GSM系统—网络维护优化参数的提取

GSM系统—网络维护优化参数的提取

优化的若干参数，并在对信令过程研究的基础上，给出参数的提取方法。参数的提取是以信令采集仪为平台和在采集到的现场信令数据分析的基础上实现的。应用参数提取软件对现场采集的数据进行的统计，其结果基本反映了网络行为和用户的行为，对网络的维护优化有一定的意义。
1、参数提取的意义与可能性
　　参数提取的意义： 1 ）参数提取是网络维护监测优化所必需的，网络的维护和优化必须有相关参数作为参考。 2 ）一些网络维护设备和监测系统的研制必须有网络参数理论的支持，如信令分析仪的实现。没有这些参数理论，这些设备或监测系统不能被实现。3）网络参数能为目前的一些网络优化理论提供数据的支持。
　　参数提取的可能性：参数提取是以 GSM信令采集仪（已由作者所在的实验室研制成功）为平台，通过对采集到的信令数据的研究获得的。
2、 参数提取软件体系及数据结构
2、1参数提取软件体系
　　参数提取软件的前提是信令采集仪的实现，信令采集仪的基本功能是采集和?译信令数据，并对每条消息附上时标、连接类型（如 MS 起呼、MS被呼等）等信息。参数提取软件对信令采集仪所采集的?始信令数据文件进行统计处理后就得到了参数输出数据文件。参数提取软件可以作为信令采集仪的一个模块，这样可以在线地进行参数的提取，但这样作，处理器速度往往不够。参数提取软件也可以独立成为一个软件包，对采集到的?始信令数据文件进行统计处理。参数输出数据文件包括了最基本的参数信息。如果对参数数据文件进行后处理，将得到另外的一些参数。对参数输出数据文件的后处理的实现可以作为一个独立的软件，也可以作为参数提取软件包的一个模块。我们是采取后一个方案。当然也可以利用现有的办公室软件，例如MS-EXCEL 。
2、2 参数输出数据文件的数据结构
　　每一个参数的统计对应一个参数输出数据文件，如用户CDR（CALL DATA RECORDS）输出数据文件、呼叫状况统计输出数据文件等。参数输出数据文件由记录组成。记录由统计间隔和统计项构成。统计项由具体的参数及提取的方法决定，如呼叫状况统计的统计项有LAC、CI、连接类型和 CC层的消息构成。
3、 参数提取的几个概念
　　统计可以针对第一层议、第二层议和第三层议。低层统计反映了网络传输性能，而高层统计，可获得呼叫控制、移动管理和切换状况等网络参数。本文针对于高层统计。
　　统计的方向依赖性：所谓方向依赖统计指消息的计数基于链路的物理的或逻?的方向。物理方向意味着消息的传输是从MSC 到BSC （下行）还是从 BSC 到MSC （上行）。逻?方向反映了消息所属连接的类型，有四种连接应该被区分：MOC （移动台起呼）、MTC（移动台被呼）、 LOC（位置更新）、UNKNOW（无连接）。MOC消息属于由 GSM04、08消息CM-Service Request所建立的连接的消息，即移动台起呼而建立的连接的消息。MTC消息属于由GSM04.08消息Paging Response 所建立的连接的消息，即移动台被呼而建立的连接的消息。LOC消息是由GSM04.08 LocaTIon Update Request 消息所建立的连接的消息。凡是由 SCCP-UDT( 消息传送的消息，不属于任何一个连接的消息，都用UNKNOWN 去标志。对于一个进入的Handover,handoverRequest 消息和 Handover Request Acknowledge 消息应归于 UNKNOWN 类型的消息，而随后的消息应根据建立在正在服务的小区的连接类型去计数。
