直放站通信協(xié)議之比較

　　直放站通信協(xié)議之比較

　　【摘要】 直放站通信協(xié)議是移動通信運營商所有直放站與分布系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控的前提條件，但目前并無國際標準組的規(guī)范可循。

　　本文通過對目前直放站系統(tǒng)因通信協(xié)議帶來的監(jiān)控問題，對當前主流直放站通信協(xié)議進行比較，以探討通信協(xié)議的合理性、規(guī)范性。

　　【關鍵詞】 直放站 監(jiān)控 直放站監(jiān)控系統(tǒng) 通信協(xié)議

　　一、引言

　　直放站作為一種中繼產品，不僅可以在不增加基站數量的前提下保證網絡覆蓋，而且具有結構簡單、投資較少和安裝方便等優(yōu)點，可廣泛用于移動信號難于覆蓋的盲區(qū)和弱區(qū)，是實現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標的一種優(yōu)選方案。

　　對直放站設備進行遠程監(jiān)控，可以實時獲取設備的各種工作參數，并根據實際需要進行調整，如遇設備故障，可在第一時間內獲知并及時派人進行維護，這對于提高設備維護效率和質量，確保設備長期、穩(wěn)定運行具有重要意義。

　　目前，由于直放站設備廠家各自為政，沒有一個統(tǒng)一、合理的監(jiān)控通信協(xié)議，因此直放站市場也出現(xiàn)了一些問題[1]：

　　(1)各地運營商基本同時使用著多個不同設備廠家的直放站及室內覆蓋設備，但不同廠家的監(jiān)控項目功能和設備的監(jiān)控通信協(xié)議各不相同，給運營商的直放站設備統(tǒng)一管理工作帶來了很大不便。

　　(2)監(jiān)控系統(tǒng)應該具有穩(wěn)定性、可靠性、擴展性、前瞻性等技術能力，可是目前已有的多種通信協(xié)議和監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足監(jiān)控功能擴充、協(xié)議擴充、多種類型設備兼容的需求。

　　(3)考慮到未來4G直放站室內覆蓋設備的特點及未來新增設備兼容性的需要，制定一套高標準的統(tǒng)一監(jiān)控技術規(guī)范以及建立一個統(tǒng)一的、有前瞻性的直放站覆蓋設備監(jiān)控平臺已勢在必行。

　　二、直放站監(jiān)控系統(tǒng)原理

　　直放站監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控單元、通信信道和監(jiān)控中心三部分組成。

　　監(jiān)控單元是安裝在直放站設備內部的監(jiān)控電路，它的主要功能包括設備上電初始化與自檢，本地信號的采集、控制和處理，與監(jiān)控中心數據交換等。

　　通信信道完成監(jiān)控單元與監(jiān)控中心的物理連接。

　　監(jiān)控中心的主要職能是對眾多廠家提供的多類型、多數量的直放站進行“集中控制，統(tǒng)一監(jiān)管”。

　　監(jiān)控中心對直放站的操作主要包括參數設置、數據查詢、告警處理三種主業(yè)務;直放站作為被監(jiān)管對象，在被動應答來自監(jiān)控中心的命令外還必須將當前故障信息以告警命令的形式主動上報給監(jiān)控中心。

　　監(jiān)控中心和直放站的通信方式可以是RS232串口直連、有線MODEM撥號和CDMA短信方式、TCP、UDP等。

　　不管采用什么通信方式，直放站統(tǒng)一監(jiān)控協(xié)議只是作為應用層協(xié)議[2]，與具體的傳輸介質、傳輸手段無關[2]。

　　直放站監(jiān)控系統(tǒng)基本組成如下圖所示：

　　三、 直放站的監(jiān)控現(xiàn)狀

　　由于種種原因，直放站的監(jiān)控一直沒有國際標準化組織的統(tǒng)一規(guī)范，也無實際的行業(yè)使用規(guī)范。

　　近年來，國內外設備廠家大多根據各自的理解和需求，逐步開發(fā)了一些直放站監(jiān)控設備，但數百種產品的監(jiān)控協(xié)議不統(tǒng)一、功能不健全、系統(tǒng)不開放，遠不能滿足電信級監(jiān)控需求，運營商幾乎無法開展有效的直放站的網絡監(jiān)控和運行管理。

　　所以一直以來直放站設備故障通常都是被動發(fā)現(xiàn)，如用戶投訴或巡檢等， 因此反應速度慢，工作效率低，嚴重影響了網絡質量和網絡服務。

　　近年來出現(xiàn)了一些直放站的監(jiān)控協(xié)議，并開展了產品化工作，但這些通信協(xié)議由于有先天的缺陷，如各廠家對運營商統(tǒng)一協(xié)議理解有歧義、而且對應用層協(xié)議格式也不統(tǒng)一。

