七號信令集中監測系統數據管理系統
林蓓，李春梅，李秉智 重慶郵電學(xué)院
2003/12/29
摘 要：七號信令網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分，其運行質(zhì)量直接影響到電信網(wǎng)及其各種業(yè)務(wù)的運行穩定性和實(shí)際效益。為了保證七號信令網(wǎng)的正常高效運行，七號信令集中監測系統已成為七信號進(jìn)行集中監測和管理的重要工具，文章在分析七號信令集中監測系統框架的基礎上，提出了在系統中建立多個(gè)數據庫和數據倉庫相結合的方案進(jìn)行數據管理，然后對數據管理系統的組成結構、邏輯結構、數據存儲與應用做了進(jìn)一步的研究。
關(guān)鍵詞：七號信令；數據倉庫；關(guān)系型數據庫
引言
七號信令網(wǎng)是電信網(wǎng)的三大支撐網(wǎng)之一，是電信網(wǎng)的重要組成部分，是發(fā)展綜合業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)以及其他各種新業(yè)務(wù)的必備條件。到目前為止，我國已經(jīng)組成了由高級信令轉接點(diǎn)（HSTP）、低級信令轉接點(diǎn)（LSTP）和大量的信令點(diǎn)（SP）組成的三級七號信令網(wǎng)，使得七號信令網(wǎng)真正成為名副其實(shí)的電信網(wǎng)的神經(jīng)網(wǎng)和支撐網(wǎng)。為了保證七號信令網(wǎng)的正常高效運行，七號信令集中監測系統作為對七號信令進(jìn)行集中監測和管理的重要工具應運而生。七號信令集中監測系統通過(guò)直接采集七號信令的原始數據進(jìn)行分析處理，提供對七號信令網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測，以及各種用戶(hù)信令的各種微觀(guān)分析［1］。目前，七號信令集中監測系統的功能模塊已覆蓋了固定電話(huà)網(wǎng)和GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的所有信令監測項，并正在向GPRS和CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的集中監測進(jìn)行功能擴展。
在七號信令網(wǎng)的監測中會(huì )不間斷地產(chǎn)生大量的業(yè)務(wù)數據，為了完成對這些數據的有效管理，建立數據庫則必不可少。對于單個(gè)信令點(diǎn)監測可采用關(guān)系型數據庫，因這已是很成熟的技術(shù)，故對孤立的單個(gè)信令點(diǎn)或信令轉接點(diǎn)的監測易實(shí)現，但對于涉及全網(wǎng)的監測和復雜查詢(xún)，就需要使用數據倉庫技術(shù)對來(lái)自各單個(gè)監測點(diǎn)的結果進(jìn)行綜合，并由它來(lái)對涉及多個(gè)點(diǎn)的信令業(yè)務(wù)進(jìn)行監測顯示。如何應用數據庫與數據倉庫技術(shù)結合來(lái)解決多級信令網(wǎng)監測中的數據管理問(wèn)題將是討論的重點(diǎn)，在提出自己的實(shí)施方案后，將圍繞它在數據管理系統的組成結構、邏輯結構、數據存儲與應用上分別論述。
1 集中監測系統總體結構
系統總體設計采用自頂向下的綜合設計方式，在系統實(shí)現上采用自頂向下及自底向上相結合的開(kāi)發(fā)方式，總體采用層次模塊化結構。 七號信令集中監測系統通過(guò)采集原始信令信息，實(shí)現從單個(gè)局站到省市級信令網(wǎng)的集中監測。為了完成系統的實(shí)時(shí)監測和告警顯示功能，監測系統劃分為信令采集子系統、節點(diǎn)機及其掛接的查詢(xún)終端子系統、中心站及其掛接查詢(xún)終端子系統（見(jiàn)圖1）。各子系統間的通信連接視其遠近可采用局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，在廣域網(wǎng)中通信兩端使用網(wǎng)絡(luò )通信中間件，以保證各種業(yè)務(wù)應用在不同系統平臺之間穩定可靠，完整地傳送、交換數據信息。
采集子系統主要由多個(gè)信令監測子架構成，完成數據采集與數據預處理的功能，并將預處理的數據送往節點(diǎn)機服務(wù)器中。
