基于TAP技术的信令采集系统的设计与实现

王 琴

（无锡机电高等职业技术学校，江苏无锡214028）

基于TAP技术的信令采集系统的设计与实现

王 琴

（无锡机电高等职业技术学校，江苏无锡214028）

通过分析信令采集网络的整体架构与相关信令协议，比较高阻跨接和端口镜像两种信令采集方式的技术特点，提出基于TAP技术的软交换信令采集方案，设计该信令采集系统的整体架构，研究软交换信令采集系统的实际组网方案和系统功能。

软交换；信令采集；TAP；端口镜像；高阻跨接

近年来移动通信行业得到了迅猛的发展，截止2016年5月，中国3大运营商移动用户数已经超过13亿，其中4G用户超过5亿。一方面用户数量、话务量的迅猛增加，给通信网络带来了日益增长的压力，网络服务质量的提升成为市场竞争取胜的保障。另外一方面部分通信网骚扰电话、诈骗电话的出现，给运营商的信誉带来不良影响。如何有效地管理通信网络，及时发现网络运行中的各种问题，成为摆在网络管理者面前的难题，因而作为电信网支撑网的信令网建设显得越来越重要。随着通信业务的不断发展，通信网络承载的业务类型从原有的语音、短信等单一业务，发展为移动上网、彩信、智能网等多种业务，并且由于移动数据业务种类的不断兴起，基于数据业务的微信、即时通信、VOIP业务在根本上改变了通信网络的面貌，新的通信协议，新的业务操作模式不断出现，原有的七号信令网变得越来越弱；随着通信网络的传输介质从传统的2M电路、SDH 155M光口向FE、GE的IP电路过渡，迫切需要建立基于IP方式的信令网监测手段，并且能够实现集中管理、实时监测。

1 信令采集网络整体架构

整个信令采集网络分为3个层：采集层、共享层、应用层。如图1所示。

1.1 信令采集层

采集层主要由两部分组成：采集接入设备、信令采集网关。七号信令采集接入设备的主要任务是：采集通信网中各类接口的原始信令消息。对应的接口类型有Mc口、A口、LSTP、HSTP、HLR、关口局等，物理链路类型包括2M数字电路、SDH 155M光口、ATM链路、5类线等。

信令采集网关负责将从现网中采集的原始信令数据进行数据格式转换，然后按照统一格式完成封装，最后传输到汇聚设备。出于对数据传输安全性的考虑，采集网关还需要具备一定的数据存储功能，以便进行数据传输有效性的校验及相应的数据传输告警，必要时还可以进行数据重传。

图1 信令采集网络整体架构图

1.2 信令共享层

信令共享平台是信令采集系统中的第二层,包括信令协议处理模块和接入管理模块。信令共享层的主要功能是：接收从前端汇聚设备发送来的全量信令数据，再进行协议的解析、关联事件的合成，并存储全量信令数据、业务信令数据以及CDR/TDR信令数据。此外，共享平台还需要通过统一的接口向应用层提供指标统计、CDR/TDR数据、以及对应的原始信令数据。

1.3 信令应用层

信令应用平台是信令采集系统的第三层。它从信令共享层获取经过协议解析、关联事件合成的CDR、TDR等原始信令数据，根据实际工作中的不同需要，生成相应的统计表格，完成应用分析后提交给网络维护及优化人员。维护人员根据信令分析数据就可以完成网络实时监控、网络性能评估、呼叫过程回溯、网优专题分析等。

2 常用信令接口分析

2.1 Mc口

软交换技术引入以后，原有核心网的中央控制器MSC交换机被分割成两个独立的部分，负责信令处理的MSC Server及负责物理媒介处理的MGW(媒体网关)，新增的Mc接口就是用来连接MSC Server与 MGW之间的接口，该接口可以基于IP或ATM承载，主要采用H.248协议。通过Mc接口，MSC Server可以对MGW的承载连接行为进行控制和监视。