　　统计的小区依赖性：当一个连接被建立时，一个小区（CELL ）的 LAC（位置区码）和 CI （小区号）将作为消息元素而被发送。许多参数的统计是与具体的一个小区有关的。统计时必须把与一个特定小区有关的消息统计出来。对于有连接的消息，一个小区的身份（LAC/CI ）是 BSSMAP 层的Complete layer 3 informaTIon 消息的一个消息元素，由SCCP 的CR （接续请求）消息承载。对于BSC 控制的Handover，新小区的LAC/CI 被包含在GSM08.08 HO Performed消息中，这个消息指示成功地完成了一个 Handover 。对于无连接方式发送的消息其 LAC和 CI 应该用0 去标示。
　　统计的方法可按实现的手段和难度来分，可分为面向消息的参数、面向消息元素的参数、面向过程的参数。面向消息的参数指参数的提取只要对相关的消息进行统计就可以了。面向消息元素的的参数是指参数的提取不仅涉及统计处理消息本身而且涉及统计处理消息的元素，这时往往要进行过滤。
　　面向过程的参数是指消息的提取要涉及到具体的一个过程。如用户跟踪的实现，因为每一个CALL 的建立是与一个连接联系在一起，这个连接实现过程由 SCCP 去完成，因此对用户的跟踪不仅涉及 CC层，也涉及到 SCCP 层。一个连接建立时，其连接的标识被两端的 SCCP 独立分配，以后的就以此标识指示传送路径。
4、A口参数统计及其后处理
　　有些参数既可在A 接口上提取又可在Abis 接口上提取，如呼通率和呼损率。一般地，在A 口提取时，实现起来复杂。但获得的信息多，接入的设备少。
　　不同的参数提取对应不同的程序分支，每个分支基本上由如下几个模块组成：连接管理模块，用于管理标识一个过程的连接号；统计和过滤模块，用于获得和统计特定信息；显示模块，用于显示相关信令过程；存盘模块，存储相关信息；任务调度模块；资源管理模块等。
4.1　用户 CDR （CALL DATA RECORDS ）和用户跟踪
　　一个基本的用户跟踪是把有关该用户的三种基本的信令过程（移动台起呼、移动台被呼和位置更新）的高层消息按时间顺序记录下来就足够了。具体的跟踪过程如下：用设定的IMSI 、TMSI 或IMEI去过滤 BSSMAP 的Complete layer 3 informaTIon
　　消息相关消息元素，当捕捉到后，从承载该消息的SCCP消息CR （当然也必须从随后的消息CC获得一部分信息）可以获得连接号，把该连接的所有的消息都记录下来。与上述过程并行的另一个过程是：用设定的 MSISDN去过滤CC 层SETUP 消息的消息元素calling party BCD number或called party BCD number当捕捉到以后，从承载该消息的SCCP消息DTI获得连接号的一个方向，进一步可以检索到相应连接的 CC 消息，于是一个完整的连接号被获得。把该连接的所有的消息记录下来。
　　用户CDR 就是把该 BSC 辖区内的所有在测试时段内通信过的用户的相关信息记录下来。所记录的用户信息可多可少，这与软件的使用用户的需求有关。基本的用户信息包括：用户身份（ IMSI、TMSI 、IMIE）、通话的另一方身份（MSISDN ）、通话的时段（起始时间、终止时间、持续时间）、释放原因、信令点码（OPC 、DPC ）、 所在小区（LAC/CI ）、发生BSC 内部切换次数、变换小区序列、是否发生切换出 BSC 的切换。
　　用户 CDR 与用户跟踪相类似，不同在于：用户 CDR 是对所有的该BSC 辖区内的用户的数据的记录，而用户跟踪是捕捉给定身份的用户；用户跟踪还要对该 BSC 辖区外的用户跟踪，而用户 CDR只对本BSC 辖区内的用户的统计；用户 CDR 可以非在线的方式实现，用户跟踪必须以在线的方式实现。
　　用户CDR 的实现可以从一个个连接去入手（ SCCP 层的CR 、CC 消息包含连接信息），把所有连接的信令数据整理成一个连接的序列，这样就基本实现了用户 CDR ，当然可以只选出若干有用的信息。
对用户 CDR 进行后处理可得到以下应用：
（ 1 ）按OPC 和DPC 的呼叫数目分布。
（ 2 ）呼叫释放原因按时间的分布。
（ 3 ）呼叫数目按呼叫原因的分布。
（ 4 ）呼叫数目按时间分布。
