一種衛星移動通信系統的業務獲取系統設計

摘要：互聯網和移動通信網絡均配備了業務獲取系統。目前，衛星移動通信快速發展，尤其以華為Mate為代表的手機直連衛星的消費類產品的推出，給信息安全帶來較大挑戰，亟需建設衛星業務獲取系統。文章通過對比自建業務獲取系統、核心網專用接口接入方案、Iub接口全數據接入方案的優劣，得出Iub接口全數據接入方案為最佳方案。數據經過分流處理后分發到協議解析設備和話音處理設備，解析出終端的位置、短信和話音，并存入業務存儲設備。系統應用軟件作為整個系統的控制中心，可以完成用戶交互、業務實時顯示和事后回放。

關鍵詞：天通終端；業務獲取；Iub接口；實時顯示；事后回放

中圖分類號：TP29" 文獻標志碼：A

0 引言

在高度信息化社會中，通信網絡和Internet網絡成為人們獲取傳遞、交流信息的重要媒介。但是，通過各種網絡進行犯罪活動的數量也在不斷增加，比如恐怖行為指揮控制、非法物品交易、商業間諜非法獲取數據等，危及社會的安全和穩定［1］。為此，相應部門通過網絡截取方法獲得犯罪分子的通信數據，以對其犯罪行為進行制止或打擊。目前，地面移動通信網、Internet網都具備了相關業務截取手段，能夠實現通信用戶的業務實時接收和存儲，并能夠后續查詢［2］。

隨著衛星通信技術的快速發展，通信手段不再僅依賴地面網絡，人們可采用國內外多類衛星通信系統進行業務交互，如海事、銥星系統等［3］。天通一號衛星移動通信系統是我國空間信息基礎設施的重要組成部分，在保障我國信息安全和經濟安全、提高國家應急通信保障水平、增強救災減災和維穩反恐等方面起到重要通信作用［4-6］。近期，華為公司推出的Mate系列衛星移動手機終端，是全球首款消費類衛星移動終端，從此手機直連衛星業務產品正式進入消費類通信市場，給通信安全帶來較大挑戰［7］。隨著衛星移動通信技術和地面移動通信技術的發展，手機直連衛星業務將成為天地一體化通信發展的必然趨勢［8］。

因此，我國在發展衛星移動通信系統的同時，亟需建立一套對應的業務獲取系統，用來對所有衛星移動通信終端進行業務截獲，以維護國家/區域穩定安全發展。

1 業務獲取系統總體設計

1.1 衛星系統組成

天通系統是我國自主研發的第一代衛星移動通信系統，是我國空間信息基礎設施的重要組成部分，地面通信服務由中國電信集團公司負責運營。天通一號衛星移動通信系統將與地面移動通信系統共同構成移動通信網絡，為中國及周邊、中東、非洲等相關地區以及太平洋、印度洋大部分海域的用戶提供全天候、全天時、穩定可靠移動通信服務，支持話音、短信息和數據業務。系統用戶段主要包括信關站、運控中心和各類應用終端，如圖1所示。

終端無線鏈路為S頻段，形式以手持終端為主，兼有移動載體（艦載、車載、機載）及其他嵌入式終端等。信關站主要由衛星移動接入網、核心網、業務系統和支撐系統構成。信關站完成空中接口信號處理，用戶接入、業務交換、通過天通一號衛星與衛星網內移動用戶相連，通過地面光纖線路與運控系統、地面通信網絡相連，是整個應用系統的核心節點。

1.2 業務獲取系統方案論證

為了實現對所有衛星移動通信終端業務的獲取，需要在信關站側建立業務獲取系統，從信關站的架構研究分析，對業務獲取系統進行功能劃分，有3種方案可以完成，包括自建業務獲取系統方案［9-10］、核心網專用接口接入方案、接入網內部Iub接口全數據接入方案。

1.2.1 自建業務獲取系統方案

系統由一個中心站和多個遠端站組成。中心站包括反向信號偵收站和情報處理中心［11］，配置2～3個遠端站，可獲取周邊區域內任何天通用戶通信內容，系統構成如圖2所示。

中心站實現對天通系統所有終端上行鏈路的通信監測，實現對饋電鏈路下行信號的接收、解調、解析、解密等功能。同時，情報處理中心接收來自遠端站的信號采集信息。遠端站截獲衛星到終端的下行信號，然后把獲取的信息傳遞給中心站，與中心站獲得的信息結合匹配，就可以獲得衛星終端的業務。