節點(diǎn)機及其掛接的查詢(xún)終端子系統中，節點(diǎn)機服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)與多個(gè)信令監測子架相連接，對采集的信息進(jìn)行分析處理后，生成記錄，交由數據庫管理，同時(shí)監控與中心站服務(wù)器間的數據傳送，而該節點(diǎn)機所掛接的查詢(xún)終端作為數據顯示的前端部件，完成較小信令網(wǎng)范圍內的各項系統功能。
中心站服務(wù)器通過(guò)廣域網(wǎng)從各個(gè)節點(diǎn)機接受數據，進(jìn)行綜合分析和匯總處理，在數據倉庫中保存全網(wǎng)的業(yè)務(wù)記錄，并將記錄提供給其掛接的查詢(xún)終端，生成圖形顯示，另外中心站還提供與其它管理系統進(jìn)行信息互通的功能。
2 集中監測系統中的數據庫設計
2．1 數據庫與數據倉庫組成的數據管理系統
七號信令集中監測系統的數據處理采用分層結構。若信令監測子架中完成的數據預處理為第一層；節點(diǎn)機服務(wù)器上的數據庫就為第二層；中心站服務(wù)器上的數據倉庫為第三層。除了第一層外，其它兩層都用于完成數據管理。在每個(gè)節點(diǎn)機中完成數據的初步分析，生成各種關(guān)系的記錄，并保證一定數量的客戶(hù)端的實(shí)時(shí)查詢(xún)要求，有必要在其上建立一個(gè)獨立的關(guān)系型數據庫。而中心站主要對各節點(diǎn)機數據庫中的記錄進(jìn)行抽取，合成全局模式下的記錄，并滿(mǎn)足客戶(hù)端的聯(lián)機分析處理要求，這可以通過(guò)在中心站中建立數據倉庫來(lái)實(shí)現。
在節點(diǎn)機中要選擇合適的數據庫產(chǎn)品，目前的關(guān)系型數據庫產(chǎn)品主要有大中小3種類(lèi)型。大型關(guān)系數據庫有oracle和DB2，中型關(guān)系數據庫有Microsoft的SQLServer，小型的有Access和VisualFoxpro，大型關(guān)系數據庫在安全性、穩定性及多用戶(hù)并行處理性能方面比中小型數據庫有明顯的優(yōu)勢。節點(diǎn)機需要對信令點(diǎn)進(jìn)行不間斷的監測，這要求系統有較高的穩定性；并且數據更新與多客戶(hù)端顯示查詢(xún)會(huì )交織產(chǎn)生，因而需要數據庫管理系統有很強的并行處理能力。此外，大型關(guān)系數據庫產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工具包中還提供了C／C＋＋、Java、sql等應用編程的跨平臺通用接口，這無(wú)疑增強了系統實(shí)現上的多樣性與可移植性［2］。中心站連接多個(gè)節點(diǎn)機組成星型結構，可將多個(gè)節點(diǎn)機中收集來(lái)的呼叫信息加以識別與合成，來(lái)產(chǎn)生全網(wǎng)監測的呼叫業(yè)務(wù)消息。并且，這些全網(wǎng)監測信息在產(chǎn)生后就不再更改（除了超過(guò)五年的數據要清空外），同時(shí)所連接客戶(hù)端提出的是聯(lián)機分析處理（OLAP）請求。這就要求將多個(gè)節點(diǎn)機中的消息按統一格式存儲于中心站上，所以將各節點(diǎn)機作為數據源，在中心站上建立數據倉庫是完成本系統監測任務(wù)的要求。
由多個(gè)大型關(guān)系數據庫與數據倉庫構成的星形結構數據管理系統有以下優(yōu)點(diǎn)。
（1）層次化的管理結構，節點(diǎn)機上大型關(guān)系數據庫為第一層，完成對本節點(diǎn)所監測的原始信令信息與分析所得的關(guān)系元組的管理；中心站數據倉庫為第二層，完成對各節點(diǎn)機的消息的集中式管理；
（2）較強的事務(wù)處理能力，用節點(diǎn)機對客戶(hù)端的單點(diǎn)查詢(xún)與更新要求作出有效回應，用中心站數據倉庫滿(mǎn)足客戶(hù)端對全網(wǎng)聯(lián)機分析處理（可被視為長(cháng)事務(wù)）的要求。
2．2 數據存儲的邏輯結構
2．2．1 節點(diǎn)機數據庫上的關(guān)系集合與組織
節點(diǎn)機直接監測信令點(diǎn)，故節點(diǎn)機上數據庫中的關(guān)系集合最復雜，按各種關(guān)系的用途與內容可將其分為以下3類(lèi)。
