GSM系統—網絡維護優化參數的提取

優化的若干參數，并在對信令過程研究的基礎上，給出參數的提取方法。參數的提取是以信令采集儀為平臺和在采集到的現場信令數據分析的基礎上實現的。應用參數提取軟件對現場采集的數據進行的統計，其結果基本反映了網絡行為和用戶的行為，對網絡的維護優化有一定的意義。
1、參數提取的意義與可能性
　　參數提取的意義： 1 ）參數提取是網絡維護監測優化所必需的，網絡的維護和優化必須有相關參數作為參考。 2 ）一些網絡維護設備和監測系統的研制必須有網絡參數理論的支持，如信令分析儀的實現。沒有這些參數理論，這些設備或監測系統不能被實現。3）網絡參數能為目前的一些網絡優化理論提供數據的支持。
　　參數提取的可能性：參數提取是以 GSM信令采集儀（已由作者所在的實驗室研制成功）為平臺，通過對采集到的信令數據的研究獲得的。
2、 參數提取軟件體系及數據結構
2、1參數提取軟件體系
　　參數提取軟件的前提是信令采集儀的實現，信令采集儀的基本功能是采集和?譯信令數據，并對每條消息附上時標、連接類型（如 MS 起呼、MS被呼等）等信息。參數提取軟件對信令采集儀所采集的?始信令數據文件進行統計處理后就得到了參數輸出數據文件。參數提取軟件可以作為信令采集儀的一個模塊，這樣可以在線地進行參數的提取，但這樣作，處理器速度往往不夠。參數提取軟件也可以獨立成為一個軟件包，對采集到的?始信令數據文件進行統計處理。參數輸出數據文件包括了最基本的參數信息。如果對參數數據文件進行后處理，將得到另外的一些參數。對參數輸出數據文件的后處理的實現可以作為一個獨立的軟件，也可以作為參數提取軟件包的一個模塊。我們是采取后一個方案。當然也可以利用現有的辦公室軟件，例如MS-EXCEL 。
2、2 參數輸出數據文件的數據結構
　　每一個參數的統計對應一個參數輸出數據文件，如用戶CDR（CALL DATA RECORDS）輸出數據文件、呼叫狀況統計輸出數據文件等。參數輸出數據文件由記錄組成。記錄由統計間隔和統計項構成。統計項由具體的參數及提取的方法決定，如呼叫狀況統計的統計項有LAC、CI、連接類型和 CC層的消息構成。
3、 參數提取的幾個概念
　　統計可以針對第一層議、第二層議和第三層議。低層統計反映了網絡傳輸性能，而高層統計，可獲得呼叫控制、移動管理和切換狀況等網絡參數。本文針對于高層統計。
　　統計的方向依賴性：所謂方向依賴統計指消息的計數基于鏈路的物理的或邏?的方向。物理方向意味著消息的傳輸是從MSC 到BSC （下行）還是從 BSC 到MSC （上行）。邏?方向反映了消息所屬連接的類型，有四種連接應該被區分：MOC （移動臺起呼）、MTC（移動臺被呼）、 LOC（位置更新）、UNKNOW（無連接）。MOC消息屬于由 GSM04、08消息CM-Service Request所建立的連接的消息，即移動臺起呼而建立的連接的消息。MTC消息屬于由GSM04.08消息Paging Response 所建立的連接的消息，即移動臺被呼而建立的連接的消息。LOC消息是由GSM04.08 Location Update Request 消息所建立的連接的消息。凡是由 SCCP-UDT( 消息傳送的消息，不屬于任何一個連接的消息，都用UNKNOWN 去標志。對于一個進入的Handover,handoverRequest 消息和 Handover Request Acknowledge 消息應歸于 UNKNOWN 類型的消息，而隨后的消息應根據建立在正在服務的小區的連接類型去計數。
　　統計的小區依賴性：當一個連接被建立時，一個小區（CELL ）的 LAC（位置區碼）和 CI （小區號）將作為消息元素而被發送。許多參數的統計是與具體的一個小區有關的。統計時必須把與一個特定小區有關的消息統計出來。對于有連接的消息，一個小區的身份（LAC/CI ）是 BSSMAP 層的Complete layer 3 information 消息的一個消息元素，由SCCP 的CR （接續請求）消息承載。對于BSC 控制的Handover，新小區的LAC/CI 被包含在GSM08.08 HO Performed消息中，這個消息指示成功地完成了一個 Handover 。對于無連接方式發送的消息其 LAC和 CI 應該用0 去標示。
