综合网管实现GSM-R网络指标统计的研究

■ 么亮 王铨

综合网管实现GSM-R网络指标统计的研究

■ 么亮 王铨

1 铁路通信综合网管系统概述

1.1 铁路通信综合网管系统的发展

通信综合网管系统是在一个平台上完成多个通信子系统集中管理、运行监控的网络管理系统。铁路通信综合网管系统建设始于2008年京津城际铁路工程。原铁道部运输局于2008年8月颁布了《铁路通信综合网管系统技术条件（V1.0）》，对综合网管系统的构架、组成结构、实现的各项功能进行了规定。随后在武广、京沪、哈大、郑西高铁等新建铁路项目中，各铁路局开始建设路局级通信综合网管系统，并陆续把新建铁路线路的综合网管纳入到铁路局的统一综合网管平台。截至2013年7月，武广高铁武汉铁路局综合网管系统通过验收，并投入使用，北京、上海、济南、沈阳、哈尔滨、郑州铁路局和广州铁路（集团）公司的综合网管系统处于与各通信子系统设备级网管的对接调试阶段，其他铁路局通信综合网管系统的建设合同陆续在相关新建铁路项目中签订。铁路综合网管系统的建设处于逐步发展壮大阶段，为铁路通信各级管理、维护部门提供了一种对不同通信设备进行集中监控的运维管理模式。

1.2 综合网管系统GSM-R专业网管系统建设

武广高铁综合网管系统GSM-R专业网管系统按照《铁路通信综合网管系统技术条件（V1.0）》规定的有关功能，在综合网管系统上实现了交换子系统、通用分组无线业务子系统、无线子系统的综合拓扑管理、告警管理、资源管理、报表管理等功能。在报表管理中实现了GSM-R网络性能指标的报表统计。通过对设备产生的原始性能统计文件的解析，解决了部分GSM-R设备厂商在工程项目建设中缺少网络性能统计工具的问题，奠定了通过综合网管系统等第三方工具实现GSM-R网络性能指标统计的技术基础。武广高铁综合网管系统实现了GSM-R网络性能指标的统计，也是铁路综合网管系统在铁路成功运用的标志。

2 综合网管系统对GSM-R性能指标统计

2.1 实现GSM-R网络性能指标统计原理

GSM-R的各种业务在相关的设备网元中有自己的统计点（计数器），一旦网络中发起了此类业务的信令流程，则触发计数器工作，记录此信令发生的次数。在统计时间完成后，各计数器记录总共发生此类信令流程的次数，生成原始的关于此类业务的统计报告。该统计报告存储在各设备网管的硬盘上，是原始的性能统计分析文件。综合网管系统通过对原始性能文件记录的各类业务数值的字段、格式进行解析，将原始性能文件中各类业务统计点记录的数值提取出来，按照规定的公式进行计算处理，生成直观的报表，实现GSM-R网络性能指标的统计。综合网管系统实现网络性能指标统计原理见图1。

2.2 综合网管系统对GSM-R网络性能指标的实际统计

铁路综合网管系统的GSM-R网络性能指标统计有两个文件规定，一个是《铁路数字移动通信GSM-R维护暂行规则》，另一个是《铁路通信综合网络管理技术条件（V1.0）》。由于综合网管系统技术条件颁布较早，文件规定的不是反映GSM-R网络整体运行状况的统计性能指标，而是单项业务的统计项目，且定义的统计项目与设备的实际统计项目存在差异，对指导GSM-R网络优化和维护工作意义不大。在武广高铁武汉局综合网管系统建设中，无法按照综合网管系统技术条件规定的项目实现全部GSM-R网络指标统计。

图1 综合网管系统实现网络性能指标统计原理示意

在综合网管系统技术条件和GSM-R维护规则中，都有对GSM-R网络服务质量指标的统计规定，指标是端到端呼叫建立时间、呼叫建立失败概率、数据速率、最大端到端延迟、平均端到端延迟。这5项目服务质量指标是铁路GSM-R工程设计暂行规定、工程施工验收标准等规定的GSM-R网络服务质量（QoS）指标，反映的是网络承载不同业务种类的端到端服务质量。

GSM-R服务质量（QoS）指标在《GSM-R无线网络覆盖和服务质量测试方法》中有详细的统计说明。由综合检测车利用车载测试终端和服务质量测试软件通过自动拨打测试，统计网络承载端到端不同业务种类的服务指标。测试环境和统计方式单一，对不同业务的测试拨打方式有严格规定。在搭建好的测试环境下，利用8 W语音测试终端和2 W数据测试终端进行不同业务的拨打测试，指标的统计点在测试终端侧。

