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【摘 要】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长的无线上网的需求， 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。本文的研究内容是以GPRS网络为背景，针对该网络手机业务的发展和市场趋势的变化，用户增多的现状，设计了GPRS无线分组域故障分析系统，旨在帮助运营商快速解决网络故障，提升网络服务质量，充分发扬运营商的网络优势，做好移动数据业务的运营管理。
【关键词】GPRS；分组域；故障分析系统
1.绪论
1.1 GPRS分组域分析系统的研发背景
中国移动作为全球最大的GPRS移动数据业务运营商，在数据业务领域一马当先，卓越的移动互联网技术优势、新鲜丰富的服务内容和灵活的资费活动，这些使得移动数据业务在运营收入中的比例大幅提高，又为业务的发展提供了新的动力[1]。
结合分组域业务大发展的实际和运营商的现实需求，适时推出了GPRS分组域分析系统（简称MIPAS-G）。该系统是根据目前主流的GPRS分组域数据网络特点和业务特点而开发的大容量、在线式、综合性分组域故障和业务分析系统。通过使用该系统，运营维护人员不但可以及时、准确、方便地掌握分组域网络的运行状况、分析链路异常信息、发现网络故障的真正原因，而且可以及时了解各数据业务的运营情况，分析数据业务的发展方向，为用户提供更人性化的服务。
1.2 本课题的研究意义
GPRS网络的建成满足了客户的无线移动上网需求，随着移动上网观念的不断普及以及加强，用户消费能力增强，网络接入速率的提升，新的移动数据业务的不断上线，无线上网用户数量的呈现快速增长的势头，如何利用有效的方式保障和提高用户和业务的服务质量，就显得尤为重要了[4]。
2.GPRS分组域故障分析系统的组成及功能介绍
2.1 GPRS分组域故障分析系统的组成
接入设备
采用E1接入时：包括高阻三通器件、DXC数字交叉设备、E1转换器。
采用FE/GE接入时：当采用交换机端口镜像时，不需要其它设备；其它情况包括采用光口接入时的分光器、电口接入时的TAP设备。
采用ATM STM-1接入时：包括分光器、ATM STM-1接入板卡。
负载均衡器
负载均衡器被放置在采集服务器前端，它的作用是对接入系统的大量分组数据进行分流，将数据均衡的分发到后端集群的采集服务器，以保证高流量应用时采集服务器能对数据进行可靠的接收。
采集服务器
采集服务器接收负载均衡器转发的数据后进行协议识别、协议解码、以及进一步的协议分析，并将分析的摘要信息等发给统计分析服务器。
统计分析服务器
统计分析服务器负责对采集服务器发来的摘要信息进行汇总、统计以及入库处理。
数据库服务器
数据库服务器可分类保存故障数据、海量信令和话单数据。采用外挂磁盘阵列的方式可对数据进行长期保存。
应用服务器
根据数据库中的数据，进行深入挖掘。可以分析统计出多种类型数据：网络设备性能、故障分布、信令流程、话单数据等，可提供数据报表的生成，并提供B/S方式的界面供客户查询。
2.2 系统功能
2.2.1 系统管理
对系统的管理功能包括：系统登录，清楚日志，查询日志，配置管理，导出日志系统退出，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。
2.2.2 设备管理
对PDSN/PCF/BS設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，检测设备连通性，增加设备，删除设备。
2.2.3故障管理
故障管理功能包括有信令故障统计，业务故障统计，信令历史故障查询，业务历史故障查询，IMSI信令故障统计，IMSI业务故障统计和终端故障统计。
本功能主要是对链路的工作状况的监测和分析，对GGSN/SGSN/PCU/CellId上出现的故障进行分类分析，快速地发现故障，及时解决故障。
故障分析提供各种图表的实时显示，使得工作人员能直观地了解设备和网络的情况；同时分析提高了客服质量，在问题暴露给客户之前，优先发现潜在问题，并通知指定工作人员解决问题；以及提高了故障处理响应速度。
2.2.4 统计管理
对系统各设备的指标进行统计，分为多设备单指标统计和单设备多指标统计。当用户使用时，用户能了解各设备的长时间的各类指标，并产生相应的报表；对系统各地域的指标进行统计，作为全网状态统计中地域分析的入口，当用户使用时，用户能了解各地域的统计指标和故障情况，并产生相应的报表。
2.2.5 重点客户分析
为了保证重点客户的服务质量，本系统支持按APN以及IMSI对用户进行分组，并基于用户组进行统计分析，它包括如下几个子功能：
1）重点用户配置管理
可将指定APN划分为APN用户组、将IMSI划分为特定用户组。
2）用户网络统计
支持以用户组为单位进行KPI统计以及失败原因统计。
3）用户组总流量统计
