（通信与信息系统专业论文）移动通信多业务智能监控系统——测试监控子系统的设计与实现.pdf

移动通信多业务智能监控系统 测试监控子系统的设计与实现 摘要 自从我国开通g s m 数字移动通信网以来，其业务已取得飞速发 展，网络规模也得到了很大扩展，但同时通信网络也正面临严峻的挑 战。一方面，随着移动用户的巨增，网络规模的扩大，频率资源逐渐 匮乏，网络出现的问题越来越多样化、复杂化；另一方面，提高网络 运行质量、提高对用户的服务水平以及提高系统资源利用率也是移动 运营商追求的目标，因此加强移动通信的网络的监控和管理已刻不容 缓。 作者在硕士期间参加了移动通信多业务智能监控系统中测试监 控子系统的设计与实现，包括子系统的硬件设计及软件实现。 论文首先对课题来源以及国内外的发展概况进行了分析。然后研 究了移动通信多业务智能监控系统的相关技术基础，对g s m 数字蜂 窝系统及g p r s 移动通信系统进行了深入研究和分析。在第三章中介 绍了移动通信多业务智能监控系统的总体设计方案，包括系统结构及 功能等。第四章对测试监控子系统的硬件设计及实现进行了详细论 述。论文第五章对测试监控子系统的软件结构及实现做了详细描述。 最后对下一版改进提出建议，对开发经验做出总结。 关键词g s m 网络监控a t 指令i a pa v r a b s t r a c t s i n c ec h i n al a u n c h e dg s md i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ， i t sb u s i n e s sh a sa c h i e v e dr a p i dd e v e l o p m e n t ，n e t w o r ks i z eh a v eb e e n g r e a t l ye x p a n d e d b u ta tt h es a m et i m ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sa r ea l s o f a c i n gs e r i o u sc h a l l e n g e s o no n eh a n d ，w i t ht h eg i a n tm o b i l eu s e r s ，t h e i n c r e a s i n ge x p a n s i o no ft h en e t w o r ks i z ea n dt h ef r e q u e n c yr e s o u r c e s g r a d u a l l ys c a r i n g ，t h ep r o b l e m so ft h en e t w o r kh a sb e c o m em o r ea n d m o r ed i v e r s ea n dc o m p l i c a t e d o nt h eo t h e rh a n d ，h o wt oi m p r o v et h e o p e r a t i o no ft h en e t w o r kq u a l i t y , a n dh o wt oi m p r o v et h el e v e lo fs e r v i c e t ou s e r s ，a sw e l la sh o wt oi m p r o v et h eu t i l i z a t i o no fs y s t e mr e s o u r c e sa r e u r g e n ti s s u e st ob er e s o l v e d ，t h e r e f o r ee n h a n c i n gm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s n e t w o r km o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n th a sb e c o m eq u i t eu r g e n t d u r i n gt h em a s t e rp e r i o dt h ea u t h o rp a r t i c i p a t e di nt h ed e s i g na n d r e a l i z a t i o nf o rt e s ta n dm o n i t o rs u b s y s t e mo fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n m u l t i - s e r v i c e i n t e l l i g e n c es u p e r v i s i o ns y s t e m ，i n c l u d i n gs u b s y s t e m h a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o n a tf i r s t ，t h ep a p e ra