韓永濤，程喬

(1 中國聯(lián)通福建分公司網(wǎng)優(yōu)中心, 廈門 361006；2 中國聯(lián)通廣西分公司網(wǎng)優(yōu)中心，南寧 530028）

1 引言

隨著電力系統(tǒng)改革的全面展開和不斷深入，電力逐步走向市場(chǎng)化，改進(jìn)傳統(tǒng)的電費(fèi)結(jié)算手段，是提高電力部門的生產(chǎn)經(jīng)營管理水平和管理效率，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營，建立區(qū)域乃至全國統(tǒng)一的電力大市場(chǎng)而采取的重要舉措。通過移動(dòng)運(yùn)營商的GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，電力部門可將工業(yè)和民用電表采集的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到地、市、省級(jí)的集中監(jiān)控中心，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力監(jiān)測(cè)設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和分布式管理，開創(chuàng)數(shù)字化工作模式。

某市聯(lián)通2G網(wǎng)絡(luò)在用的電力抄表終端1300多戶，據(jù)供電局反饋部分電力抄表終端的在線率不高，影響了電力數(shù)據(jù)的傳輸，但是全網(wǎng)的電力終端分散在城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且終端安裝在電力機(jī)房，常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試排查手段存在處理效率低、問題定位難的弊端。為此，本文介紹了基于信令特征分析的電力抄表系統(tǒng)優(yōu)化方案，是以實(shí)時(shí)采集Gb、Gn信令為基礎(chǔ)搭建數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)，融合多接口端到端關(guān)聯(lián)分析手段，可以實(shí)現(xiàn)快速定位終端、用戶、無線、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)服務(wù)器等的異常問題，保障電力抄表終端的在線率，提升客戶感知。

2 電力抄表系統(tǒng)的應(yīng)用原理

2.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

聯(lián)通GPRS電力抄表終端可以看作一臺(tái)GPRS接入終端，采集終端接入到2G的GPRS網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)提供到電力公司網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的接入，即GPRS核心網(wǎng)網(wǎng)元GGSN提供到電力公司企業(yè)網(wǎng)的接入(可以通過專線或隧道)，GPRS網(wǎng)絡(luò)為電力公司服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)分配APN。

數(shù)據(jù)采集終端發(fā)起PDP激活時(shí)，提供對(duì)應(yīng)電力網(wǎng)絡(luò)的APN，指明接入到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器所在的電力公司網(wǎng)絡(luò)，GGSN在收到采集終端的激活請(qǐng)求，認(rèn)證成功后為采集終端分配一個(gè)IP地址。此IP地址由企業(yè)用戶規(guī)劃，配置在GPRS APN管理平臺(tái)上。采集終端PDP激活成功后，能夠成功接入電力公司網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，進(jìn)行必要的通信。圖1為電力抄表系統(tǒng)部署方案。

遠(yuǎn)程無線電力數(shù)據(jù)采集是通過APN專網(wǎng)接入方式，以GRE隧道加密方式基于GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電能量相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用。電力通過安放在與變壓器相連的電能量采集終端，不需要爬桿就可以輕松實(shí)現(xiàn)電能量采集。

2.2 電力抄表應(yīng)用工作方式

GPRS電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)由位于電網(wǎng)公司的配電中心和電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)組成，利用聯(lián)通現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)，電表數(shù)據(jù)通過聯(lián)通的GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

在使用GPRS網(wǎng)絡(luò)的情況下，要求終端通過定時(shí)發(fā)“心跳分組”將終端保持在連續(xù)在線的工作模式，便于系統(tǒng)主站了解各終端的工作狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)上線率，目前為了提高終端在線監(jiān)測(cè)而將電力數(shù)據(jù)采集終端的心跳周期設(shè)置為2 min。采集終端定時(shí)每15 min采集并上報(bào)一次電力數(shù)據(jù)，每次的數(shù)據(jù)1～2 kbyte，每天主動(dòng)采集96個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

