胡建平，胡 晶，張愛華，王 鵬

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司 廣州510081；2.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 引言

隨著3G用戶數(shù)的大規(guī)模發(fā)展和智能終端的大量普及，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)上網(wǎng)流量呈爆發(fā)式增長，上網(wǎng)流量收入的占比激增，流量計(jì)費(fèi)爭議問題凸顯。為配合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量經(jīng)營的戰(zhàn)略，從提高用戶感知的角度出發(fā)，根據(jù)中國電信CDMA移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)，通過理論分析結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，闡述了CDMA移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量計(jì)費(fèi)的基本原理及主流安卓手機(jī)流量統(tǒng)計(jì)軟件與AAA計(jì)費(fèi)話單之間的差異。

2 計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性測(cè)試及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)室組網(wǎng)

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為完成計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性的研究及測(cè)試，搭建實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試組網(wǎng)拓?fù)洌鐖D1所示。無線設(shè)備為華為BSC/PCF，華為8505交換機(jī)為RP側(cè)網(wǎng)絡(luò)的匯聚交換機(jī)，采用思科的PDSN，經(jīng)核心交換機(jī)Cisco7613與FTP/WAP服務(wù)器相連?！?字母，表示此處為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。PDSN到Internet的連接采用4 Mbit/s ADSL撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)，通過雙網(wǎng)卡主機(jī)代理出公網(wǎng)。

2.2 測(cè)試思路

根據(jù)分組域數(shù)據(jù)訪問協(xié)議模型可知，分組數(shù)據(jù)從Internet經(jīng)PI、RP到達(dá)終端的過程中，分組數(shù)據(jù)的封裝是不同的。對(duì)于經(jīng)過的分組數(shù)據(jù)報(bào)文，PDSN是如何計(jì)費(fèi)的，不同應(yīng)用場(chǎng)景下的開銷情況如何？下面通過不同的場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

此次測(cè)試用到的抓取分組和統(tǒng)計(jì)分析工具有Wireshark+Winpcap3.1、OmniPeak。

·Wireshark+Winpcap3.1：可以抓取PPP的數(shù)據(jù)分組。

·OmniPeak：可以抓取物理接口的數(shù)據(jù)分組并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)分組的統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 實(shí)驗(yàn)室組網(wǎng)拓?fù)?/p>

·FileZilla FTP服務(wù)器和客戶端軟件：用于實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的FTP下載服務(wù)。

2.3 測(cè)試場(chǎng)景1：正常網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下PC+上網(wǎng)卡FTP測(cè)試

測(cè)試場(chǎng)景如下：AT2經(jīng)PDSN，從FTP服務(wù)器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的文件下載。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)為A、E和F。

·數(shù)據(jù)采集點(diǎn)A：對(duì)PPP撥號(hào)連接抓取數(shù)據(jù)分組，對(duì)IP層及以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

·數(shù)據(jù)采集點(diǎn)E：對(duì)FTP服務(wù)器的物理網(wǎng)卡抓取數(shù)據(jù)分組，對(duì)IP層及以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

·數(shù)據(jù)采集點(diǎn)F：對(duì)AAA服務(wù)器產(chǎn)生的話單，統(tǒng)計(jì)話單中的上下行流量。

2.3.1 測(cè)試過程描述

AT2通過PPP撥號(hào)，從PDSN分配的地址為172.21.32.X，F(xiàn)TP服務(wù)器地址為172.21.2.11。AT2到FTP服務(wù)器路由可達(dá)。AT2用FTP客戶端（filezila client）登錄FTP服務(wù)器。

AT2用FTP客戶端從服務(wù)器端下載不同大小的文件，下載文件的大小分為15 KB、200 KB、2 MB、10 MB、50 MB、100 MB。在客戶端和服務(wù)器端用Wireshark抓取數(shù)據(jù)分組，并用OmniPeak對(duì)所抓分組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后和PDSN上的話單文件進(jìn)行比對(duì)、分析。

2.3.2 測(cè)試結(jié)果

以客戶端登錄服務(wù)器的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為例，說明整個(gè)測(cè)試過程的流程和統(tǒng)計(jì)方法，其他大小下載文件（如15 KB、200 KB、2 MB、10 MB、50 MB、100 MB）的測(cè)試過程和統(tǒng)計(jì)方法與此相同。

·用PC在采集點(diǎn)A和E抓取數(shù)據(jù)分組；

·用OmniPeak對(duì)A、E點(diǎn)抓取的分組文件進(jìn)行數(shù)據(jù)分組解析，對(duì)IP報(bào)頭及以上數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)上述方法，其他FTP下載文件的詳細(xì)測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 FTP測(cè)試結(jié)果