n a l y s i ss o u r c eo ft h ei s s u ea n dt h ed e v e l o p m e n t o ft h es i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d a n dt h e nm o r ek e yp a r a m e t e r sw h i c h i m p a c t i n go ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s m u l t i s e r v i c e i n t e l l i g e n c e s u p e r v i s i o ns y s t e mw e r ei n d e p t ha n a l y z e da n ds t u d i e d ，i n c l u d i n gt h e g s md i g i t a lc e l l u l a rs y s t e ma n dg p r sm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s t h et h i r d c h a p t e r i n t r o d u c e dt h et o t a l d e s i g n o ft h em o b i l e c o m m u n i c a t i o nm u l t i s e r v i c ei n t e l l i g e n c es u p e r v i s i o ns y s t e m ，i n c l u d i n g s y s t e ms t r u c t u r ea n df u n c t i o n s t h ef o u r t hc h a p t e rd e s c r i b e dt h eh a r d w a r e d e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h et e s ts u b s y s t e mi nd e t a i l c h a p t e rf i v e d e s c r i b e dt h es o f t w a r ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h et e s ts u b s y s t e mi n d e t a i l f i n a l l y , s u g g e s ti m p r o v e m e n t s t ot h en e x tv e r s i o no ft h e d e v e l o p m e n te x p e r i e n c ew e r es u m m du p k e yw o r d sg s mn e t w o r km o n i t o r i n ga tc o m m a n di a p a 佩 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：一一三禧 本人承担一切相关责任。 日期：芝型星：够互 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 ：盗 导师签名：堑生堡 日期：蒸翌量：丝垄 日期：醴：笙! 兰 北京邮电人学硕士研究生学位论文 序言 1 1 课题来源 第一章绪论 本项目是结合当前移动通信网络的现状投资研发的针对2 5 g 移动通信网络 的智能监控系统。本论文主要是对g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 移动通信网络的性能及运行参数进行实时监控，并将采集到的网络运行参数及时 反馈给监控中心。本课题的研究工作是在广东惠讯通信工程有限公司研发中心的 工程实践过程中完成的。 研发移动通信网络智能监控系统是为了能够实时监控移动通信网络的通信 质量，从而为移动通信网络优化工作人员优化网络提供有力的科学依据【l 】。我国 移动通信发展速度很快，而相应的网络管理和维护水平滞后，从而出现通信容量 不够、小区划分和话务量分配不合理、同频干扰严重、无线覆盖不好等亟待解决 的问题。因此，加强网络监控，搞好运行维护，改善网络通信质量，保证网络的 正常运行和安全，成为一项重要的课题。 可见，只有充分了解了网络的通信状况，才能有效地分析通信质量优劣，从 而采取合理的方法，提高通信质量。因而，如何及时、准确的了解移动通信网络 的通信质量，成了合理优化移动通信网络的先决条件。本课题研发的移动通信网 络智能监控系统，能够及时、准确的监控移动通信网络的运行，为移动通信网络 效能分析与干扰定位提供有力的科学依据，从而使网络维护人员可以及时、准确 地了解网络的通信质量。系统同时可以提供对移动通信网络通信质量的查询以及 日常所需要的报表和分析手段，减轻了网络维护人员的日常工作压力。 对比目前国内外的移动通信网络的监控方法，以及存在的困难和缺点，广东 惠讯通信工程有限公司投资研发了针对g s m 移动网络的智能监控系统。