電力數(shù)據(jù)采集終端要求通信網(wǎng)絡(luò)支持“每次傳輸數(shù)據(jù)量較少、傳輸次數(shù)頻繁”的工作方式，監(jiān)控系統(tǒng)還可以根據(jù)數(shù)據(jù)分組的交互來實(shí)現(xiàn)對(duì)電力環(huán)境以及表具的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)表具的遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程控制。

總的來說，要求終端可以隨時(shí)向主站上報(bào)數(shù)據(jù)，電力的主站服務(wù)器也可以隨時(shí)找到終端，并向終端下發(fā)采集任務(wù)。

圖1 電力抄表系統(tǒng)部署方案

2.3 電力抄表終端的信令特征剖析

電力抄表行業(yè)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的信令及業(yè)務(wù)交互涉及到多個(gè)網(wǎng)元之間的接口，本次基于Gn口和Gb口信令進(jìn)行行業(yè)應(yīng)用的分析。無線抄表無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸信令特征如圖2所示。

圖2 抄表終端的數(shù)據(jù)交互信令流程與無線鏈路釋放信令流程

從圖2的Gb口的信令可以看出，電力無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，終端與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互所使用的協(xié)議為TCP協(xié)議。數(shù)據(jù)采集終端（插有聯(lián)通SIM卡的集中器）與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互前首先通過附著鑒權(quán)、PDP激活過程與聯(lián)通GPRS網(wǎng)絡(luò)連接；其次進(jìn)行TCP三步握手連接來與電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器（如IP:172.32.2.30）建立連接； 然后以Ack、Push和Ack分組進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；最后當(dāng)數(shù)據(jù)交互完成應(yīng)用結(jié)束時(shí)，以Ack、Fin分組的形式斷開連接來結(jié)束本次應(yīng)用。

電力抄表終端的心跳是用來維持終端與服務(wù)器之間連接，方便系統(tǒng)監(jiān)控終端的在線情況，為了提高抄表終端的在線監(jiān)測(cè)，某市的電力抄表終端心跳間隔設(shè)置為2 min，其Gb口的信令流程可見抄表終端的心跳交互過程，心跳間隔為2 min，心跳分組Ack大小為92 byte，Ach、Push大小為121 byte，一次心跳的產(chǎn)生的IP分組大小合計(jì)約為426 byte，上下行交互分組數(shù)為3個(gè)或4個(gè)。

圖3 電力抄表系統(tǒng)E2E優(yōu)化方案

3 基于信令特征分析的電力抄表系統(tǒng)優(yōu)化方法

3.1 電力抄表終端在線率分析思路

由于電力抄表終端數(shù)量多、分布廣，常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試排查手段存在處理效率低、問題定位難的弊端，因此，引入基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)的E2E解決方案，以信令特征手段定位終端的異常問題，是提高問題處理效率，實(shí)現(xiàn)批量用戶監(jiān)控及優(yōu)化的最佳手段。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)是基于Gb、Gn信令采集與處理，可提供網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計(jì)分析、用戶實(shí)時(shí)信令跟蹤、用戶歷史記錄查詢、異常問題定位等，因此，基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)的E2E分析方法，能更有效地監(jiān)控及排查電力抄表端的在線情況。電力抄表系統(tǒng)E2E優(yōu)化方案如圖3所示。

電力抄表系統(tǒng)E2E的分析流程如下：

STEP 1：確認(rèn)電力終端在線率是否正常。從日常平臺(tái)監(jiān)測(cè)、歷史記錄查詢分析得到電力抄表終端的在線性能。

STEP 2：異常終端的Gb指標(biāo)分析。建立Gb口的電力抄表終端性能指標(biāo)體系，從接入性能、保持性能和完整性能全面評(píng)估指標(biāo)優(yōu)劣，排查異常問題。

