張 嬌，張治中，陳 慧

(重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，重慶 400065)

隨著移動通信的發(fā)展，用戶對通信網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越高。然而，由于傳統(tǒng)價(jià)值鏈上的運(yùn)營商對市場的業(yè)務(wù)需求缺乏一整套靈活的反應(yīng)機(jī)制，使得業(yè)務(wù)開發(fā)周期長、種類不夠豐富、收費(fèi)模式單一，這與現(xiàn)代化通信需求相悖。因此，迫切需要一種新的價(jià)值鏈來促進(jìn)電信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這種新的業(yè)務(wù)需求被統(tǒng)稱為增值業(yè)務(wù)［1］。增值業(yè)務(wù)的產(chǎn)生，使得通信網(wǎng)絡(luò)多元化。與此同時(shí)，這也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增加。為了保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，使用戶能高效、便捷地使用增值業(yè)務(wù)，需要對增值業(yè)務(wù)信令進(jìn)行監(jiān)測及分析。通過對增值業(yè)務(wù)信令的監(jiān)測，運(yùn)營商可以有效地把握用戶的行為特征。本文針對增值業(yè)務(wù)中不同運(yùn)營商多媒體消息互通問題，提供一個(gè)完善的、高效率的監(jiān)測技術(shù)方案極。在CDMA20001x EVDO網(wǎng)絡(luò)中，增值業(yè)務(wù)位于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，屬于上層網(wǎng)絡(luò)，通過Pi接口(PDSN與WAP網(wǎng)關(guān))將業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)與CDMA2000網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)［2］。MM4接口在增值業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中位于不同網(wǎng)絡(luò)的MMSC(多媒體信息服務(wù)中心)之間，是運(yùn)營商最為關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測接口之一，它實(shí)現(xiàn)了不同網(wǎng)絡(luò)之間的信息交互，這是保證增值業(yè)務(wù)能順利進(jìn)行的前提。通過對其接口協(xié)議的解碼、消息流程操作等精確、全面的監(jiān)測可以幫助解決不同運(yùn)營商通信交互存在的問題［3］。作為CDMA2000運(yùn)營商自定義的MM4接口中的MM4+協(xié)議，通過對該協(xié)議的分析、解碼、CDR(呼叫詳細(xì)記錄)合成、統(tǒng)計(jì)和存儲等過程，完整地呈現(xiàn)了點(diǎn)對點(diǎn)多媒體消息的流程。與此同時(shí)，本文借助哈希索引提出了一種新的CDR存儲方法，提高了監(jiān)測效率。下面對其涉及到的原理及方法進(jìn)行闡述。

1 MM4+協(xié)議及過程

作為CDMA2000運(yùn)營商自定義的網(wǎng)關(guān)間多媒體消息業(yè)務(wù)交互協(xié)議，MM4+協(xié)議主要提供了點(diǎn)對點(diǎn)多媒體消息的前轉(zhuǎn)功能?；ヂ?lián)網(wǎng)關(guān)作為雙方網(wǎng)絡(luò)之間的接口網(wǎng)關(guān)，為雙方的多媒體消息系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換提供了一條安全、快捷的通道?；ヂ?lián)網(wǎng)關(guān)之間采用直接連接或經(jīng)過第三方網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接，雙方網(wǎng)絡(luò)通過互聯(lián)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多媒體消息系統(tǒng)之間的互聯(lián)［3］。其主要協(xié)議層次及具體消息流程如圖1所示。

圖1 主要協(xié)議層次

圖1直觀地展現(xiàn)了MM4+協(xié)議的承載協(xié)議層次。MM4+ 協(xié)議通過 EthernetII(Physical Layer，Link Layer)、IP、TCP協(xié)議承載。在一條MM4+消息中，協(xié)議棧解碼的先后順序依次為EthernetII層、IP層以及TCP層，最后是MM4+層。MM4+協(xié)議是SMTP協(xié)議的一個(gè)演進(jìn)，其在傳統(tǒng)的SMTP上新增了多媒體信息功能［4］。在本文中，將SMTP也視為MM4+消息，統(tǒng)一做監(jiān)測操作。

圖2呈現(xiàn)了MM4+協(xié)議的消息流程。MM4+協(xié)議的消息主要包括路由前轉(zhuǎn)消息、路由前轉(zhuǎn)遞送報(bào)告消息以及路由前轉(zhuǎn)閱讀報(bào)告消息。每一種類型的消息都包含有請求和響應(yīng)2個(gè)過程。其中，MM4+_forward.REQ為路由前轉(zhuǎn)請求，MM4+_forward.RES為路由前轉(zhuǎn)響應(yīng);MM4+_delivery_report.REQ為路由前轉(zhuǎn)遞送報(bào)告請求，MM4+_delivery_report.RES為路由前轉(zhuǎn)遞送報(bào)告響應(yīng);MM4+_read_reply.REQ為路由前轉(zhuǎn)閱讀報(bào)告請求，MM4+_read_reply.RES為路由前轉(zhuǎn)閱讀報(bào)告響應(yīng)。其中，MM4+協(xié)議的消息格式為基于文本編碼的格式，類似于SMTP［5］，如圖3所示。