该系统 能够实时监控网络的通信质量和运行状态，通过研发的移动网络测试监测子系 统，可在移动通信网中灵活地布点，自动采集监测点的网络参数，如国家代码 ( m c c ：m o b i l ec o u n t r yc o d e ) 、网络代码( m n c ：m o b i l en e t w o r kc o d e ) 、位 置区码( l a c ：l o c a t i o n a r e ac o d e ) 、小区识别码( c i ：c e l li d e n t i t y ) 、基站识别 码( b s i c ：b a s es t a t i o ni d e n t i t yc o d e ) 、广播控制信道频点( b c c hf r e q ：b r o a d c a s t c o n t r o lc h a n n e lf r e q u e n c y ) 、接收信号强度( r x l e v ：r e c e i v e ds i g n a ll e v e l ) 和 接收信号质量( r x q u a l - r e c e i v e ds i g n a lq u a l i t y ) 等，或者在监控中心的控制下 采集以上网络参数，通过g p r s 网络以短消息的方式及时传送给网络监控中心， 监控中心软件可以统计分析采集的数据，从而实时、准确的监控网络运行动态， 掌握网络的通信质量。跟传统的路测系统相比它有以下几个优点： 北京邮电大学硕士研究生学位论文序言 1 可以在移动通信网络中灵活布点，从而可以监测任何位置的移动通信网 络的通信质量。 2 在监控中心的控制下，可以自动采集想要获得的移动通信网络的运行参 数，控制中心可实时查询、分析由自动监测仪采集的海量测试数据，从而实时掌 握移动通信网络的通信质量。 3 能提供日常所需要的报表和分析手段，减轻网络维护人员的日常工作压 力。使用和维护费用低，从而降低移动运行成本，提高经济效益。 1 2 国内外概况 自从第一部t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 移动电话在我国出 现以来，移动电话以惊人的速度迅猛发展。同时，用户迅速地大规模增长促使我 国移动通信网络的规模也以一种前所未有的速度迅猛发展。现在我国移动通信网 已经覆盖了全国大、中、小城市和平原地区，实现了全国3 1 个省布自治区的自 动漫游，与世界上6 5 个国家和地区的运营商实现了自动漫游，基本实现了国内 各大、中、小城市之间的无缝连接。但随着移动通信的迅猛发展，移动用户对网 络服务质量的要求也越来越高【2 】。而由于网络建设速度快、移动通信网络的“移 动”特性以及移动通信网的有些问题无法在规划设计阶段解决等原因，使得现有 网络的服务质量不尽如人意，巨额的投资并没有得到最高的收益。 目前，现阶段我国移动网络面临的主要问题是： 1 网络优化工作任务量多、压力大。 2 网络运行参数采集比较困难，如何及时、准确、定量采集到网络运行的 参数是一个急需解决的问题。 由以上问题可见，我国急需有效的智能的监控系统对移动通信网络的运行进 行实时监控，从而为移动通信网络优化工作人员优化网络提供有力的科学依据， 进而提高网络的优化效率和质量。 目前，国内外关于移动通信网络的监控的工具很多，但这些工具针对性较强， 需要优化工程师收集各方面的数据，结合实际网络情况，综合分析，提出优化方 案。到目前为止，尚未形成一套适用于移动通信网络优化的智能的、实用的后台 监控和分析工具 3 】。 针对上述问题，实现网络监控的智能化，以减轻目前对网络优化工作的压力， 帮助网络优化工作人员合理、准确地提高网络的通信质量，是移动通信网络管理 软件丌发的一个重要课题。 北京邮电大学硕士研究生学位论文序言 1 3 研究生期间主要工作 作者在硕士研究生期间共参与了三个项目的研究和开发工作，本论文讨论的 g s m 移动通信网络智能监控系统是其中的一项。此外，作者还参与了v o i p 语 音网关底层系统软件的研发，以及w c d m a 系统中u s i m m e 之间的c u 接口一 致性测试的研发工作。从这些研发工作中，作者积累了比较丰富的专业知识和经 验，为本论文的写作和研究打下了坚实的基础。 在本论文中，为了能通过g p r s 监控g s m 网络的通信质量，研发的系统必 须由远端的测试监控子系统和监控中心等组成，监控子系统和监控中心之间的数 据交互方式通过短消息完成。 1 开发一个可以监测到移动通信网络参数的终端，同时它可以将采集的数 据通过短消息的方式发送到监控中心，监控中心也可以控制和管理监测终端子系 统。 2 为了能够通过g p r s 完成和监控中心的数据交互，必须在移动短消息服 务的基础上，设计一个完善的通信协议完成本系统的数据交互。 3 监控中心必须有一套软件系统，可以完成和的数据交互，对于发生故障 的终端测试监控子系统或是通信质量差的小区，可以实时报警，同时可以分析采 集的网络参数，分析网络的通信质量，提供查询和报表功能。 根据智能监控系统的功能，整个项目被分为多个工作组，作者负责测试监控 子系统的研发工作。