　　另外還由于廠家設備實現(xiàn)的差異性，即使有統(tǒng)一監(jiān)控協(xié)議封裝信息，也不能夠完全保證一家對其它廠家設備管理的透徹性和高效性，為此，并沒有真正形成電信級的直放站與分布系統(tǒng)的監(jiān)控功能[3]。

　　四、 當前主流通信監(jiān)控協(xié)議

　　在早期建設過程中，各廠家對直放站監(jiān)控系統(tǒng)采用的是不同的通信協(xié)議，各廠家之間難以實現(xiàn)互聯(lián)互通，這對建立統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)帶來了諸多不便，同時對設備監(jiān)控性能考核也缺少統(tǒng)一的評判依據。

　　為此，中國聯(lián)通在CDMA 直放站建設不久就開始關注這一問題并著手尋找解決方案，經過近一年的研討論證與反復修改，于2002 年底推出了《中國聯(lián)通CDMA 直放站統(tǒng)一監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范》。

　　此標準的頒布執(zhí)行對規(guī)范直放站市場和監(jiān)控性能的提高具有極其重要的意義，逐漸成為直放站監(jiān)控領域的技術規(guī)范，并逐漸成為各網絡運營商制定直放站協(xié)議標準的重要參考。

　　在CDMA 統(tǒng)一協(xié)議成功應用的同時，統(tǒng)一監(jiān)控的需求也日益提高，GSM 設備的接入和管理相比之下顯得較為混亂，各省分公司和設備供應商都急盼早日制定GSM直放站統(tǒng)一監(jiān)控協(xié)議。

　　為此，并于2004年初正式頒布了《中國聯(lián)通GSM 直放站綜合網絡監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范》，該標準的頒布為統(tǒng)一監(jiān)控的實現(xiàn)提供了進一步的便利。

　　中國聯(lián)通推出的相關監(jiān)控協(xié)議規(guī)范也成了當時眾多直放站廠家的廠家協(xié)議模板。

　　在中國聯(lián)通CDMA、GSM協(xié)議標準相繼形成的同時，另一大運營商中國移動也于2005年7月頒布了中國移動直放站設備監(jiān)控接口技術規(guī)范1.0.0，并在全國推行，各直放站廠家也紛紛依據此規(guī)范進行通信協(xié)議的編碼，從而中國兩大主流通信監(jiān)控協(xié)議就此形成。

　　五、 兩大主流通信監(jiān)控協(xié)議之比較

　　5.1 通信協(xié)議功能比較

　　兩在主流監(jiān)控協(xié)議在規(guī)范監(jiān)控系統(tǒng)功能方面，都明確了監(jiān)控系統(tǒng)的具體功能，主要包括設備參數信息：如設備類型、廠家代碼、上報號碼、版本號等，監(jiān)控參數信息：如通信方式、查詢/設置電話號碼等，告警使能：如電源掉電告警使能等，告警狀態(tài)：如電源掉電等，設置參數：如電平告警門限、功放開關等，實時采樣數據：如輸出功率等。

　　為此，兩大協(xié)議都基本上實現(xiàn)了通信協(xié)議所需具備的功能項，滿足直放站監(jiān)控的需要。

　　5.2 通信協(xié)議結構比較

　　中國聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議為非模塊化的設計：所有的監(jiān)控信息都集中在一條報文中，報文在組裝、發(fā)送、接收、處理等方面都是不可分割的，這使直放站的監(jiān)控系統(tǒng)很難實現(xiàn)模塊化設計，穩(wěn)定性和可維護性不強。

　　協(xié)議設計也沒有充分考慮多幀數據的處理(如建立緩沖區(qū)、采用先入先出等)，對監(jiān)控中心發(fā)送的多條數據無法識別其通信順序，使得多包發(fā)送適應能力差，監(jiān)控功能的實現(xiàn)效率和性能較低。

　　中國移動監(jiān)控協(xié)議采用軟件工程理論中倡導的集約式模塊化開發(fā)設計方法， 使各個模塊不僅可以獨立安裝， 還可以對某個模塊單獨升級。

　　模塊化結構設計方法的關鍵在于模塊間接口的標準化、通用化、規(guī)格化程度。

　　筆者將數據協(xié)議結構分成模塊( 每個模塊的規(guī)模小到可以管理的程度) ， 然后分別將各個模塊隱藏在內部接口后面， 讓模塊之間通過接口相互交流。

　　監(jiān)控協(xié)議的模塊化總體思路是： 承載層模塊負責將通信設備驅動收發(fā)的字符流轉化為協(xié)議接入層的監(jiān)控報文，接入層接收承載層提供的監(jiān)控協(xié)議報文并進行幀識別、差錯控制和報文封裝等處理， 然后提交給網絡層進行目的節(jié)點操作數據流的分發(fā)， 并分解出操作指令和監(jiān)控應用層數據單元，監(jiān)控應用層負責監(jiān)控對象單元的提取、識別、執(zhí)行、回應以及設備主動告警信息的形成， 由此實現(xiàn)了各層模塊間的獨立性和關聯(lián)性。