在武广高铁武汉铁路局综合网管系统的GSM-R网络性能指标统计功能中，统计的是GSM-R维护规则中有关GSM-R网络性能指标规定的统计项目, 是在铁路实际应用业务环境中，统计网络承载所有终端发起相同业务的接通率、掉话率等性能指标。指标的统计点在MSC、SGSN、GGSN、BSC等网络设备侧，并没有实现对5项服务质量指标的统计。两个不同的统计系统，在统计环境、统计方式、统计设备、计算方法上存在差异。

针对实现、完善综合网管系统的GSM-R网络性能指标统计方法，以及结合GSM-R网络 5项服务质量指标定义，分析和探讨综合检测车的测试统计方法是否可以利用综合网管系统进行统计。

3 综合网管系统实现GSM-R网络性能指标统计方法

2011年发布的GSM-R维护规则，对GSM-R各子系统需要统计的网络性能指标进行了明确规定。根据上述述情况分析，综合网管系统技术条件定义的统计项目与设备的实际统计项目存在差异，经北京铁路通信技术中心和武广高铁建设、维护管理单位共同研究，在实施综合网管系统的GSM-R网络性能指标统计过程中，没有按照技术条件规定的指标进行呈现，而是按照GSM-R维护规则规定的指标需求，研发综合网管系统对GSM-R网络性能指标的统计功能，既有实际的统计意义，又解决了新建铁路项目中部分GSM-R设备网管系统不具备网络性能统计工具的问题，实现了通过综合网管系统上报GSM-R网络性能统计指标报表的功能。

3.1 武广高铁武汉铁路局综合网系统管GSM-R统计功能的研发方式

在武广高铁武汉铁路局综合网管系统调试前期，由于缺少组织综合网管系统、GSM-R设备供应商共同确定网络性能指标统计需求、分析原始性能解析文件格式和规范计算方法的单位，导致综合网管系统研发GSM-R网络性能统计指标的工作进展缓慢。北京铁路通信技术中心承担了此项工作，以GSM-R维护规则规定的无线网络性能指标统计为例，结合武广高铁BSC设备版本对应的原始性能文件解析版本，对每个统计指标需要采集的原始性能文件的统计项目，按照原始性能文件的解析格式向综合网管系统供应商进行详细分析说明，介绍网络性能指标的采集原理，并多次组织两家公司对交换子系统、GPRS子系统、无线网的网络性能原始文件逐一进行版本梳理，明确统计方式；组织GSM-R设备供应商对组成每个统计指标中的每个统计项目是否需要进行解析及解析格式是否正确向综合网管系统供应商进行详细确认，在GSM-R设备网管系统上创建需要进行网络性能指标的统计项目，逐步使综合网管系统统计GSM-R网络性能的研发工作步入正轨。研发综合网管系统的GSM-R网络性能指标的统计工作步骤如下。

（1）要求GSM-R设备商明确设备版本，以及该设备版本对应的解析原始性能文件版本，确定正确的解析方式。

（2）在设备网管系统上创建需要统计的各网络性能指标的统计项目，生成原始性能文件。

（3）综合网管系统根据该文件确定的字段格式对原始性能文件中组成各网络性能指标的统计项目进行字段翻译，编辑统计程序，得到各子系统的网络性能指标，并生成报表。

3.2 综合网管系统技术条件和GSM-R维护规则规定的网络性能指标对比分析

综合网管系统技术条件对网络性能指标的规定是“图表7-7交换机（MSC）系统性能参数表”和“图表7-8基站控制器（BSC）系统性能参数表”，只对交换子系统、无线子系统的部分指标进行了规定，没有对通用分组无线业务子系统的指标规定，存在统计项目不全的问题。

交换机系统性能参数表规定的指标多是统计GSM-R各类语音呼叫业务的单一统计项目，而不是反应承载该类业务的网络性能状况好坏的指标，且定义的统计项目虽然名称不同，但实际反映的是一个统计项目，与设备的实际统计项目存在差异，不具备实际统计意义，无法反映网络实际状况。交换子系统技术条件规定主要指标和维规实际统计指标对比见表1，表中分析了因技术条件中不可操作而被取消的主要项目与参考维护规则在综合网管系统中实现的性能指标项目的对比情况。通过分析发现，虽然综合网管系统规定的主要指标名称在设备网管系统中无法找到，但可以通过维护规则规定的指标代替。按照维护规则标准修订综合网管系统规定的统计项目，并对组成各个网络性能指标的项目进行细化，即可优化、完善综合网管系统的统计GSM-R网络性能指标功能。