本论文围绕智能监控系统测试监控子系统的设计研究与实现 进行详细论述，论文的内容结构安排如下： 第一章“绪论 ，先介绍了移动通信的发展背景及演进情况，然后对多业务 智能监控系统的发展现状与市场需求进行了分析，最后叙述了作者在多业务智能 监控系统项目中的主要工作内容。 第二章“系统的技术基础”，论述了移动通信多业务智能监控系统的技术理 论基础及背景，对多业务智能监控系统关键技术进行分析和研究。 第三章“系统总体设计方案 ，论述了移动通信多业务智能监控系统的总体 设计需求和设计思路。 第四章“测试监控子系统硬件设计与实现”，先介绍了测试监控子系统总体 设计要求，明确设计目标，然后分别论述单片机控制模块、g s m 无线模块、存 储模块、电源模块、串口通信模块及j t a g 调试模块等模块的详细设计方案。 第五章“测试监控子系统软件构架与实现”，先介绍了软件整体开发环境及 整体程序设计，然后分别论述了底层模块和上层应用程序模块的设计和实现，最 后通过整体测试对测试监控子系统的性能进行评估和分析。 第六章“总结与展望”，对本论文和所做的项目进行全面总结，对论文存在 北京邮电大学硕十研究生学位论文序言 的问题提出改进意见，最后对未来的研究方向和研究内容提出建议。 4 北京邮电大学硕十研究生学位论文系统技术基础 第二章系统理论基础 本论文主要研究对g s m 网络运行状况和通信质量进行监控的智能监控系 统，因此作为本论文的理论基础，本章将首先介绍g s m 移动通信网络的结构、 关键技术以及g s m 网络可以提供的服务等。同时，由于本论文的课题是选用 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 网络完成监控中心和远端的测试监控子系 统之间的指令及消息的交互，因此在本章的后半部分亦对g p r s 网络做了简要 描述，包括g p r s 的特点及业务功能等。 2 1 g s m 系统 g s m 是欧洲电信标准委员会e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ) 提出的泛欧数字蜂窝移动通信标准。它基于t d m a ( t i m ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) 技术，频率在9 0 0 或1 8 0 0 m h z 左右，载频间隔为2 0 0 k h z ，调 制方式为g m s k ( b t = 0 3 ) 。由于采用了蜂窝技术，可以支持非常大的用户容量 【4 】 o 2 1 1g s m 系统结构 g s m 数字移动通信系统源于欧洲，属于第二代的移动通信系统。g s m 系 统框图如2 1 所示。g s m 通信系统主要是由网络交换子系统m s s ：n e t w o r k s w i t c h i n gs y s t e m ) ，无线基站子系统( b s s ：b a s es t a t i o ns y s t e m ) 和移动台( m s ： m o b i l es t a t i o n ) 三大部分组成。n s s 系统包括移动业务交换中一i 二, ( m s c ：m o b i l e s w i t c h i n gc e n t e r ) 、拜访位置寄存器( v l r - v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ) 、归属位置 寄存器( h l r h o m e l o c a t i o nr e g i s t e r ) 、鉴权中心( a u c ：a u t h e n t i c a t i o nc e n t e r ) 和移动设备识别寄存器( e i r ：e q u i p m e n ti d e n t i f i c a t i o nr e g i s t e r ) 。b s s 系统包括 基站控制器( b s c ：b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r ) 和基站收发信台( b t s ：b a s et r a n s c e i v e r s t a t i o n ) 5 1 。 北京邮电大学硕十研究生学位论文系统技术皋础 ， ，j ，j ，；， ：，。；，。 国 匦叵 图2 - 1g s m 系统结构框图 交换网路子系统似s s ) 交换网路子系统主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所 需的数据库功能。n s s 由移动业务交换中心( m s c ) 、拜访位置寄存器( v l r ) 、归 属位置寄存器( h l r ) 、鉴权中。t , ( a u c ) 、移动设备识别寄存器( e i r ) 等一系列功能 实体构成【6 1 。 无线基站子系统( b s s ) 无线基站子系统是在一定的无线覆盖区中由m s c 控制，与m s 进行通信的 系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体由基 站控制器( b s c ) 和基站收发信台( b t s ) 构成。 