　　協(xié)議分層結構和模塊化設計思路解決了監(jiān)控協(xié)議的靈活組裝、升級換代和二次開發(fā)等問題， 提高了協(xié)議的適應能力。

　　5.3 協(xié)議通信方式擴展性比較

　　中國聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議的網絡功能擴充性差，其未考慮網絡層的存在，很難在現(xiàn)有功能之上再進行擴充。

　　中國移動監(jiān)控協(xié)議采用了目前在通信領域被普遍認同和使用的協(xié)議分層的設計思想， 整個體系由承載層、接入層、網絡層和監(jiān)控應用層組成[4]。

　　承載層： 通信的實際鏈路， 此層確定了數據通信的實際信道類型， 向接入層提供面向字節(jié)的數據包。

　　承載層用于適應并實現(xiàn)直放站遠程監(jiān)控的多種通信方式(包括短信、數據傳輸、GPRS等)， 解決了監(jiān)控數據流的承載問題。

　　承載層概念的引入， 實現(xiàn)了底層通信鏈路的可擴展性， 用戶可以將通用的底層通信方式各自模塊化封裝，當出現(xiàn)新的數據鏈路方式， 通信協(xié)議和設備監(jiān)控模塊可以方便地將其接入到監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　接入層： 接入層是網絡層與承載層之間的接口， 用于承載層各通信方式之間的匹配， 同時對上層數據進行編碼， 以適應和屏蔽不同承載層的特性和差異。

　　由于監(jiān)控數據流載體的復雜性， 同時為利用各個物理載體的信號特性， 監(jiān)控數據不宜采用完全一樣的數據幀格式， 而是應支持數據傳輸、GPRS 和短信等多種接入層協(xié)議， 實現(xiàn)通信方式的多樣性和可擴展性， 這樣接入層為上層協(xié)議屏蔽了通信信道的細節(jié)特征， 并保證網絡層協(xié)議數據的可靠傳輸。

　　網絡層： 網絡層承載監(jiān)控應用層協(xié)議包， 進行數據包尋址處理和分組， 向監(jiān)控應用層提供本設備需要處理的監(jiān)控指令和數據， 并可以實現(xiàn)通信包的轉發(fā)( 轉發(fā)的包不需要監(jiān)控應用層來處理) 。

　　網絡層提供點對點設備監(jiān)控信息的交互，提供了網間廣播功能， 降低了網絡維護的工作量， 提高了網絡的靈活度， 還可以通過動態(tài)路由技術來克服目前網絡需要靜態(tài)分配網絡地址的弊端， 在路由技術支持下， 設備可以選擇多個通信鏈路， 從而適應多種通信方式的監(jiān)控。

　　監(jiān)控應用層： 監(jiān)控應用層針對各種監(jiān)控所需功能， 實現(xiàn)了面向監(jiān)控功能的數據組織和數據結構。

　　監(jiān)控應用層解決了設備監(jiān)控信息的語法表示問題， 提供格式化的數據表示和數據轉換服務， 并提供網絡層與上層應用軟件之間的接口服務。

　　監(jiān)控應用層采用最基本的設備狀態(tài)為基本監(jiān)控項， 通過對高獨立性的基本監(jiān)控項的算法設計形成告警信息， 從而實現(xiàn)了監(jiān)控項的高獨立性和設備監(jiān)控功能的自由組合， 使得對單個或多個參量的監(jiān)控功能操作時不再受相互關聯(lián)的設備狀態(tài)信息制約，提高了監(jiān)控信息的傳輸效率。

　　同時監(jiān)控應用層保證了每種監(jiān)控功能目的單純、語義清晰， 設備每項監(jiān)控功能對應特定的一個監(jiān)控代碼和數據類型。

　　監(jiān)控應用層也幫助系統(tǒng)預留了數據的壓縮和解壓縮、加密和解密等拓展功能。

　　5.4 協(xié)議監(jiān)控對象自由度比較

　　中國聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議的監(jiān)控對象不獨立，導致監(jiān)控項的內容相互關聯(lián)， 當出現(xiàn)告警時，需從上報報文中提取并解析相關信息，獲得真正的告警信息，使得單個監(jiān)控項的操作變得復雜。