基站控制器（BSC）系统性能参数表规定的指标多是GSM-R网络服务质量指标，按照维护规则规定，由综合检测车进行统计。无线子系统技术条件规定的主要指标和维护规则实际统计指标对比见表2。

表1 交换子系统技术条件规定主要指标和维护规则实际统计指标对比

表2 无线子系统技术条件规定主要指标和维护规则实际统计指标对比

4 5项服务质量指标定义和综合检测车数据采集方式

结合5项服务质量指标定义和检测车与综合网管系统两种不同统计手段的技术特点，分析服务质量指标在综合网管系统上实现的可行性。

4.1 端到端连接建立时间

4.1.1 指标定义

统计铁路紧急呼叫、同一区域内司机间的组呼、移动终端到固定终端的呼叫、固定终端到移动终端的呼叫、移动终端之间的呼叫、低优先级呼叫等不同呼叫类型从发起呼叫请求到呼叫成功的时间间隔。

4.1.2 综合检测车的统计测试方法

（1）测试方式。动态测试按照实际运营车速进行，保证每个小区至少包含3个测试样本，测试总样本数不小于100次；通过控制测试终端自动拨叫固定（移动）测试终端的号码发起呼叫（定义2次呼叫的最大允许呼叫接入时间设为15 s，通话保持时间设为5 s，通话结束后测试主叫方主动释放呼叫；一次通话结束后，移动测试终端应在一定的时间后自动重新发起呼叫，两次呼叫间隔时间推荐为30 s）。测试软件获取测试终端空中接口上的信令，记录单次呼叫的连接建立时间：单次呼叫建立时间=time（呼叫连接建立成功）-time（呼叫请求）。统计每个成功呼叫的呼叫建立时间和呼叫成功建立的总次数，剔除异常情况下（例如受其他呼叫干扰、其他人为干扰等）的呼叫。

（2）统计方式。统计呼叫建立时间小于5 s的百分比=呼叫建立时间小于5 s的次数/呼叫成功建立的次数× 100%。统计呼叫建立时间小于7.5 s的百分比=呼叫建立时间小于7.5 s的次数/呼叫成功建立的次数×100%。

4.2 呼叫建立失败概率

4.2.1 指标定义

统计铁路紧急呼叫、同一区域内司机间的组呼、移动终端到固定终端的呼叫、固定终端到移动终端的呼叫、移动终端间的呼叫、低优先级呼叫等不同呼叫类型不成功的呼叫建立次数与呼叫尝试总次数的比值。

4.2.2 综合检测车的统计测试方法

（1）测试方式。同端到端连接建立时间。

（2）统计方式。统计呼叫建立失败的次数和呼叫尝试的总次数；呼叫成功建立前人为主动释放的呼叫不计算在内；连接建立失败概率=呼叫建立失败的次数/总呼叫次数×100%。

4.3 数据速率

4.3.1 指标定义

表示无线信道上单位时间内通过的数据量。

4.3.2 综合检测车的统计测试方法

（1）测试方法。采用动态与静态相结合的方式测试，静态测试时间至少30 min，动态测试至少应测试一个往返。吞吐量分为峰值吞吐量和平均吞吐量，上下行吞吐量分别进行测试。在与GGSN接口相连的Gi接口连接固定测试终端，在固定测试终端安装一测试用FTP服务器。通过FTP下载测试下行吞吐量，通过FTP上传测试上行吞吐量。记录测试终端统计每秒通过的最大字节数和每小时的平均字节数。

（2）统计方法。峰值吞吐量=单位时间内的最大传输的字节数；平均吞吐量=总的传送的字节数/总的传送时间（h）。

4.4 最大端到端延迟、平均传输延迟

4.4.1 指标定义

非列控数据业务测试终端发起数据帧到地面服务器接收完数据帧的最大、平均传输时延。

4.4.2 综合检测车的测试统计方法

（1）测试方式。动态测试按照实际运营车速进行，测试应覆盖测试线路的所有小区，测试总帧数不小于100个。移动测试终端发起数据呼叫，连接建立后，地面固定测试终端将收到的数据帧环回转发给发送端，通过发送和接收ASCII码的数据帧实现测试，测试数据帧长为30字节。在测试终端的控制接口，以开始传送移动测试终端数据帧（发送数据帧的第一比特）到接收完从固定测试终端返回来的同一数据帧（接收完数据帧的最后一个比特）的时间间隔的一半作为用户数据帧的传送时延。

