GPRS分组域故障分析系统技术白皮书.doc

武汉虹信通信技术有限责任公司虹信GPRS分组域故障分析系统技术白皮书武汉虹信通信技术有限责任公司2008年1月版权所有2008 武汉虹信通信技术有限责任公司，保留所有权利2008年1月未经武汉虹信通信技术有限责任公司书面许可，本白皮书任何部分的内容不得被复制或抄袭用于任何目的。本白皮书并不暗示武汉虹信通信技术有限责任公司提供的任何产品或服务或其功能与本白皮书描述的内容完全一致。本白皮书的内容在未经通知的情形下可能会发生改变，敬请留意。第 14 页目 录1技术特性41.1总体特性41.2技术架构41.3关键技术61.3.1协议分析关联技术61.3.2高速数据表查找技术61.3.3数据包的高速处理技术61.3.4WEB技术61.3.5数据库的性能优化71.3.6故障分析挖掘技术72系统功能82.1故障管理82.1.1实时检测KPI指标82.1.2历史故障分析82.1.3故障分析82.1.4地域统计82.1.5实时跟踪92.2统计分析92.2.1统计各个设备KPI指标:92.2.2对KPI指标的趋势分析:112.2.3IMSI统计：112.2.4行业用户统计112.2.5统计报表下载112.3系统管理122.4设备管理123应用模式及部署方案134公司简介14概述随着移动通信技术和Internet技术的迅猛发展，人们不仅可以通过手机进行语音通话，而且可以通过无线网络上网获取自己所需的信息，甚至进行娱乐或商务活动。移动运营商相继建成了GPRS网络以满足客户不断增强的无线上网的需求 。随着无线上网用户数量的不断增加，如何利用有效的方式保障和提高现有业务的服务质量就显得非常重要。为了继续发扬运营商的网络优势，做好移动数据业务的运营管理，提高移动数据业务的投入产出比和服务质量，移动运营商需要高效优秀的技术服务。分组域故障分析系统，正是根据GPRS分组域的网络特征和业务特点定制研发的综合性故障分析系统，能够帮助运营商快速解决网络故障，提高分组域链路成功率，提升网络服务质量。在本白皮书中，我们将GPRS分组域故障分析系统的技术特性、功能特性、应用模式及部署方案三个大的方面，对虹信GPRS分组域故障分析系统的应用解决方案，在技术上进行全面的阐述。1 技术特性1.1 总体特性n 在GPRS分组域设备Gb接口和Gn接口的数据信息流采集数据和信令消息。n 对GPRS分组域信令进行分析，报告网络运行情况。n 实现GPRS核心网分组域网络性能的分析统计功能。包括：SGSN、GGSN和基站的PDP上下文数，Attach人数等。n 实现GPRS核心网分组域网络故障的分析功能。包括：移动性管理和会话管理故障分析，辅助管理员快速定位分组域的网络故障。n 实时跟踪Gb和Gn接口信令，详细地分析信令的交互过程。n 模块化设计，可以根据用户的需求，快速开发和部署新的功能模块。n 724小时在线统计分析，深层次解决故障问题，专门针对运营商组网结构设计，以成熟的接入方式，对系统无任何影响。n 接通率门限灵活设置，按门限进行分级告警，可直接定位发生故障的基站编号和用户IMSI信息等等。n 原始码流直观解码，发生故障的用户系统自动保存原始码流，系统可以ETHERAL格式呈献，系统能自动记录发生故障的原因。n 外挂磁盘阵列，可以对历史数据存储3至6个月，进行历史数据分析。n 可以将统计分析数据导出成Microsoft Excel和Adobe Acrobat文件格式，并提供完善的报表打印功能。n 遵循3GPP标准，适用于GPRS网络，并可升级到WCDMA网络，能够满足3G发展的需要。1.2 技术架构n GPRS的Gn接口采集系统从采集端口实时抓取SGSN与GGSN之间的数据包，根据SGSN与GGSN的实现方式对用户的会话流程进行还原和分析,得出PDP上下文数，PDP激活成功率等关键信息，并重点分析Gn接口故障。n GPRS的Gb接口采集系统从采集端口实时抓取BSC与SGSN之间的数据包，得出Attach数，Attach激活成功率等关键信息,并重点分析Gb接口故障n 数据库系统 实时保存终端上网的信令流程数据，同时根据运营商的存储要求存储用户分组域的信令以及历史故障等信息,为分析统计系统提供了有力的支撑。