CN108768734A - 一种基于多数据融合的gsm-r网络性能分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多数据融合的GSM‑R网络性能分析系统，所述系统包括接口适配层、特征提取层、数据存储层和数据分析层；其中，所述接口适配层包括TCP接口、UDP接口、SNMP接口和文件导入接口，所述特征提取层包括BSC负荷模块、网络异常模块、信道占用模块，所述数据存储层包括采用RAID方式实时备份的多个存储节点。本基于多数据融合的GSM‑R网络性能分析系统采用统一的接口适配层能够采集多种数据，实现对GSM‑R网络性能的全面跟踪、趋势分析、故障定位、风险预警。

Description

一种基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统

技术领域

本发明涉及轨道通信技术领域，具体涉及一种基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统。

背景技术

GSM-R是建立在GSM网络上的铁路专用通信系统，已在我国铁路行业大规模应用。主要承载调度通信、CTCS-3级列控信息的传送、车次号/调度命令/列尾信息的传送等。由此可见，GSM-R网络质量及性能优劣直接关系行车安全。

GSM-R无线通信系统主要由网络子系统(NSS)、基站子系统(BSS)、运行与支持子系统(OSS)及终端设备组成。网络子系统包含移动交换子系统(SSS)、智能网子系统(IN)、通用分组无线业务(GPRS)子系统。移动交换子系统主要设备为核心网交换机(MSC)，智能网子系统主要设备为业务控制点(SCP)，GPRS子系统主要设备为服务GPRS支持节点(SGSN)、网关GPRS支持节点(GGSN)。基站子系统主要设备为基站控制器(BSC)、基站收发台(BTS)。

目前针对GSM-R网络的第三方分析手段主要来源于GSM-R网络接口监测系统(包括Um接口、Abis接口、A接口、PRI接口、Gb接口、Gi接口等)，该系统主要监测网络信令及所承载的业务数据，侧重定位业务系统故障原因，对网络自身性能分析不完善。对GSM-R网络的检测手段主要来源于GSM-R无线网络服务质量检测系统，该系统侧重对GSM-R网络主要指标的测试，对指标劣化的原因分析较少。对GSM-R网络性能的分析主要来源于GSM-R网管，但该系统不是第三方，出现故障时分析结果易受质疑，且与接口监测系统、网络服务质量检测系统间无接口，当业务系统中断或网络检测指标劣化时，无法自动分析。

现有分析手段存在下述缺点：

1、各系统分立，无法联动：上述三个系统在GSM-R网络维护中各有侧重，接口监测系统侧重定位业务故障，网络服务质量检测系统侧重检测网络指标，网管系统侧重性能分析。目前系统间无接口，无法实现数据共享和联动分析。

2、不同厂家、不同线路数据无法融合分析：不同铁路局、不同线路间，可能会采用不同供应商的GSM-R网络设备，接口监测系统也有多家供应商，且部分接口监测系统根据线路进行监测，无法实现跨厂家、跨线路的综合分析。

3、网络性能分析缺少地理信息数据：GSM-R网管系统只能获取小区信息，缺少公里标、GPS等地理位置信息。

4、数据可信性不足：由于GSM-R网管系统是针对自身网络设备指标的分析，分析结果的可信度不足，特别是所承载的业务系统产生问题，网管分析的结果是正常时，缺少第三方系统的验证和对比。

发明内容

针对现有技术中，无法实现对多数据融合的GSM-R网络性能分析的问题，本发明提出了一种基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统。

一种基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，所述系统包括接口适配层、特征提取层、数据存储层和数据分析层，其中，

所述接口适配层，包括TCP接口、UDP接口、SNMP接口和文件导入接口，其中：

所述接口适配层通过所述UDP接口获取检测系统的实时测试数据；

所述接口适配层通过所述SNMP接口、文件导入接口与BSC网管系统数据交互；

所述接口适配层通过所述TCP接口、FTP接口与接口监测系统数据交互；

所述接口适配层通过所述文件导入接口与网络服务质量检测系统数据交互；

所述特征提取层，包括BSC负荷模块、网络异常模块、信道占用模块，其中：

所述BSC负荷模块，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取BSC主处理器的平均负荷及峰值负荷相关计数器值；

所述信道占用模块，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取信道拥塞、信道占用的计数器值；

所述网络异常模块，通过TCP和FTP接口从接口监测系统中获取网络异常事件数据；

设备故障模块通过SNMP接口从BSC网管系统中获取BSC设备各板卡故障信息；

越区切换模块通过TCP及FTP接口从接口监测系统中获取越区切换事件；同时，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取越区切换相关计数器值；

