GSM-R中跨SGSN更新時源SGSN域名解析數據的智能生成方案設計

韓 蕾

（中國鐵路北京局集團公司北京鐵路通信技術中心，北京 100038)

2016 年，中國鐵路的GSM-R 網絡核心網按規劃完成建設。全路在18 個鐵路局所在地、拉薩共設置19 個核心網節點。2018 年開始，各路局的核心網設備陸續開始更新改造。上海、廣州、武漢、濟南已經完成新設備入網，全路共設置23 個SGSN。為了實現正常的路由區更新，源SGSN 域名解析數據需涵蓋所有跨SGSN 切換的場景，對象包括跨局線路以及新舊設備共存期間產生的跨SGSN 線路。G 網覆蓋里程達6 萬km 的網絡規模下，新舊SGSN 割接過程中，對跨SGSN 切換進行梳理分析的工作量非常龐大。此外，該數據較具體，對業務人員的管理能力和專業水平要求較高。本文充分研究源SGSN 域名解析數據生成的業務流程，介紹一種智能化的設計生成方案，可以提高數據的生成質量和效率，優化GSM-R 網絡數據編號方案的管理手段。

1 基本概念

1.1 GPRS中的SGSN介紹

通用分組無線業務子系統（GPRS）是GSM-R系統網絡結構中的重要部分，承擔著GSM-R 分組域的應用業務，包括車次號校核信息傳送業務、調度命令/進路預告傳送業務、動車列控設備動態監測系統（DMS）、列車運行狀態信息系統（LAIS）、軌道車遠程控制設備（GYK）、客運站車無線交互系統、雙模列尾設備、機車信號遠程監測系統、車載監測信息通用傳輸平臺、車載無線通信設備運用維護管理系統（RMS）等。

業 務 支 持 節 點 (Serving GPRS Support Node，SGSN) 和GPRS 網 關 支 持 節 點(Gate GPRS Support Node，GGSN)，從邏輯上可以認為是GPRS 在GSM 網絡結構中增添的兩個新的網絡節點。SGSN 是當前正在為MS 提供業務的節點(即Gb 接口由SGSN 支持)。主要完成分組數據包的路由轉發、移動性管理、會話管理、邏輯鏈路管理、鑒權和加密、話單產生和輸出等功能。在激活GPRS 業務時，SGSN 負責與MS 建立移動性和安全保密性的有關信息。在PDP 信息被激活時，SGSN 負責與GGSN 建立路由的PDP 信息。SGSN有IP 路由功能，并能與IP 路由器相連。

1.2 RAI編碼

在GPRS 通信網絡中，將各個位置區的服務范圍再劃分為若干個路由區（Routing Area，RA），而每個路由區中又包含一些小區。在GSM-R 系統中，尋呼在位置區（Locating Area，LA）內進行，而由于數據業務的隨機性，GPRS 系統中數據業務的尋呼量較大。因此，在GPRS 系統中將位置區進一步細化，分為最多256 個路由區。空閑模式下的MS 在SGSN 中保存路由區信息，當發生數據業務時，只在相應的路由區內進行尋呼，從而減小網絡負荷。移動臺在作數據呼叫時，跨路由區移動時將發生路由區的更新過程。系統尋呼時，尋呼過程是在路由區內發生尋呼的。

路 由 區 標 識（RAI） 的 組 成 方 式 為：RAI=LAI+RAC=MCC+MNC+LAC+RAC。

小區、路由區和位置區之間的大小關系是：一個路由區由一至多個小區組成，一個位置區由一至多個路由區組成。

1.3 跨SGSN路由區更新流程

GSM-R 中，跨SGSN 路由區更新的流程如圖1所示。

1) CIR 到新的路由區后，接收到的新的RAI與舊的RAI 比對，發送路由區更新請求給當前的SGSN。路由區更新消息中，包含源路由區的RAI。

2) 當前SGSN 收到路由區更新消息后，獲得源路由區的RAI，取其RAC 和LAC 值，再將當前網絡的MNC 和MCC 值作為后綴，構造生成源SGSN 的域名。

3) 當前SGSN 將源SGSN 的域名數據發送至北京DNS。DNS 利用存儲的源SGSN 的域名解析數據，解析出該域名所指的SGSN 及其IP 地址。

4) DNS 將 源SGSN 的IP 地 址 返 回 給 當 前SGSN。

5) 當前SGSN 向源SGSN 發送SGSN 上下文請求，源SGSN 將用戶信息發送至當前SGSN。

6) 源SGSN 把緩存器中沒有確認的數據發送給當前SGSN，當前SGSN 在MS 和HLR 之間執行安全性功能；更新GGSN，當前SGSN 創建一個新的GTP tunnel 到當前GGSN；更新HLR（new SGSN address，Tid，Qos，etc）；更新MSC/VLR（如果有Gs 接口）；源SGSN 刪除MM 和PDP 上下文。

路由區更新完成。

1.4 源SGSN域名解析數據

源SGSN 域名是在跨SGSN 路由區更新時，由RAI 編碼構造生成，供DNS 解析源SGSN 的IP 地址使用。通過該域名，SGSN 可通過DNS 服務器獲取源SGSN 的IP 地址。SGSN 讀取源路由區信息中的RAI 里面攜帶的RAC、LAC，添加本路由區信息中RAI 里面攜帶的MNC、MCC 作為后綴后，轉換為以下形式的域名。