　　統計的方法可按實現的手段和難度來分，可分為面向消息的參數、面向消息元素的參數、面向過程的參數。面向消息的參數指參數的提取只要對相關的消息進行統計就可以了。面向消息元素的的參數是指參數的提取不僅涉及統計處理消息本身而且涉及統計處理消息的元素，這時往往要進行過濾。
　　面向過程的參數是指消息的提取要涉及到具體的一個過程。如用戶跟蹤的實現，因為每一個CALL 的建立是與一個連接聯系在一起，這個連接實現過程由 SCCP 去完成，因此對用戶的跟蹤不僅涉及 CC層，也涉及到 SCCP 層。一個連接建立時，其連接的標識被兩端的 SCCP 獨立分配，以后的就以此標識指示傳送路徑。
4、A口參數統計及其后處理
　　有些參數既可在A 接口上提取又可在Abis 接口上提取，如呼通率和呼損率。一般地，在A 口提取時，實現起來復雜。但獲得的信息多，接入的設備少。
　　不同的參數提取對應不同的程序分支，每個分支基本上由如下幾個模塊組成：連接管理模塊，用于管理標識一個過程的連接號；統計和過濾模塊，用于獲得和統計特定信息；顯示模塊，用于顯示相關信令過程；存盤模塊，存儲相關信息；任務調度模塊；資源管理模塊等。
4.1　用戶 CDR （CALL DATA RECORDS ）和用戶跟蹤
　　一個基本的用戶跟蹤是把有關該用戶的三種基本的信令過程（移動臺起呼、移動臺被呼和位置更新）的高層消息按時間順序記錄下來就足夠了。具體的跟蹤過程如下：用設定的IMSI 、TMSI 或IMEI去過濾 BSSMAP 的Complete layer 3 information
　　消息相關消息元素，當捕捉到后，從承載該消息的SCCP消息CR （當然也必須從隨后的消息CC獲得一部分信息）可以獲得連接號，把該連接的所有的消息都記錄下來。與上述過程并行的另一個過程是：用設定的 MSISDN去過濾CC 層SETUP 消息的消息元素calling party BCD number或called party BCD number當捕捉到以后，從承載該消息的SCCP消息DTI獲得連接號的一個方向，進一步可以檢索到相應連接的 CC 消息，于是一個完整的連接號被獲得。把該連接的所有的消息記錄下來。
　　用戶CDR 就是把該 BSC 轄區內的所有在測試時段內通信過的用戶的相關信息記錄下來。所記錄的用戶信息可多可少，這與軟件的使用用戶的需求有關。基本的用戶信息包括：用戶身份（ IMSI、TMSI 、IMIE）、通話的另一方身份（MSISDN ）、通話的時段（起始時間、終止時間、持續時間）、釋放原因、信令點碼（OPC 、DPC ）、 所在小區（LAC/CI ）、發生BSC 內部切換次數、變換小區序列、是否發生切換出 BSC 的切換。
　　用戶 CDR 與用戶跟蹤相類似，不同在于：用戶 CDR 是對所有的該BSC 轄區內的用戶的數據的記錄，而用戶跟蹤是捕捉給定身份的用戶；用戶跟蹤還要對該 BSC 轄區外的用戶跟蹤，而用戶 CDR只對本BSC 轄區內的用戶的統計；用戶 CDR 可以非在線的方式實現，用戶跟蹤必須以在線的方式實現。
　　用戶CDR 的實現可以從一個個連接去入手（ SCCP 層的CR 、CC 消息包含連接信息），把所有連接的信令數據整理成一個連接的序列，這樣就基本實現了用戶 CDR ，當然可以只選出若干有用的信息。
對用戶 CDR 進行后處理可得到以下應用：
（ 1 ）按OPC 和DPC 的呼叫數目分布。
（ 2 ）呼叫釋放原因按時間的分布。
（ 3 ）呼叫數目按呼叫原因的分布。
（ 4 ）呼叫數目按時間分布。
（ 5 ）特定用戶的呼叫記錄。
