直放站通信協(xié)議之比較

俞旭波

【摘要】 直放站通信協(xié)議是移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商所有直放站與分布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的前提條件，但目前并無國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組的規(guī)范可循。本文通過對(duì)目前直放站系統(tǒng)因通信協(xié)議帶來的監(jiān)控問題，對(duì)當(dāng)前主流直放站通信協(xié)議進(jìn)行比較，以探討通信協(xié)議的合理性、規(guī)范性。

【關(guān)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(chǎn)品，不僅可以在不增加基站數(shù)量的前提下保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較少和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于移動(dòng)信號(hào)難于覆蓋的盲區(qū)和弱區(qū)，是實(shí)現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標(biāo)的一種優(yōu)選方案。對(duì)直放站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的各種工作參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，如遇設(shè)備故障，可在第一時(shí)間內(nèi)獲知并及時(shí)派人進(jìn)行維護(hù)，這對(duì)于提高設(shè)備維護(hù)效率和質(zhì)量，確保設(shè)備長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。目前，由于直放站設(shè)備廠家各自為政，沒有一個(gè)統(tǒng)一、合理的監(jiān)控通信協(xié)議，因此直放站市場(chǎng)也出現(xiàn)了一些問題[1]：

（1）各地運(yùn)營(yíng)商基本同時(shí)使用著多個(gè)不同設(shè)備廠家的直放站及室內(nèi)覆蓋設(shè)備，但不同廠家的監(jiān)控項(xiàng)目功能和設(shè)備的監(jiān)控通信協(xié)議各不相同，給運(yùn)營(yíng)商的直放站設(shè)備統(tǒng)一管理工作帶來了很大不便。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具有穩(wěn)定性、可靠性、擴(kuò)展性、前瞻性等技術(shù)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(kuò)充、協(xié)議擴(kuò)充、多種類型設(shè)備兼容的需求。

（3）考慮到未來4G直放站室內(nèi)覆蓋設(shè)備的特點(diǎn)及未來新增設(shè)備兼容性的需要，制定一套高標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一監(jiān)控技術(shù)規(guī)范以及建立一個(gè)統(tǒng)一的、有前瞻性的直放站覆蓋設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)已勢(shì)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(shè)備內(nèi)部的監(jiān)控電路，它的主要功能包括設(shè)備上電初始化與自檢，本地信號(hào)的采集、控制和處理，與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)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(duì)眾多廠家提供的多類型、多數(shù)量的直放站進(jìn)行“集中控制，統(tǒng)一監(jiān)管”。監(jiān)控中心對(duì)直放站的操作主要包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢、告警處理三種主業(yè)務(wù)；直放站作為被監(jiān)管對(duì)象，在被動(dòng)應(yīng)答來自監(jiān)控中心的命令外還必須將當(dāng)前故障信息以告警命令的形式主動(dòng)上報(bào)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(hào)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(yīng)用層協(xié)議[2]，與具體的傳輸介質(zhì)、傳輸手段無關(guān)[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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的統(tǒng)一規(guī)范，也無實(shí)際的行業(yè)使用規(guī)范。近年來，國(guó)內(nèi)外設(shè)備廠家大多根據(jù)各自的理解和需求，逐步開發(fā)了一些直放站監(jiān)控設(shè)備，但數(shù)百種產(chǎn)品的監(jiān)控協(xié)議不統(tǒng)一、功能不健全、系統(tǒng)不開放，遠(yuǎn)不能滿足電信級(jí)監(jiān)控需求，運(yùn)營(yíng)商幾乎無法開展有效的直放站的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和運(yùn)行管理。所以一直以來直放站設(shè)備故障通常都是被動(dòng)發(fā)現(xiàn)，如用戶投訴或巡檢等， 因此反應(yīng)速度慢，工作效率低，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

近年來出現(xiàn)了一些直放站的監(jiān)控協(xié)議，并開展了產(chǎn)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(duì)運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一協(xié)議理解有歧義、而且對(duì)應(yīng)用層協(xié)議格式也不統(tǒng)一。另外還由于廠家設(shè)備實(shí)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(duì)其它廠家設(shè)備管理的透徹性和高效性，為此，并沒有真正形成電信級(jí)的直放站與分布系統(tǒng)的監(jiān)控功能[3]。