（ 5 ）特定用户的呼叫记录。
（ 6 ）呼叫数目按持续时间的分布。
　　以上的统计对网络规划，用户行为的统计有重要意义。
4.2 呼叫状况统计
　　呼叫状况统计主要处理的是CC 层的消息。对于呼叫状况的统计是依赖于具体的小区和逻?连接的，该参数的提取是面向过程的，统计过程中要涉及到SCCP层的协议。统计项有LAC、CI连接类型及各种 CC 层的消息。
　　统计的过程如下：首先捕捉CR 、CC 消息，得到要建连接的标识号，同时在CR 消息承载的 Completelayer 3 information 消息中获得小区身份。以后所有的该连接的消息都是涉及该小区的消息。当然在统计间隔内，与一个特定小区相关的连接不只一个，必须把所有的与该小区有关的连接的消息统计出来。
　　对其进行后处理可得到以下应用：
（ 1 ）手机起呼数和被呼数以及手机起呼被呼的比例
手机起呼数=连接类型为 MOC 的SETUP 消息数
手机起呼被呼比= 手机起呼数 / 手机被呼数
（ 2 ）手机起呼接通率、呼损率和被叫不接率
手机起呼接通率= 连接类型为MOC 的CONNECT消息数 / 手机起呼数
手机起呼呼损率 =(手机起呼数- 连接类型为MOC 的 CONNECT 消息数）/ 手机起呼数
手机起呼不接率=1- 手机起呼接通率- 手机
起呼呼损率= （连接类型为 MOC 的ALERTING 消息数- 连接类型为 MOC 的CONNECT消息数）/ 手机起呼数
（ 3 ）手机被呼接通率、呼损率和被叫不接率
手机被呼接通率 = 连接类型为 MTC 的 CONNECT消息数 / 手机被呼数
手机被呼呼损率 = （手机被呼数 - 连接类型为MTC 的CONNECT 消息数） / 手机被呼数
手机被呼不接率=1-手机被呼接通率- 手机
被呼呼损率 = （连接类型为MTC 的ALTERING 消息数- 连接类型为MTC 的CONNECT 消息数）/ 手机被呼数
（ 4 ）呼叫接通率、呼损率和被叫不接率
呼叫接通率= 手机起呼接通率 + 手机被呼接通率
呼损率 = 手机起呼呼损率 + 手机被呼呼损率
被叫不接率= 手机起呼不接率 + 手机被呼不接率
（ 5）手机起呼被呼接通比
手机起呼被呼接通比 = 手机起呼接通率/ 手机被呼接通率
（ 6 ）手机紧急呼叫建立数
手机紧急呼叫建立数 =EMERGENCY SETUP 消息数
（ 7 ）手机挂机与网络旁挂机比
连接类型为MOC 的DISCONNECT 数 / 连接类型为 MTC 的DISCONNECT 数
（ 8 ）统计分布和统计平均值
如果以上参数每统计间隔产生一次，将得到的结果是一个统计分布；如果以上参数的统计结果来源于整个测量时期，则得到的结果是一个统计平均值。
（9 ）小区参数和 BSC 参数
　　如果以上参数的统计分别用LAC 和 LAC/CI 作为过滤条件，则得到的参数就是衡量该位置的区或该小区的参数；如果不用它们作过滤条件，则得到的参数是衡量整个BSC下辖的所有小区的。
　　4.3 呼叫释放愿因统计
　　呼叫释放原因统计是统计呼叫释放的原因的参数，包括正常释放和异常释放。通过统计 CC 层的消息 RELEASE COMPLETE的消息元素CAUSE的值，可以实现对该参数的统计。呼叫释放原因统计是依赖于具体的小区和逻辑连接的，是面向过程的，统计过程中要涉及到 SCCP 层的协议。统计项有： LAC、CI连接类型和各种释放原因的次数。
　　可根据RELEASE COMPLETE 消息物理连接方向区分消息是属于 MOC 还是MTC ，如果消息发送方向上行则是MOC；如果消息发送方向是下行则是MTC 。通过查承载 CC 层RELEASE COMPLETE 消息的 SCCP 层的UDT1的连接标识来获得该消息所在连接。
　　4.4 移动管理分析（不包括切换过程）