移动台( m s ) 移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端( m s ) 和客户识别 卡( s r m ) ，可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发 射和接收。 操作维护子系统( o m c ) g s m 系统还有个操作维护子系统( o m c ) ，它主要是对整个g s m 网路进行 管理和监控，通过它实现对g s m 网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊 断等功能。 2 1 2g s m 系统主要参数 1 工作频段 我国陆地共用蜂窝移动通信网g s m 通信网络采用9 0 0 m h z 和1 8 0 0 m h z 频 段【7 】： 9 0 5 - - 一9 1 5 ( 移动台发、基站收)9 5 0 9 6 0 ( 基站发、移动台收) 1 7 1 0 - - - 1 7 8 5 ( 移动台发、基站收)1 8 0 5 一1 8 8 0 ( 基站发、移动台收) 北京邮电人学硕士研究生学位论文 系统总体设计方案 8 8 08 9 09 0 59 1 59 2 59 3 59 5 09 6 01 7 1 01 7 8 5 1 8 0 51 8 8 0 毖勿g s m 第二阶段扩展的频段圆圈g s 频段 隧鐾溷我国已使用频段匡雾 d c s l 8 0 0 频段 图2 - 2 我国陆地蜂窝移动体系系统频段分配图 2 频段间隔 相邻两频道间隔为2 0 0 k h z ，每个频道采用时分多址接入( t d m a ) 方式， 分为8 个时隙，即8 个信道( 全速率) ，每信道占用带宽2 0 0 k h z 8 = 2 5 k h z ，同模 拟网t a c s 制式每个信道占用的频率带宽。从这点看二者具有同样的频谱利用 率。 3 频道配置 采用等间隔频道配置方法，频道序号为7 6 1 2 4 ，共4 9 个频点( 见表2 一1 ) 。 频点序号和频点标称中心频率的关系为： 表2 19 0 0 m h z 频段数字蜂窝移动通信网的频道配置 频道 123456789l o1 11 2 组号 各频 7 67 77 87 98 08 l8 28 38 48 58 68 7 道组 8 88 99 09 19 29 39 49 59 69 79 89 9 的频1 0 0l o l1 0 21 0 31 0 41 0 51 0 61 0 71 0 81 0 91 1 01 1 1 道号1 1 2 f l ( n ) = 8 9 0 2 0 0 m h z + 一1 ) 0 2 0 0 m h z ，移动台发，基站收 乃n ) = f l ( n ) + 4 5 m h z 基站发，移动台收 ，l = 7 6 1 2 4 4 双工收发问隔 发射标识：业务信道发射标识为2 7 1 k f 7 w ；控制信道发射标识为2 7 1 k f 7 w 。 主载波调制方式：调频。 调制主载波的信号性质：包含量化或数字信息的双信道或多信道。 被发送的信息的类型：电报传真数据、遥测、遥控、电话视频的组合。 5 干扰保护比 载波干扰保护比( c i ) 就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的 比值，此比值与m s 的瞬时位置有关。这是由于地形不规则行及本地散射体的形 状、类型及数量不同，以及其它一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的干 扰源数目等所造成的。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 系统总体设汁方案 g s m 规范中规定： 同频道干扰保护比：c i3 9 d b 邻频道干扰保护比：c i 9 d b 载波偏离4 0 0 k h z 时的干扰保护比：c i3 - 4 1 d b 6 频率复用方式 频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域隔 开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。 频率复用方式就是指将可用频道分为若干组，若所有可用的频道n ( 如4 9 ) 分成f 组( 如9 组) ，则每组的频道数为n f ( 4 9 9 5 4 ) ，即有些组的频道数为 5 个，有些为6 个，见图2 3 ) 。 频道组号 l23456781 0 多形穆獯彰 j y a 劳 , s m 黟穆穆杉 么形么 穆 彩彩戮形彩形形甥 a x 夥y 觞磷彭 膨杉 钐骋形 穆掳么猡缪彰笏钐 彩y p i l l 獭；黟 2 筋形彩 a 彭s彩籀移黝毵钐杉礁y p 杉筋钐，努形够 彩钐钐心辩心澈鞠焱葚簿豁s蕊强酞尊s 尊容：心醺谤圣黻湛霉藏釜专 淤醚遘胬然妓媳毽r 褥受氍r ：j 疆r t ：、毒害：心惑& 礴疆 各频道组薅泌懿氆酝受：；：? 摹震+；荨辚慕姆、：、鼬一j 、：莓心i、一。j 翁0 静 的频道号研l s 酶? 一 、毫移s ：j：s 霞k oi 、j 6 爱? 