软交换端局A口信令提取方案及应用研究

2009年2月25日 16:58    移动labs    评论()    

作 者：黄耀军 余越 周江卫 王皓 张朝飞

   摘要：本文首先介绍了目前常用的A口信令提取技术，分析了跨接和串接技术的特点，重点提出了以镜像技术为基础的信令检测方案，并对其在软交换端局中的应用进行分析，最后介绍了A口信令提取的业务案例。

    GSM网A接口是指BSC（基站控制器）和MSC（移动业务交换中心）之间的接口，由于其是无线、核心网的交界，因而非常重要。目前对GSM网端局A口信令的分析越来越普遍，很多业务系统、网络质量分析系统正是基于此展开，如目前普遍开展的小区短信业务。本文分析了传统的A口信令提取技术，跨接和串接，重点提出了镜像的信令检测技术，并且针对软交换局，分析其原理及实现方案。

    1A口信令提取现状

    A接口信令检测的目的是获得用户的位置信息、业务类型信息等，进而提供增值业务服务。

    1．1A口信令协议结构

    根据3GPP48.008规范，A口的协议结构如下图：

    图一、GSM网A口信令模型

    A口协议结构为BSSAP，主要包括BSSMAP、DTAP，其中DTAP主要是完成MM、呼叫等管理等功能，BSS透传DTAP消息；BSSMAP是BSS和MSC之间交换的信令消息。一般情况下，用户信息在DTAP中，小区信息在BSSMAP中。对A口信令检测主要是检测这两类消息，其信令过程主要有：开机过程（locationUpdating）、周期性位置更新过程（PeriodicLU）、主被叫（MO/MTCALL）、短信收发（MO/MTSMS）、切换（HandOver）等。

    1．2传统A口信令提取技术

    目前在GSM网信令检测领域，主要应用的措施有跨接技术、串接技术两种。其图示如下：

    图二、传统A口信令提取技术

    跨接技术是将信令检测探头，以高阻叠加（并联）的方式，跨接在BSC和MSC之间的电口DDF架上，进而探测出A口信令。跨接技术是目前最常用、也是目前我省小区短信业务采用的方案。这种方案要求BSC到MSC之间必须为电口。

    串接技术是将信令检测探头，以信号打散（串联）的方式，串接在BSC和MSC之间的DDF/ODF架上。这种方式下，BSC到MSC之间接口类型为电口、光口均可，一般为光口。其信号强度采用一定的比例（如90%：10%）进行打散。这种方式因为在A口串接设备，增加故障点，因此应用不很广泛。

    1．3传统信令探测技术存在的问题

    随着GSM扩容规模的加大，各地市端局数量越来越多，A口和A口信令链也成倍增加，使得A口信令检测系统投资增大。因此传统A口探测技术难以大面积铺开，进而影响到各类增值业务的开展。

    2基于镜像技术的软交换局A口信令检测方案

    目前软交换设备成为GSM建设的主流，软交换设备除了支持传统的探测技术外，也支持新型的镜像探测技术。

    2．1软交换端局的A口信令路由分析

    目前软交换MSC和MGW分离组网的模式下，A口信令分成两段，如下图：

    图三：软交换端局的A口信令网逻辑图

    A口信令的第一段为MGW到BSC之间，是传统的TDM方式，可以为高速链或低速链，物理承载类型为电口、光口均可，此时可以采用传统的信令检测方式。第二段为MSC到MGW之间的IP接口（sigtran接口），采用FE的底层传输方式，其信令带宽一般为100M，此时必须采用IP接口的采集方式（即镜像技术）。从以上看出，由于目前的软交换分离架构，镜像采集点有两个，可以是MGW侧，也可以是MSC侧。

    2．2镜像技术

    镜像技术是针对数通设备，尤其是二层交换机而言，其原理是将特定业务端口、或特定VLAN的流量进行复制，然后送到检测端口。目前移动业务软交换端局，都采用CE设备（CustomerEdge）接入IP承载网，其中CE设备为二层、或三层数据通信设备，如对于目前广东业务，主要有爱立信（Alpine3804、M10i）、华为（NE40e）。不管是何种设备，对镜像的配置顺序基本一致，为先配置检测端口，然后配置流量业务端口。如以爱立信CE为例（检测点为二层交换机Alpine3804上），配置如下：