該方案需要自建整個系統，增加前反向無線鏈路接收設備，設備較復雜，故周期較長、費用較高，但完全獨立自主開發，可按照需求自定義監控項，得到的數據較為全面。

1.2.2 核心網專用接口接入方案

采用核心網現有業務專用接口進行接入，實現所有終端信息的獲取。該接口是安裝在歸屬位置寄存器（HLR）、移動交換中心/訪問位置寄存器（MSC/VLR）和移動交換中心網關（GMSC）內的專用軟、硬件的統稱，核心網的其他網元通過該接口與業務獲取系統相連接。該方案接口簡單、易于實現、成本較低，但是接入接口數量有限，能同時截獲的終端數較少，且為標準接口，按需修改困難。

1.2.3 Iub接口全數據接入方案

由信關站接入網內部信關站收發器（GTS）和收發控制器（GSC）之間的Iub接口進行接入，獲取GTS和GSC之間的所有通信數據，并把接入網自身配置相關參數過濾掉，取出所有終端的信令和業務數據，如圖3所示。

該方案可以采集所有用戶的相關行為和數據，可實現定制化分析靈活，但沒有現成采集設備和接口協議可以參考，需要定制網絡捕獲處理設備和其他處理設備，成本較高。

通過分析上述3種方案的優缺點，考慮成本和業務多樣性，得出Iub接口全數據接入方案更為合理。

1.3 業務獲取系統架構設計

業務獲取系統需要在信關站側建立偵收站，包括數據分流處理設備、協議解析設備、位置處理設備、話音處理設備、短信處理設備。偵收站從天通信關站的Iub接口截獲網絡數據包，包括信令面NBAP協議包和用戶面FP數據包，解析其協議格式，分析終端用戶流程，跟蹤、存儲和回放用戶數據，實現對終端的業務獲取，系統組成如圖4所示。

數據分流處理設備完成GTS和GSC之間Iub接口協議解析，包括信令面NBAP和用戶面FP協議，實現信令和業務的劃分，并把數據分別發送給偵收系統其他處理設備單元。協議解析設備主要完成所有衛星終端的接入和接續信令解析及處理，主要包括位置更新、位置上報、短消息、呼叫控制流程等。短信處理設備主要完成對終端發送/接收的短消息進行解析，還提供偵收處理中心對某個用戶收發的短消息進行查詢的功能。話音處理設備在控制面的控制之下，實現用戶話音接收、解密及存儲。位置處理設備主要完成終端上報的位置信息解析，并逐個位置存儲。此外，位置處理設備還為偵收處理中心提供對某個用戶進行位置查詢和軌跡跟蹤的功能。業務存儲設備用于存儲其他設備處理后的用戶數據，為偵收處理中心提供查詢、回放等功能。

2 系統分機設計

2.1 數據分流處理設備

數據分流處理設備主要實現Iub接口協議數據包的采集和分發，實現信令和業務的劃分，并把數據分別發送給協議解析設備、位置處理設備、話音處理設備、短信處理設備。由于RRC在FP可能采用分段傳輸，數據分流處理設備要實現RLC/MAC的分段重組功能，解析出完整的RRC 消息發送給協議解析設備。該功能也可在協議解析模塊實現。

設備采用X86L5600通用處理器，體系架構為CPU+北橋+南橋形式，CPU采用Westmere-EP核心的L5618、L5638處理器，工作頻率達到2.13 GHz；北橋采用Intel的IOH5520芯片，提供與CPU的QPI接口，與ICH10R的ESI接口，對外設的PCIe2.0接口、調試接口及電源接口等；南橋采用Intel ICH10R芯片，提供與IOH的ESI接口及對外設的PCI接口、USB接口、SATA接口、SPI接口、LPC/FWH接口、管理接口及電源接口等。數據分流處理流程如圖5所示。