。 7 、国、。、j 。1 j 。j t 曩、l、锂心 ：礴。0 穆。0：0 ：皇辱r 7 67 77 87 98 0 8 l 8 28 38 48 58 68 78 88 99 0 9 l9 29 39 49 59 69 79 89 9 1 0 01 0 l1 0 21 0 31 0 41 0 51 0 61 0 71 0 8 1 0 91 1 0l l l1 1 21 1 31 1 41 1 51 1 61 1 7 1 1 71 1 91 2 01 2 l1 2 21 2 31 2 4 图2 - 39 0 0 m h z 3 9 方式频道分配图 模拟a 网 模拟b 网 口g s m 频段 因总的频道数n 是固定的，所以分组数f 越少则每组的频道数就越多。但 是，频率分组数的减少也使同频道复用距离减少，导致系统中平均c i 值降低。 因此，在工程实际使用中是把同频干扰保护比c i 值加3 d b 的冗余来保护，采用 1 2 分组方式，即4 个基站，1 2 组频率( 见图2 4 所示) 。 囫 圆 北京邮电大学硕士研究生学位论文系统总体设计方案 图2 - 4 频率复用方式 对于有向天线而言，天线可采用1 2 0 。或6 0 。的定向天线，形成三叶草小区， 即把基站分成3 个扇形小区。如采用4 1 2 复用方式，每个小区最大可用到5 个 频道，一般的也可用到4 个频道。如采用3 9 复用方式，则每个小区可用到6 个 或5 个频道。 对于无方向性天线，即全向天线建议采用7 组频率复用方式，其7 组频率可 从1 2 组中任选，但相邻频率组尽量不在相邻小区中使用( 见图2 5 ) 。业务量较 大的小区借用剩余的频率组，如使用第9 组的小区可借用第2 组频率等。 图2 - 57 小区分组 以上所谈每个小区可用频道数都是在可用频段为1 0 m h z 中的4 m h z 为“中 国移动公司”使用，另6 m h z 为“中国联通公司”使用。这样，“中国移动公司” 建的g s m 数字移动通信网如采用4 1 2 频率复用方式时，每个小区可用频道数最 大仅有2 个( 1 6 个信道) ，有些只能用到1 个( 8 个信道) 。为此，“中国移动公 司”下属大部分公司将4 m h z 带宽向下端扩展到2 m h z ，即占用模拟b 网2 m h z ， 使g s m 数字移动通信网从可用频道7 6 - - - 9 5 ( 2 0 个) 扩展到6 6 - - 9 5 ( 3 0 个) ， 4 1 2 方式每个小区一般可用3 个频道( 2 4 信道) ，最小也能用到2 个频道( 1 6 个信道) 。 9 北京邮电人学硕上研究生学位论文系统总体设计方案 2 2 g p r s 移动通信系统 g p r s 是通用分组无线业务的简称，是一种基于分组交换传输数据的高效率 方式，与传统的g s m 业务相比，具有很多优势：资源共享、频带利用率高，用 户只有在进行数据传输时才占有系统资源，没有数据传输时，该用户原先占用的 系统资源就会动态地分配给其他的多个用户；数据传输率高，g p r s 可将数据分 组传送，最高传输率可达1 7 1 2 k ；用户一直处于在线方式，接入速度快；支持 1 2 5 和i p 协议，可与现有的数据网络进行互连互通；实行流量计费、通信成本 低【8 】。g p r s 系统组成如图2 - 6 所示。 2 2 1g p r s 系统特点 电路交换业务信道 图2 - 6g p r s 系统原理图 通用分组无线业务( g p r s ) 使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接 收数据。由于无线资源采用动态分配方式，一个用户可以分配多个时隙，一个时 隙可以由多个m s 分享，用户虽然与网络一直连接，但仅当有数据传输时才占用 无线信道资源。与原来的电路型业务相比较，用户使用g p r s 业务将具有建立链 路时间短，数据传输速率高，费用低等特点。而对于运营商来说，提供一定规模 的数据业务服务，将会在无线资源利用率上有一定的提高，但同时在网络设施建 设上需要大量的调整。g p r s 具有以下特点： 1 在核心网中引入g p r s 支持节点( g s n ) ，s g s n 和g g s n 采用分组交换平 台方式，定义了基于t c p i p 协议的g t p 方式来承载高层数据。s g s n 与m s c 同一等级水平，并跟踪单个m s 存储单元，实现安全功能和介入控制，节点s g s n 通过帧中继连接到基站系统。g g s n 支持与外部分组交换网的互通，并经过 基于i p 的g p r s 骨干网和s g s n 连通； 2 通过g g s n 实现了与标准i n t e m e t 的无缝连接，在g g s n 可实现与外部 i p 网络的透明与非透明的连接，支持特定的点对点及点对多点服务，以实现一 些特殊应用，如远程信息处理。g p r s 也支持短消息业务( s m s ) ，经g p r s 无线 信道传输； l o 北京邮电大学硕士研究生学位论文系统总体设计方案 3 以灵活的方式与g s m 语音业务共享网络资源( 如g s 接口) ，采用了灵活 的策略，实现数据与语音业务共存； 4 g p r s 非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源在无线接口实 现m a c r l c 层无线资源的有效管理，以及核心网部分采用适于数据传送的分组 交换方式。