胡汝榮，雒江濤，羅 鵬

（重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)測試技術(shù)工程研究中心 重慶 400065）

1 引言

信令監(jiān)測系統(tǒng)是保障移動通信網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量運(yùn)行、快速響應(yīng)用戶投訴、提升用戶感知的重要技術(shù)手段[1]。目前電信運(yùn)營商均建立了較為完備的信令監(jiān)測系統(tǒng)[2～4]，但這些監(jiān)測系統(tǒng)都存在各層之間廠商私有化程度較高、模塊間采用私有化傳輸協(xié)議、架構(gòu)封閉接口不開放等限制數(shù)據(jù)和資源共享的問題。隨著電信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對信令監(jiān)測系統(tǒng)提出了更高的要求，信令監(jiān)測系統(tǒng)正向著規(guī)范化、信息共享和基于云計算的方向發(fā)展[5～7]。

目前對信令監(jiān)測系統(tǒng)的研究重點多在于信令的采集、信令的分析處理和結(jié)果的統(tǒng)計分析等方面[2～4]，對信令監(jiān)測系統(tǒng)分層間接口的研究較少，參考文獻(xiàn)[1]提出了一種向規(guī)范化演進(jìn)的信令監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)，沒有具體提出分層接口的設(shè)計與實現(xiàn)方案。

本文基于 SDTP（shared data transport protocol）[8]提出一種適用于規(guī)范化的信令監(jiān)測系統(tǒng)的全量信令接收方案。該方案設(shè)計了SDTP通信、排序和分流功能，滿足了采集接口和信令共享平臺間接口的功能需求，促進(jìn)了信令監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)范化的演進(jìn)。

2 信令監(jiān)測系統(tǒng)及接口

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

信令監(jiān)測系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。信令監(jiān)測系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可劃分為采集層、共享層和應(yīng)用層，每部分的功能概述如下。

圖1 信令監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

·信令采集層：負(fù)責(zé)通信網(wǎng)中不同類型鏈路承載的全量信令數(shù)據(jù)，并將采集到的信令數(shù)據(jù)通過匯聚后傳輸?shù)焦蚕韺印?/p>

·共享層：負(fù)責(zé)從底層接收全量信令數(shù)據(jù)、存儲、解析并向應(yīng)用層提供CDR數(shù)據(jù)，需要完成和采集層與應(yīng)用層的交互。

·應(yīng)用層：主要利用共享層解析后的信令數(shù)據(jù)進(jìn)行

統(tǒng)計分析，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用（小區(qū)短信、手機(jī)報等）和信令監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用（流量分析、用戶行為分析等）。

2.2 IF1接口

IF1接口是采集層和共享層之間交互的接口，也是采集層的匯聚設(shè)備和共享層接入模塊間的接口[8]，主要功能是進(jìn)行全量信令數(shù)據(jù)的傳輸。該接口的數(shù)據(jù)傳輸具有如下特點：實時性高、數(shù)據(jù)量大、過程簡單。

在工程應(yīng)用中，常選擇的文件傳輸協(xié)議是FTP（file transfer protocol），本文選擇SDTP作為全量信令數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。SDTP是由中國移動提出的一種實時信令共享協(xié)議，F(xiàn)TP和SDTP的對比見表1。

表1 FTP和SDTP的對比

FTP和SDTP都采用客戶端和服務(wù)端模式工作，且都可以實現(xiàn)客戶端主動上傳文件到服務(wù)端，都采用Socket方式進(jìn)行通信。FTP是把本地端已經(jīng)保存好的文件傳送到服務(wù)端，如果采用FTP，則需要在采集層的匯聚設(shè)備中增加數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，而且數(shù)據(jù)存儲需要一定的時間，不能達(dá)到采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送的目的，并且SDTP過程更加簡單。

SDTP消息結(jié)構(gòu)及流程參見參考文獻(xiàn)[8]，在此不贅述。

3 接收方案設(shè)計

全量信令接收方案如圖2所示。該方案將整個接收分為協(xié)議通信模塊、排序模塊和分流模塊，可以使功能獨立化，便于維護(hù)。協(xié)議通信模塊是SDTP服務(wù)端的實現(xiàn)，完成與SDTP客戶端的交互；排序模塊從協(xié)議通信模塊中獲取全量信令消息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分組排序；分流模塊按某種維度完成全量信令數(shù)據(jù)的多路存儲。

3.1 協(xié)議通信模塊

根據(jù)SDTP的功能需求，接收模塊主要完成采集層匯聚設(shè)備中SDTP客戶端的連接請求、認(rèn)證、連接狀態(tài)檢查、全量信令數(shù)據(jù)的接收。本文采用面向?qū)ο蟮姆绞剑瑢⒉煌墓δ芊庋b成一個類，向外部提供調(diào)用接口。各個類介紹如下。

圖2 信令接收方案設(shè)計

·CSDTP server類：SDTP服務(wù)端類，主要接口有開始監(jiān)聽StartListen()、停止監(jiān)聽StopListen()、斷開所有客戶端的連接DisconnectAllClient()等。