支持统计全网的用户组的流量统计，并以饼图的形式呈现各用户组的流量分布情况。
4）用户组流量趋势分析
可查询所有或者指定的用户组在指定时间段内的流量变化趋势。 2.2.6 海量话单与信令分析
系统提供海量话单以及海量信令查询功能：
1）海量话单查询
操作员可查询指定MSISDN或者指定IMSI号在指定时间段内的上网记录以及详细业务话单，包括用户上网的开始、结束时间、访问的网址等信息。该功能可用于在用户进行计费申告时提供话单核对。
2）海量信令查询
操作员可查询系统保存的各协议接口的全部信令记录，并可查看记录的信令流程[6]。
3.GPRS分组域故障分析系统的设计方案
3.1 组网方案
GPRS网络的接入方式如图3-1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，我们可以采用端口镜像/TAP/分光的方式将其数据传给Gn接口采集器或Gn负载均衡器。
运营商CELLS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E1转换器（或接入DXC设备再转发给E1转换器），E1转换器将其E1数据转换成IP包，然后通过TCP方式发给Gb接口采集器。
运营商的CELLS与HLR之间Gr接口，一般采用专用2Mbit/s E1 PCM 链路实现。接入方式同Gb。
运用商的GGSN到外网Gi接口一般采用核心交换机进行连接，接入方式同Gn。
3.2 系统硬件架构
负载均衡器（Gn）负责将Gn的IP包按照一定的策略分发到多块Gn/接口采集器服务器，为2400网络处理器或其他高性能服务器。
负载均衡器（Gi）负责将Gi的IP包按照一定的策略分离出DHCP， Radius，DNS包分发到多块Gi接口采集器服务器，为2400网络处理器或其他高性能服务器。
Gb接口采集器负责处理Gb接口数据，为多台服务器或ATCA板卡。
Gr接口采集器负责处理Gr接口数据，为一台服务器或ATCA板卡。
Gn接口采集器负责处理Gn接口数据，为多台服务器或ATCA板卡。
Gi接口采集器负责处理Gi接口数据（包括DHCP， Radius，DNS），为多台服务器或ATCA板卡[3]。
还原服务器负责还原数据，为1台或多台服务器或ATCA板卡。
排名分类服务器负责对业务数据进行分类和排名，1台或多台DELL服务器或ATCA板卡。
网优汇聚服务器为一台服务器或ATCA板卡。
业务汇聚服务器为一台服务器或ATCA板卡。
数据库（包括网优，业务分析，海量信令）为3台或更多的服务器，并根据需要加带的磁盘阵列。
分析统计系统也为1台服务器， 分析统计系统客户端为一台PC机。
E1前端设备负责将Gb/Gr接口数据从E1链路转换成IP包，包括DXC设备和E1转换器。DXC设备负责对E1链路的信号进行选路和汇聚，E1转换器负责将E1信号的包转换成IP包。
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。
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。
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有力支撑。
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。
GPRS分组域故障分析系统专门针对运营商分组域组网结构设计，系统支持ATM STM1、FE/GE、E1多种物理接口。
当采用E1接入时，系统通过在DDF架上进行三通高阻跨接分离出E1链路的数据并将其接入E1转换器，E1转换器将数据转换为IP包然后发给分析系统中的采集服务器。系统还提供DXC设备，可以控制只接入指定的E1线路。具体连接图如图3-6及图3-7所示。
当采用FE或者GE电口接入时，可在局端交换机上做端口镜像或者采用TAP串接的方式，将数据传给分析系统。当采用GE光口接入时，可采用分光器分光或者在局端交换机上做端口鏡像的方式，将数据传给分析系统。当采用ATM STM-1光口接入时，采用分光器分光的方式将数据引入分析系统。
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或分光将其数据传给Gn接口采集服务器。
3.3 系统软件架构
4.总结与展望
GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一套分组交换系统，与互联网或企业网相连，向移动用户提供数据业务[2]。但是，目前提前发现和解决GPRS网络隐患的手段还不够完善，需要进行精细优化，GPRS网络需要采取一定的方式进行精准服务。国内各省GPRS业务营销方式主观性较强，目前尚无系统指导市场精确营销。
因而， 建设GPRS分组域分析系统，可辅助运维、市场、客服人员提高工作效率， 充分利用GPRS分组域数据，进行全面深入分析挖掘，提炼出有价值的信息，为运维、市场、客服提供指导.