所述数据存储层，包括多个存储节点，用于将特征提取层的数据和数据分析层的数据进行存储；

所述数据分析层，包括数据对比模块、趋势分析模块和故障诊断与定位模块，其中：

所述数据对比模块，用于将BSC网管系统中的参数与接口监测系统中的参数对比；

所述趋势分析模块，用于定期从数据存储层的存储节点中统计分析网络性能趋势，并绘制趋势图；

所述故障诊断与定位模块，用于根据所述特征提取层的网络异常模块的异常事件和/或所述数据分析层的趋势分析模块的趋势持续劣化数据进行故障诊断和故障定位。

进一步地，

所述特征提取层还包括检测数据模块、GIS信息模块和测量数据模块，其中，

所述检测数据模块，通过文件导入接口从服务质量检测系统中获取数据传输时延、无差错时间、呼叫时间数据；

所述GIS信息模块，通过TCP接口和FTP接口从接口监测系统和/或通过UDP接口和文件导入接口从服务质量检测系统中获取公里标和GPS信息；

所述测量数据模块，通过TCP和FTP接口从接口监测系统中获取小区电平值、通信质量、邻小区电平值数据。

进一步地，所述接口适配层通过所述TCP接口和FTP接口获取所述接口监测系统中的以下数据：

网络信令数据、小区上下行测量报告数据、越区切换数据、列控业务数据，以及相关统计数据，如切换成功率分布、调度命令发送成功率、调度命令重发率、测量报告分布、异常切换。

进一步地，所述BSC网管系统中包括以下数据：

信道的可用信道数、配置信道数、拥塞次数、试呼次数、掉话次数、分配请求次数、分配成功次数、占用成功次数、不同原因切换请求次数、不同原因切换失败次数、不同原因尝试次数、每线话务量。

进一步地，所述接口适配层能够通过SNMP接口查询所述BSC网管系统中的板卡状态数据。

进一步地，所述数据存储层中各个存储节点采用RAID方式实时备份。

进一步地，所述故障诊断与定位模块进行故障诊断的触发条件是：

所述特征提取层确定网络异常和/或数据分析层确定趋势持续劣化。

本发明采用统一的接口适配层采集来自不同厂家、不同线路、不同系统的数据，提取各系统中的网络异常数据、网络测量数据、信道占用数据、越区切换数据、QoS检测数据、地理位置数据等，融合分析及对比，实现对GSM-R网络性能的全面跟踪、趋势分析、故障定位、风险预警。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统框架图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1示出了根据本发明实施例的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统。如图1所示，所述分析系统分层设置，包括接口适配层、特征提取层、数据存储层和数据分析层。

接口适配层：

接口适配层包括TCP(Transmission ControlProtocol，传输控制协议)接口、UDP(UserDatagramProtocol，用户数据报协议)接口、SNMP(simplenetworkmanagementprotocol，简单网络管理协议)接口、FTP(File Transfer Protocol，文件传输协议)接口、FILE(文件)导入接口，并为以后接入的系统或厂家提供预留接口。在该接口适配层中设置上述接口，可通过配置模板的方式，灵活匹配不同数据格式，实现接口统一、自由扩展。通过上述接口，可以实现与BSC网管系统数据、接口监测系统、网络服务质量检测系统以及其他系统之间的数据传输。

所述接口适配层通过所述UDP接口获取检测系统的实时测试数据，其中所述实施测试数据包括AT指令、车载通信模块的Trace(跟踪)信息、实时地理位置信息等。

所述接口适配层与BSC网管系统通过SNMP接口获取设备故障信息及设备状态信息(例如，板卡状态信息等)，并通过文件导入接口获取BSC网管系统的计数器日志信息。其中，所述计数器日志信息中包括信道的可用信道数、配置信道数、拥塞次数、试呼次数、掉话次数、分配请求次数、分配成功次数、占用成功次数、不同原因切换请求次数、不同原因切换失败次数、不同原因尝试次数、每线话务量、BSC主处理器的平均负荷及峰值负荷、等数据。系统通过不同计数器参数，可计算得到对应小区的网络性能参数。

接口适配层通过TCP接口查询接口监测系统中相关接口(包含Abis接口、A接口、PRI接口、Gb接口、Gi接口、Um接口等)的监测数据，查询的数据包括各接口网络信令数据、小区上下行测量报告数据、越区切换数据、列控业务数据，以及相关统计数据，如切换成功率分布、调度命令发送成功率、调度命令重发率、测量报告分布、异常切换等。接口监测系统查询到相关数据后，会生成压缩文件并通过FTP接口上传到FTP上，同时接口适配层可以通过所述FTP接口获取查询数据。