（ 6 ）呼叫數目按持續時間的分布。
　　以上的統計對網絡規劃，用戶行為的統計有重要意義。
4.2 呼叫狀況統計
　　呼叫狀況統計主要處理的是CC 層的消息。對于呼叫狀況的統計是依賴于具體的小區和邏?連接的，該參數的提取是面向過程的，統計過程中要涉及到SCCP層的協議。統計項有LAC、CI連接類型及各種 CC 層的消息。
　　統計的過程如下：首先捕捉CR 、CC 消息，得到要建連接的標識號，同時在CR 消息承載的 Completelayer 3 information 消息中獲得小區身份。以后所有的該連接的消息都是涉及該小區的消息。當然在統計間隔內，與一個特定小區相關的連接不只一個，必須把所有的與該小區有關的連接的消息統計出來。
　　對其進行后處理可得到以下應用：
（ 1 ）手機起呼數和被呼數以及手機起呼被呼的比例
手機起呼數=連接類型為 MOC 的SETUP 消息數
手機起呼被呼比= 手機起呼數 / 手機被呼數
（ 2 ）手機起呼接通率、呼損率和被叫不接率
手機起呼接通率= 連接類型為MOC 的CONNECT消息數 / 手機起呼數
手機起呼呼損率 =(手機起呼數- 連接類型為MOC 的 CONNECT 消息數）/ 手機起呼數
手機起呼不接率=1- 手機起呼接通率- 手機
起呼呼損率= （連接類型為 MOC 的ALERTING 消息數- 連接類型為 MOC 的CONNECT消息數）/ 手機起呼數
（ 3 ）手機被呼接通率、呼損率和被叫不接率
手機被呼接通率 = 連接類型為 MTC 的 CONNECT消息數 / 手機被呼數
手機被呼呼損率 = （手機被呼數 - 連接類型為MTC 的CONNECT 消息數） / 手機被呼數
手機被呼不接率=1-手機被呼接通率- 手機
被呼呼損率 = （連接類型為MTC 的ALTERING 消息數- 連接類型為MTC 的CONNECT 消息數）/ 手機被呼數
（ 4 ）呼叫接通率、呼損率和被叫不接率
呼叫接通率= 手機起呼接通率 + 手機被呼接通率
呼損率 = 手機起呼呼損率 + 手機被呼呼損率
被叫不接率= 手機起呼不接率 + 手機被呼不接率
（ 5）手機起呼被呼接通比
手機起呼被呼接通比 = 手機起呼接通率/ 手機被呼接通率
（ 6 ）手機緊急呼叫建立數
手機緊急呼叫建立數 =EMERGENCY SETUP 消息數
（ 7 ）手機掛機與網絡旁掛機比
連接類型為MOC 的DISCONNECT 數 / 連接類型為 MTC 的DISCONNECT 數
（ 8 ）統計分布和統計平均值
如果以上參數每統計間隔產生一次，將得到的結果是一個統計分布；如果以上參數的統計結果來源于整個測量時期，則得到的結果是一個統計平均值。
（9 ）小區參數和 BSC 參數
　　如果以上參數的統計分別用LAC 和 LAC/CI 作為過濾條件，則得到的參數就是衡量該位置的區或該小區的參數；如果不用它們作過濾條件，則得到的參數是衡量整個BSC下轄的所有小區的。
　　4.3 呼叫釋放愿因統計
　　呼叫釋放原因統計是統計呼叫釋放的原因的參數，包括正常釋放和異常釋放。通過統計 CC 層的消息 RELEASE COMPLETE的消息元素CAUSE的值，可以實現對該參數的統計。呼叫釋放原因統計是依賴于具體的小區和邏輯連接的，是面向過程的，統計過程中要涉及到 SCCP 層的協議。統計項有： LAC、CI連接類型和各種釋放原因的次數。
　　可根據RELEASE COMPLETE 消息物理連接方向區分消息是屬于 MOC 還是MTC ，如果消息發送方向上行則是MOC；如果消息發送方向是下行則是MTC 。通過查承載 CC 層RELEASE COMPLETE 消息的 SCCP 層的UDT1的連接標識來獲得該消息所在連接。
　　4.4 移動管理分析（不包括切換過程）