无线互联产业孕育着无限的商机。在未来的10年里，世界移动通信和互联网产业仍将持续快速发展，未来将是一个移动互联的世界，移动互联网产业将随通信与网络技术的发展而高速发展，移动上网终将超过有线上网。
对于GPRS的关注点将由技术转向更重视终端用户的价值。除技术因素外，很大程度上还取决于能否开发出适合市场的应用业务，因此，端到端的经验和向用户提供完整的包括门户网页与基本应用在内的业务包，将越来越重要。
参考文献：
[1] 陈凯旋，谢海滔. GPRS原理及其应用[J]. 铁道通信信号. 2003年07期.
[2] 北京交通大学现代通信研究所. 王朋乐，周琦. GPRS：迎接优化GSM-R挑战[N]. 通信产业报. 2005年.
[3] 负载均衡技术全攻略. 新浪科技网 http：//tech.sina.com.cn. 2008.10.27.
[4] 陈凯旋，谢海滔. GPRS原理及其应用[J]. 铁道通信信号. 2003年07期.
[5] 中国移动，TD-SCDMA/GPRS分组域故障分析系统白皮书，内部资料.
[6] GPRS分组域分析系统需求规格说明书，内部资料.
[7] GPRS分组域分析系统总体设计说明书，内部资料.
【关键词】GPRS；分组域；故障分析系统
1.绪论
1.1 GPRS分组域分析系统的研发背景
中国移动作为全球最大的GPRS移动数据业务运营商，在数据业务领域一马当先，卓越的移动互联网技术优势、新鲜丰富的服务内容和灵活的资费活动，这些使得移动数据业务在运营收入中的比例大幅提高，又为业务的发展提供了新的动力[1]。
结合分组域业务大发展的实际和运营商的现实需求，适时推出了GPRS分组域分析系统（简称MIPAS-G）。该系统是根据目前主流的GPRS分组域数据网络特点和业务特点而开发的大容量、在线式、综合性分组域故障和业务分析系统。通过使用该系统，运营维护人员不但可以及时、准确、方便地掌握分组域网络的运行状况、分析链路异常信息、发现网络故障的真正原因，而且可以及时了解各数据业务的运营情况，分析数据业务的发展方向，为用户提供更人性化的服务。
1.2 本课题的研究意义
GPRS网络的建成满足了客户的无线移动上网需求，随着移动上网观念的不断普及以及加强，用户消费能力增强，网络接入速率的提升，新的移动数据业务的不断上线，无线上网用户数量的呈现快速增长的势头，如何利用有效的方式保障和提高用户和业务的服务质量，就显得尤为重要了[4]。
2.GPRS分组域故障分析系统的组成及功能介绍
2.1 GPRS分组域故障分析系统的组成
接入设备
采用E1接入时：包括高阻三通器件、DXC数字交叉设备、E1转换器。
采用FE/GE接入时：当采用交换机端口镜像时，不需要其它设备；其它情况包括采用光口接入时的分光器、电口接入时的TAP设备。
采用ATM STM-1接入时：包括分光器、ATM STM-1接入板卡。
负载均衡器
负载均衡器被放置在采集服务器前端，它的作用是对接入系统的大量分组数据进行分流，将数据均衡的分发到后端集群的采集服务器，以保证高流量应用时采集服务器能对数据进行可靠的接收。
采集服务器
采集服务器接收负载均衡器转发的数据后进行协议识别、协议解码、以及进一步的协议分析，并将分析的摘要信息等发给统计分析服务器。
统计分析服务器
统计分析服务器负责对采集服务器发来的摘要信息进行汇总、统计以及入库处理。
数据库服务器
数据库服务器可分类保存故障数据、海量信令和话单数据。采用外挂磁盘阵列的方式可对数据进行长期保存。
应用服务器
根据数据库中的数据，进行深入挖掘。可以分析统计出多种类型数据：网络设备性能、故障分布、信令流程、话单数据等，可提供数据报表的生成，并提供B/S方式的界面供客户查询。
2.2 系统功能
2.2.1 系统管理
对系统的管理功能包括：系统登录，清楚日志，查询日志，配置管理，导出日志系统退出，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。