接口适配层与网络服务质量检测系统通过文件导入接口获取QoS指标测试结果，包括数据传输时延、无差错时间、呼叫时间数据等。部分网络服务质量检测系统厂家支持实时测试数据上传，接口适配层通过UDP接口获取开放该接口厂家的系统的实时数据，包括实时传输时延、丢包数、误帧数，以及对应的实时公里标、GPS等信息。

特征提取层：

特征提取层包括设备故障模块、BSC负荷模块、越区切换模块、网络异常模块、检测数据模块、GIS(地理信息系统，Geographic Information System)信息模块、信道占用模块、测量数据模块等。其根据不同关键字对接口适配层接收的数据进行数据清洗；根据数据导入的时间、设备等日志信息进行查重，并按照“设备故障数据”、“网络异常数据”、“信道占用数据”、“BSC负荷数据”、“服务质量检测数据”、“小区测量数据”、“越区切换数据”、“GIS信息(公里标与GPS对应关系)数据”等进行分类，最后将分类的数据保存到存储层。

上述关键字可以从上述BSC网管系统、接口监测系统、服务质量检测系统等系统中获得：

在BSC网管系统中的关键字包括SDCCH/TCH/PDCH等信道的可用信道数、配置信道数、拥塞次数、试呼次数、掉话次数、分配请求次数、分配成功次数、占用成功次数、不同原因切换请求次数(如上行质量切换请求、距离切换请求等)、不同原因切换失败次数、不同原因尝试次数(如位置更新原因尝试次数、主叫原因尝试次数等)、每线话务量等。上述每个参数对应BSC网管日志文件中的一个计数器字符串。BSC网管系统中还包括设备中各板卡的状态(例如板卡处于正常状态或由于电源故障等处于异常状态)和故障数据，每个参数对应mib库(Management InformationBase，管理信息库)中的一个oid(Object Identifiers，对象标识符)。

其中：

BSC负荷模块，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取BSC主处理器的平均负荷及峰值负荷相关计数器值。进一步地，BSC负荷模块通过以下方式确定负荷：

1)从BSC网管日志中统计某时段的BSC主处理器的平均负荷及峰值负荷，统计公式如下：

BSC主处理器平均负荷＝∑BSCPRCLD_AVG/24/n

其中，BSCPRCLD_AVG为每小时BSC处理器平均负荷，n为统计天数。

BSC主处理器峰值负荷＝Max{BSCPRCLD_MAX}

其中，BSCPRCLD_MAX为每小时BSC处理器峰值负荷。

进一步地，信道占用模块通过以下方式确定信道拥塞情况：

从BSC网管日志中分析控制信道(SDCCH)拥塞情况，统计公式如下：

SDCCH信道可用率＝NAVSDCCH/NDESDCCH

其中，NAVSDCCH为SDCCH可用信道数，NDESDCCH为SDCCH配置信道数。

SDCCH信道拥塞率＝NATTSDPE/ATSDCMBS

其中，NATTSDPE为SDCCH阻塞次数，ATSDCMBS为SDCCH试呼次数。

SDCCH信道分配成功率＝SUIMASCA/ATSDCMBS

其中，SUIMASCA为SDCCH信道分配成功次数，ATSDCMBS为SDCCH试呼次数。

SDCCH信道掉话率＝NRCLRREQ/SUIMASCA

其中，NRCLRREQ为SDCCH掉话次数，SUIMASCA为SDCCH信道占用成功次数。

网络异常模块，通过TCP及FTP接口从接口监测系统中获取网络异常事件，例如包括CTCS(中国列控系统，Chinese Train Control System)-3级业务异常(降级)、掉话等。其中所述网络异常事件包括事件发生时间、事件发生车次/车组信息、事件发生IMSI/MSISDN号码、事件发生所在小区、事件发生GIS信息、异常信息等。

设备故障模块，通过SNMP接口从BSC网管系统中获取BSC设备各板卡故障信息。

越区切换模块，通过TCP接口及FTP接口从接口监测系统中获取越区切换事件，其中所述越区切换信息包括切换时间、当前位置、源小区、目标小区、切换结果(成功/失败)、切换原因等；同时，还通过文件导入接口从BSC网管系统中获取越区切换相关计数器值。