g p r s 支持四种不同的q o s 级别。一般来说g p r s 能在o 5 1 s 之内恢 复数据的重新传输； 5 定义了新的g p r s 无线信道，并且分配方式十分灵活。每个t d m a 帧可 以分配l 到8 个无线接口时隙。时隙能为用户所共享，且上行链路和下行链路的 分配是独立的； 6 g p r s 支持中、高速率数据传输，可提供9 0 5 1 7 1 2 k b i t s 数据传输率( 每 个用户) 。g p r s 采用了与g s m 不同的信道编码方案，定义了c s l ，c s 2 ，c s 3 ， c s 4 四种编码方案； 7 g p r s 的安全功能同现有的g s m 安全功能一样，身份认证和加密功能由 s g s n 来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前g s m 中的一样， 不过g p r s 使用的密钥算法是专为分组数据传输所优化过的。g p r s 移动设备可 通过s i m 访问g p r s 业务，不管它是否具备g p r s 功能； 8 用户数据在m s 和外部数据网络之问透明地传输，它使用的方法是封装 和隧道技术；数据包中特定的g p r s 协议信息被打包并在m s 和g g s n 之间传 输。这种透明的传输方法缩减了g p r sp l m n 对外部数据协议解释的需求，而且 易于将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据 传输高效且可靠； 9 g p r s 的资源利用率高。它引入了分组交换的传输模式，使得原来采用 电路交换模式的g s m 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的 情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期间内，用户无论是否 传送数据，都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接 收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一个信道，从而提 高了资源的利用率。g p r s 可实现基于数据流量、业务类型及服务质量( q o s ) 等 级的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。 2 2 2g p r s 短消息服务 短消息服务s m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 是g p r s 的一项重要的业务，它可以 通过g p r s 网络传输有限长度的数据信息。短消息业务与语音传输及传真一样， 都是g p r s 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进 行传输，由短消息服务中心完成存储和转发。 北京邮电大学硕十研究生学位论义系统总体设计方案 短消息业务主要包括点到点短消息业务和小区广播短消息业务。点到点短消 息业务即通过m om s 发起短消息业务和m tm s 终止短消息业务将一条短消息 从一个实体发送到指定目的地址的业务。小区广播短消息业务即通过基站( b s c ) 向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。本文不讨论小区广播短消息业 务。 g p r s 中唯一不要求建立端端业务路径的业务就是短消息即使移动台已处 于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。 在g p r s 对s m s 的定义中s m s 有些特殊的性能： 1 1 6 0 个字节 根据g p r s 规范g p r s 手机可收发最多1 6 0 个字母、数字或最多8 0 个汉字 的短消息。 2 存储和转发功能 短消息是存储和转发的服务，即短消息并不是直接地从发送者传到接收者， 而是 先传到短信中心然后再转发到接收者。 3 传达确认 与传呼不同，s m s 的起始者会收到短消息传达成功与否的确认信息。 4 与话音数据和传真的同时性 s m s 能与话音、数据和传真同时传输，因为s m s 使用信令通道而话音使用 专用的 传输通道。这样在通道拥挤的时候也能保证s m s 的传输。 5 主叫号码自动显示 s m s 中自动包含发送者的电话号码，接收者容易知道发送者并回复。 根据以上这些特点选择g p r s 短消息方式作为本系统的数据传输方式 2 3 本章小节 本章首先介绍了g s m 数字蜂窝系统的结构及关键技术。然后对g p r s 系统 的特点及业务功能进行了描述，并介绍了应用g p r s 网络的优势。本章是以后各 章研究和实现的理论基础，通过这一章背景技术的描述，为以下各章的研究工作 奠定了基础。 