STEP 3：異常終端占用的小區(qū)無線性能分析?；贕b口關(guān)聯(lián)出電力抄表終端占用的小區(qū)，排查小區(qū)無線的無線性能。

STEP 4：總結(jié)問題根源，提出優(yōu)化方案。以終端、無線、Gb、Gn的端到端分析定位思路總結(jié)異常電力抄表終端的問題根源，提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。

STEP 5：優(yōu)化方案實(shí)施及驗(yàn)證。對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行實(shí)施后，再次使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)對(duì)電力終端的在線性能進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證。

3.2 電力抄表終端在線性能評(píng)估方法

根據(jù)客戶反映，某市電力抄表系統(tǒng)存在的最主要問題是終端不在線問題。電力抄表終端的數(shù)據(jù)集中器現(xiàn)設(shè)置為2 min發(fā)一次心跳數(shù)據(jù)分組，即數(shù)據(jù)集中器每隔2 min便會(huì)通過聯(lián)通無線網(wǎng)絡(luò)，與服務(wù)器進(jìn)行一次數(shù)據(jù)分組交互，如果服務(wù)器接收到該心跳數(shù)據(jù)分組，那么服務(wù)器便會(huì)認(rèn)為該號(hào)碼實(shí)時(shí)在線；否則該號(hào)碼被認(rèn)為是不在線。常見的終端不在線分為如下兩類：

第一類：一直都不在線號(hào)碼：此類號(hào)碼在電力抄表監(jiān)控平臺(tái)上表現(xiàn)為一直都不在線，這種情況既不能進(jìn)行電力數(shù)據(jù)采集也不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

第二類：時(shí)而不在線號(hào)碼：此類號(hào)碼在電力抄表監(jiān)控平臺(tái)上表現(xiàn)為部分時(shí)間顯示為實(shí)時(shí)在線，部分時(shí)間顯示為不在線，即在電力抄表后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)上，此類號(hào)碼時(shí)而在線時(shí)而不在線，這種情況用戶不能實(shí)時(shí)有效地對(duì)終端進(jìn)行監(jiān)控。

根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)對(duì)電力抄表終端的Gn口心跳分析，建立終端的Gn口的交互流量和交互分組數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則可反映抄表終端的在線率情況，如下：

1小時(shí)心跳分組流量=單次心跳產(chǎn)生的流量×1小時(shí)心跳次數(shù)=426×(60/2)=12 780 (byte)

1小時(shí)心跳分組數(shù)量=單次心跳交互的分組個(gè)數(shù)×1小時(shí)心跳次數(shù)=4×(60/2)=120 (個(gè))

可見，單用戶1小時(shí)心跳分組流量為12 780 byte，1小時(shí)心跳分組數(shù)量為120個(gè)，以在線率80%以上定義正常電力終端的心跳分組流量最低門限為10 000 byte，心跳分組個(gè)數(shù)為100個(gè)，即心跳分組流量低于10 000 byte或心跳分組個(gè)數(shù)小于100個(gè)的終端判斷為在線率異常。

4 電力抄表系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)踐及效果

4.1 電力抄表終端的在線性能分析

通過主動(dòng)統(tǒng)計(jì)電力抄表終端每小時(shí)的上下行流量和分組個(gè)數(shù)是否符合最低門限，就能快速定位終端的在線性能，建立兩個(gè)評(píng)估電力抄表終端在線率的評(píng)估指標(biāo)：心跳流量缺口和心跳分組個(gè)數(shù)缺口，計(jì)算如下：

* 心跳流量缺口= 終端每小時(shí)實(shí)際的流量—心跳流量最低門限（10 000 byte）

* 心跳分組個(gè)數(shù)缺口= 終端每小時(shí)實(shí)際的個(gè)數(shù)—心跳分組個(gè)數(shù)最低門限（100個(gè)）

統(tǒng)計(jì)某市全網(wǎng)電力統(tǒng)端的平均每小時(shí)的心跳流量缺口和心跳分組個(gè)數(shù)缺口，共有232個(gè)終端存在缺口，即232個(gè)終端的心跳交互存在異常而導(dǎo)致在線率偏低。