陰影部分表示：A點(diǎn)，用戶發(fā)出的IP分組的字節(jié)總數(shù)；F點(diǎn)，PDSN統(tǒng)計(jì)的用戶上行流量。從表1看，A點(diǎn)和F點(diǎn)的流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果完全相同。

斜線部分表示：E點(diǎn)，IP側(cè)發(fā)出的IP分組的字節(jié)總數(shù)；F點(diǎn)，PDSN統(tǒng)計(jì)的PDSN發(fā)給用戶的IP分組的總字節(jié)數(shù)，等同于PDSN從IP網(wǎng)絡(luò)收到的總字節(jié)數(shù)。從表1來看，E點(diǎn)和F點(diǎn)的流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果完全相同。

2.4 測(cè)試場(chǎng)景2：ICMP測(cè)試

參照ICMP報(bào)文結(jié)構(gòu)，IP報(bào)文最大長度1 500 byte，除去IP報(bào)頭20 byte和ICMP報(bào)頭8 byte，ICMP可攜帶靜荷為1 500－20－8=1 472 byte。設(shè)計(jì)測(cè)試場(chǎng)景如下：經(jīng)過PDSN，AT2對(duì)FTP服務(wù)器進(jìn)行帶ping分組測(cè)試。測(cè)試命令為：ping 172.21.2.11-l 1472-n x，x為AT2發(fā)送分組數(shù)，一次ping測(cè)試包括ping request和ping reply上行和下行分組各一個(gè)，通過控制x的大小完成對(duì)不同大小的數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臏y(cè)試，x選取5、20、100、200、500、1 000、2 000、4 000。

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)為A、E和F。

·數(shù)據(jù)采集點(diǎn)A：對(duì)PPP撥號(hào)連接抓取數(shù)據(jù)分組，對(duì)IP層及以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

·數(shù)據(jù)采集點(diǎn)E：對(duì)FTP服務(wù)器的物理網(wǎng)卡抓取數(shù)據(jù)分組，對(duì)IP層及以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

·數(shù)據(jù)采集點(diǎn)F：對(duì)AAA服務(wù)器產(chǎn)生的話單，統(tǒng)計(jì)話單中的上下行流量。

2.4.1 測(cè)試過程描述

AT2通過PPP撥號(hào)，從PDSN分配的地址為172.21.32.X，F(xiàn)TP服務(wù)器地址為172.21.2.11。AT2到FTP服務(wù)器路由可達(dá)。AT2用ping 172.21.2.11-l 1472-n x對(duì)FTP服務(wù)器進(jìn)行ping操作。

每次ping操作發(fā)出的分組大小是1 500 byte，request和reply分組各一個(gè)，只需要在A和E點(diǎn)統(tǒng)計(jì)發(fā)出和收到的ping分組個(gè)數(shù)即可統(tǒng)計(jì)A點(diǎn)和E點(diǎn)的字節(jié)大小。

2.4.2 測(cè)試結(jié)果

以ping 1 000個(gè)數(shù)據(jù)分組的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為例。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)A的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)A的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計(jì)結(jié)果

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)E的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)F的話單數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計(jì)結(jié)果為1500000byte。

其他ping測(cè)試詳細(xì)結(jié)果見表4。

表3 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)E的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)表4的測(cè)試記錄，PDSN計(jì)費(fèi)話單顯示的上下行流量大小和終端、服務(wù)器發(fā)出/接收的IP分組的大小完全相同。

2.5 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)第2.3.2和2.4.2節(jié)的測(cè)試結(jié)果，結(jié)合下面的分組數(shù)據(jù)訪問協(xié)議模型（如圖2所示），總結(jié)如下：PDSN的流量計(jì)費(fèi)完全符合根據(jù)規(guī)范3GPP2 X.S0011-005-E的定義，從數(shù)據(jù)封裝的角度，PDSN計(jì)費(fèi)部分為IP分組的字節(jié)總數(shù)（含IP分組頭）。下行流量為：PDSN發(fā)給用戶的IP數(shù)據(jù)分組的總字節(jié)數(shù)，等同于PDSN從IP網(wǎng)絡(luò)收到的總字節(jié)數(shù)；上行流量為：用戶發(fā)出的IP數(shù)據(jù)分組的總字節(jié)數(shù)，用戶流量=下行流量+上行流量。

表4 ICMP測(cè)試結(jié)果

圖2 數(shù)據(jù)訪問協(xié)議模型

3 安卓手機(jī)流量統(tǒng)計(jì)軟件與AAA計(jì)費(fèi)話單差異

當(dāng)前安卓手機(jī)上有很多統(tǒng)計(jì)流量的軟件，如QQ安全管家、360安全衛(wèi)士或Andriod 4.0自帶流量統(tǒng)計(jì)軟件等，這些軟件和AAA計(jì)費(fèi)話單相比，統(tǒng)計(jì)是否準(zhǔn)確，哪個(gè)軟件的統(tǒng)計(jì)更為準(zhǔn)確，將在本節(jié)分析說明。選取測(cè)試場(chǎng)景如下。

