摘 要： 介紹了分體式" title="分體式">分體式監測儀表的設計。該儀表采用獨立的嵌入式終端實現信令" title="信令">信令采集功能，其他應用功能則由通用的計算機平臺實現，二者通過IP進行實時的連接。該儀表從根本上改變了信令監測儀表的設計概念和物理形態，克服了一體式儀表的諸多弊端，為信令監測儀表帶來了更廣闊的應用空間。
關鍵詞： 分體式 信令采集 儀表
隨著電信網絡的迅速發展，信令網" title="信令網">信令網已經具有了相當大的規模。信令網是電信三大支撐網之一，是電話網、智能網、移動網以及各種新業務的神經網。信令網用于傳遞電信網的各種控制命令，其重要性已經越來越被人們所認識。信令網的暢通與否直接關系到整個電信網的運行和服務質量[1]。
在信令設備的研發、測試以及信令網的運行、維護中，監測儀表是必不可少的工具。本文詳細闡述并設計了一種分體式信令監測儀表，該設計方案不僅實現了傳統一體式儀表的所有功能，解決了一體式儀表的現存問題，而且還可以提供標準化接口用于二次開發，實現用戶可定制的增值服務，具有廣闊的市場應用前景。
1 分體式儀表設計
近幾年隨著微電子和計算機技術的進步，監測儀表也經歷了大踏步的發展，尤其是嵌入式技術和IP技術的迅速發展，更讓儀表在運用廣度和深度上得以延伸。這就使得設計分體式儀表成為可能。
1.1 一體式儀表
傳統的信令監測儀表是工控機內插信令板卡構成的一體式設備，其中，信令板卡實現信令采集功能，消息的處理、存儲、顯示等應用功能則由工控機完成。這樣的儀表在使用中存在以下主要問題：
(1)性價比低：一體式信令監測儀表以工控機作為信令功能的載體，使得儀表的價格很高。用一個工控機設備同等的價格往往可以購買多臺高性能通用計算機，相比之下性價比就很低。
(2)操作不便：一體式信令監測儀表設計的操作屏幕一般很小，操作按鍵布局很密。另外，如果進行多點監測，那么每個監測點的儀表都需要專人操作。
(3)資源利用率低：一體式信令監測儀表因為只應用于信令網環境，使用的時間很有限，在大多數用不到儀表的時間，儀表只有被閑置，這就造成了資源的極大浪費。
(4)功能單一：一體式信令監測儀表只是起信令監測分析作用的，并不能在信令網的環境下進行業務擴展。
因此，設計分體式儀表既順應了技術發展的潮流，又能夠更好地滿足用戶需求。
1.2 分體式設計模型
分體式信令監測儀表可以分為兩個部件：前端的信息采集" title="信息采集">信息采集部件和后端應用服務器及相應的系統軟件。
前端設計為一個輕便小巧的黑盒子，它提供標準E1接口進行信令消息采集，還設置了網口與后端服務器通信，以及調試用的串口。另外，它還設有運行狀態指示燈和復位按鍵等。其作用是提供一個控制信令采集和數據傳輸的平臺。
后端設計為一個通用計算機，它可以是臺式機，也可以是便攜機等多種架構的計算機。如果只需要信令監測儀表功能，則安裝相應的分析處理軟件；如需要在這個平臺上進行功能擴展，則可以利用軟件提供的接口進行二次開發，從而達到用戶特殊的使用要求。
最終的分體式儀表產品就是一個“黑盒子”和一張光盤。這樣的產品既可以固定使用在專用的信令網監測環境中，又可以靈活方便地應用于單點測試環境中，從而徹底改變人們對儀表概念和形象的認識。
2 分體式信令監測儀表實現方案
2.1 前端設計
2.1.1 前端硬件設計
前端設計為19英寸的標準CPCI結構工業設備，可以根據需要定制單框(1×U型)或多框(n×U型)。功能單板由E1輸入輸出板、七號信令處理板、GPS&HUB單板、電源板組成。七號信令處理板先插入機框，E1輸入輸出板、GPS&HUB單板后插入機框。
E1輸入輸出板通過高阻隔離頭從數字配線架DFF上采集信令消息。
主處理單板是信息采集部件的核心單板，它的功能設計如圖1所示，主要包含如下幾部分：
(1) E1接收處理部分：接收E1接口單板提供的放大的采集信號(2M的HDB3信令信號)，通過四片PM4354將采集到的信號進行時鐘數據恢復、數字抖動衰減、幀定位等處理，最后輸出為8M的高密度多廠家集成協議H-MVIP信號。
(2) CPU處理器部分：采用MPC860為核心處理器，另外配有64MB的SDRAM、16.5MB的Flash、100M網口、RS-232串口等。該部分完成對整個采集部件的設置、控制和對采集到的七號信令信息的預處理等工作。
(3) FPGA控制部分：它與CPU部分協作完成對整個單板的控制，具體實現的功能有控制繼電器閉合環回自測、復位信號處理、片選信號處理、時標選擇、數字交換網關等[2]。