    SZ-SEC4-LS1:1#enablemirroring to port 3:16 untaggged //配置3:16为检测端口

    SZ-SEC4-LS1:1#configureaddvlan SS7_VOIP_1 //配置SS7_VOIP_1为业务VLAN。

    以上指令的含义是将SS7_VOIP_1（包括A口信令、SIGTRAN信令、MC口信令）的VLAN流量，都镜像到3:16端口。

    当配置完成后，将检测探头接入到检测端口即可。因为镜像技术是一种IP化的开放技术，因此检测探头为通用的RJ45接头及普通的以太网卡；检测软件也为通用软件，如UNIX/LINUX平台下的tcpdump，WINDOWS下的winpcap等，都很容易提取镜像接口信令。

    2．3关键信令提取案例

    在深圳某新建局上进行测试，对CE设备将SS7_VOIP_1进行镜像到3:16端口，用普通个人电脑(装Wireshark软件，Ethernel和sniffer软件也可以)探测3:16端口，然后进行解析。针对小区短信的关键信令进行检测，如下：

    图四：镜像方式获取的A口信令（LU过程）

    以上是一个用户开机的信令过程，在BSSMAP消息层中，可以获取CGI=0X0457-2222；在DTAP消息层中，可以获得获得本次消息类型为LocationUpdatingREQ，同时用户标识为TMSI=0X8c000093，通过对对之前或之后（签权、IDREQ/RSP）等信令的关联，可以获得用户IMSI、MSISDN和CGI的对应关系。其它信令过程，如周期性位置更新、短信收发、主被叫等，和以上分析过程类似。

    2．4镜像技术对网络的影响

    因为镜像技术是将二层数据流的简单复制、转发，无须到三层进行IP数据报文分析和路由表查询，因此对交换机本身的负荷影响不大。目前这种技术，在数据网，如数据网中应用比较广泛，在GSM中应用很少。

    3软交换网中的应用对比

    3．1应用分析

    以深圳目前网络规模为例，软交换MSC有14个，分布在4个核心机房，每个机房配置2个CE设备；软交换局的BSC有56个，分布在5个核心机房，每个BSC均开高速信令链2条。

    如果采用传统（跨接或串接），探测点在BSC侧，共需要112个SS7检测探头。

    如果采用镜像探测技术，探测点选择在MSC侧的CE设备，则只需要8个IP检测探头。

    通过以上应用分析，可以看出镜像探测技术优势比较明显，而且集中化程度越高，这种优势越明显。此外因为IP检测探头一般为开放技术，用工控机或小型机即可，单探头费用比SS7专用探头便宜。

    3.2三种方案对比

    信令检测的方案主有三种：跨接技术、串接技术、镜像技术，这三种方案各有特点，从组网、接口、对现网影响等方面进行对比如下：

    从以上对比可以看出，镜像技术因其成本低、收敛性好，适合规模推广和全网覆盖，尤其适合目前大规模进行的软交换建设和改造。

    4A口信令监测技术的应用

    A口信令检测的应用非常广泛，如网络质量分析系统、小区短信、小区彩信、垃圾短信拦截等。这些正成为通信运营商的业务增长点。其业务应用组网图如下：

    图五、A口信令检测应用原理

    通过和短信中心相连，构成小区短信系统。小区短信是近年来非常流行的增值业务系统。此应用原理是通过A口信令检测，实时获得用户的位置信息，及时向进入热点区域或目标小区的用户发送短信等，小区短信的应用可以是面向大众客户，如向某危险区域的游客实时发送天气、交通等信息；或面向集团客户，发送商业信息等。

    通过和彩信中心相连，构成小区彩信系统。对特定用户发送彩信信息。

    通过和BOSS系统或直接联移动MSC控制中心相连，构成垃圾短信拦截系统。对某区域A口短信内容提取分析（短信的发送走信令承载），分析出垃圾短信用户，通过这些接口，进而拦截垃圾短信。

    此外，除了提供丰富多彩增值业务外，还可将A口信令进行存储、关联，进而分析网络运营性能，如主叫起呼、被叫寻呼、呼叫接通率等，可以发现网络隐蔽问题，提高网络质量。

    5结论

    A口信令提取技术主要有三种：跨接、串接、镜像，前两种是比较传统的探测技术，目前在GSM网中应用广泛。镜像技术目前在数据网应用较多，但在GSM网中的应用还刚起步。随着通信网向3G的演进，全IP化成为一种趋势，同时也加大了GSM网、数据网、传输网等相互的融合。此时以镜像技术为基础的A口（或3G中的Iu-CS口）探测成为增值业务的关键，规模化对A口进行信令采集，获取用户实时的位置、业务信息，进而提供有针对性的增值服务，成为新的运营增长点。