（1）首先數據庫中需記錄所監測的信令點(diǎn)、信令鏈路、信令采集子架和節點(diǎn)機本身的信息，這類(lèi)型關(guān)系元組的正確生成是信令消息成分的提取和客戶(hù)端的查詢(xún)的先決條件。
（2）七號信令系統本身是由具有類(lèi)似OSI層次化模型的多層協(xié)議所構成。以GSM系統為例，從實(shí)現應用層功能的MAP，CAP，INAP協(xié)議，到實(shí)現表示層、會(huì )話(huà)層功能的TCAP協(xié)議，一直到實(shí)現傳輸層功能的SCCP協(xié)議和實(shí)現網(wǎng)絡(luò )層、數據鏈路層、物理層功能的MTP協(xié)議，每種協(xié)議都有其固定的數據包格式，而上層產(chǎn)生的數據包又被下層的數據包所封裝。實(shí)際采集到的一條完整的信令消息嵌套式地包含了多種協(xié)議的數據包包頭和終端的用戶(hù)信息，所以分析一條完整的信令消息可以得到對應不同協(xié)議的各個(gè)關(guān)系的元組。這類(lèi)的關(guān)系集合實(shí)用于協(xié)議初步分析的結果保存。 （3）第三類(lèi)關(guān)系集合用于對信令消息的進(jìn)一步分析和記錄保存，并且可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是將多條信令消息按一次呼叫過(guò)程或其它某種信令過(guò)程相結合所分析得出關(guān)系元組，這類(lèi)關(guān)系元組有些是描述了TUP，ISUP的詳細呼叫記錄，有些則記錄了應用層協(xié)議（如MAP、CAP、A接口）的詳細事務(wù)，通常這類(lèi)關(guān)系集合也是中心站數據倉庫需要的邏輯模式；另一類(lèi)關(guān)系集合是在單條信令消息分析時(shí)，將數據鏈路和各協(xié)議層所出現的錯誤信息提出，生成多種告警關(guān)系。該類(lèi)關(guān)系對實(shí)時(shí)系統監測是十分重要的。
2．2．2 中心站數據倉庫上的存儲結構
客戶(hù)端在對中心站的事務(wù)請求中關(guān)心的是較長(cháng)時(shí)間段內信令點(diǎn)間的信令消息交互的情況，而不是某時(shí)刻單條信令消息的分析結果。故數據倉庫中的數據就可以保持較高的密度級，而由各個(gè)數據庫存放信令消息分析的細節。具體而言，中心站將多個(gè)節點(diǎn)機中的分析結果抽取合成為詳細呼叫記錄，并以此為事實(shí)表，將信令點(diǎn)記錄、信令業(yè)務(wù)設置、數據入庫時(shí)間為維表來(lái)構成適合聯(lián)機分析處理的多維數據存儲結構［3］。 2．3 數據的更新策略
數據在各節點(diǎn)機的更新主要有2種情況，一是用戶(hù)在對數據庫查詢(xún)后，對基本設置類(lèi)表項的更改，這里須考慮給用戶(hù)所用帳號賦予更新某些對象的權限，并注意多個(gè)用戶(hù)并行地對相同表項提出更新要求時(shí)，選用適當的數據庫并發(fā)控制機制，以滿(mǎn)足應用的實(shí)時(shí)性與并行性要求［4］。另一種更新是持續的大量的信令消息分析后的表項更新，在這種情況下一個(gè)表在一小時(shí)內會(huì )多加入幾十萬(wàn)條全新的記錄，并且為了保證數據庫只保留3個(gè)月的數據，還需對當前系統時(shí)間的前3個(gè)月的數據進(jìn)行清除。這些更新要求在一天的0點(diǎn)至8點(diǎn)很少外，在其他16 h內都會(huì )保持較多數據量的更新操作。此時(shí)采用單條數據刪除與插入會(huì )造成較大的系統時(shí)延，一種改進(jìn)的辦法就是利用此類(lèi)表都采用了入庫時(shí)間作為主鍵，將表內的表項按入庫時(shí)間每小時(shí)分一個(gè)區來(lái)存儲，在系統運行時(shí)直接把前3個(gè)月某小時(shí)的數據區整個(gè)清除掉，再在新系統的當前時(shí)間分區內插入新的表項。如果再配合上節點(diǎn)機服務(wù)器的CPU與冗余磁盤(pán)陣列，可以使此類(lèi)的數據更新有較高的并行性［5，6］。