·選取Andriod 2.2.2的華為手機(jī)8500，安裝主流的流量統(tǒng)計(jì)軟件，用手機(jī)分別進(jìn)行上網(wǎng)、下載和觀看視頻等操作后，手機(jī)分別統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的流量后（每種操作3次取平均值）和AAA服務(wù)器產(chǎn)生的原始話單（對(duì)應(yīng)3次取平均值）進(jìn)行比對(duì)分析。

·選取Andriod 4.0.3的華為手機(jī)8812，利用自帶的流量統(tǒng)計(jì)功能，用手機(jī)分別進(jìn)行上網(wǎng)、下載和觀看視頻等操作后，手機(jī)分別統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的流量后（每種操作3次取平均值）和AAA服務(wù)器產(chǎn)生的原始話單（對(duì)應(yīng)3次取平均值）進(jìn)行比對(duì)分析。

·選取的流量統(tǒng)計(jì)軟件為：Android 4.0.3（系統(tǒng)自帶）、DU Meter 1.2.5、360安全衛(wèi)士V3.1.0.1054、瓦力流量儀2.3.7、QQ手機(jī)管家3.7、安全管家3.0.3、LBE安全大師4.0.1947共7種。

依上面的測(cè)試場(chǎng)景描述，測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，分析如下。

·測(cè)試的7種手機(jī)統(tǒng)計(jì)軟件，統(tǒng)計(jì)的流量均大于AAA服務(wù)器的話單統(tǒng)計(jì)流量。

·Andriod 4.0本身自帶的流量統(tǒng)計(jì)軟件最為準(zhǔn)確，除去計(jì)算的誤差，基本和AAA服務(wù)器的話單統(tǒng)計(jì)流量相同。計(jì)算的誤差包括：AAA服務(wù)器的話單以byte為單位，而手機(jī)流量統(tǒng)計(jì)軟件以Mbyte為單位，存在換算上的誤差；流量統(tǒng)計(jì)軟件顯示上的誤差，經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，流量使用超過100 Mbyte以后，手機(jī)統(tǒng)計(jì)只精確到個(gè)位。

·其他6種軟件的流量統(tǒng)計(jì)差別不大，誤差在0.374%～0.571%，由不同軟件本身流量統(tǒng)計(jì)方法的不同導(dǎo)致。

·流量統(tǒng)計(jì)和用戶行為密切相關(guān)，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，小流量的多次上網(wǎng)行為導(dǎo)致的流量統(tǒng)計(jì)誤差大于一次上網(wǎng)大流量的流量統(tǒng)計(jì)。從測(cè)試結(jié)果可以看出，上網(wǎng)的流量統(tǒng)計(jì)誤差大于觀看視頻及下載的流量統(tǒng)計(jì)誤差。

·Andriod 4.0自帶的統(tǒng)計(jì)軟件和AAA服務(wù)器的話單統(tǒng)計(jì)基本相同，反映出兩個(gè)問題：第一，手機(jī)的統(tǒng)計(jì)原理和PDSN的計(jì)費(fèi)原理是相同的，即流量計(jì)費(fèi)原理是按IP分組的字節(jié)總數(shù)（含IP分組頭）計(jì)費(fèi)，用戶流量=下行流量+上行流量；第二，從另外一個(gè)側(cè)面證明，PDSN的計(jì)費(fèi)是符合規(guī)范要求的，且PDSN的計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性沒有問題。

4 結(jié)束語

隨著手機(jī)上網(wǎng)流量的爆發(fā)式增長，研究現(xiàn)有CDMA移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量計(jì)費(fèi)的原理和準(zhǔn)確性迫在眉睫。雖然計(jì)費(fèi)的規(guī)范已經(jīng)在3GPP2 X.S0011-005-E中進(jìn)行了描述，本文則從實(shí)際測(cè)試出發(fā)對(duì)流量計(jì)費(fèi)原理進(jìn)行了闡述，使之一目了然；同時(shí)對(duì)手機(jī)軟件的計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性也進(jìn)行全面的測(cè)試以及和AAA話單的比對(duì)分析，對(duì)于用戶認(rèn)為手機(jī)終端流量計(jì)費(fèi)和電信話單不一致的情況有參考和借鑒的價(jià)值。

1 Forouzan Behrouz A．TCP/IP協(xié)議族（第3版）．北京:清華大學(xué)出版社,2007

2 3GPP2 X.S0011-005-E.cdma2000 Wireless IP Network Standard,Accounting Services and 3GPP2 RADIUS VSAs,2009