基于SQL Server的GSM-R网络质量数据分析系统

■ 杨万军 孙鲁泉

1 概述

目前，每天大量的网络性能指标数据需要手工分析处理，急需一个自动分析网络性能指标系统，减少数据分析工作量，提供历史记录查询和报表打印等。西安铁路局网络性能指标分析包括GSM-R网络质量标准和应用业务质量标准2部分，其中GSM-R网络性能质量标准包括移动交换子系统网络性能指标（包括移动交换系统和日志分析子系统）、通用分组无线子系统网络性能指标、基站子系统网络性能指标和GSM-R系统中继链路性能指标。应用业务质量标准指列控应用质量标准。

GSM-R网络质量数据分析系统（以下简称数据分析系统）是用于检测无线服务器、分析通用分组无线服务业务（GPRS）服务器及交换服务器的工作情况和计算服务器的各个网络性能指标。根据指标的多变性，使用自定义公式设计满足指标的不确定性。

目前，北京核心网有移动业务交换中心（M SC）、业务控制点（SCP）的话务统计分析系统，青藏铁路也有自己的网络质量监测数据分析系统，全路其他GSM-R核心网均无统计分析软件，无法掌握网络的性能，使GSM-R网络优化暂时处于空白。

2 系统设计

2.1 需求分析

当前GSM-R网络性能指标分析主要是从服务器上获取所有的计数器文件并存放到PC机上，再手动导入现有的Exce l 模版中，计算当前指标结果。这种分析方法存在指标公式不确定性、经常改动指标公式、以前的指标值存在等问题，无法查询历史指标结果，不能直观看到是否合格。数据分析系统应具有以下功能。

（1）查询。可查询历史数据，具体到某一测试周期内的数据；可排序，筛选，多条件查询。

（2）显示。分析数据结果，显示计算数据；分析结果不符合标准的应特殊显示。

（3）报表。提供日报表、月报表及数据分析（曲线图等），提供导出到Excel功能。

（4）实时分析数据。分析的当天实时数据不存入实际数据库中，最终数据以当天完整数据为准。

（5）数据库存储。适应多用户同时对数据同步操作。

（6）结构。单系统实现单机版。

根据上述分析与要求，提出几点设计建议。

（1）获取服务器上存储文件，按照协议格式分析后存储。

（2）对文件数据进行整合，按照既有数学模型进行数据整合。

（3）制定质量监测判断依据，对数据进行诊断分析。（4）将数据诊断结果详细列出，并以报表格式输出。

（5）提供历史数据查询。

（6）方便安装，界面直观友好，易于操作。

数据分析系统采用SQL Server 2005 数据库及.net 开发环境设计开发，其数据库设计选用SQL Server数据库。SQL Server 2005 是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能 (BI) 工具，提供企业级数据管理。SQL Se rve r 2005 数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，可用于业务高可用和高性能数据应用程序的构建和管理。

选择SQL Se rve r数据库最重要的是SQL Se rve r与M icrosoft Visual Studio、M icroso ft O ffice System 及新的开发工具包（包括 Business Intelligence Developm ent Studio）的紧密集成。

2.2 数据分析系统框架

根据铁路局的当前状况，数据分析系统的总体设计采用星形网络拓扑结构（见图1），数据分析系统结构见图2。

2.3 总体业务流程

获取数据—存储数据—分析数据—检测是否符合标准—输出打印。

2.4 设计原则

（1）可靠性与准确性。由于检测数据分析系统是对网络性能指标的分析，所以性能要保证获取数据的准确性与可靠性。

（2）高效性和易用性。由于网络性能指标的不断细节化和具体化，需要分析更多的性能指标，数据流量也会逐渐增长。因此，程序和数据库的设计必须保证在大量数据压力下的执行性能和数据库的反应能力。检测数据分析系统采用统一设计风格，界面简捷，信息提示及时明确，用户可清晰看到各项指标的当前状态。

（3）可扩展性。必须具有高度的可扩展性，为日后新功能模块的加入留有接口。

2.5 异常处理机制

为用户提供友好方便的信息界面，简化操作，对每个处理流程进行严格的验证，最大程度地减少异常情况出现的几率。数据分析系统内部制定统一的错误消息处理机制，用于捕获异常信息，并修复出现的故障，向用户提供清楚、有意义的提示信息。一旦失败，数据分析系统将发出用于帮助用户发现并修复错误的信息。利用开发工具提供的异常处理机制，以一种可靠的方式处理运行过程中出现的问题和异常现象。