　　當增加新的監(jiān)控項時，需重新定義監(jiān)控內容，使得系統(tǒng)監(jiān)控的靈活性無法保證，同時增加了軟件代碼的冗余，不利于監(jiān)控算法的形成。

　　協(xié)議格式如下圖：

　　聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議將多個告警狀態(tài)信息放在統(tǒng)一格式的數據塊中， 當只想設置下行輸入功率告警上門限值時， 根據其通信協(xié)議的格式要求， 必須同時攜帶和輸入上行輸出功率告警上門限的值和下行輸出功率告警上門限的值。

　　當出現(xiàn)下行輸入過功率告警時， 也必須上報其他兩項信息， 并由監(jiān)控中心進行告警判斷和甄別。

　　中國移動監(jiān)控協(xié)議因將各個監(jiān)控對象作為一個個體而存在的，將每個設備運行狀態(tài)封裝在各自獨立的數據塊， 如果用戶只想設置下行輸入功率告警上門限值， 則用戶只需輸入此值， 無須攜帶其他冗余的監(jiān)控信息。

　　其協(xié)議格式如下圖所示

　　5.5 協(xié)議告警處理機制比較

　　中國聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議的告警處理機制是以實時告警的方式來上報告警和告警恢復的，這在告警的及時性上是比較好的機制，但在直放站實際工作環(huán)境中常出現(xiàn)惡劣環(huán)境，從而導致設備的運行狀態(tài)在短時間發(fā)生頻繁切，為此上報大量的重復告警和誤告警。

　　中國移動監(jiān)控協(xié)議制訂了“9 次告警重發(fā)機制”(即告警3 min 確認機制”：每2 s采樣1 次，3 min 共采樣90 次，當采樣處于告警狀態(tài)的次數大于等于上門( 如40%， 即36 次)時，設備就上報告警，當采樣處于告警狀態(tài)的次數小于等于下門限( 如10%， 即正常狀態(tài)的次數大于等于81 次) 時， 才可上報告警恢復正常的信息，而且當直放站連續(xù)3次上報告警信息后末收到監(jiān)控中心的回應包的，如果上傳失敗，直放站停止告警。

　　在間隔一個規(guī)定的時間(3小時)后，繼續(xù)上報告警，如果再連續(xù)3次失敗，則在間隔一個規(guī)定的時間后繼續(xù)，共循環(huán)3次，即9次重發(fā)機制)、“告警使能機制”、“告警屏蔽機制”、“告警同步機制”等， 建立了完善、合理、可靠的告警處理機制，在防止監(jiān)控中心頻繁收到重復告警和誤告警方面起了明顯效果。

　　六、結束語

　　兩大主流監(jiān)控協(xié)議在各自的領域都發(fā)揮著重要的作用，在當前網絡發(fā)展階段，對當前在網的直放站及分布系統(tǒng)的監(jiān)控及綜合監(jiān)控建設都起著重要的作用。

　　雖然中國移動監(jiān)控協(xié)議比中國聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議在模塊化、結構、可擴展性等方面更有優(yōu)勢，但協(xié)議在站點編號、多級站點還可以改進其擴展性，以符合更多類型、更多網絡結構的設備接入，如接入GSM、WCDMA、TD-SCDMA、cdma 1X、cdma 2000、TD-LTE、LTE FDD、WLAN、固網寬帶等系統(tǒng)的光纖分布系統(tǒng)設備[5]。

　　直放站監(jiān)控協(xié)議的制訂是一項嚴謹、科學、系統(tǒng)的工作，也是一項不斷完善的工作，隨著4G網絡的發(fā)展及逐步接入電信級監(jiān)控的發(fā)展趨勢，兩大主流通信監(jiān)控協(xié)議合二為一或是另定義標準協(xié)議也可以是后續(xù)的研究方向。

　　參考文獻

　　[1]許奕，直放站監(jiān)控規(guī)范的研究與應用，通信世界，2007年3月，第10期，20

　　[2].中國聯(lián)通，中國聯(lián)通CDMA直放站綜合網絡監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范V2.0，2004，7

　　[3]胡憲華，吳捷，直放站與分布系統(tǒng)監(jiān)控協(xié)議的研究與開發(fā)，電信科學，2006年第11期，26-27

　　[4]中國移動通信有限公司，中國移動直放站設備監(jiān)控接口技術規(guī)范1.0.0，2005.7，49

　　[5]中國泰爾實驗室，光纖分布系統(tǒng)網管接口技術要求(初稿)，2014.2，1

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