2.2 協議解析設備

協議解析設備主要完成NAS層信令解析（包括MM層和CM層信令）和終端匹配［12］。信令解析完成所有空口協議的解析，包括尋呼、鑒權、入網、位置上報、呼叫控制、PDP激活等；終端匹配及狀態跟蹤部分完成解析出的信令與所對應終端的匹配，并跟蹤終端的狀態。該設備采用通用CPU板實現，可根據系統的處理容量的不同要求，進行擴容處理。協議解析處理流程如圖6所示。

2.3 業務處理類設備

業務處理類設備包括位置處理設備、短信處理設備和話音處理設備等。

位置處理設備主要完成終端上報的位置信息解析，并逐個位置存儲。此外，位置處理設備還為用戶處理中心提供對某個用戶進行位置查詢和軌跡跟蹤的功能；短信處理設備主要完成對終端發送/接收的短信進行解析和存儲之外，還為用戶處理中心提供對某個用戶收發的短信進行查詢的功能；話音處理設備在控制面的控制之下，完成業務面處理，實現用戶上行和下行話音解析。

3 系統應用軟件設計

該系統作為一個終端業務獲取系統，至少需要完成基本的偵收功能，應具備偵收目標管理、實時偵收管理、通信活動管理、通信內容及活動查詢管理和敏感字段智能告警等，其軟件基本架構如圖7所示。

設備支撐層收集空口信息數據，經過數據的預處理可以成為業務邏輯層的有效分析數據。業務邏輯層根據需要將必要的數據通過數據庫訪問接口存儲到數據庫中。當應用層有應用需要時會調用業務邏輯層提取數據庫的數據完成業務分析，并通過用戶軟件平臺展示給客戶［13］。

系統工作模式分為2種：實時監測和事后回放模式。實時監測模式能夠實時監聽用戶的通話、短信，并可在GIS上實時跟蹤用戶所在位置［14］。事后回放模式是指用戶所有數據均存儲在服務器上，操作用戶可以指定用戶進行通話記錄的查看、話音回放、短信瀏覽以及用戶軌跡回放。

3.1 話音實時獲取

話音實時獲取流程如圖8所示。用戶首先選擇實時獲取業務界面，然后輸入或選擇需要實時偵收話音的用戶號碼，于在線用戶列表中選定相應號碼或搜索選擇，然后選擇話音進行實時監聽，完畢后返回界面。

3.2 業務事后回放

用戶根據記錄的話音/短信數據，查找所需回放的文件，并進行回放收聽/查看，流程如圖9所示。

事后回放時，選擇事后回放業務界面，選擇話音時根據號碼查找通話記錄，選擇存儲的話音文件進行聲音回放；選擇短信時，瀏覽對應的用戶短信記錄，并選擇相應文件進行瀏覽，完畢后返回。

4 結語

衛星移動通信終端業務獲取系統不僅能夠實時獲得指定用戶的話音、短信、位置等信息，還能存儲所有監測終端的業務，以備事后查詢。本系統通過信關站的Iub接口數據分流接入，不影響衛星系統正常運行而獲得所有終端數據，其獨立性和可擴展性強，并可通過增加設備進行擴容。目前本系統已測試完成，待裝備。

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Design of a service acquisition system for a satellite mobile communication system

Abstract： Both the internet and mobile communication networks are equipped with business acquisition systems. At present， satellite mobile communication systems have made significant progress， especially with the emergence and widespread application of consumer products such as Huawei Mate， which directly connect mobile phones to Tiantong satellites， bringing significant pressure and challenges to national or local information security. By analyzing and comparing the advantages and disadvantages of self built business acquisition systems， core network dedicated interface access scheme， and Iub interface full data access schemes， it is concluded that the Iub interface full data access scheme is the optimal design. The data is accessed through the Iub interface of Tiantong Station， distributed to protocol resolution devices and voice processing devices after data diversion processing. The location processing device analyzes the positions of all terminals， and the SMS processing device analyzes and sends SMS messages， which are then stored in the business storage device. The system application software serves as the control center of the entire system， completing user interaction， real-time business display， and post event playback.

Key words： Tiantong terminal; business acquisition; Iub interface; real time display; post playback