通過與供電局進(jìn)行核實(shí)，發(fā)現(xiàn)232終端在供電局不在線終端列表中匹配度達(dá)到了97.23%，說明利用心跳分組主動(dòng)發(fā)現(xiàn)異常電力抄表終端的方式可行。

4.2 基于信令特征定位異常終端的問題根源

針對(duì)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)的異常終端，通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)針對(duì)關(guān)鍵信令點(diǎn)進(jìn)行流定制，可以實(shí)現(xiàn)批量找出異常終端的產(chǎn)生原因所在。

4.2.1 基于Syn無響應(yīng)信令定位服務(wù)器IP配置錯(cuò)誤

Syn連接是電力抄表終端與服務(wù)器建立通信的關(guān)鍵流程，在電力抄表終端的設(shè)置界面需手動(dòng)配置服務(wù)器（主站）的IP地址。從信令流程分析，Syn消息的dest_IP就是服務(wù)器的IP，若電力抄表終端的服務(wù)器IP輸入錯(cuò)誤，那么終端就無法與服務(wù)器建立TCP連接，將導(dǎo)致電力抄表終端長期不線。

基于Gb信令分提取Syn消息的dest_IP進(jìn)行分析，對(duì)于Syn無響應(yīng)的電力抄表終端，均是由于終端側(cè)配置的服務(wù)器IP錯(cuò)誤造成，如圖4所示，共發(fā)現(xiàn)某市15個(gè)電力抄表終端服務(wù)器IP配置錯(cuò)誤，提交供電局重配置IP地址，目標(biāo)服務(wù)器IP地址重配置后，該15個(gè)終端Syn無響應(yīng)問題均得到解決，終端均能正常保持在線。

4.2.2 基于Flow-control信令定位小區(qū)資源不足

圖4 電力抄表終端IP配置修正前后的連接性能

通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)對(duì)異常終端用戶信令分析，發(fā)現(xiàn)存在電力抄表終端在Gb口存在大量的流控消息，F(xiàn)low-control（流量控制）主要用戶控制SGSN和BSS之間的QoS，一般流控主要是由于小區(qū)資源緊張導(dǎo)致，如用戶13100470741是由于所在小區(qū)陽光都市無線資源緊張?jiān)斐傻艟€，影響終端在線率低，屬無線側(cè)原因。共發(fā)現(xiàn)12個(gè)終端所在小區(qū)無線側(cè)資源利用率高問題導(dǎo)致此部分電力抄表終端在線率低，針對(duì)小區(qū)實(shí)際情況通過增加Abis空閑時(shí)隙，合理配置PDCH信道，調(diào)整上行復(fù)用動(dòng)態(tài)信道轉(zhuǎn)換門限等參數(shù)，使得在不影響現(xiàn)網(wǎng)語音業(yè)務(wù)的情況下，降低上下行PDCH復(fù)用度，合理分配PDCH資源。

如圖5所示，小區(qū)調(diào)整前后總體的PDCH復(fù)用度下降明顯，利用率高問題得到解決，流控現(xiàn)象得到有效緩解，12個(gè)終端的在線率得到明顯提升。

圖5 小區(qū)資源優(yōu)化調(diào)整后的指標(biāo)變化

4.2.3 基于GPRS Services not Allowed定位欠費(fèi)用戶

由于終端有定時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的需求，為了與網(wǎng)絡(luò)建立連接，它將會(huì)不停的發(fā)起網(wǎng)絡(luò)Attach請(qǐng)求，如果用戶欠費(fèi)將不能使用GPRS業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)欠費(fèi)用戶會(huì)回應(yīng)Attach拒絕，拒絕原因?yàn)镚PRS Services not Allowed，該失敗原因指示用戶欠費(fèi)或停機(jī)。根據(jù)Attach拒絕原因?yàn)镚PRS Services not Allowed的信令，即可發(fā)掘出由于欠費(fèi)導(dǎo)致不在線的電力抄表終端。