圖1 跨SGSN路由區更新的流程圖Fig.1 Flow diagram of cross SGSN route updating

racAAAA.lacBBBB.mncYYY.mccZZZ.gprs

其中：AAAA=RAC 值，BBBB=LAC 值，YYY= MNC 值，ZZZ=MCC 值。A 和B 是十六進制，Y 和Z 是十進制。如果AAAA、BBBB 不足4 位，則在左側補0。如果YYY、ZZZ 不足3 位，則在左側補0。

SGSN 將以上格式的域名發送至DNS，在DNS 中查找源SGSN 的IP 地址，獲取源SGSN 存儲的用戶信息。DNS 中存儲的源SGSN 域名解析數據為：

racAAAA.lacBBBB.mncYYY.mccZZZ.gprs，指向＊＊SGSN（IP 地址：＊＊.＊＊.＊＊.＊＊）

2 源SGSN域名解析數據的生成

2018 年至今，上海、武漢、廣州局因SGSN 設備更換，引起的源SGSN 域名解析相關的數據條數達120 多條，SGSN 設備更替引起的數據工單占營業線數據工單的12.7%。以后其他路局的更新改造將陸續進行，將有更大量級的數據需要生成處理。因此，急需更智能化的數據生成手段。

利用聚類分析算法對數據進行分析，將跨SGSN 切換時，源SGSN 的域名解析數據分為兩類：新建線路與新舊SGSN 設備割接兩種類型。

2.1 新建線路SGSN域名解析數據的生成

新建線路的歸屬SGSN 為多個時，DNS 需要制作SGSN 域名解析數據。數據生成流程如下。

1）查詢與該線有交叉引用關系的線路。

2）列出該線所有基站（包括引用其他線路的基站）及其歸屬BSC。

3）列出引用該線基站的線路的所有基站及其歸屬BSC。

4）查詢這些BSC 的歸屬SGSN。有相鄰關系的小區，分別歸屬于不同SGSN 時，將這幾個小區篩選出來。利用其RAC/LAC，以及各自歸屬SGSN 的MNC／MCC，生成跨SGSN 切換時所需要的源SGSN 的域名解析數據。

2.2 新舊SGSN設備割接

如圖2 所示，以gzBSC8 為例，介紹BSC 設備割接時，源SGSN 域名解析數據的生成。gzBSC8下的無線網數據，以前歸屬于gzSGSN，本次要割接至gzSGSN21。gzBSC8 是廣州局第一個進行數據割接的BSC，因此，其他BSC 仍歸屬于gzSGSN。

圖2 新舊SGSN更替時BSC設備割接示意圖Fig.2 Schematic diagram of BSC equipment cut over in new and old SGSN replacement

歸屬gzBSC8 的基站，所在線路分別為：東海島鐵路、廣肇城際、京廣線、茂湛線、深湛鐵路江茂段。其中東海島線全線基站均歸屬于gzBSC8；廣肇城際、京廣線和深湛鐵路江茂段屬于局管內線路，基站部分歸屬于gzBSC8；茂湛線為跨局線，與南寧局跨局。

1）局管內線路中，基站數據全部割接的，不存在跨SGSN 現象，因此無需源SGSN 域名解析數據。

2）局管內線路中，基站數據部分割接的，割接后存在跨SGSN 現象，因此需要新增源SGSN 域名解析數據。找出跨SGSN 基站的LAC、RAC 數據，生成對應的源SGSN 域名解析數據。

3）對于跨局線茂湛線，查詢當時批復的源SGSN 域名解析數據：指向對端局SGSN 的，將其MNC.MCC 由之前的改為割接后的；指向本局的SGSN，將所指向的SGSN 修改為割接后的SGSN。

2.3 智能生成方案設計

利用關聯規則分析算法對數據進行分析，新建線路與新舊SGSN 設備割接兩種類型，在生成源SGSN 域名解析數據時，都需要查找相鄰小區的歸屬SGSN。如果歸屬于不同的SGSN，則需要在DNS 中配置源SGSN 的域名解析數據。依據此規律，設計了數據智能生成方案，如圖3 所示。

圖3 源SGSN域名解析數據智能生成界面圖Fig.3 Interface diagram of intelligent generation scheme of resolution data of source SGSN domain name

3 結束語

在GSM-R 網絡編號方案數據中，包含了大量的、種類繁多的網絡數據與業務數據。每一類數據，在GSM-R 網絡的運營中都發揮著重要的作用。組網方式、組網結構、網絡設備類型、調度管轄、運營車站的調整，都將引起GSM-R 網絡數據的變更。如何利用智能化手段有效生成這些數據，是GSM-R網絡數據管理的關鍵和基礎。國內鐵路GSM-R 網絡覆蓋里程長，網絡結構復雜。充分利用數據挖掘方法，對GSM-R 網絡編號方案數據中源SGSN 域名解析數據進行分析，能夠保障GPRS 承載的各種業務的正常運轉。