GSM-R中跨SGSN更新时源SGSN域名解析数据的智能生成方案设计

韩 蕾

（中国铁路北京局集团公司北京铁路通信技术中心，北京 100038)

2016 年，中国铁路的GSM-R 网络核心网按规划完成建设。全路在18 个铁路局所在地、拉萨共设置19 个核心网节点。2018 年开始，各路局的核心网设备陆续开始更新改造。上海、广州、武汉、济南已经完成新设备入网，全路共设置23 个SGSN。为了实现正常的路由区更新，源SGSN 域名解析数据需涵盖所有跨SGSN 切换的场景，对象包括跨局线路以及新旧设备共存期间产生的跨SGSN 线路。G 网覆盖里程达6 万km 的网络规模下，新旧SGSN 割接过程中，对跨SGSN 切换进行梳理分析的工作量非常庞大。此外，该数据较具体，对业务人员的管理能力和专业水平要求较高。本文充分研究源SGSN 域名解析数据生成的业务流程，介绍一种智能化的设计生成方案，可以提高数据的生成质量和效率，优化GSM-R 网络数据编号方案的管理手段。

1 基本概念

1.1 GPRS中的SGSN介绍

通用分组无线业务子系统（GPRS）是GSM-R系统网络结构中的重要部分，承担着GSM-R 分组域的应用业务，包括车次号校核信息传送业务、调度命令/进路预告传送业务、动车列控设备动态监测系统（DMS）、列车运行状态信息系统（LAIS）、轨道车远程控制设备（GYK）、客运站车无线交互系统、双模列尾设备、机车信号远程监测系统、车载监测信息通用传输平台、车载无线通信设备运用维护管理系统（RMS）等。

业 务 支 持 节 点 (Serving GPRS Support Node，SGSN) 和GPRS 网 关 支 持 节 点(Gate GPRS Support Node，GGSN)，从逻辑上可以认为是GPRS 在GSM 网络结构中增添的两个新的网络节点。SGSN 是当前正在为MS 提供业务的节点(即Gb 接口由SGSN 支持)。主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。在激活GPRS 业务时，SGSN 负责与MS 建立移动性和安全保密性的有关信息。在PDP 信息被激活时，SGSN 负责与GGSN 建立路由的PDP 信息。SGSN有IP 路由功能，并能与IP 路由器相连。

1.2 RAI编码

在GPRS 通信网络中，将各个位置区的服务范围再划分为若干个路由区（Routing Area，RA），而每个路由区中又包含一些小区。在GSM-R 系统中，寻呼在位置区（Locating Area，LA）内进行，而由于数据业务的随机性，GPRS 系统中数据业务的寻呼量较大。因此，在GPRS 系统中将位置区进一步细化，分为最多256 个路由区。空闲模式下的MS 在SGSN 中保存路由区信息，当发生数据业务时，只在相应的路由区内进行寻呼，从而减小网络负荷。移动台在作数据呼叫时，跨路由区移动时将发生路由区的更新过程。系统寻呼时，寻呼过程是在路由区内发生寻呼的。

路 由 区 标 识（RAI） 的 组 成 方 式 为：RAI=LAI+RAC=MCC+MNC+LAC+RAC。

小区、路由区和位置区之间的大小关系是：一个路由区由一至多个小区组成，一个位置区由一至多个路由区组成。

1.3 跨SGSN路由区更新流程

GSM-R 中，跨SGSN 路由区更新的流程如图1所示。

1) CIR 到新的路由区后，接收到的新的RAI与旧的RAI 比对，发送路由区更新请求给当前的SGSN。路由区更新消息中，包含源路由区的RAI。

2) 当前SGSN 收到路由区更新消息后，获得源路由区的RAI，取其RAC 和LAC 值，再将当前网络的MNC 和MCC 值作为后缀，构造生成源SGSN 的域名。

3) 当前SGSN 将源SGSN 的域名数据发送至北京DNS。DNS 利用存储的源SGSN 的域名解析数据，解析出该域名所指的SGSN 及其IP 地址。

4) DNS 将 源SGSN 的IP 地 址 返 回 给 当 前SGSN。

5) 当前SGSN 向源SGSN 发送SGSN 上下文请求，源SGSN 将用户信息发送至当前SGSN。

6) 源SGSN 把缓存器中没有确认的数据发送给当前SGSN，当前SGSN 在MS 和HLR 之间执行安全性功能；更新GGSN，当前SGSN 创建一个新的GTP tunnel 到当前GGSN；更新HLR（new SGSN address，Tid，Qos，etc）；更新MSC/VLR（如果有Gs 接口）；源SGSN 删除MM 和PDP 上下文。

路由区更新完成。

1.4 源SGSN域名解析数据

源SGSN 域名是在跨SGSN 路由区更新时，由RAI 编码构造生成，供DNS 解析源SGSN 的IP 地址使用。通过该域名，SGSN 可通过DNS 服务器获取源SGSN 的IP 地址。SGSN 读取源路由区信息中的RAI 里面携带的RAC、LAC，添加本路由区信息中RAI 里面携带的MNC、MCC 作为后缀后，转换为以下形式的域名。