·CSDTP agent類：客戶端代理類，功能是和客戶端進(jìn)行交互，主要接口有同步發(fā)送消息SendMsgSyn()、異步發(fā)送消息SendMsgAsyn()、斷開與客戶端的連接DisConnect()等。

·CSDTP agent Rcvtask類：接收線程類，功能是接收客戶端發(fā)送的消息和數(shù)據(jù)，主要接口有接收RecvFromPeer()、判斷接收線程是否在運(yùn)行IsRunning()等。

·CSDTP agent send task類：功能是客戶端發(fā)送響應(yīng)消息，主要接口有同步發(fā)送消息SendDataSyn()、異步發(fā)送消息SendDataAsyn()、發(fā)送消息線程是否在運(yùn)行IsRunning()等。

·CSDTP listener類：監(jiān)聽類，功能是監(jiān)聽客戶端的連接，主要接口有開始監(jiān)聽Start()和結(jié)束監(jiān)聽Stop()等。該類負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶端的連接，如果發(fā)現(xiàn)有客戶端申請連接，則啟動認(rèn)證，若認(rèn)證成功，則會實例化一個代理類負(fù)責(zé)與該客戶端交互。

由于實際的客戶端會有多個，并且全量信令數(shù)據(jù)量較大，本文采取多線程的工作方式，以提高工作效率，包括服務(wù)端主線程、監(jiān)聽線程和多對發(fā)送線程、接收線程（一個代理端對應(yīng)一個發(fā)送線程和接收線程）。接收模塊偽代碼如下：

3.2 排序模塊

由于采集層很難實現(xiàn)精確的時間同步，所以接收到的全量信令數(shù)據(jù)分組可能存在亂序問題。數(shù)據(jù)排序模塊是將數(shù)據(jù)分組按數(shù)據(jù)分組頭中的時間戳重新進(jìn)行排序。本模塊結(jié)合散列索引技術(shù)，提出了一種高效、快速的數(shù)據(jù)排序方法。數(shù)據(jù)排序有以下幾個關(guān)鍵技術(shù)。

（1）數(shù)據(jù)緩存組織結(jié)構(gòu)

用鏈表結(jié)構(gòu)管理每條數(shù)據(jù)排序時在內(nèi)存中的存儲，數(shù)據(jù)在鏈表中以數(shù)據(jù)分組中的時間按從小到大順序存儲。鏈表的節(jié)點包含某條全量信令數(shù)據(jù)本身以及從該條數(shù)據(jù)中提取出的時間信息，該時間信息用于判斷某條消息在鏈表中的存放位置。

（2）數(shù)據(jù)分組在數(shù)據(jù)緩存中快速定位

通過鏈表查詢的方式在數(shù)據(jù)緩存中定位數(shù)據(jù)分組，應(yīng)該存放的位置的時間復(fù)雜度為O(N)，效率低下。通過設(shè)計一個輔助查詢散列表[9]可提高查詢效率。該散列表key值由數(shù)據(jù)分組時間戳中的s、μs和m_scale（時間窗口大小，取經(jīng)驗值，一般為100）按式（1）計算得到。

散列表節(jié)點存儲的是該時間窗口內(nèi)，時間戳最大的數(shù)據(jù)分組在鏈表中的位置。在查找某個數(shù)據(jù)分組在數(shù)據(jù)緩存鏈表中的位置時，利用本數(shù)據(jù)分組時間戳計算key值，查詢到該數(shù)據(jù)分組屬于某個時間窗口，然后在該時間窗口內(nèi)比較得到該數(shù)據(jù)分組應(yīng)該插入的具體位置。用輔助散列表方式定位的時間復(fù)雜度為O(1)。

（3）從緩存中讀出數(shù)據(jù)條件

因為數(shù)據(jù)分組在數(shù)據(jù)緩存鏈表中是按時間戳由小到大的順序存儲的，判斷緩存中首尾分組時間戳之差與系統(tǒng)設(shè)定排序的亂序范圍，如果前者大于后者，表示排序范圍已經(jīng)超過系統(tǒng)值，取出首數(shù)據(jù)分組存盤。

3.3 分流模塊

分流模塊是將匯聚后的全量信令數(shù)據(jù)按一定規(guī)則分成多路存儲。數(shù)據(jù)分流的基本原則為：從同一網(wǎng)元設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)存儲到相同的路徑下，這樣做是為了保證多個信令處理進(jìn)程單獨處理各路信令數(shù)據(jù)時能夠正常進(jìn)行。

本文提出按通信網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元的維度進(jìn)行分路，這樣可以滿足各路流量均衡的要求?，F(xiàn)以GSM網(wǎng)絡(luò)A+Abis接口為例，A+Abis信令從網(wǎng)元設(shè)備BSC采集得到，所以按BSC維度進(jìn)行分路。從A+Abis的全量信令中，可以得到采集機(jī)號、板卡號、端口號、EI號和時隙等信息。通過分析采集機(jī)號、板卡號和端口號等信息，可以得到某幾個字段和BSC的映射關(guān)系，將這一映射關(guān)系保存到XML文件中供分路使用。