四、 當(dāng)前主流通信監(jiān)控協(xié)議

在早期建設(shè)過程中，各廠家對(duì)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(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，這對(duì)建立統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)帶來了諸多不便，同時(shí)對(duì)設(shè)備監(jiān)控性能考核也缺少統(tǒng)一的評(píng)判依據(jù)。

為此，中國(guó)聯(lián)通在CDMA 直放站建設(shè)不久就開始關(guān)注這一問題并著手尋找解決方案，經(jīng)過近一年的研討論證與反復(fù)修改，于2002 年底推出了《中國(guó)聯(lián)通CDMA 直放站統(tǒng)一監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范》。此標(biāo)準(zhǔn)的頒布執(zhí)行對(duì)規(guī)范直放站市場(chǎng)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(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范，并逐漸成為各網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商制定直放站協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的重要參考。在CDMA 統(tǒng)一協(xié)議成功應(yīng)用的同時(shí)，統(tǒng)一監(jiān)控的需求也日益提高，GSM 設(shè)備的接入和管理相比之下顯得較為混亂，各省分公司和設(shè)備供應(yīng)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(guó)聯(lián)通GSM 直放站綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)的頒布為統(tǒng)一監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)提供了進(jìn)一步的便利。中國(guó)聯(lián)通推出的相關(guān)監(jiān)控協(xié)議規(guī)范也成了當(dāng)時(shí)眾多直放站廠家的廠家協(xié)議模板。

在中國(guó)聯(lián)通CDMA、GSM協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相繼形成的同時(shí)，另一大運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)也于2005年7月頒布了中國(guó)移動(dòng)直放站設(shè)備監(jiān)控接口技術(shù)規(guī)范1.0.0，并在全國(guó)推行，各直放站廠家也紛紛依據(jù)此規(guī)范進(jìn)行通信協(xié)議的編碼，從而中國(guó)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(shè)備參數(shù)信息：如設(shè)備類型、廠家代碼、上報(bào)號(hào)碼、版本號(hào)等，監(jiān)控參數(shù)信息：如通信方式、查詢/設(shè)置電話號(hào)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(shè)置參數(shù)：如電平告警門限、功放開關(guān)等，實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)：如輸出功率等。為此，兩大協(xié)議都基本上實(shí)現(xiàn)了通信協(xié)議所需具備的功能項(xiàng)，滿足直放站監(jiān)控的需要。

5.2 通信協(xié)議結(jié)構(gòu)比較

中國(guó)聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議為非模塊化的設(shè)計(jì)：所有的監(jiān)控信息都集中在一條報(bào)文中，報(bào)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(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性和可維護(hù)性不強(qiáng)。協(xié)議設(shè)計(jì)也沒有充分考慮多幀數(shù)據(jù)的處理（如建立緩沖區(qū)、采用先入先出等），對(duì)監(jiān)控中心發(fā)送的多條數(shù)據(jù)無法識(shí)別其通信順序，使得多包發(fā)送適應(yīng)能力差，監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)效率和性能較低。

中國(guó)移動(dòng)監(jiān)控協(xié)議采用軟件工程理論中倡導(dǎo)的集約式模塊化開發(fā)設(shè)計(jì)方法， 使各個(gè)模塊不僅可以獨(dú)立安裝， 還可以對(duì)某個(gè)模塊單獨(dú)升級(jí)。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵在于模塊間接口的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、規(guī)格化程度。筆者將數(shù)據(jù)協(xié)議結(jié)構(gòu)分成模塊（ 每個(gè)模塊的規(guī)模小到可以管理的程度） ， 然后分別將各個(gè)模塊隱藏在內(nèi)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(fù)責(zé)將通信設(shè)備驅(qū)動(dòng)收發(fā)的字符流轉(zhuǎn)化為協(xié)議接入層的監(jiān)控報(bào)文，接入層接收承載層提供的監(jiān)控協(xié)議報(bào)文并進(jìn)行幀識(shí)別、差錯(cuò)控制和報(bào)文封裝等處理， 然后提交給網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行目的節(jié)點(diǎn)操作數(shù)據(jù)流的分發(fā)， 并分解出操作指令和監(jiān)控應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元，監(jiān)控應(yīng)用層負(fù)責(zé)監(jiān)控對(duì)象單元的提取、識(shí)別、執(zhí)行、回應(yīng)以及設(shè)備主動(dòng)告警信息的形成， 由此實(shí)現(xiàn)了各層模塊間的獨(dú)立性和關(guān)聯(lián)性。協(xié)議分層結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)思路解決了監(jiān)控協(xié)議的靈活組裝、升級(jí)換代和二次開發(fā)等問題， 提高了協(xié)議的適應(yīng)能力。