　　移動管理涉及識別過程（ Identification procedure）、TMSI再分配過程、鑒權管理、IMSI釋放（ detach ）過程、中止過程（Abort procedure ）、位置更新管理、IMSI 附著（ attach ）過程、MM 連接管理過程等。移動管理分析將提取能體現這些管理過程情況的參數。所有這些參數的提取是小區依賴的，也是方向依賴的。統計項包括 LAC、CI 、連接類型和所有的 MM 層消息。
　　對輸出數據文件進行后處理可得到以下應用：
（1）位置更新狀況統計
位置更新請求數 =LOCATION UPDATING REQUEST 消息數
位置更新拒絕數=LOCATION UPDATING REQUEST 消息數
位置更新接受數 =LOCATION UPDATING ACCEPT 消息數
位置更新成功率 = 位置更新接受數/ 位置更新請求數
位置更新失敗率= 位置更新拒絕數/ 位置更新
請求數 =1- 位置更新成功率
（2）鑒權狀況統計
鑒權請求數=AUTHENTICATION REQUEST消息數
鑒權成功數=AUTHENTICATION RESPONSE消息數
鑒權拒絕數 =AUTHENTICATION REJECT消息數
鑒權成功率= 鑒權成功數/ 鑒權請求數
非法用戶率= 鑒權拒絕數/ 鑒權請求數
鑒權成功率= 1-鑒權成功率- 非法用戶率
（該參數表示用戶合法，但由于網絡或其他?因造成用戶鑒權失敗的比例）
（ 3 ）MM 連接管理過程
業務請求數=CM SERVICE REQUEST消息數
業務重建請求數 =CM REESTABLISHMENT REQUEST消息數
業務請求成功數 =CM SERVICE ACCEPT 消息數
業務請求拒絕數=CM SERVICE REJECT 消息數
業務請求成功率= 業務請求成功數 / 業務請求數
業務請求失敗率= 業務請求拒絕數/ 業務請求數
（4 ）統計分布和統計平均值
如果以上參數每統計間隔產生一次，將得到的結果是一個統計分布；如果以上參數的統計結果來源于整個測量時期，則得到的結果是一個統計平均值。
（5）小區參數和 BSC參數
如果以上參數的統計分別用LAC 和 LAC/CI 作為過濾條件，則得到的參數就是衡量該位置的區或該小區的參數；如果不用它們作過濾條件，則得到的參數是衡量整個BSC下轄的所有小區的。
　　4.5 移動管理過程異常原因統計
　　位置更新異常可能由各種原因造成。位置更新拒絕消息location updating reject包含一個消息元素reject cause，詳細匯報了位置更新失敗的原因，統計出這些原因，將對網絡的維護和優化有參考作用。同樣， MM連接建立失敗的原因值由消息 CMSERVICE REJECT的一個消息元素CAUSE 匯報。另外， ABORT 消息是網絡用于中止一個正在建立的MM 連接。該消息的消息元素 CAUSE 包含有網絡啟動中止的原因。例如如果手機本地區無漫游權，則該過程發生。
　　4.6　切換狀況統計
　　切換狀況統計是統計涉及該BSC的切換。對于該BSC有三種可能的切換發生：BSC內部的切換，BSC外部的MS進入該 BSC所轄的小區和BSC內部的MS移出該BSC 。切換狀況統計涉及到BSSMAP協議層的消息。統計項有：正在服務的位置區、正在服務的小區、目標位置區、目標小區以及各種與切換有關 BSSMAP 層消息。
　　對于 BSC 控制的Handover ，新小區的LAC/CI被包含在GSM08.08 HO Performed 消息中，這個消息指示成功地完成了一個Handover 。對于要求切換出本 BSC的切換，候選新小區的LAC/CI 被包含在HANDOVER REQURIED消息中。對于切換到本BSC的切換，目標小區和原來的小區的LAC/CI 被包含在 HANDOVER REQUEST 中。對輸出數據文件進行后處理可得到以下應用：
（1）要求切換出本BSC 的MS 數、在本 BSC 所
轄范圍內發生的切換數、請求切換到本 BSC 的MS數和總切換數：