信令跟蹤分析發(fā)現(xiàn)有5個(gè)電力抄表終端全天頻繁地發(fā)起大量的Attach請(qǐng)求，均被SGSN以GPRS Services not Allowed拒絕，該失敗原因指示用戶欠費(fèi)或停機(jī)，經(jīng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)排查，確認(rèn)該5個(gè)用戶的狀態(tài)為欠費(fèi)停機(jī)狀態(tài)。將此5個(gè)欠費(fèi)終端提交供電局繳費(fèi)后，終端能夠連接上GPRS網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行電力數(shù)據(jù)傳輸，保持在線。

4.2.4 基于Insufficient Resources定位GGSN地址不足

通過分析異常終端信令發(fā)現(xiàn)，共計(jì)有23個(gè)終端發(fā)生PDP激活GGSN側(cè)失敗，失敗的原因?yàn)椤癐nsufficient Resources”，該原因說明是無足夠可用的資源。核查發(fā)現(xiàn)，為GGSN的IP地址池資源不足，用戶無法分配到IP地址，導(dǎo)致PDP激活失敗。

針對(duì)GGSN IP地址池不足影響電力抄表終端在線率的問題，某市集客部申請(qǐng)為每張電力抄表終端號(hào)碼IP地址綁定，有效解決了此部分終端無法獲取IP而掉線的問題。

4.2.5 基于User Aauthentication Failed定位終端異常

通過信令分析發(fā)現(xiàn)，共有6個(gè)電力抄表終端存在User Aauthentication Failed（鑒權(quán)失?。?dǎo)致用戶PDP激活失敗，全天頻繁的PDP激活均無法成功。針對(duì)用戶在PDP激活過程發(fā)生User Aauthentication Failed（鑒權(quán)失?。┑膯栴}，核查了用戶數(shù)據(jù)正常，無線網(wǎng)絡(luò)正常，因此判斷為終端側(cè)異常引起。對(duì)該6個(gè)終端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，通過拔插SIM卡并斷電重啟后，跟蹤其Gb信令可看到，終端PDP激活成功，數(shù)據(jù)交互正常，保持在線狀態(tài)。

4.3 電力抄表系統(tǒng)優(yōu)化效果

基于信令特征分析提升電力抄表系統(tǒng)在線率，實(shí)現(xiàn)批量排查在線率低的電力終端，對(duì)終端異常、欠費(fèi)、服務(wù)器IP配置錯(cuò)誤、用戶IP沖突和無線原因等問題進(jìn)行優(yōu)化解決，整體工作成果總結(jié)如表1所示。

本次基于信令特征分析的電力抄表行業(yè)應(yīng)用優(yōu)化取得了良好成果，共解決61個(gè)不在線終端問題，某市全網(wǎng)電力抄表終端的在線率得到明顯提升，總體在線成功率由86.54%提升到91.25%，明顯優(yōu)于友商的85.65%，為某市供電局解決了長期困擾的終端不在線問題，大大提升了客戶的感知度。

表1 基于信令特征分析的異常終端定位方法

5 結(jié)束語

基于信令特征分析評(píng)估電力抄表終端的在線性能，是以Gb、Gn接口實(shí)時(shí)信令搭建的的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過流定制主動(dòng)發(fā)掘以“心跳分組”缺陷發(fā)現(xiàn)異常終端，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電力抄表終端7×24 h的監(jiān)測(cè)，以信令流程的特征分析實(shí)現(xiàn)批量化定位異常問題，有效解決了傳統(tǒng)手段的問題復(fù)現(xiàn)難、原因定位難，為保障電力抄表行業(yè)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提供有力效的手段，實(shí)現(xiàn)了用戶感知的提升。