5.3 協(xié)議通信方式擴(kuò)展性比較

中國(guó)聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)功能擴(kuò)充性差，其未考慮網(wǎng)絡(luò)層的存在，很難在現(xiàn)有功能之上再進(jìn)行擴(kuò)充。

中國(guó)移動(dòng)監(jiān)控協(xié)議采用了目前在通信領(lǐng)域被普遍認(rèn)同和使用的協(xié)議分層的設(shè)計(jì)思想， 整個(gè)體系由承載層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層和監(jiān)控應(yīng)用層組成[4]。

承載層： 通信的實(shí)際鏈路， 此層確定了數(shù)據(jù)通信的實(shí)際信道類型， 向接入層提供面向字節(jié)的數(shù)據(jù)包。承載層用于適應(yīng)并實(shí)現(xiàn)直放站遠(yuǎn)程監(jiān)控的多種通信方式（包括短信、數(shù)據(jù)傳輸、GPRS等）， 解決了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流的承載問題。承載層概念的引入， 實(shí)現(xiàn)了底層通信鏈路的可擴(kuò)展性， 用戶可以將通用的底層通信方式各自模塊化封裝，當(dāng)出現(xiàn)新的數(shù)據(jù)鏈路方式， 通信協(xié)議和設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(shí)對(duì)上層數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼， 以適應(yīng)和屏蔽不同承載層的特性和差異。由于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流載體的復(fù)雜性， 同時(shí)為利用各個(gè)物理載體的信號(hào)特性， 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不宜采用完全一樣的數(shù)據(jù)幀格式， 而是應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、GPRS 和短信等多種接入層協(xié)議， 實(shí)現(xiàn)通信方式的多樣性和可擴(kuò)展性， 這樣接入層為上層協(xié)議屏蔽了通信信道的細(xì)節(jié)特征， 并保證網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

網(wǎng)絡(luò)層： 網(wǎng)絡(luò)層承載監(jiān)控應(yīng)用層協(xié)議包， 進(jìn)行數(shù)據(jù)包尋址處理和分組， 向監(jiān)控應(yīng)用層提供本設(shè)備需要處理的監(jiān)控指令和數(shù)據(jù)， 并可以實(shí)現(xiàn)通信包的轉(zhuǎn)發(fā)（ 轉(zhuǎn)發(fā)的包不需要監(jiān)控應(yīng)用層來處理） 。網(wǎng)絡(luò)層提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)備監(jiān)控信息的交互，提供了網(wǎng)間廣播功能， 降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的工作量， 提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活度， 還可以通過動(dòng)態(tài)路由技術(shù)來克服目前網(wǎng)絡(luò)需要靜態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)地址的弊端， 在路由技術(shù)支持下， 設(shè)備可以選擇多個(gè)通信鏈路， 從而適應(yīng)多種通信方式的監(jiān)控。

監(jiān)控應(yīng)用層： 監(jiān)控應(yīng)用層針對(duì)各種監(jiān)控所需功能， 實(shí)現(xiàn)了面向監(jiān)控功能的數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控應(yīng)用層解決了設(shè)備監(jiān)控信息的語法表示問題， 提供格式化的數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)， 并提供網(wǎng)絡(luò)層與上層應(yīng)用軟件之間的接口服務(wù)。監(jiān)控應(yīng)用層采用最基本的設(shè)備狀態(tài)為基本監(jiān)控項(xiàng)， 通過對(duì)高獨(dú)立性的基本監(jiān)控項(xiàng)的算法設(shè)計(jì)形成告警信息， 從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控項(xiàng)的高獨(dú)立性和設(shè)備監(jiān)控功能的自由組合， 使得對(duì)單個(gè)或多個(gè)參量的監(jiān)控功能操作時(shí)不再受相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備狀態(tài)信息制約，提高了監(jiān)控信息的傳輸效率。同時(shí)監(jiān)控應(yīng)用層保證了每種監(jiān)控功能目的單純、語義清晰， 設(shè)備每項(xiàng)監(jiān)控功能對(duì)應(yīng)特定的一個(gè)監(jiān)控代碼和數(shù)據(jù)類型。監(jiān)控應(yīng)用層也幫助系統(tǒng)預(yù)留了數(shù)據(jù)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(duì)象自由度比較