北京邮电大学硕士研究生学位论文测试监控了系统硬件设计与实现 第三章系统总体设计方案 移动通信多业务智能监控系统是基于g s m 网络的无线通信多业务仿真平 台。该仿真平台可根据需要加载不同业务并对其运行质量进行分析和评估，满足 多种移动业务的需求。此外，该平台还可建立与b s c 的连接，通过对特定通信 过程中上行和下行信令的比较来对网络故障进行深入分析。 监控系统通常有两种结构形式：集中式和分布式【1 1 1 。前者的优点在于结构简 单、成本低，但由于信号电缆过长，信号易失真、易受干扰，且由于数据采集通 道数和存储量的增加导致监测实时性差，只适用于测点较少且比较集中的场合； 后者可靠性高、易于扩展、适用于大规模且监测点分散的场合。根据移动通信网 络分布的特点，要能监控移动通信网络在任意点的通信质量，必须采用分布式的 监控系统。本文所设计的智能监控系统是分布式的。 从体系结构上，智能监控系统一般包括三个层次： 1 数据采集层主要包括由智能数据采集模块和数据上传功能的数据采集前 端。 2 网络通信层主要完成采集终端和监控中心之间的数据传输。 3 监控中心层主要面向具有管理和调度权限的管理人员，由计算机在此完 成集中监测。 4 在本章节中将详细讨论基于g p r s 方式的移动通信网络质量的智能监控 系统。 3 1 系统的结构 根据终端监测仪离散分布的特点，移动通信网络智能监控系统采用分布式的 监控系统。整个系统主要有终端监控子系统、监控中心和通信网络组成。用短消 息方式交换数据的系统网络拓扑图如3 1 所示。 北京邮电大学硕上研究生学位论文系统总体设计方案 旦 人 监控用户 聍他一圃 监控终端软件 监控服务器 天 短信监控_ h 户 监测点 图3 - 1g s m 移动通信网络智能监控系统结构图 1 测试监控子系统：测试监控子系统可以分布在任意测试监控点，负责采 集监控系统所要监测的内容，同时能够将采集到的数据按照设计的协议通过短消 息的方式发送到监控中心。终端监控子系统由g s m 模块和测试控制两部分组成， 用于测试移动网络在固定点的网络通信质量的相关参数，同时可以使用短消息的 方式将数据及时传送到监控中心。本系统中是采用单片机来实现的。 2 移动短消息服务中心：完成系统中终端监控子系统和监控中心的短消息 互发功能。 3 监控中心：通过短消息的方式和各个终端监测仪进行数据交互，从而设 置终端监测仪的工作参数和控制它们采集数据。同时监测中心软件系统可以分析 处理终端监控子系统传送的数据，为移动网络维护工作人员提供查询和报表功 能。所以监控中心必须设计开发一套独立的软件系统。 3 2 系统的功能 为了使自动监控系统能够完成自动监控和其他相关的功能，必须设计终端监 控子系统，同时设计一套与之配套的软件系统，来完成系统要求的功能，下面分 别介绍系统各个部分的功能。 3 2 1 测试监控子系统功能 1 通信质量参数的采集 1 4 孚入嘲向 北京邮电大学硕十研究生学位论文系统总体设计方案 为了能够监测移动通信网络的通信质量，必须监测该网络在某些位置的一些 通信质量参数。所以本系统中终端监测仪可以监测到移动通信网络在监测点的以 下一些参数：国家代码( m c c ) 、网络代码( m n c ) 、位置区码( l a c ) 、小区识 别码( c i ) 、基站识别码( b s i c ) 、广播控制信道频点( b c c hf r e q ：) 、接收信 号强度( r x l e v ) 和接收信号质量( r x q u a l ) 。其中m c c 、m n c 、l a c 、c i 和 b s i c 用来确定所监测到的网络，而b c c hf r e q 、r x l e v 和r x q u a l 用来反映网 络的通信质量，同时还可以在监控中心的控制下，测试所在位置的通话质量和掉 话率。 2 通信质量参数的报送 在移动通信网络智能监控系统中，通信质量参数的报送是一个关键环节。 为了能实时反映网络的通信质量，同时减少系统的通信压力，使用的报送方式有 自报式、应答式及自报应答兼容式三种【1 2 】。 ( 1 ) 自报式 由监控中心控制，按照预先规定的时间间隔( 如2 分钟) 或在被测的参数值小 于预先设定的阈值时，测试监控子系统自动向监控中心发送网络通信参数，监控 中心则始终处于等待接收的工作状态，这种方式称为自报式。 自报式的数据报送方式也存在一些缺点。当多个测试监控子系统同时向监 控中心报送数据时，容易造成监控中心处理数据的压力过大，可能会产生数据丢 失。为了克服这个问题，通信协议中采用数据确认的办法来解决；自报式的另一 缺点是，监控中心难以判断测试监控子系统自身是否发生故障。例如，如果设定 一个阈值，当测试监控子系统电源发送故障时则无法发送数据，监控中心很难判 断是电源故障还是其他问题。因此，无论通信质量参数是否有变化，自报式的测 试监控子系统都应该向监控中心发送数据，这样可以及时发现网络的通信质量是 否满足要求。 ( 2 ) 应答式 监控中心自动定时或随时呼叫测试监控子系统，监控子系统响应监控中心 的查询，实时采集网络通信质量参数并发送给监控中心，这种方式称为应答式。 定时自动采集的时间，根据网络通信质量状况和监控中心处理数据的需要而定。 应答