分體式信令監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)計(jì)

1、分體式信令監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)計(jì)朱宇航, 馬 宏 時(shí)間:2008年05月19日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞:信令分體式信令網(wǎng)信息采集鏈路摘要： 介紹了分體式監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)計(jì)。該儀表采用獨(dú)立的嵌入式終端實(shí)現(xiàn)信令采集功能，其他應(yīng)用功能則由通用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，二者通過(guò)IP進(jìn)行實(shí)時(shí)的連接。該儀表從根本上改變了信令監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)計(jì)概念和物理形態(tài)，克服了一體式儀表的諸多弊端，為信令監(jiān)測(cè)儀表帶來(lái)了更廣闊的應(yīng)用空間。關(guān)鍵詞： 分體式 信令采集 儀表隨著電信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，信令網(wǎng)已經(jīng)具有了相當(dāng)大的規(guī)模。信令網(wǎng)是電信三大支撐網(wǎng)之一，是電話網(wǎng)、智能網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)以及各種新業(yè)務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)。信令網(wǎng)用于傳遞電信網(wǎng)的各種控制命令，其重要性

2、已經(jīng)越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)。信令網(wǎng)的暢通與否直接關(guān)系到整個(gè)電信網(wǎng)的運(yùn)行和服務(wù)質(zhì)量1。在信令設(shè)備的研發(fā)、測(cè)試以及信令網(wǎng)的運(yùn)行、維護(hù)中，監(jiān)測(cè)儀表是必不可少的工具。本文詳細(xì)闡述并設(shè)計(jì)了一種分體式信令監(jiān)測(cè)儀表，該設(shè)計(jì)方案不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)一體式儀表的所有功能，解決了一體式儀表的現(xiàn)存問(wèn)題，而且還可以提供標(biāo)準(zhǔn)化接口用于二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)用戶可定制的增值服務(wù)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。1 分體式儀表設(shè)計(jì)近幾年隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)測(cè)儀表也經(jīng)歷了大踏步的發(fā)展，尤其是嵌入式技術(shù)和IP技術(shù)的迅速發(fā)展，更讓儀表在運(yùn)用廣度和深度上得以延伸。這就使得設(shè)計(jì)分體式儀表成為可能。1.1 一體式儀表傳統(tǒng)的信令監(jiān)測(cè)儀表是工控機(jī)內(nèi)插信

3、令板卡構(gòu)成的一體式設(shè)備，其中，信令板卡實(shí)現(xiàn)信令采集功能，消息的處理、存儲(chǔ)、顯示等應(yīng)用功能則由工控機(jī)完成。這樣的儀表在使用中存在以下主要問(wèn)題：(1)性價(jià)比低：一體式信令監(jiān)測(cè)儀表以工控機(jī)作為信令功能的載體，使得儀表的價(jià)格很高。用一個(gè)工控機(jī)設(shè)備同等的價(jià)格往往可以購(gòu)買多臺(tái)高性能通用計(jì)算機(jī)，相比之下性價(jià)比就很低。(2)操作不便：一體式信令監(jiān)測(cè)儀表設(shè)計(jì)的操作屏幕一般很小，操作按鍵布局很密。另外，如果進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，那么每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的儀表都需要專人操作。(3)資源利用率低：一體式信令監(jiān)測(cè)儀表因?yàn)橹粦?yīng)用于信令網(wǎng)環(huán)境，使用的時(shí)間很有限，在大多數(shù)用不到儀表的時(shí)間，儀表只有被閑置，這就造成了資源的極大浪費(fèi)。(4)功能單

4、一：一體式信令監(jiān)測(cè)儀表只是起信令監(jiān)測(cè)分析作用的，并不能在信令網(wǎng)的環(huán)境下進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)展。因此，設(shè)計(jì)分體式儀表既順應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的潮流，又能夠更好地滿足用戶需求。1.2 分體式設(shè)計(jì)模型分體式信令監(jiān)測(cè)儀表可以分為兩個(gè)部件：前端的信息采集部件和后端應(yīng)用服務(wù)器及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件。前端設(shè)計(jì)為一個(gè)輕便小巧的黑盒子，它提供標(biāo)準(zhǔn)E1接口進(jìn)行信令消息采集，還設(shè)置了網(wǎng)口與后端服務(wù)器通信，以及調(diào)試用的串口。另外，它還設(shè)有運(yùn)行狀態(tài)指示燈和復(fù)位按鍵等。其作用是提供一個(gè)控制信令采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_(tái)。后端設(shè)計(jì)為一個(gè)通用計(jì)算機(jī)，它可以是臺(tái)式機(jī)，也可以是便攜機(jī)等多種架構(gòu)的計(jì)算機(jī)。如果只需要信令監(jiān)測(cè)儀表功能，則安裝相應(yīng)的分析處理軟件；如