2.2 Gn接口

随着3G数据业务的兴起，分组核心网新增了两个网络节点。其中一个是负责与多种不同的数据网络相连的GGSN(网关GPRS支持节点)，另一个是负责分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理的SGSN(服务GPRS支持节点)。而Gn接口就是这两者之间的信令接口。Gn接口采用的是TCP/IP协议，支持用户数据和有关信令的传输、以及移动性管理（MM）。Gn接口还提供数据和信令接口，通过Gn接口可以采集所有PS域的信令消息。

2.3 S1接口

S1接口是4G时代新增的接口，它是LTE eNodeB（基站）与EPC（分组核心网）之间的通讯接口。LTE系统网络架构更加扁平化，只包含无线接入网和核心网两个部分，S1接口是这两者之间非常重要的接口。S1接口可以分为：与MME设备相连的S1-MME，以及与PGW设备相连的S1-UP。S1-MME主要用于传送信令面数据，即会话管理（SM）和移动性管理（MM）的信息；而S1-UP则负责在PGW与eNodeB设备间建立隧道，以传送用户面数据。

3 通信网主流信令采集方式

当前通信网的信令采集主要采用高阻跨接采集和镜像口采集两种方式。

3.1 高阻跨接采集方式

在高阻跨接采集方式中，所有具有信令链路的物理电路均需要安装信令采集设备。对于2M数字电缆，一般采用高阻跨接方式，通过在2M电路上安装高阻隔离器提取信令信号，并在采集电路的后向增加DXC收敛设备，以便将同一机房的信令链路汇总到若干个2M电路上，进行信号放大后传至信令前端采集机。对于155M SDH电路，由于无法安装高阻跨接设备，则需要中断通信，串联安装分光器，通过提取部分光信号来完成信令采集。

高阻跨接方式的弊端很明显：一方面工程量巨大，每条信令电路均需要安装采集设备，后期网络改造也需要同步增加信令采集设备；另外一方面由于串联需要中断通信，分光器会损失一部分光信号，这对于通信业务的正常开展具有一定的影响，而且分光设备也增加了故障点，带来一定的安全隐患。

3.2 端口镜像采集方式

核心网信令IP化后，信令采集方式也随之改变,软交换局（MSS）与媒体网关（MGW）的信令接口Mc口可以完全替代原有的7号信令。Mc口信令基于TCP/IP协议，只需要通过在汇聚交换机上采集相应的IP端口数据就可以获取Mc口信令消息。由于交换机采用交换技术，交换机的每个端口独享所有的带宽，因此交换机各端口上的设备只能收到本MAC地址的数据包，如果需要获得多个端口的数据必须采用数据镜像的方式。其具体做法是：每台交换机定义一个镜像口，将同一台交换机上的其他信令端口数据原封不动地复制一份到镜像口，通过采集镜像口的数据实现所有信令端口的数据采集。与之前的串联方式相比，这种信令采集的优点非常明显，一方面不需要中断通信，对实际的通信业务没有影响，另外一方面后期信令端口的增加只需要调整镜像口的数据配置，无需变更硬件跳线。但是随着信令消息的迅猛增加，镜像口的采集也显现出它的弱点：首先镜像口数据复制会增加交换机的CPU和内存的利用率，从而降低交换机的实际处理性能；另外一方面镜像端口一般为100M端口，复制的信令数据过多会出现一定程度的数据丢失，影响采集效果；最后由于信令数据非常重要，需要使用的部门比较多，如果有第二、第三个部门需要同样采集信令数据，由于受限于镜像口的数量，则无法满足信息采集的要求。

4 基于TAP技术的信令采集系统架构

4.1 基于TAP技术的信令采集方案

为了解决信令采集端口数量不够，交换机利用率过高的问题，新的信令采集方式应运而生——分路器（TAP）方式。分路器的出现给信令监测分析提供了一种全新的视野，很快得到了广泛的采用，成为当前最成熟的一种获取网络数据的方法。使用TAP设备时，需要将其预先串联到被监测的链路中，TAP设备会将监测数据复制到一个或多个端口上供不同的部门进行分析，而且即使断电也不会影响现有网络的运行。交换机与TAP之间即插即用，不需要进行复制数据的配置。TAP设备还能够提供多种多样的网络连接方式，以适应不同的网络应用需求。