2.6 运行环境

（1）W indow sxp 以上的平台及下列组建；

（2）.netfreamw ork 2.0；

（3）SQLServer2005；

（4）Excel 2007；

（5）水晶报表10.0。

3 数据分析系统功能设计与实现

3.1 主要功能模块

数据分析系统包括的主要功能模块见图3。

3.1.1 文件分析模块

（1）为用户提供导入文件接口，其中包括交换、无线及GPRS的数据文件，以及临时文件的分析。当用户选择指标数据文件后，文件分析模块负责解析数据文件，并将相应的数值写入数据库表中。无线部分解压缩后的文件以日期作为后缀名，例如aOFS_ADJ.20101011。GPRS部分数据包括GGSN和SGSN，SGSN又分为7k和15k两部分。每个压缩文件都是一个.xa结尾的数据文件。交换部分的数据文件格式为txt格式。

（2）交换、无线部分包括临时文件。在导入临时文件前，判断临时数据库中有无数据文件对应时间的数据，若存在改时间段数据，则删除数据库中存放的所有临时数据信息，以便新的数据写入数据库。

（3）如果在导入文件过程中，网络出现故障或因其他原因导致异常，将停止本次文件导入分析过程，提示错误原因，并将本次写入数据库的数据删除，以保障最终结果的准确性。错误信息被写入log日志文件，便于分析错误和修改。

3.1.2 指标分析模块

当文件导入完，并成功写入数据库，自动调用指标分析模块，并计算各指标的性能标准。根据导入的文件，分析当前文件涉及的指标。导入数据文件后，指标分析模块自动跳出。临时数据的分析结果只在指标分析模块中显示，关闭后只能重新导入指标文件。

指标的分析计算按照公式执行，公式可自定义编辑，使分析具有更大的灵活性。

3.1.3 查询数据信息模块

根据条件查询符合条件的结果。在查询结果中，不符合标准的指标默认用红色显示，一目了然。判断结果的指标标准及其显示颜色，用户可定义和修改，并存储在数据库，每次查询计算时调用数据库内容，并显示结果。查询数据信息模块包括GPRS、无限、交换模块，查询条件不同显示略有差别。

3.1.4 统计模块

在统计部分或所有的数据中，统计出的数据以报表格式显示，提供导出、打印等功能。报表采用visua l s tud io中的crystal report。

曲线显示包括在统计模块中，主要是对不同时间段的数据曲线进行绘制，用户可清晰看到数据变化趋向。

3.1.5 导出模块

通过导出模块，用户可将查询和统计结果导出到Exce l 文件。导出模块只能在查询页面中使用，用户点击查询后点击导出模块，导出Exce l文件名称后点击保存即可，查询的数据成功导入Excel 文件。

3.1.6 错误日志模块

错误日志模块主要记录运行过程，对出现的所有错误进行记录，方便日后查找，及时修正漏洞。出现错误后，在指定位置出现错误日志报告。报告中记录错误产生原因、产生错误的大概位置和错误的详细信息，以便排错，进行修改。

3.1.7 数据操作日志模块

数据操作日志模块可对数据库增加、删除、修改的数据进行明确记录，有利于日志数据完整性的分析（数据操作日志模块与错误日志模块大致相同）。

3.2 自定义公式

根据指标的不确定性及计算指标公式的多变性，自定义公式具备公式自定义编辑功能。自定义公式可解决公式的多变性及指标的不确定性，公式自定义编辑功能可根据表名、聚合函数、字段名称确定指标公式，其转化后生成SQL语句执行查询，并生成结果。

自定义公式编辑功能的公式规范：

表名：操作函数（字段名称）（＋、－、*、/）表明：操作函数（字段名称）

如果一个指标由多个字段组成，规范是用中文括号括起所有指标：

（A 1＋1B）A1=表1：操作函数（字段1）B1=表2：操作函数（字段2）

优先级的括号使用中文括号，操作过程中先选择表名，然后选择表所对应的计数器名称。

操作函数中的求和是对计数器的值求和；最大是取出计数器中最大的值；最小是取出计数器中最小的值；平均是对计数器的值进行平均；计数是查询计数器有多少条记录；在标志位的指标中是否有子公式指只有一个指标设计多张表，并且在优先级状态下使用，例如（A1+B1）/（A1+B2）需要给（A1+B1）及（A1+B2）分别建立指标F1（名称自己定义）、M 1，其公式为F1/M 1。

4 结束语

数据分析系统减少数据分析工作量，提供历史记录查询、报表打印等多项功能，很好地解决了指标的多变性，采用自定义公式设计满足指标的不确定性。数据分析系统采用统一设计风格、界面简捷、信息提示及时明确，用户清晰明确各项指标当前状态，并具有高度的可扩展性，为日后新功能模块加入留有接口。