分流模塊在接收到排序模塊輸出的順序數(shù)據(jù)分組時，首先從數(shù)據(jù)分組頭中提取出確定分路信息的相關(guān)字段，然后以此查找XML文件獲取該數(shù)據(jù)分組應(yīng)存儲到哪一路。為了提高XML查詢效率，借助散列索引，選取分路信息字段為key，建立分路信息的散列索引表。

4 方案測試驗證

本方案的測試為局域網(wǎng)內(nèi)的測試，測試環(huán)境如圖3所示。選擇兩臺部署有SDTP客戶端程序的小型服務(wù)器模擬匯聚設(shè)備，服務(wù)器中存儲有大量從現(xiàn)網(wǎng)采集的原始信令數(shù)據(jù)。一臺部署有按本方案實現(xiàn)的信令接收程序的中型服務(wù)器，模擬信令共享平臺的接收服務(wù)器。

接收服務(wù)器輸出日志如下：

2013-4-22 15:38:12.673@LM_INFO MsgCapture start!

2013-4-22 15:38:12.681 @LM_DEBUG Listen on 192.168.2.100.7500 successfully!

Listen on 192.168.2.100.7501 successfully!

2013-4-22 15:42:53.798@LM_DEBUG CSDTPAgent1 start!

2013-4-22 15:42:55.087 @LM_INFO Client 192.168.2.2:6000 has connected with server!

2013-4-22 15:42:55.096@LM_INFO Negotiation passed.

2013-4-2215:42:55.098@LM_INFO Receivedauth message,username=test1,pwd=123

2013-4-22 15:42:55.099@LM_INFO LinkAuth passed!

2013-4-22 15:42:55.103@LM_INFO Received Notify SignalData Request!

2013-4-22 15:42:55.105@LM_INFO Ready to Receive SignalData!

…

從日志中可看到，SDTP服務(wù)端程序啟動時，首先啟動了兩個監(jiān)聽線程，端口分別為7500和7501，當(dāng)服務(wù)端監(jiān)聽到有客戶端連接服務(wù)器時，服務(wù)端啟動客戶端代理CSDTP agent1；接著客戶端成功與服務(wù)端代理連接，當(dāng)TCP連接建立后，開始版本協(xié)商和客戶端鑒權(quán)，二者都順利通過；最后是全量信令數(shù)據(jù)的發(fā)送過程。

對于排序功能的測試，本文用到了自己開發(fā)的數(shù)據(jù)分組亂序檢查工具（其原理是比較相鄰數(shù)據(jù)分組的時間戳），對未加載排序模塊和加載排序模塊后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，結(jié)果見表2。

從表2中可看到，在沒有加載排序模塊時，服務(wù)端收到的數(shù)據(jù)分組存在大量亂序，所占比例為10.18%左右。加載排序模塊后，排序時間為3 s時，亂序時間小于3 s的已經(jīng)被重新排序，但仍然存在亂序時間大于3 s的情況，亂序平均值為8.72 s，比未加載排序模塊時有所增加，表明亂序時間大于3 s的數(shù)據(jù)分組比例較大，測試出亂序分組的比例為8.74%，比未加載排序模塊時下降了1.44%；排序時間設(shè)置為10 s時，由于數(shù)據(jù)分組最大的亂序時間小于10 s，所以所有數(shù)據(jù)分組均被排序模塊排為正序。

圖3 測試環(huán)境

表2 不同排序時間下亂序統(tǒng)計

5 結(jié)束語

基于SDTP提出的全量信令接收方案是一個行之有效的方案，解決了信令監(jiān)測系統(tǒng)采集層和信令共享平臺間的信令傳輸私有化、原始信令數(shù)據(jù)共享率低下問題。該方案設(shè)計的三大功能基本能滿足信令共享平臺接收信令數(shù)據(jù)的需要，且數(shù)據(jù)接收能力強(qiáng)。未來的研究方向是如何將該方案與云計算和云存儲相結(jié)合，并將結(jié)合后的方案運(yùn)用于基于云計算的信令監(jiān)測系統(tǒng)中。

1 韋薇，張揚(yáng).信令監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)范的演進(jìn).電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2011(4):48～52

2 李勇,雒江濤,黃建.軟交換網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)測系統(tǒng)SIP監(jiān)測方案.電訊技術(shù),2012,52(1):101～104

3 史鵬利.河北聯(lián)通移動分組網(wǎng)信令監(jiān)測系統(tǒng)的研究及設(shè)計.北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012

4 方曉農(nóng).信令監(jiān)測系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)方案探討.數(shù)據(jù)通信,2012(5):38～45

5 陳璟飛.綜合信令業(yè)務(wù)支撐云平臺.電信網(wǎng)技術(shù),2013(1):58～62

6 徐雷,張云勇,陸斌等.基于云計算的信令監(jiān)測平臺研究.電信網(wǎng)技術(shù),2011(5):1～4

7 中國移動通信集團(tuán)公司.信令監(jiān)測系統(tǒng)接口規(guī)范——信令采集網(wǎng)關(guān)分冊,2012

8 嚴(yán)蔚敏,吳偉民．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)．北京：清華大學(xué)出版社,2003