5、需要在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，則可以利用軟件提供的接口進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，從而達(dá)到用戶特殊的使用要求。最終的分體式儀表產(chǎn)品就是一個(gè)“黑盒子”和一張光盤。這樣的產(chǎn)品既可以固定使用在專用的信令網(wǎng)監(jiān)測(cè)環(huán)境中，又可以靈活方便地應(yīng)用于單點(diǎn)測(cè)試環(huán)境中，從而徹底改變?nèi)藗儗?duì)儀表概念和形象的認(rèn)識(shí)。2 分體式信令監(jiān)測(cè)儀表實(shí)現(xiàn)方案2.1 前端設(shè)計(jì)2.1.1 前端硬件設(shè)計(jì)前端設(shè)計(jì)為19英寸的標(biāo)準(zhǔn)CPCI結(jié)構(gòu)工業(yè)設(shè)備，可以根據(jù)需要定制單框(1U型)或多框(nU型)。功能單板由E1輸入輸出板、七號(hào)信令處理板、GPS&HUB單板、電源板組成。七號(hào)信令處理板先插入機(jī)框，E1輸入輸出板、GPS&HUB單板后插入機(jī)框。E1輸入輸出板通

6、過(guò)高阻隔離頭從數(shù)字配線架DFF上采集信令消息。主處理單板是信息采集部件的核心單板，它的功能設(shè)計(jì)如圖1所示，主要包含如下幾部分：(1) E1接收處理部分：接收E1接口單板提供的放大的采集信號(hào)(2M的HDB3信令信號(hào))，通過(guò)四片PM4354將采集到的信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)字抖動(dòng)衰減、幀定位等處理，最后輸出為8M的高密度多廠家集成協(xié)議H-MVIP信號(hào)。(2) CPU處理器部分：采用MPC860為核心處理器，另外配有64MB的SDRAM、16.5MB的Flash、100M網(wǎng)口、RS-232串口等。該部分完成對(duì)整個(gè)采集部件的設(shè)置、控制和對(duì)采集到的七號(hào)信令信息的預(yù)處理等工作。(3) FPGA控制部分：它

7、與CPU部分協(xié)作完成對(duì)整個(gè)單板的控制，具體實(shí)現(xiàn)的功能有控制繼電器閉合環(huán)回自測(cè)、復(fù)位信號(hào)處理、片選信號(hào)處理、時(shí)標(biāo)選擇、數(shù)字交換網(wǎng)關(guān)等2。GPS、HUB單板為每一個(gè)信息采集部件提供GPS時(shí)間，時(shí)間精度可達(dá)1ms，為不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息統(tǒng)一管理提供了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、滿足了誤差要求。而且該單板具有HUB功能，這樣為系統(tǒng)平滑增加監(jiān)測(cè)鏈路容量提供了保證。電源板設(shè)計(jì)是為各個(gè)功能板提供電源支持。2.1.2 前端軟件設(shè)計(jì)信息采集部件采用嵌入式的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。操作系統(tǒng)和信息采集軟件固化在Flash上，硬件上電啟動(dòng)后，首先運(yùn)行初始化引導(dǎo)程序，完成板級(jí)的初始化工作，然后將操作系統(tǒng)裝入內(nèi)存并執(zhí)行，操作系統(tǒng)最后將應(yīng)用程序裝入

8、內(nèi)存并啟動(dòng)3。一般地，應(yīng)用程序會(huì)進(jìn)行循環(huán)掃描工作，將鏈路掃描采集到的信令消息過(guò)濾后，通過(guò)網(wǎng)口通信隊(duì)列掃描發(fā)送給服務(wù)器端。另外，也可以控制運(yùn)行調(diào)試程序等進(jìn)行測(cè)試功能。在嵌入式硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，前端軟件按功能可分為四個(gè)模塊：通信處理模塊、采集與預(yù)處理模塊、硬件驅(qū)動(dòng)模塊、配置管理模塊，如圖2所示。通信處理模塊負(fù)責(zé)信息采集部件和操作服務(wù)器之間的通信相關(guān)處理。在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)建立套接字連接進(jìn)行TCP/IP通信。在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)掃描網(wǎng)絡(luò)通信隊(duì)列判斷進(jìn)行隊(duì)列消息的發(fā)送。另外，還需要對(duì)異常進(jìn)行處理，如關(guān)閉套接字之類。采集與預(yù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信令消息根據(jù)信令協(xié)議以及參數(shù)配置進(jìn)行初步處理，而支持的協(xié)議可以由