要求切換出本 BSC 的MS數=HANDOVER REQUIRED消息數
在本BSC所轄范圍內發生的切換數=HANDOVER PERFORMED消息數
請求切換到本 BSC 的MS 數=HANDOVER REQUEST 消息數
總切換數 = 要求切換出本BSC 的MS 數+ 請求切換到本BSC 的MS 數+ 在本 BSC 所轄范圍內發生的切換數
（2）切換出本BSC 的切換成功數和切換入本
BSC的切換成功數：切換出本BSC的切換成功數=CLEAR COMMAND CAUSE
（0B）消息數
切換入本BSC的切換成功數=HANDOVER COMPLETE消息數
（3）切換出本 BSC的切換成功率和切換入本
　　BSC的切換成功率：切換出本BSC的切換成功率= 切換出本 BSC的切換成功數/ 要求切換出本BSC 的MS 數切換入本BSC的切換成功率= 切換入本 BSC的切換成功數/ 請求切換到本BSC 的MS 數
（4）統計分布和統計平均值
　　如果以上參數每統計間隔產生一次，得到的結果是一個統計分布；如果以上參數的統計結果來源于整個測量時期，則得到的結果一個統計平均值。
（5）小區參數和BSC 參數
　　如果以上參數的統計分別用 LAC 和 LAC/CI 作為過濾條件，則得到的參數就是衡量該位置的區或該小區的參數；如果不用它們作過濾條件，則得到的參數是衡量整個 BSC下轄的所有小區的。
　　4.7　切換原因統計和切換失敗原因統計
　　切換原因可以通過統計HANDOVER REQUIRED消息和 HANDOVER PERFORMED 消息的消息元素CAUSE值來實現。
　　對其輸出數據文件進行后處理可得到以下應用：
（1）造成BSC 內部切換的原因；
（2）造成切換出BSC 的切換的原因；
（3）衡量具體的一個小區的性能，如該小區的無線資源是否短缺等；
（4）統計分布和統計平均值：如果以上參數每統計間隔產生一次，將得到的結果是一個統計分布；如果以上參數的統計結果來源于整個測量時期，則得到的結果是一個統計平均值；
（5 ）小區參數和BSC 參數：如果以上參數的
　　統計分別用 LAC 和LAC/CI作為過濾條件，則得到的參數就是衡量該位置的區或該小區的參數；如果不用它們作過濾條件，則得到的參數是衡量整個BSC下轄的所有小區的。
　　切換失敗原因可以通過統計HANDOVER FAILURE的消息元素CAUSE 的值來實現。當MSC 要求新BSC為切換分配資源時而BSC沒有資源分配時，該消息產生；另外，當MS 切換到新小區后發現在新的無線資源上不能正常通信，則通過老信道發空中接口消息HANDOVER FAILURE 通知老BSS ，然后老 BSC 向 老BSS 發BSSMAP HANDOVER FAILURE消息。
　　4.8　分配TCH失敗原因統計、CLEAR REQUEST原因和CLEAR COMMAND原因統計MSC通過發BSSMAP ASSIGNMENT REQUEST 消息請求 TCH的分配，BSS 通過 ASSIGNMENT COMPLETE和ASSIGNMENT FAILURE消 息 響 應。統計ASSIGNMENT FAILURE消息的消息元素CAUSE的原因值，可以發現造成 TCH分配失敗的原因。
　　當由于BSS產生的原因導致資源釋放時，BSS將發送 CLEAR REQUEST消息給MSC，具體的原因由消息元素 CAUSE給出。當由于切換成功或完成事務后釋放資源時， MSC將發送CLEAR COMMAND給 BSS，具體原因由消息元素CAUSE 給出。
5、結論和應用
　　通過應用已實現的系統于廣東GSM 移動通信網，取得滿意的效果。作為信令分析儀的一個子系統通過了廣東移動通信局的鑒定，并已在廣東GSM 網得到應用。具體的應用有：
6）現有網絡的維護；
7）現有網絡的優化；
8）為網絡優化理論的研究提供直接的數據；
9）為第三代移動通信網的發展提供數據支持。