2.2.2 设备管理
对PDSN/PCF/BS設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，检测设备连通性，增加设备，删除设备。
2.2.3故障管理
故障管理功能包括有信令故障统计，业务故障统计，信令历史故障查询，业务历史故障查询，IMSI信令故障统计，IMSI业务故障统计和终端故障统计。
本功能主要是对链路的工作状况的监测和分析，对GGSN/SGSN/PCU/CellId上出现的故障进行分类分析，快速地发现故障，及时解决故障。
故障分析提供各种图表的实时显示，使得工作人员能直观地了解设备和网络的情况；同时分析提高了客服质量，在问题暴露给客户之前，优先发现潜在问题，并通知指定工作人员解决问题；以及提高了故障处理响应速度。
2.2.4 统计管理
对系统各设备的指标进行统计，分为多设备单指标统计和单设备多指标统计。当用户使用时，用户能了解各设备的长时间的各类指标，并产生相应的报表；对系统各地域的指标进行统计，作为全网状态统计中地域分析的入口，当用户使用时，用户能了解各地域的统计指标和故障情况，并产生相应的报表。
2.2.5 重点客户分析
为了保证重点客户的服务质量，本系统支持按APN以及IMSI对用户进行分组，并基于用户组进行统计分析，它包括如下几个子功能：
1）重点用户配置管理
可将指定APN划分为APN用户组、将IMSI划分为特定用户组。
2）用户网络统计
支持以用户组为单位进行KPI统计以及失败原因统计。
3）用户组总流量统计
支持统计全网的用户组的流量统计，并以饼图的形式呈现各用户组的流量分布情况。
4）用户组流量趋势分析
可查询所有或者指定的用户组在指定时间段内的流量变化趋势。 2.2.6 海量话单与信令分析
系统提供海量话单以及海量信令查询功能：
1）海量话单查询
操作员可查询指定MSISDN或者指定IMSI号在指定时间段内的上网记录以及详细业务话单，包括用户上网的开始、结束时间、访问的网址等信息。该功能可用于在用户进行计费申告时提供话单核对。
2）海量信令查询
操作员可查询系统保存的各协议接口的全部信令记录，并可查看记录的信令流程[6]。
3.GPRS分组域故障分析系统的设计方案
3.1 组网方案
GPRS网络的接入方式如图3-1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，我们可以采用端口镜像/TAP/分光的方式将其数据传给Gn接口采集器或Gn负载均衡器。
运营商CELLS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E1转换器（或接入DXC设备再转发给E1转换器），E1转换器将其E1数据转换成IP包，然后通过TCP方式发给Gb接口采集器。
运营商的CELLS与HLR之间Gr接口，一般采用专用2Mbit/s E1 PCM 链路实现。接入方式同Gb。
运用商的GGSN到外网Gi接口一般采用核心交换机进行连接，接入方式同Gn。
3.2 系统硬件架构
负载均衡器（Gn）负责将Gn的IP包按照一定的策略分发到多块Gn/接口采集器服务器，为2400网络处理器或其他高性能服务器。
负载均衡器（Gi）负责将Gi的IP包按照一定的策略分离出DHCP， Radius，DNS包分发到多块Gi接口采集器服务器，为2400网络处理器或其他高性能服务器。
Gb接口采集器负责处理Gb接口数据，为多台服务器或ATCA板卡。
Gr接口采集器负责处理Gr接口数据，为一台服务器或ATCA板卡。
Gn接口采集器负责处理Gn接口数据，为多台服务器或ATCA板卡。
Gi接口采集器负责处理Gi接口数据（包括DHCP， Radius，DNS），为多台服务器或ATCA板卡[3]。
还原服务器负责还原数据，为1台或多台服务器或ATCA板卡。