中心站的數據倉庫中數據的更新是在特定時(shí)段內完成的，而在較長(cháng)時(shí)段內的數據倉庫主要在處理客戶(hù)端的復雜查詢(xún)。這就決定了數據倉庫中的數據雖也具有一定的實(shí)時(shí)性，但比節點(diǎn)機數據庫中在信令網(wǎng)運行時(shí)同步產(chǎn)生的數據就有一定滯后，不過(guò)這種滯后尚在系統應用許可的范圍內。因此我們就選擇在每日的0點(diǎn)至8點(diǎn)（即節點(diǎn)機數據庫中很少有新數據入庫的時(shí)候）對各節點(diǎn)機數據庫中的數據進(jìn)行抽取合成，將產(chǎn)生的綜合數據放于數據倉庫中，到時(shí)也會(huì )將超過(guò)5年的過(guò)時(shí)數據清理掉。
2．4 數據倉庫的應用實(shí)現
系統在用于信令網(wǎng)監測的實(shí)施時(shí)，對信令網(wǎng)管理用戶(hù)提出的聯(lián)機分析處理任務(wù)可由客戶(hù)端、中心站共同來(lái)完成。這其中數據倉庫的建立，本系統采用了并行關(guān)系數據庫來(lái)作為數據倉庫引擎，完成數據管理；用中心站應用層軟件完成數據抽取；用中心站所掛接的客戶(hù)端來(lái)實(shí)現數據表現［3］。數據倉庫的應用實(shí)現如下。
（1）應用層軟件利用中心站與節點(diǎn)機的通信通道連接各個(gè)數據庫和數據倉庫后，在特定時(shí)段內將各數據庫中的記錄查詢(xún)結果集中于中心站，然后根據源、目的信令點(diǎn)與信令時(shí)序分離于各節點(diǎn)機的分析結果排序、整合，待完成生產(chǎn)記錄的完整性、一致性檢驗后，交由數據倉庫引擎入庫。
（2）數據倉庫引擎根據更新表空間在磁盤(pán)陣列上的位置，由散列算法算出新紀錄的可放入的空閑空間地址，然后跳過(guò)操作系統由磁盤(pán)控制器直接在多個(gè)磁盤(pán)上并行寫(xiě)入新記錄，另一方面，當數據倉庫引擎接受到查詢(xún)請求，會(huì )根據合理的查詢(xún)計劃，利用磁盤(pán)陣列并行地讀出符合要求的記錄，數據倉庫引擎由此完成數據管理的基本任務(wù)。
（3）客戶(hù)端選用適合信令網(wǎng)管理的數理統計方法，將數據倉庫中查詢(xún)的結果進(jìn)行統計，并算出指點(diǎn)網(wǎng)段的性能監測參數，再以表格或直方圖的形式表示出來(lái)，以此完成數據倉庫的數據表現。
3 數據管理系統特性
通過(guò)對七號信令監測系統的組成成分的分析，選擇了在節點(diǎn)機和中心站上建立數據庫和數據倉庫，由此構成了適合系統要求的數據管理系統。對于所設計的數據管理系統，具有以下特性。
（1）系統商業(yè)化程度較高。無(wú)論是節點(diǎn)機上的大型關(guān)系數據庫還是中心站上的并行關(guān)系數據庫都是完善的數據庫產(chǎn)品，它們的管理系統由緊密結合在一起的各功能模塊組成，包括編譯器、執行引擎、并發(fā)控制、日志管理、緩沖和磁盤(pán)管理器等；除了能夠快速執行用戶(hù)的數據定義和數據管理請求外，還能順利地完成日志管理、數據庫備份和恢復等工作。
（2）較強的查詢(xún)能力。為了系統的高可用性，可以同時(shí)運行數據庫服務(wù)器的多個(gè)實(shí)例對一個(gè)數據庫進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。并可將用戶(hù)的查詢(xún)細分為全網(wǎng)綜合查詢(xún)與單信令點(diǎn)查詢(xún)，并在中心站和節點(diǎn)機上分別完成。
（3）數據庫的完善安全機制。數據庫系統能夠嚴格控制數據與存儲資源的分配使用，并對用戶(hù)進(jìn)行權限管理，對數據庫系統內部活動(dòng)進(jìn)行審計。
（4）較好的應用擴展性。由于設計了以中心站數據倉庫為中心，結合多個(gè)節點(diǎn)機的關(guān)系型數據庫的數據管理體系，在系統監測對象由GSM變?yōu)镚PRS或者是CDMA時(shí)，只在節點(diǎn)機和中心站更新協(xié)議分析模塊即可完成監測系統的平滑升級。
參考文獻
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中國通信網(wǎng)(www.c114.net)—重慶郵電學(xué)院學(xué)報
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