4.2 TAP组网方式

1）在线TAP：即将TAP设备安装在两台网络交换设备之间的网线上，用于即时分析网络流量。此方案优点是简单易行，不占用任何网络资源，但缺点是在同一时间只能监测单向（上行或下行）的数据流量，并且需要暂时中断网络连接。

2）汇聚TAP：安装方法与在线TAP基本相同，但是汇聚TAP可以将多条链路的全双工数据合并到单一数据流中进行分析，解决了在线TAP只能分析单向数据的缺点。

3）过滤汇聚TAP：过滤汇聚式TAP可以说是智能化TAP设备，通过基于硬件的过滤只转发实际需要的数据，从根本上解决了多条数据链路汇聚导致的数据超载的可能性。通过自定义过滤条件，获取数据。

5 基于TAP技术的现网前端组网方案

5.1 信令采集前端方案

图2 信令采集组网结构图

如图2所示，根据移动通信网元的物理位置，一共设置三个远端站和一个中心站（前台采集系统），在三个远端站点均部署TAP设备和相应的采集设备，分别设在G1机房、G2机房和G3机房，完成移动网软交换设备的接入和采集。最重要的中心站则主要部署服务器和数据存储设备，一方面处理三个远端站点送上来的实时信令数据，另外一方面完成采集数据的合成及数据存储。中心站与三个远端站点之间的数据通信通过传输的IPRAN实现高速传输，传送速率可以达到100Mbps至1000Mbps。

三个远端站点的数据采集则采用镜像口与TAP设备相结合的采集方式。对于数据流量相对较小的语音Mc接口的信令消息，采用端口镜像技术将若干个Mc口信令消息整合到一个1000M端口，再送到TAP设备上；对于信令消息庞大且增长迅速的Gn接口、S1接口等分组域信令消息，直接连接到TAP设备，从而确保交换机性能不过载及信令数据不丢失。维护终端与中心站之间的数据交互则通过局域网方式完成数据访问。

为保证信令采集系统的安全可靠，中心服务站点采用双平面的冗余备份机制，而服务器、数据存储设备则采用RAID的M+N的冗余备份机制。

5.2 信令采集前端的主要功能

1）完成“Mc、Gn、IUPS”接口数据的信令解码，以及信令消息时间戳的整合；

2）完成语音、分组域信令消息的MTP层、ISUP协议、TUP协议、MAP协议、H248协议的消息关联；

3）根据维护人员关心的信息，如电话号码、IMSI号码、位置信息、切换、通话、掉话等，生成相应的呼叫记录；

4）提供基于用户号码、IMSI、位置信息的实时查询及业务回放分析。

6 结论与展望

信令采集监测系统为运营商快速定位故障、迅速分析网络质量，提供网络优化数据，准确分析海量用户行为等发挥了重要作用，在业界受到越来越广泛的关注。本文在比较分析高阻跨接和端口镜像信令采集方式技术特点的基础上，将TAP技术引入信令采集系统，对基于TAP技术的软交换信令采集系统的总体功能、网络架构及软交换信令采集方式进行了全面的分析与研究。随着软交换网络信令采集监测系统的建设及不断完善，相信以信令监测为手段的面向业务及应用的支撑系统会在未来有着更广阔的发展空间。

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Design and implementation of signaling capture system based on TAP technology

WANGQin
（Wuxi Machineryand Electron Higher Professional and Technical School,Wuxi,Jiangsu,China 214028）

This article analyzes the framework of signaling capture system and corresponding signaling protocol,compares two solutions to capture signaling:high resistance jumper and port mirroring.It introduces solution to capture softswitch signaling based on TAP technology,design the framework of signaling capture system and research the solution and function of softswtich signaling capture system.

softswitch;signalingcapture;TAP;port mirroring;high resistance jumper

10.3969/j.issn.2095-7661.2016.04.008】

TN929.5；TP274

A

2095-7661（2016）04-0026-03

2016-08-15

王琴(1975-)，女，江苏无锡人，无锡机电高等职业技术学校讲师，工程硕士，研究方向：电子与通信。