检测数据模块，通过文件导入接口从服务质量检测系统中获取数据传输时延、无差错时间、呼叫时间等指标数据。

GIS信息模块，通过TCP接口和FTP接口从接口监测系统和/或通过UDP接口和文件导入接口从服务质量检测系统中获取公里标和GPS信息。

信道占用模块，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取信道拥塞、信道占用等指标的计数器值。

测量数据模块，通过TCP接口和FTP接口获取接口监测系统中的小区电平值、通信质量、邻小区电平值等数据。

在接口监测系统中的关键字包括各接口特定信令(如切换信令HANDOVERCOMMAND、链路建立信令SETUP、链路释放信令RELEASE等)、越区切换事件、测量报告、拆线原因、呼叫记录及统计报表(如切换成功率分布、测量报告分布、调度命令发送成功率、列车进路预告重发率等)。

在网络服务质量检测系统中的关键字包括呼叫成功率、呼叫时间、数据传输时延、数据丢包率、数据误码率、数据无差错传输时间等。

上述越区切换模块统计分析各个小区各时段的越区切换指标。

数据存储层：

数据存储层用于将特征提取层的数据和数据分析层的数据进行存储，其采用分布式存储系统，由多个存储节点组成。对多个存储节点通过云存储方式进行统一管理，实现了存储的自管理。

数据存储层中各个存储节点采用RAID(Redundant Arrays of IndependentDisks，独立冗余磁盘阵列)方式实时备份，当一个节点故障时，可隔离掉出现故障的节点，实现单节点故障隔离，不影响存储的数据的正确性和完整性。一个节点出现故障后，仍然可以插入、查询等，数据也不会丢失。

数据分析层：

数据分析层主要包括数据对比模块、趋势分析模块、故障诊断与定位模块和风险预警模块，分别执行数据对比、趋势分析、故障诊断和定位以及风险预警。

在数据分析模块中，将BSC网管系统中的参数与接口监测系统中的参数对比。由于BSC网管系统中统计的数据是自己设备的数据，这就需要有验证机制以验证是否有故障未识别。因此，本发明实施例中将BSC网管系统与接口监测系统中的不同原因切换请求次数、不同原因切换失败次数、不同原因尝试次数、掉话次数等参数进行对比。

在趋势分析模块中，根据预设的统计分析周期进行趋势分析。趋势分析模块定期从数据存储层中的存储节点中统计网络性能参数，包括各小区指标(如切换失败率、信道拥塞率、掉话率等)，通过曲线图等趋势图的方式显示各指标趋势变化，若指标持续劣化，根据原因值给出可能性分析。例如上行电平切换失败次数持续增多，需结合测量报告中的上行电平参数；若该小区某位置电平值较低，给出优化覆盖、排查干扰等建议。如拥塞率持续增高，给出查看用户数量是否增加、公网覆盖不好导致尝试接入专网等建议。

故障诊断与定位模块根据所述特征提取层的网络异常模块的异常事件和/或所述数据分析层的趋势分析模块的趋势持续劣化数据进行故障诊断和故障定位。故障诊断的触发条件是特征提取层确定网络异常和/或数据分析层确定趋势持续劣化。特征提取层清洗数据时发现网络异常等数据(如接口监测系统中的数据包含掉话事件、网络服务质量检测系统在某位置持续丢包、呼叫失败等)，发现网络异常后，特征提取层将信息发送给数据分析层。数据分析层从数据存储层中的存储节点中查询相关数据(如掉话原因，是否产生切换、电平值等)，并自动分析该异常产生的原因(例如由于覆盖原因导致测量报告中电平值过低、由于用户数量增加导致拥塞率过高等)。

当数据分析层判断网络无线性能指标趋势持续劣化时，通过BSC网管日志可分析得到无线问题发生的小区及时段等信息。此时从GSM-R网络接口监测系统中以时段、小区为条件，查询越区切换、测量报告信息。

基于故障诊断与定位模块的诊断结果，通过故障定位模块对故障进行定位。接口监测系统和网络服务质量检测系统中的数据都包含地理位置信息，BSC网管系统中只能知道所在小区。因此，将接口监测系统、网络服务质量检测系统和BSC网管系统的数据进行关联可知道该小区所在的地理位置范围等。同时，BSC网管中的故障需结合接口监测系统数据(网络信令及测量报告)综合分析，如BSC网管日志统计得到某小区掉话次数较多，通过接口监测系统RELEASE等信令可知道每次掉话的地理位置及原因，并通过原因值判断是否需结合其他参数(如上行电平值、上行质量、邻小区电平值等)综合分析定位。