　　移动管理涉及识别过程（ Identification procedure）、TMSI再分配过程、鉴权管理、IMSI释放（ detach ）过程、中止过程（Abort procedure ）、位置更新管理、IMSI 附着（ attach ）过程、MM 连接管理过程等。移动管理分析将提取能体现这些管理过程情况的参数。所有这些参数的提取是小区依赖的，也是方向依赖的。统计项包括 LAC、CI 、连接类型和所有的 MM 层消息。
　　对输出数据文件进行后处理可得到以下应用：
（1）位置更新状况统计
位置更新请求数 =LOCATION UPDATING REQUEST 消息数
位置更新拒绝数=LOCATION UPDATING REQUEST 消息数
位置更新接受数 =LOCATION UPDATING ACCEPT 消息数
位置更新成功率 = 位置更新接受数/ 位置更新请求数
位置更新失败率= 位置更新拒绝数/ 位置更新
请求数 =1- 位置更新成功率
（2）鉴权状况统计
鉴权请求数=AUTHENTICATION REQUEST消息数
鉴权成功数=AUTHENTICATION RESPONSE消息数
鉴权拒绝数 =AUTHENTICATION REJECT消息数
鉴权成功率= 鉴权成功数/ 鉴权请求数
非法用户率= 鉴权拒绝数/ 鉴权请求数
鉴权成功率= 1-鉴权成功率- 非法用户率
（该参数表示用户合法，但由于网络或其他?因造成用户鉴权失败的比例）
（ 3 ）MM 连接管理过程
业务请求数=CM SERVICE REQUEST消息数
业务重建请求数 =CM REESTABLISHMENT REQUEST消息数
业务请求成功数 =CM SERVICE ACCEPT 消息数
业务请求拒绝数=CM SERVICE REJECT 消息数
业务请求成功率= 业务请求成功数 / 业务请求数
业务请求失败率= 业务请求拒绝数/ 业务请求数
（4 ）统计分布和统计平均值
如果以上参数每统计间隔产生一次，将得到的结果是一个统计分布；如果以上参数的统计结果来源于整个测量时期，则得到的结果是一个统计平均值。
（5）小区参数和 BSC参数
如果以上参数的统计分别用LAC 和 LAC/CI 作为过滤条件，则得到的参数就是衡量该位置的区或该小区的参数；如果不用它们作过滤条件，则得到的参数是衡量整个BSC下辖的所有小区的。
　　4.5 移动管理过程异常原因统计
　　位置更新异常可能由各种原因造成。位置更新拒绝消息location updating reject包含一个消息元素reject cause，详细汇报了位置更新失败的原因，统计出这些原因，将对网络的维护和优化有参考作用。同样， MM连接建立失败的原因值由消息 CMSERVICE REJECT的一个消息元素CAUSE 汇报。另外， ABORT 消息是网络用于中止一个正在建立的MM 连接。该消息的消息元素 CAUSE 包含有网络启动中止的原因。例如如果手机本地区无漫游权，则该过程发生。
　　4.6　切换状况统计
　　切换状况统计是统计涉及该BSC的切换。对于该BSC有三种可能的切换发生：BSC内部的切换，BSC外部的MS进入该 BSC所辖的小区和BSC内部的MS移出该BSC 。切换状况统计涉及到BSSMAP协议层的消息。统计项有：正在服务的位置区、正在服务的小区、目标位置区、目标小区以及各种与切换有关 BSSMAP 层消息。
　　对于 BSC 控制的Handover ，新小区的LAC/CI被包含在GSM08.08 HO Performed 消息中，这个消息指示成功地完成了一个Handover 。对于要求切换出本 BSC的切换，候选新小区的LAC/CI 被包含在HANDOVER REQURIED消息中。对于切换到本BSC的切换，目标小区和原来的小区的LAC/CI 被包含在 HANDOVER REQUEST 中。对输出数据文件进行后处理可得到以下应用：
（1）要求切换出本BSC 的MS 数、在本 BSC 所
辖范围内发生的切换数、请求切换到本 BSC 的MS数和总切换数：
