分体式信令监测仪表的设计

1、分体式信令监测仪表的设计朱宇航, 马 宏 时间:2008年05月19日 字 体: 大 中 小关键词:信令分体式信令网信息采集链路摘要： 介绍了分体式监测仪表的设计。该仪表采用独立的嵌入式终端实现信令采集功能，其他应用功能则由通用的计算机平台实现，二者通过IP进行实时的连接。该仪表从根本上改变了信令监测仪表的设计概念和物理形态，克服了一体式仪表的诸多弊端，为信令监测仪表带来了更广阔的应用空间。关键词： 分体式 信令采集 仪表随着电信网络的迅速发展，信令网已经具有了相当大的规模。信令网是电信三大支撑网之一，是电话网、智能网、移动网以及各种新业务的神经网。信令网用于传递电信网的各种控制命令，其重要性

2、已经越来越被人们所认识。信令网的畅通与否直接关系到整个电信网的运行和服务质量1。在信令设备的研发、测试以及信令网的运行、维护中，监测仪表是必不可少的工具。本文详细阐述并设计了一种分体式信令监测仪表，该设计方案不仅实现了传统一体式仪表的所有功能，解决了一体式仪表的现存问题，而且还可以提供标准化接口用于二次开发，实现用户可定制的增值服务，具有广阔的市场应用前景。1 分体式仪表设计近几年随着微电子和计算机技术的进步，监测仪表也经历了大踏步的发展，尤其是嵌入式技术和IP技术的迅速发展，更让仪表在运用广度和深度上得以延伸。这就使得设计分体式仪表成为可能。1.1 一体式仪表传统的信令监测仪表是工控机内插信

3、令板卡构成的一体式设备，其中，信令板卡实现信令采集功能，消息的处理、存储、显示等应用功能则由工控机完成。这样的仪表在使用中存在以下主要问题：(1)性价比低：一体式信令监测仪表以工控机作为信令功能的载体，使得仪表的价格很高。用一个工控机设备同等的价格往往可以购买多台高性能通用计算机，相比之下性价比就很低。(2)操作不便：一体式信令监测仪表设计的操作屏幕一般很小，操作按键布局很密。另外，如果进行多点监测，那么每个监测点的仪表都需要专人操作。(3)资源利用率低：一体式信令监测仪表因为只应用于信令网环境，使用的时间很有限，在大多数用不到仪表的时间，仪表只有被闲置，这就造成了资源的极大浪费。(4)功能单

4、一：一体式信令监测仪表只是起信令监测分析作用的，并不能在信令网的环境下进行业务扩展。因此，设计分体式仪表既顺应了技术发展的潮流，又能够更好地满足用户需求。1.2 分体式设计模型分体式信令监测仪表可以分为两个部件：前端的信息采集部件和后端应用服务器及相应的系统软件。前端设计为一个轻便小巧的黑盒子，它提供标准E1接口进行信令消息采集，还设置了网口与后端服务器通信，以及调试用的串口。另外，它还设有运行状态指示灯和复位按键等。其作用是提供一个控制信令采集和数据传输的平台。后端设计为一个通用计算机，它可以是台式机，也可以是便携机等多种架构的计算机。如果只需要信令监测仪表功能，则安装相应的分析处理软件；如

5、需要在这个平台上进行功能扩展，则可以利用软件提供的接口进行二次开发，从而达到用户特殊的使用要求。最终的分体式仪表产品就是一个“黑盒子”和一张光盘。这样的产品既可以固定使用在专用的信令网监测环境中，又可以灵活方便地应用于单点测试环境中，从而彻底改变人们对仪表概念和形象的认识。2 分体式信令监测仪表实现方案2.1 前端设计2.1.1 前端硬件设计前端设计为19英寸的标准CPCI结构工业设备，可以根据需要定制单框(1U型)或多框(nU型)。功能单板由E1输入输出板、七号信令处理板、GPS&HUB单板、电源板组成。七号信令处理板先插入机框，E1输入输出板、GPS&HUB单板后插入机框。E1输入输出板通

6、过高阻隔离头从数字配线架DFF上采集信令消息。主处理单板是信息采集部件的核心单板，它的功能设计如图1所示，主要包含如下几部分：(1) E1接收处理部分：接收E1接口单板提供的放大的采集信号(2M的HDB3信令信号)，通过四片PM4354将采集到的信号进行时钟数据恢复、数字抖动衰减、帧定位等处理，最后输出为8M的高密度多厂家集成协议H-MVIP信号。(2) CPU处理器部分：采用MPC860为核心处理器，另外配有64MB的SDRAM、16.5MB的Flash、100M网口、RS-232串口等。该部分完成对整个采集部件的设置、控制和对采集到的七号信令信息的预处理等工作。(3) FPGA控制部分：它