GPS、HUB單板為每一個信息采集部件提供GPS時間，時間精度可達1ms，為不同監測點的信息統一管理提供了標準時間、滿足了誤差要求。而且該單板具有HUB功能，這樣為系統平滑增加監測鏈路" title="鏈路">鏈路容量提供了保證。
電源板設計是為各個功能板提供電源支持。
2.1.2 前端軟件設計
信息采集部件采用嵌入式的硬件和軟件設計方法。操作系統和信息采集軟件固化在Flash上，硬件上電啟動后，首先運行初始化引導程序，完成板級的初始化工作，然后將操作系統裝入內存并執行，操作系統最后將應用程序裝入內存并啟動[3]。一般地，應用程序會進行循環掃描工作，將鏈路掃描采集到的信令消息過濾后，通過網口通信隊列掃描發送給服務器端。另外，也可以控制運行調試程序等進行測試功能。
在嵌入式硬件設計的基礎上，前端軟件按功能可分為四個模塊：通信處理模塊、采集與預處理模塊、硬件驅動模塊、配置管理模塊，如圖2所示。
通信處理模塊負責信息采集部件和操作服務器之間的通信相關處理。在網絡初始化時建立套接字連接進行TCP/IP通信。在運行過程中，通過掃描網絡通信隊列判斷進行隊列消息的發送。另外，還需要對異常進行處理，如關閉套接字之類。
采集與預處理模塊負責對采集到的信令消息根據信令協議以及參數配置進行初步處理，而支持的協議可以由程序靈活設計，如過濾TUP、ISUP這些電話消息，或者收集LSSU消息來判斷鏈路故障。另外，如果服務器下達對某一鏈路的負荷統計，還需要進行負荷的實時統計，初步處理后把消息送入網絡通信隊列。
硬件驅動模塊負責對底層硬件的一些控制(初始化以及讀/寫操作設置)。如對MPC860、PM4354、FPGA的初始化，860對接收HDLC時隙的讀寫操作控制，4354的狀態寄存器掃描等。對這個模塊的設置，包括設置860的工作模式、FPGA對交換時隙的選擇、GPS時鐘同步的設置等。
配置管理模塊負責根據接收到的服務器端命令設置鏈路采集方式、數據處理方式、告警管理、時間管理以及安全控制等。另外，該模塊還含有對信息采集部件內部一些硬件的自檢功能，維護人員可方便地進行維護操作。
2.2 后端設計
后端軟件實現消息的實時處理，包括話務統計、信令統計、呼叫跟蹤、協議分析、告警處理，還可以對數據庫中原始消息進行查詢分析，以及對前端信息采集部件進行配置管理等功能，如圖3所示。通過對存儲于數據庫中的原始消息集的統計分析，可以查找出超短、超頻話單等異常故障情況，以及接通率、呼損率等話務統計功能，還可以對惡意呼叫進行實時跟蹤，對鏈路中的各種異常狀態進行告警處理，這些都較好地解決了運營商急需解決的問題。
3 擴展應用設計
該分體式儀表還提供了標準化接口，利用該接口可以輕松地進行二次開發，設計增值業務服務平臺，進行應用領域的擴展，如圖4、圖5所示。
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(1) 智能業務擴展。幫助運營商提供越來越多的智能業務服務，如手機的小區廣播短信服務、短消息監測、手機跨服務區提醒，以及根據手機跨區流量分析無線用戶交通拓撲等功能。
(2) 信令網管系統。可以設置多個前端設備在信令網各個節點進行信令采集，然后通過網絡把數據匯總到中央服務器進行統一管理，從而實現對整個信令網環境的監測與網絡管理。
(3) 網間計費。目前跨網流量計算是運營商迫切需要解決的問題，該分體式設計儀表可以較方便地對網間消息流量進行準確計數，提供較客觀的流量數據。
分體式設計把信令監測儀表分成了兩部分。前端的信息采集部件只負責信令的采集與過濾，然后傳送給后端服務器進行后處理及顯示、存儲。前端設計成一個靈活、輕便、可擴展的標準設備，后端則只需要一臺通用計算機和一個配置軟件即可。
另外，只需要簡單地修改E1輸入輸出板，再設置相應的主程序，該設計儀表即可方便地對高次群速率的信令鏈路進行監測，如2次群(8MBps)，甚至可以擴展光纖接口。這些做法雖然增加了軟件設計的開銷，但是相對于分體式設計中得到的好處——降低了成本、簡化了操作、擴展了用途，所付出的代價還是值得的。
參考文獻
1 楊晉儒，吳立貞.七號信令系統技術手冊. 北京：人民郵電出版社，2001
2 褚振勇，翁木云.FPGA設計及應用. 西安：西安電子科技大學出版社，2002
3 孔翔營，柏桂枝.嵌入式實時操作系統vxWorks及其開發環境Tornado.北京：中國電力出版社，2002