9、程序靈活設(shè)計(jì)，如過(guò)濾TUP、ISUP這些電話消息，或者收集LSSU消息來(lái)判斷鏈路故障。另外，如果服務(wù)器下達(dá)對(duì)某一鏈路的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，還需要進(jìn)行負(fù)荷的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，初步處理后把消息送入網(wǎng)絡(luò)通信隊(duì)列。硬件驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)對(duì)底層硬件的一些控制(初始化以及讀/寫操作設(shè)置)。如對(duì)MPC860、PM4354、FPGA的初始化，860對(duì)接收HDLC時(shí)隙的讀寫操作控制，4354的狀態(tài)寄存器掃描等。對(duì)這個(gè)模塊的設(shè)置，包括設(shè)置860的工作模式、FPGA對(duì)交換時(shí)隙的選擇、GPS時(shí)鐘同步的設(shè)置等。配置管理模塊負(fù)責(zé)根據(jù)接收到的服務(wù)器端命令設(shè)置鏈路采集方式、數(shù)據(jù)處理方式、告警管理、時(shí)間管理以及安全控制等。另外，該模塊還含有對(duì)信息采集

10、部件內(nèi)部一些硬件的自檢功能，維護(hù)人員可方便地進(jìn)行維護(hù)操作。2.2 后端設(shè)計(jì)后端軟件實(shí)現(xiàn)消息的實(shí)時(shí)處理，包括話務(wù)統(tǒng)計(jì)、信令統(tǒng)計(jì)、呼叫跟蹤、協(xié)議分析、告警處理，還可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中原始消息進(jìn)行查詢分析，以及對(duì)前端信息采集部件進(jìn)行配置管理等功能，如圖3所示。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的原始消息集的統(tǒng)計(jì)分析，可以查找出超短、超頻話單等異常故障情況，以及接通率、呼損率等話務(wù)統(tǒng)計(jì)功能，還可以對(duì)惡意呼叫進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，對(duì)鏈路中的各種異常狀態(tài)進(jìn)行告警處理，這些都較好地解決了運(yùn)營(yíng)商急需解決的問(wèn)題。3 擴(kuò)展應(yīng)用設(shè)計(jì)該分體式儀表還提供了標(biāo)準(zhǔn)化接口，利用該接口可以輕松地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)增值業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)行應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，如圖

11、4、圖5所示。?(1) 智能業(yè)務(wù)擴(kuò)展。幫助運(yùn)營(yíng)商提供越來(lái)越多的智能業(yè)務(wù)服務(wù)，如手機(jī)的小區(qū)廣播短信服務(wù)、短消息監(jiān)測(cè)、手機(jī)跨服務(wù)區(qū)提醒，以及根據(jù)手機(jī)跨區(qū)流量分析無(wú)線用戶交通拓?fù)涞裙δ堋?2) 信令網(wǎng)管系統(tǒng)?？梢栽O(shè)置多個(gè)前端設(shè)備在信令網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信令采集，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯總到中央服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)信令網(wǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與網(wǎng)絡(luò)管理。(3) 網(wǎng)間計(jì)費(fèi)。目前跨網(wǎng)流量計(jì)算是運(yùn)營(yíng)商迫切需要解決的問(wèn)題，該分體式設(shè)計(jì)儀表可以較方便地對(duì)網(wǎng)間消息流量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，提供較客觀的流量數(shù)據(jù)。分體式設(shè)計(jì)把信令監(jiān)測(cè)儀表分成了兩部分。前端的信息采集部件只負(fù)責(zé)信令的采集與過(guò)濾，然后傳送給后端服務(wù)器進(jìn)行后處理及顯示、存儲(chǔ)。前端設(shè)計(jì)成一個(gè)靈活、輕便、可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，后端則只需要一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)和一個(gè)配置軟件即可。另外，只需要簡(jiǎn)單地修改E1輸入輸出板，再設(shè)置相應(yīng)的主程序，該設(shè)計(jì)儀表即可方便地對(duì)高次群速率的信令鏈路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如2次群(8MBps)，甚至可以擴(kuò)展光纖接口。這些做法雖然增加了軟件設(shè)計(jì)的開(kāi)銷，但