图1 跨SGSN路由区更新的流程图Fig.1 Flow diagram of cross SGSN route updating

racAAAA.lacBBBB.mncYYY.mccZZZ.gprs

其中：AAAA=RAC 值，BBBB=LAC 值，YYY= MNC 值，ZZZ=MCC 值。A 和B 是十六进制，Y 和Z 是十进制。如果AAAA、BBBB 不足4 位，则在左侧补0。如果YYY、ZZZ 不足3 位，则在左侧补0。

SGSN 将以上格式的域名发送至DNS，在DNS 中查找源SGSN 的IP 地址，获取源SGSN 存储的用户信息。DNS 中存储的源SGSN 域名解析数据为：

racAAAA.lacBBBB.mncYYY.mccZZZ.gprs，指向＊＊SGSN（IP 地址：＊＊.＊＊.＊＊.＊＊）

2 源SGSN域名解析数据的生成

2018 年至今，上海、武汉、广州局因SGSN 设备更换，引起的源SGSN 域名解析相关的数据条数达120 多条，SGSN 设备更替引起的数据工单占营业线数据工单的12.7%。以后其他路局的更新改造将陆续进行，将有更大量级的数据需要生成处理。因此，急需更智能化的数据生成手段。

利用聚类分析算法对数据进行分析，将跨SGSN 切换时，源SGSN 的域名解析数据分为两类：新建线路与新旧SGSN 设备割接两种类型。

2.1 新建线路SGSN域名解析数据的生成

新建线路的归属SGSN 为多个时，DNS 需要制作SGSN 域名解析数据。数据生成流程如下。

1）查询与该线有交叉引用关系的线路。

2）列出该线所有基站（包括引用其他线路的基站）及其归属BSC。

3）列出引用该线基站的线路的所有基站及其归属BSC。

4）查询这些BSC 的归属SGSN。有相邻关系的小区，分别归属于不同SGSN 时，将这几个小区筛选出来。利用其RAC/LAC，以及各自归属SGSN 的MNC／MCC，生成跨SGSN 切换时所需要的源SGSN 的域名解析数据。

2.2 新旧SGSN设备割接

如图2 所示，以gzBSC8 为例，介绍BSC 设备割接时，源SGSN 域名解析数据的生成。gzBSC8下的无线网数据，以前归属于gzSGSN，本次要割接至gzSGSN21。gzBSC8 是广州局第一个进行数据割接的BSC，因此，其他BSC 仍归属于gzSGSN。

图2 新旧SGSN更替时BSC设备割接示意图Fig.2 Schematic diagram of BSC equipment cut over in new and old SGSN replacement

归属gzBSC8 的基站，所在线路分别为：东海岛铁路、广肇城际、京广线、茂湛线、深湛铁路江茂段。其中东海岛线全线基站均归属于gzBSC8；广肇城际、京广线和深湛铁路江茂段属于局管内线路，基站部分归属于gzBSC8；茂湛线为跨局线，与南宁局跨局。

1）局管内线路中，基站数据全部割接的，不存在跨SGSN 现象，因此无需源SGSN 域名解析数据。

2）局管内线路中，基站数据部分割接的，割接后存在跨SGSN 现象，因此需要新增源SGSN 域名解析数据。找出跨SGSN 基站的LAC、RAC 数据，生成对应的源SGSN 域名解析数据。

3）对于跨局线茂湛线，查询当时批复的源SGSN 域名解析数据：指向对端局SGSN 的，将其MNC.MCC 由之前的改为割接后的；指向本局的SGSN，将所指向的SGSN 修改为割接后的SGSN。

2.3 智能生成方案设计

利用关联规则分析算法对数据进行分析，新建线路与新旧SGSN 设备割接两种类型，在生成源SGSN 域名解析数据时，都需要查找相邻小区的归属SGSN。如果归属于不同的SGSN，则需要在DNS 中配置源SGSN 的域名解析数据。依据此规律，设计了数据智能生成方案，如图3 所示。

图3 源SGSN域名解析数据智能生成界面图Fig.3 Interface diagram of intelligent generation scheme of resolution data of source SGSN domain name

3 结束语

在GSM-R 网络编号方案数据中，包含了大量的、种类繁多的网络数据与业务数据。每一类数据，在GSM-R 网络的运营中都发挥着重要的作用。组网方式、组网结构、网络设备类型、调度管辖、运营车站的调整，都将引起GSM-R 网络数据的变更。如何利用智能化手段有效生成这些数据，是GSM-R网络数据管理的关键和基础。国内铁路GSM-R 网络覆盖里程长，网络结构复杂。充分利用数据挖掘方法，对GSM-R 网络编号方案数据中源SGSN 域名解析数据进行分析，能够保障GPRS 承载的各种业务的正常运转。