服务器负责全网的报表统计及告警收集。业务服务器负责存储指定局向的呼叫详细记录及相关统计数据。

3 信令集中监测系统在GSM-R网络中的应用

3.1 GSM-R网络中的监测内容

GSM-R通信网包括HLR，SCP，STP，M SC，SGSN，FAS等网络设备，为完成对网络监测功能，应对M AP，CAP，ISUP，PRI（DSS1），BSSAP等协议进行解析，即监测SCP至STP、HLR至STP、SM SC至STP、STP至M SC、STP至SGSN、M SC至BSC、MSC至FAS、M SC至RBC、M SC至PSTN、M SC至M SC、BSC至SGSN的全部信令链路。

3.2 信令集中监测系统的组网

GSM-R网络信令集中监测系统组网示意图见图1。

在19个核心网机房（18个铁路局（公司）所在地和拉萨）设置前端机、前端服务器和监测工作站，负责收敛信令链路并进行处理。在骨干GSM-R核心网机房设置业务数据库、中心服务器和维护台，考虑GSM-R网络前期业务量不是很大，业务数据库可全路统一设置。各核心网机房间设置一台接入路由器，并连至铁路局的汇聚路由器上，利用既有数据网完成各站系统间的互联。

前端信令采集部分的信令提取主要采用高阻跨接方式，在DDF架上增加接入高阻隔离器（见图2）。随着通信技术的不断演进，在未来A口、Gb口全IP化后可考虑采用镜像技术进行信令提取。

3.3 信令集中监测在GSM-R网络运用维护中的作用

图1 GSM-R网络信令集中监测系统组网示意图

图2 高阻隔离器示意图

（1）机房维护人员针对业务部门反应的故障可迅速通过信令集中监测系统查找障碍原因，大幅度提高工作效率。

（2）可随时查询全网所有呼叫的详细记录，不需要再查询话单，可关闭M SC、SCP等设备的话单功能，节省网络设备资源。

（3）各核心网机房可省去信令监测仪表配置，节约投资。

（4）维护人员可实时观测信令网各信令链路的动态信令负荷，第一时间掌握网络的运行情况。

（5）通过对历史数据的统计分析，可挖掘网络深层隐藏的问题。

3.4 信令监测系统应用

3.4.1 监测语音业务

（1）调度通信语音业务的监测。调度通信语音业务在铁路通信业务中的位置比较重要，由于铁路运输的特点，调度语音通信伴随功能号码注册、基于位置寻址等智能业务，包括即将开通的基于位置呼叫限制业务，使调度语音通信业务涉及M SC，STP，SCP，HLR，FAS等众多网络设备，通信流程较复杂。对某个铁路局来说，单一监测本地设备是不够的。通过信令集中监测系统可以看到本地及全网共用设备间的信令消息，方便查找问题。

（2）移动用户的业务监测。移动用户的每个操作在通信系统中会转化为某条信令，信令业务的集中监测和存储可方便地查询每个用户的使用情况，判断网络存在的问题。通过调取存储在中央服务器中的数据，可看到用户的通话次数、时长，切换是否成功/失败次数，位置更新成功/失败次数等。在现网的实际应用中，偶尔一两次的呼叫失败，用户可能不进行障碍申告，第一次呼叫不通，第二次呼叫接通，用户可能不太在意，但对维护部门来说这都是隐藏的障碍。调取分析保存下来的数据，对网络优化工作及深层挖掘网络问题大有帮助。

（3）网间语音业务监测。用于查找GSM-R系统与其他运营商网络之间互联互通发生的问题。一旦发生外网用户干扰正常的铁路通信业务时，可通过监测记录查找原因，有效解决网间纠纷。

3.4.2 监测数据业务

数据业务在铁路通信系统中承担的作用越来越重要，进路预告的相关问题在日常生产中比较常见。目前对进路预告、调度命令的相关问题查找缺少相应的手段，只能在GRIS上查看是否转发成功，转发后导致进路预告、调度命令未收到的原因不得而知。使用信令集中监测系统可辅助排查此类故障，通过分析Gb口的数据信息缩小故障判断范围。

3.4.3 监测列控数据业务

在CTCS-3级列控线路上监测列控数据业务，列控业务数据分析是每天的日常工作。但是CTCS-3级列控区段监测系统随工程建设尚未形成网络，对长交路或未来跨线运行的机车，集中信令监测系统更有利于对全线整体情况进行分析，获取更全面的机车运行数据。

3.5 信令集中监测系统与现网设备的融合

目前，现网CTCS-3级列控区段使用的接口监测系统（Abis、A、PRI）随着工程建设同步实施。信令集中监测系统原理上与接口监测系统相同，可采用完善接口监测系统方式，将信令集中监测系统纳入工程中，与工程进度保持同步，扩大接口监测范围，监测CTCS-2级列控区段的A接口信令。但在物理实体上，建议将CTCS-3级列控区段的数据与信令集中监测系统的数据分开存储，防止由于数据量过大导致系统服务器性能降低。同时，在核心网机房考虑将中心服务器纳入综合网络管理系统，由综合网络管理系统负责实现信令网的报表统计和告警收集，替代从交换设备的话务统计文件中提取数据进行信令网报表统计的功能。

3.6 由信令集中监测系统引出的问题

（1）采用信令集中监测系统增加机房维护人员的维护工作量。网络扩容或新建铁路线接入后，需要在信令监测系统的前端机及数据库中进行一系列的数据配置。

（2）铁路局核心网机房的操作权限分配。根据现网维护模式，建议信令监测系统的中心服务器和铁路局前端设备的系统配置与管理权限由未来骨干核心网机房承担。铁路局核心网机房作为用户使用，可实时查询本局管内所有信令链路消息、与本局相关的呼叫历史记录消息。

4 结束语

铁路GSM-R技术是基于公共无线网络GSM技术体系、专门服务于铁路的专用通信网络，虽然多数技术与GSM系统相同，但对安全性要求远高于GSM。快速提高GSM-R系统的维护能力和水平，可考虑借鉴GSM成熟的运维模式和维护方式，不断完善维护手段，保障铁路通信系统运行的安全稳定。