要求切换出本 BSC 的MS数=HANDOVER REQUIRED消息数
在本BSC所辖范围内发生的切换数=HANDOVER PERFORMED消息数
请求切换到本 BSC 的MS 数=HANDOVER REQUEST 消息数
总切换数 = 要求切换出本BSC 的MS 数+ 请求切换到本BSC 的MS 数+ 在本 BSC 所辖范围内发生的切换数
（2）切换出本BSC 的切换成功数和切换入本
BSC的切换成功数：切换出本BSC的切换成功数=CLEAR COMMAND CAUSE
（0B）消息数
切换入本BSC的切换成功数=HANDOVER COMPLETE消息数
（3）切换出本 BSC的切换成功率和切换入本
　　BSC的切换成功率：切换出本BSC的切换成功率= 切换出本 BSC的切换成功数/ 要求切换出本BSC 的MS 数切换入本BSC的切换成功率= 切换入本 BSC的切换成功数/ 请求切换到本BSC 的MS 数
（4）统计分布和统计平均值
　　如果以上参数每统计间隔产生一次，得到的结果是一个统计分布；如果以上参数的统计结果来源于整个测量时期，则得到的结果一个统计平均值。
（5）小区参数和BSC 参数
　　如果以上参数的统计分别用 LAC 和 LAC/CI 作为过滤条件，则得到的参数就是衡量该位置的区或该小区的参数；如果不用它们作过滤条件，则得到的参数是衡量整个 BSC下辖的所有小区的。
　　4.7　切换原因统计和切换失败原因统计
　　切换原因可以通过统计HANDOVER REQUIRED消息和 HANDOVER PERFORMED 消息的消息元素CAUSE值来实现。
　　对其输出数据文件进行后处理可得到以下应用：
（1）造成BSC 内部切换的原因；
（2）造成切换出BSC 的切换的原因；
（3）衡量具体的一个小区的性能，如该小区的无线资源是否短缺等；
（4）统计分布和统计平均值：如果以上参数每统计间隔产生一次，将得到的结果是一个统计分布；如果以上参数的统计结果来源于整个测量时期，则得到的结果是一个统计平均值；
（5 ）小区参数和BSC 参数：如果以上参数的
　　统计分别用 LAC 和LAC/CI作为过滤条件，则得到的参数就是衡量该位置的区或该小区的参数；如果不用它们作过滤条件，则得到的参数是衡量整个BSC下辖的所有小区的。
　　切换失败原因可以通过统计HANDOVER FAILURE的消息元素CAUSE 的值来实现。当MSC 要求新BSC为切换分配资源时而BSC没有资源分配时，该消息产生；另外，当MS 切换到新小区后发现在新的无线资源上不能正常通信，则通过老信道发空中接口消息HANDOVER FAILURE 通知老BSS ，然后老 BSC 向 老BSS 发BSSMAP HANDOVER FAILURE消息。
　　4.8　分配TCH失败原因统计、CLEAR REQUEST原因和CLEAR COMMAND原因统计MSC通过发BSSMAP ASSIGNMENT REQUEST 消息请求 TCH的分配，BSS 通过 ASSIGNMENT COMPLETE和ASSIGNMENT FAILURE消 息 响 应。统计ASSIGNMENT FAILURE消息的消息元素CAUSE的原因值，可以发现造成 TCH分配失败的原因。
　　当由于BSS产生的原因导致资源释放时，BSS将发送 CLEAR REQUEST消息给MSC，具体的原因由消息元素 CAUSE给出。当由于切换成功或完成事务后释放资源时， MSC将发送CLEAR COMMAND给 BSS，具体原因由消息元素CAUSE 给出。
5、结论和应用
　　通过应用已实现的系统于广东GSM 移动通信网，取得满意的效果。作为信令分析仪的一个子系统通过了广东移动通信局的鉴定，并已在广东GSM 网得到应用。具体的应用有：
6）现有网络的维护；
7）现有网络的优化；
8）为网络优化理论的研究提供直接的数据；
9）为第三代移动通信网的发展提供数据支持。