利用测量报告中的上/下行电平值、上/下行通信质量、邻小区电平值，以及数据产生的公里标信息，精确定位问题产生的地理位置及原因(如无线覆盖问题，或干扰问题等)。而且，定期比较上述指标的变化，分析网络性能趋势，当指标性能持续下降时，考虑设备老化以及容量不足的问题，必要时更换或扩容。

在故障诊断和故障定位中，通过两种方式触发分析：其一为特征提取层主动上报故障信息(故障诊断、故障定位)，数据分析层依据各系统数据综合分析定位故障；其二为，对持续劣化的指标进行故障诊断与定位分析。

最后风险预警模块，可以根据趋势分析模块的分析趋势图进行风险预警。示例性地，在某些指标劣化到低于设定阈值时给出提示，阈值的设定也是记录在数据库中。本发明实施例中，数据分析层分析的数据发送到数据存储层中进行存储。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，所述系统包括接口适配层、特征提取层、数据存储层和数据分析层，其中，

所述接口适配层，包括TCP接口、UDP接口、SNMP接口和文件导入接口，其中：

所述接口适配层通过所述UDP接口获取检测系统的实时测试数据；

所述接口适配层通过所述SNMP接口、文件导入接口与BSC网管系统数据交互；

所述接口适配层通过所述TCP接口、FTP接口与接口监测系统数据交互；

所述接口适配层通过所述文件导入接口与网络服务质量检测系统数据交互；

所述特征提取层，包括BSC负荷模块、网络异常模块、信道占用模块，其中：

所述BSC负荷模块，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取BSC主处理器的平均负荷及峰值负荷相关计数器值；

所述信道占用模块，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取信道拥塞、信道占用的计数器值；

所述网络异常模块，通过TCP和FTP接口从接口监测系统中获取网络异常事件数据；

设备故障模块通过SNMP接口从BSC网管系统中获取BSC设备各板卡故障信息；

越区切换模块通过TCP及FTP接口从接口监测系统中获取越区切换事件；同时，通过文件导入接口从BSC网管系统中获取越区切换相关计数器值；

所述数据存储层，包括多个存储节点，用于将特征提取层的数据和数据分析层的数据进行存储；

所述数据分析层，包括数据对比模块、趋势分析模块和故障诊断与定位模块，其中：

所述数据对比模块，用于将BSC网管系统中的参数与接口监测系统中的参数对比；

所述趋势分析模块，用于定期从数据存储层的存储节点中统计分析网络性能趋势，并绘制趋势图；

所述故障诊断与定位模块，用于根据所述特征提取层的网络异常模块的异常事件和/或所述数据分析层的趋势分析模块的趋势持续劣化数据进行故障诊断和故障定位。

2.根据权利要求1所述的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，其中，

所述特征提取层还包括检测数据模块、GIS信息模块和测量数据模块，其中，

所述检测数据模块，通过文件导入接口从服务质量检测系统中获取数据传输时延、无差错时间、呼叫时间数据；

所述GIS信息模块，通过TCP接口和FTP接口从接口监测系统和/或通过UDP接口和文件导入接口从服务质量检测系统中获取公里标和GPS信息；

所述测量数据模块，通过TCP和FTP接口从接口监测系统中获取小区电平值、通信质量、邻小区电平值数据。

3.根据权利要求1所述的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，所述接口适配层通过所述TCP接口和FTP接口获取所述接口监测系统中的以下数据：

网络信令数据、小区上下行测量报告数据、越区切换数据、列控业务数据，以及相关统计数据，如切换成功率分布、调度命令发送成功率、调度命令重发率、测量报告分布、异常切换。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，其中，

所述BSC网管系统中包括以下数据：

信道的可用信道数、配置信道数、拥塞次数、试呼次数、掉话次数、分配请求次数、分配成功次数、占用成功次数、不同原因切换请求次数、不同原因切换失败次数、不同原因尝试次数、每线话务量。

5.根据权利要求1或3所述的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，其中，

所述接口适配层能够通过SNMP接口查询所述BSC网管系统中的板卡状态数据。

6.根据权利要求1所述的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，其中，

所述数据存储层中各个存储节点采用RAID方式实时备份。

7.根据权利要求1所述的基于多数据融合的GSM-R网络性能分析系统，所述故障诊断与定位模块进行故障诊断的触发条件是：

所述特征提取层确定网络异常和/或数据分析层确定趋势持续劣化。