中國(guó)聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議的監(jiān)控對(duì)象不獨(dú)立，導(dǎo)致監(jiān)控項(xiàng)的內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)， 當(dāng)出現(xiàn)告警時(shí)，需從上報(bào)報(bào)文中提取并解析相關(guān)信息，獲得真正的告警信息，使得單個(gè)監(jiān)控項(xiàng)的操作變得復(fù)雜。當(dāng)增加新的監(jiān)控項(xiàng)時(shí)，需重新定義監(jiān)控內(nèi)容，使得系統(tǒng)監(jiān)控的靈活性無法保證，同時(shí)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(gè)告警狀態(tài)信息放在統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)塊中， 當(dāng)只想設(shè)置下行輸入功率告警上門限值時(shí)， 根據(jù)其通信協(xié)議的格式要求， 必須同時(shí)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(dāng)出現(xiàn)下行輸入過功率告警時(shí)， 也必須上報(bào)其他兩項(xiàng)信息， 并由監(jiān)控中心進(jìn)行告警判斷和甄別。

中國(guó)移動(dòng)監(jiān)控協(xié)議因?qū)⒏鱾€(gè)監(jiān)控對(duì)象作為一個(gè)個(gè)體而存在的，將每個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)封裝在各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊， 如果用戶只想設(shè)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(jī)制比較

中國(guó)聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議的告警處理機(jī)制是以實(shí)時(shí)告警的方式來上報(bào)告警和告警恢復(fù)的，這在告警的及時(shí)性上是比較好的機(jī)制，但在直放站實(shí)際工作環(huán)境中常出現(xiàn)惡劣環(huán)境，從而導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在短時(shí)間發(fā)生頻繁切，為此上報(bào)大量的重復(fù)告警和誤告警。

中國(guó)移動(dòng)監(jiān)控協(xié)議制訂了“9 次告警重發(fā)機(jī)制”（即告警3 min 確認(rèn)機(jī)制”：每2 s采樣1 次，3 min 共采樣90 次，當(dāng)采樣處于告警狀態(tài)的次數(shù)大于等于上門（ 如40%， 即36 次）時(shí)，設(shè)備就上報(bào)告警，當(dāng)采樣處于告警狀態(tài)的次數(shù)小于等于下門限（ 如10%， 即正常狀態(tài)的次數(shù)大于等于81 次） 時(shí)， 才可上報(bào)告警恢復(fù)正常的信息，而且當(dāng)直放站連續(xù)3次上報(bào)告警信息后末收到監(jiān)控中心的回應(yīng)包的，如果上傳失敗，直放站停止告警，在間隔一個(gè)規(guī)定的時(shí)間（3小時(shí)）后，繼續(xù)上報(bào)告警，如果再連續(xù)3次失敗，則在間隔一個(gè)規(guī)定的時(shí)間后繼續(xù)，共循環(huán)3次，即9次重發(fā)機(jī)制）、“告警使能機(jī)制”、“告警屏蔽機(jī)制”、“告警同步機(jī)制”等， 建立了完善、合理、可靠的告警處理機(jī)制，在防止監(jiān)控中心頻繁收到重復(fù)告警和誤告警方面起了明顯效果。

六、結(jié)束語

兩大主流監(jiān)控協(xié)議在各自的領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段，對(duì)當(dāng)前在網(wǎng)的直放站及分布系統(tǒng)的監(jiān)控及綜合監(jiān)控建設(shè)都起著重要的作用。雖然中國(guó)移動(dòng)監(jiān)控協(xié)議比中國(guó)聯(lián)通監(jiān)控協(xié)議在模塊化、結(jié)構(gòu)、可擴(kuò)展性等方面更有優(yōu)勢(shì)，但協(xié)議在站點(diǎn)編號(hào)、多級(jí)站點(diǎn)還可以改進(jìn)其擴(kuò)展性，以符合更多類型、更多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)備接入，如接入GSM、WCDMA、TD-SCDMA、cdma 1X、cdma 2000、TD-LTE、LTE FDD、WLAN、固網(wǎng)寬帶等系統(tǒng)的光纖分布系統(tǒng)設(shè)備[5]。直放站監(jiān)控協(xié)議的制訂是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、系統(tǒng)的工作，也是一項(xiàng)不斷完善的工作，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及逐步接入電信級(jí)監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)，兩大主流通信監(jiān)控協(xié)議合二為一或是另定義標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也可以是后續(xù)的研究方向。

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