n 分析统计系统服务器及终端实时检测各个设备的关键性能指标KPI，对低于阈值的指标突出显示并向维护员进行短信告警。系统对单设备的多个指标以及多设备的单指标进行分析，并可以查询和导出统计数据。实时跟踪功能对单个用户的信令流程进行跟踪,协助维护员快速解决用户投诉的问题。1.3 关键技术1.3.1 协议分析关联技术 采集系统将采集包按照相关协议进行分析,然后通过一定的策略将用户信令和用户上网数据进行关联，确保了用户数据的一致性。1.3.2 高速数据表查找技术采用HASH算法以及其他算法实现数据表的快速查找，包括路由表的查找；通过IP地址查找IMSI号码等；1.3.3 数据包的高速处理技术在数据面处理方面，不采用IP协议栈来实现，而是在以太网的底层实现数据面的处理（包括IP包的封装和解封装处理，路由表的查找等处理），不通过层层调用的方式来处理IP包，并在处理过程中采用高速算法，可以提高系统的数据处理速度；1.3.4 WEB技术统计分析系统人机界面采用B/S层结构，选取JAVA平台进行WEB开发，主要考虑如下：1) 可移植性好；2) 能够使用可复用的、跨平台组件；3) 具有内存泄漏保护；4) 支持定制标签；5) 数据库访问方便；6) 使用面向对象的系统设计方法；7) 支持分布式多层架构；8) 丰富的开发工具支持；9) 可扩展性好。1.3.5 数据库的性能优化物理数据库的设计和优化，物理数据库性能的优劣直接影响系统性能。每个表空间至少有一个数据文件，这些文件放置在何处，即如何分配磁盘对整个数据库的性能有很大的影响。进行物理数据库的设计时，得到优化的数据库逻辑设计表空间的分配方案，以提高整个数据库的性能。1.3.6 故障分析挖掘技术数据库可以存储36月的历史数据，进行对比分析，采用数据挖掘技术深度挖掘GPRS网络故障的原因。2 系统功能2.1 故障管理对链路工作状况的实时监测和分析，帮助操作员及时的发现故障、解决故障，并在故障发生之前优先发现潜在问题, 提高故障处理的响应速度,预防故障的发生。故障管理功能包括以下几个子功能：2.1.1 实时检测KPI指标对于GPRS网络包括：Attach连接次数，Attach连接成功次数，Attach成功率，Attach人数，PDP连接次数，PDP连接成功次数，PDP连接成功率，PDP上下文数，流量。实时检测以上指标,通过对各项指标阈值的设定, 对低于阈值的指标突出显示并向维护员进行短信告警。2.1.2 历史故障分析系统详细保存了链路的故障信息,提供对历史故障查询功能,对链路流程的异常进行了详尽的分析,并可对各失败原因定位到GGSN、SGSN、BS和IMSI号.2.1.3 故障分析根据指定的某个设备(GGSN,SGSN,基站,终端),统计它在指定时段内故障原因的分布情况。2.1.4 地域统计按地域对 GGSN/SGSN/BS的相关重要指标进行统计,得到故障分布数据。2.1.5 实时跟踪跟踪用户的信令数据，协助操作员快速解决用户投诉的问题。2.2 统计分析对相关的KPI指标进行趋势分析，了解设备的工作情况和网络的运行情况。当KPI指标出现异常趋势时，系统自动向指定邮箱发送告警XLS报表，同时通过短信向维护员发送告警信息。系统提供各种类型XLS报表，并定时发送到指定邮箱。统计分析功能以下子功能：2.2.1 统计各个设备KPI指标:GPRS故障分析系统统计的KPI指标如下表:序号统计大项统计小项统计对象1流量流量GGSN,SGSN,BS2流量百分比地域，设备3Attach人数Attach人数SGSN,BS4Attach人数百分比地域，设备5PDP上下文数PDP上下文数GGSN,SGSN,BS6PDP上下文数百分比地域，设备7Attach