排名分类服务器负责对业务数据进行分类和排名，1台或多台DELL服务器或ATCA板卡。
网优汇聚服务器为一台服务器或ATCA板卡。
业务汇聚服务器为一台服务器或ATCA板卡。
数据库（包括网优，业务分析，海量信令）为3台或更多的服务器，并根据需要加带的磁盘阵列。
分析统计系统也为1台服务器， 分析统计系统客户端为一台PC机。
E1前端设备负责将Gb/Gr接口数据从E1链路转换成IP包，包括DXC设备和E1转换器。DXC设备负责对E1链路的信号进行选路和汇聚，E1转换器负责将E1信号的包转换成IP包。
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。
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。
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有力支撑。
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。
GPRS分组域故障分析系统专门针对运营商分组域组网结构设计，系统支持ATM STM1、FE/GE、E1多种物理接口。
当采用E1接入时，系统通过在DDF架上进行三通高阻跨接分离出E1链路的数据并将其接入E1转换器，E1转换器将数据转换为IP包然后发给分析系统中的采集服务器。系统还提供DXC设备，可以控制只接入指定的E1线路。具体连接图如图3-6及图3-7所示。
当采用FE或者GE电口接入时，可在局端交换机上做端口镜像或者采用TAP串接的方式，将数据传给分析系统。当采用GE光口接入时，可采用分光器分光或者在局端交换机上做端口鏡像的方式，将数据传给分析系统。当采用ATM STM-1光口接入时，采用分光器分光的方式将数据引入分析系统。
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或分光将其数据传给Gn接口采集服务器。
3.3 系统软件架构
4.总结与展望
GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一套分组交换系统，与互联网或企业网相连，向移动用户提供数据业务[2]。但是，目前提前发现和解决GPRS网络隐患的手段还不够完善，需要进行精细优化，GPRS网络需要采取一定的方式进行精准服务。国内各省GPRS业务营销方式主观性较强，目前尚无系统指导市场精确营销。
因而， 建设GPRS分组域分析系统，可辅助运维、市场、客服人员提高工作效率， 充分利用GPRS分组域数据，进行全面深入分析挖掘，提炼出有价值的信息，为运维、市场、客服提供指导.
无线互联产业孕育着无限的商机。在未来的10年里，世界移动通信和互联网产业仍将持续快速发展，未来将是一个移动互联的世界，移动互联网产业将随通信与网络技术的发展而高速发展，移动上网终将超过有线上网。
对于GPRS的关注点将由技术转向更重视终端用户的价值。除技术因素外，很大程度上还取决于能否开发出适合市场的应用业务，因此，端到端的经验和向用户提供完整的包括门户网页与基本应用在内的业务包，将越来越重要。
参考文献：
[1] 陈凯旋，谢海滔. GPRS原理及其应用[J]. 铁道通信信号. 2003年07期.
[2] 北京交通大学现代通信研究所. 王朋乐，周琦. GPRS：迎接优化GSM-R挑战[N]. 通信产业报. 2005年.
[3] 负载均衡技术全攻略. 新浪科技网 http：//tech.sina.com.cn. 2008.10.27.
[4] 陈凯旋，谢海滔. GPRS原理及其应用[J]. 铁道通信信号. 2003年07期.
[5] 中国移动，TD-SCDMA/GPRS分组域故障分析系统白皮书，内部资料.
[6] GPRS分组域分析系统需求规格说明书，内部资料.
[7] GPRS分组域分析系统总体设计说明书，内部资料.