7、与CPU部分协作完成对整个单板的控制，具体实现的功能有控制继电器闭合环回自测、复位信号处理、片选信号处理、时标选择、数字交换网关等2。GPS、HUB单板为每一个信息采集部件提供GPS时间，时间精度可达1ms，为不同监测点的信息统一管理提供了标准时间、满足了误差要求。而且该单板具有HUB功能，这样为系统平滑增加监测链路容量提供了保证。电源板设计是为各个功能板提供电源支持。2.1.2 前端软件设计信息采集部件采用嵌入式的硬件和软件设计方法。操作系统和信息采集软件固化在Flash上，硬件上电启动后，首先运行初始化引导程序，完成板级的初始化工作，然后将操作系统装入内存并执行，操作系统最后将应用程序装入

8、内存并启动3。一般地，应用程序会进行循环扫描工作，将链路扫描采集到的信令消息过滤后，通过网口通信队列扫描发送给服务器端。另外，也可以控制运行调试程序等进行测试功能。在嵌入式硬件设计的基础上，前端软件按功能可分为四个模块：通信处理模块、采集与预处理模块、硬件驱动模块、配置管理模块，如图2所示。通信处理模块负责信息采集部件和操作服务器之间的通信相关处理。在网络初始化时建立套接字连接进行TCP/IP通信。在运行过程中，通过扫描网络通信队列判断进行队列消息的发送。另外，还需要对异常进行处理，如关闭套接字之类。采集与预处理模块负责对采集到的信令消息根据信令协议以及参数配置进行初步处理，而支持的协议可以由

9、程序灵活设计，如过滤TUP、ISUP这些电话消息，或者收集LSSU消息来判断链路故障。另外，如果服务器下达对某一链路的负荷统计，还需要进行负荷的实时统计，初步处理后把消息送入网络通信队列。硬件驱动模块负责对底层硬件的一些控制(初始化以及读/写操作设置)。如对MPC860、PM4354、FPGA的初始化，860对接收HDLC时隙的读写操作控制，4354的状态寄存器扫描等。对这个模块的设置，包括设置860的工作模式、FPGA对交换时隙的选择、GPS时钟同步的设置等。配置管理模块负责根据接收到的服务器端命令设置链路采集方式、数据处理方式、告警管理、时间管理以及安全控制等。另外，该模块还含有对信息采集

10、部件内部一些硬件的自检功能，维护人员可方便地进行维护操作。2.2 后端设计后端软件实现消息的实时处理，包括话务统计、信令统计、呼叫跟踪、协议分析、告警处理，还可以对数据库中原始消息进行查询分析，以及对前端信息采集部件进行配置管理等功能，如图3所示。通过对存储于数据库中的原始消息集的统计分析，可以查找出超短、超频话单等异常故障情况，以及接通率、呼损率等话务统计功能，还可以对恶意呼叫进行实时跟踪，对链路中的各种异常状态进行告警处理，这些都较好地解决了运营商急需解决的问题。3 扩展应用设计该分体式仪表还提供了标准化接口，利用该接口可以轻松地进行二次开发，设计增值业务服务平台，进行应用领域的扩展，如图

11、4、图5所示。?(1) 智能业务扩展。帮助运营商提供越来越多的智能业务服务，如手机的小区广播短信服务、短消息监测、手机跨服务区提醒，以及根据手机跨区流量分析无线用户交通拓扑等功能。(2) 信令网管系统。可以设置多个前端设备在信令网各个节点进行信令采集，然后通过网络把数据汇总到中央服务器进行统一管理，从而实现对整个信令网环境的监测与网络管理。(3) 网间计费。目前跨网流量计算是运营商迫切需要解决的问题，该分体式设计仪表可以较方便地对网间消息流量进行准确计数，提供较客观的流量数据。分体式设计把信令监测仪表分成了两部分。前端的信息采集部件只负责信令的采集与过滤，然后传送给后端服务器进行后处理及显示、存储。前端设计成一个灵活、轻便、可扩展的标准设备，后端则只需要一台通用计算机和一个配置软件即可。另外，只需要简单地修改E1输入输出板，再设置相应的主程序，该设计仪表即可方便地对高次群速率的信令链路进行监测，如2次群(8MBps)，甚至可以扩展光纤接口。这些做法虽然增加了软件设计的开销，但