Attach次数SGSN,BS8Attach成功次数SGSN,BS9Attach成功率SGSN,BS10Attach次数百分比地域，设备11Attach成功次数百分比地域，设备12Attach成功率百分比地域，设备13Attcah失败原因HLR未知的IMSISGSN,BS.IMSI14无效的MSSGSN,BS.IMSI15无效的MESGSN,BS.IMSI16GPRS服务不允许SGSN,BS.IMSI17GPRS服务和非GPRS服务都不允许SGSN,BS.IMSI18位置区不允许SGSN,BS.IMSI19MAC错误SGSN,BS.IMSI20消息字段错误SGSN,BS.IMSI21PDP上下文PDP激活次数GGSN,SGSN,BS22PDP激活成功次数GGSN,SGSN,BS23PDP激活成功率GGSN,SGSN,BS24PDP激活次数百分比地域，设备25PDP激活成功次数百分比地域，设备26PDP激活成功率百分比地域，设备27PDP失败原因资源不够GGSN,SGSN,BS，IMSI28未知的APNGGSN,SGSN,BS，IMSI29未知的PDP地址或类型GGSN,SGSN,BS，IMSI30未指明的原因激活拒绝GGSN,SGSN,BS，IMSI31GGSN激活拒绝GGSN,SGSN,BS，IMSI32用户认证失败GGSN,SGSN,BS，IMSI33服务选项乱序GGSN,SGSN,BS，IMSI2.2.2 对KPI指标的趋势分析:系统提供对单设备多指标的对比分析和多设备单指标的关联分析,并通过图表的形式直观展现。2.2.3 IMSI/MSISDN统计：根据设备类型，周期，忙时起止时间，统计指定的IMSI的故障数，便于运营人员及时发现影响网络质量的用户，并及时解决问题。2.2.4 行业用户统计根据行业用户分组（imsi组），统计该组内用户的激活次数，激活成功次数，失败原因和次数，便于监控和管理行业用户使用GPRS业务的情况，例如警务通、城管通等行业用户的故障分析。2.2.5 统计报表下载按照功能、地域划分的各类统计报表及分组网统计月报表的下载。2.2.6 分组网络情况分析 分析每个基站的数据流量，分析每个SGSN的流量，根据流量情况统计分步各地区基站的流量情况，可按照城市、基站统计，可统计每个基站的激活情况。2.2.7 分组网业务分析可分组统计用户访问WAP、移动互联网各项业务的情况，分析用户的喜好，针对用户的习惯，提供个性化的服务。2.3 系统管理对系统的管理功能包括:系统登录, 系统退出，查询日志, 导出日志,配置管理,行业用户管理。当系统出现异常或者重启后，操作员可以通过对日志进行查阅，了解系统运行情况。2.4 设备管理对GGSN/SGSN/BS设备属性的录入和保存,辅助故障定位和分析。功能包括：发现设备,查询设备,修改设备,增加设备,删除设备。3 应用模式及部署方案 GPRS网络的接入方式如上图所示：运营商的SGSN与GGSN之间的Gn接口一般采用核心交换机进行连接，对于Gn接口的数据，我们通过在核心交换机上进行端口镜像将其数据传给Gn接口采集服务器。运营上BSS与SGSN之间的Gb 接口连接方案一般采用专用2Mbit/s E1 PCM 链路实现。对于Gb接口的数据，我们使用高阻跨接方式分离出Gb接口的E1链路的数据将其接入Gb接口转换器，Gb接口转换器将其转换成IP包，然后通过一台端口镜像交换机将多路IP数据汇聚成一路数据发给Gb接口采集服务器。4 公司简介武汉虹信通信技术有限责任公司（以下简称虹信公司）成立于1998年12月，隶属于烽火科技集团（武汉邮电科学研究院），座落在南望山脚、东湖之滨的“武汉光谷”核心地区，厂区风景秀丽、环境幽雅。公司注册资本6000万元，现有职工1800余人，其中35%的职员具有硕士以上学历，95%的职员具有本科以上学历。公司厂房及办公面积13000平方米，年生产能力10亿元。作为国内业界移动通信直放站和移动通信室内覆盖系统设备的主要供应商、国内3.5GHz宽带无线接入系统首个工程的建设者，公司的科研、生产、工程开通水平一直处于国内领先水平，在移动通信无线领域已申请专利129件件，软件著作权登记7项，起草国家通信行业标准4项，有两项成果填补了国内空白，十多项成果通过国家、省部级鉴定，五项成果获得部、市级科技进步奖，三项新产品被评为国家级新产品，其中“GZF900移动通信直放站”被国家科学技术部、国家税务局、国家对外