（2）统计方式。数据最大端到端延迟=所有成功传送的数据帧的延迟的最大值；数据平均端到端延迟=所有成功传送数据帧的延迟之和/成功传送的总数据帧数。

5 综合网管系统对5项服务质量指标的统计方式

综合网管系统对5项服务质量指标统计采用两种方式实现。

（1）方式一。通过人工输入方式把综合检测车服务质量指标统计软件分析后的数据输入综合网管系统，实现5项服务质量指标呈现。

（2）方式二。专业网管系统增加相应的统计计数器，计算出数值后生成原始性能文件，由综合网管系统对原始性能文件进行解析后实现。根据统计指标的不同，实现方式不同，在此对方式二的实现方式进行分析。

5.1 端到端连接建立时延

MSC专业网管系统虽然可以统计每个呼叫发起请求次数和连接建立次数，但缺少统计连接建立时间的计数器，无法完成对连接建立时间的统计，需要由专业网管系统开发统计连接建立时间计数器的功能。待专业网管系统实现后，由综合网管系统对数据进行采集实现。但专业网管系统统计的是MSC接收到信令消息时间，与服务质量分析软件统计终端接收到信令消息的时间存在空中接口传输的时间差，虽然时间很短，但统计出的数值与该项指标定义的统计数值存在细微差异。

5.2 呼叫建立失败概率

专业网管系统可以统计MSC到MSC、FAS、BSC、RBC不同局向的接通率。接通率的统计中包括被叫用户忙、用户久叫不应等次数。如果专业网管系统统计是通过“1-接通率”的方式计算出呼叫连接失败率，与综合检测车的计算方式基本相同，可以通过综合网管系统实现该指标的统计。

5.3 数据传输速率

在专业网管系统中，可以记录每个小区的上下行数据流量，按照上行和下行数据流量进行统计。综合网管系统可以分析专业网管系统对该统计项目的原始性能文件，实现该指标的统计。

5.4 最大端到端延迟、平均传输延迟

专业网管系统没有统计终端发送数据时间到地面设备接收完数据时间的计数器，无法进行统计。同样需要后期开发统计计数器，与端到端连接建立时延指标一样存在空中接口传输时间差的问题。

6 分析结论

综上所述，铁路综合网管系统可以通过分析GSM-R设备产生的原始性能文件，实现GSM-R网络性能指标的统计和数据传输速率、呼叫建立失败概率等个别服务质量指标的统计。

（1）性能指标。综合网管系统能以GSM-R设备厂家提供的原始性能文件，以解析方式为技术基础，既可根据GSM-R维护规则规定的网络性能指标完善统计功能、细化统计项目，又可根据实际维护情况创建新的统计项目和研发新的统计程序，为网络优化提供基础数据。综合网管系统实现网络性能指标的统计方式灵活多样。

（2）服务质量指标。根据需要，建议短期采用方式一，通过综合检测车得到数据，人工导入综合网管系统进行呈现。综合网管系统开发服务质量指标导入程序的时间短，对指标呈现的时间较快。如果采用方式二，目前可以通过综合网管系统直接得出数据速率、呼叫（连接）建立失败概率2项服务质量指标统计数据，其中数据速率可通过综合网管系统直接得出，呼叫（连接）建立失败概率可通过综合网管系统得出的MSC呼叫接通率经过换算得到。端到端呼叫（连接）建立时间、最大端到端延迟、平均传输延迟3项目服务质量指标暂无法通过综合网管系统实现，实现需要GSM-R设备厂家研发记录统计时间的新型计数器，且终端接收到信令消息、数据的时间存在空中接口传输的时间差，导致统计出的数值与服务质量指标定义的数值存在细微差异，需解决终端和设备之间空中接口传输的时间差问题。待设备厂家研发出记录各类业务建立时间的计数器，并解决空中接口传输的时间差问题后，再研究综合网管系统通过分析原始性能文件实现服务质量指标的统计功能。

[1] 科技运［2008］170号 GSM-R无线网络覆盖和服务质量测试方法[S].

[2] 中华人民共和国铁道部. 铁路数字移动通信系统（GSM-R）暂行维护规则[S]. 北京：中国铁道出版社，2011.

[3] 么亮. GSM-R网络运用质量体系与统计数据分析[J]. 铁路技术创新，2011(6)：20-26.

么亮：北京铁路通信技术中心，工程师，北京，100038

王铨：北京铁路通信技术中心，高级工程师，北京，100038

责任编辑 葛化一