圖2 消息流程示意圖

圖3 MM4+協(xié)議消息格式

如圖3所示，所有被采集到的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制比特流形式。通過解碼，可以將需要的數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)出來。其中在承載協(xié)議數(shù)據(jù)里面，需要提取的數(shù)據(jù)有:以太層的grekey參數(shù);IP層的源、目的IP地址以及TCP層中的源、目的端口號。這些參數(shù)的提取為判斷是否為MM4+協(xié)議消息以及后面的合成起著至關(guān)重要的作用。

2 MM4+協(xié)議監(jiān)測功能整體設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)測試規(guī)范的要求，CDMA20001x EVDO網(wǎng)絡(luò)MM4接口的MM4+協(xié)議監(jiān)測模塊需要實(shí)現(xiàn)如下基本功能:協(xié)議數(shù)據(jù)單元的解碼與分析、MM4+CDR的合成、消息分類統(tǒng)計(jì)以及對統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的輸出等。MM4+協(xié)議監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)消息處理流程如圖4所示。

圖4 MM4+協(xié)議監(jiān)測功能總體設(shè)計(jì)流程

首先，通過相應(yīng)接口的數(shù)據(jù)采集卡將捕獲到的數(shù)據(jù)保存到消息緩存中，此數(shù)據(jù)包含有MM4+的相關(guān)數(shù)據(jù)。然后將消息緩存中的數(shù)據(jù)取出來，通過解碼器逐層解碼(就本協(xié)議而言，即依次調(diào)用EthernetII解碼器、IP解碼器、TCP解碼器，最后調(diào)用MM4+解碼器)。MM4+協(xié)議解碼主要分為合成解碼和詳細(xì)解碼。詳細(xì)解碼Fdecode則是使MM4+消息內(nèi)的信息單元能顯示到信令工具中。在詳細(xì)解碼中，首先對傳入數(shù)據(jù)的長度、字節(jié)大小等參數(shù)進(jìn)行判斷，如果滿足條件，則向協(xié)議棧申請一張數(shù)據(jù)表，然后逐字節(jié)、逐比特進(jìn)行解碼，并將解碼結(jié)果填入該數(shù)據(jù)表中，記錄解碼結(jié)果。最后將數(shù)據(jù)表添加到鏈表中，并取出上層數(shù)據(jù)單元，詳細(xì)解碼操作結(jié)束;合成解碼parse的作用是為合成代碼做提取字段的準(zhǔn)備，通過合成解碼將到達(dá)MM4+解碼器的各條消息得到每條消息的呼叫相關(guān)信息，上傳至協(xié)議分析器進(jìn)行消息合成與統(tǒng)計(jì)［6］。由圖2可知，MM4接口上的MM4+協(xié)議主要有3種CDR，即路由前轉(zhuǎn)消息CDR、路由前轉(zhuǎn)遞送報(bào)告CDR以及路由前轉(zhuǎn)閱讀報(bào)告CDR。路由前轉(zhuǎn)消息CDR主要用來記錄多媒體消息前轉(zhuǎn)時(shí)的類型、方向以及涉及的摘要消息;路由前轉(zhuǎn)遞送報(bào)告CDR主要用于記錄遞送報(bào)告從接收方互聯(lián)網(wǎng)關(guān)路由前轉(zhuǎn)至始發(fā)方互聯(lián)網(wǎng)關(guān)，在MMS用戶代理提取MM以后要求接收方互聯(lián)網(wǎng)關(guān)必須給始發(fā)方互聯(lián)網(wǎng)關(guān)返回路由前轉(zhuǎn)遞送報(bào)告;路由前轉(zhuǎn)閱讀報(bào)告CDR用于記錄從接收方互聯(lián)網(wǎng)關(guān)到發(fā)送方互聯(lián)網(wǎng)關(guān)閱讀報(bào)告的路由前轉(zhuǎn)時(shí)的類型、方向及其涉及的摘要消息。首先，將底層(主要為EthernetII、IP層、TCP層以及MM4+層)解碼器中合成解碼提取到的合成所需字段傳入合成代碼，開始CDR合成。一條MM4+消息進(jìn)入合成后，首先通過GREkey，源、目的端口號，源、目的IP來確定key值。再通過哈希索引，找到哈希表里生成的 CDRID，根據(jù) CDRID判斷CDRBuf是否存在;若存在，則取出CDR，并修改CDR屬性;判斷CDR是否結(jié)束，若結(jié)束，則合成完成;若未結(jié)束，則修改CDR狀態(tài)，再將CDR存盤。若不存在，創(chuàng)建新的CDR，設(shè)置CDR屬性值，并將新的CDR存盤，合成完成。再將得到的呼叫合成結(jié)果記錄組成的CDR集合與自定義的呼叫統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以文件形式保存在磁盤中。最后，根據(jù)用戶的需要顯示合成統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

3 哈希索引合成算法

CDR合成主要是根據(jù)一些關(guān)鍵參數(shù)的查找、匹配來確定是否屬于同一個(gè)消息流程，通過對關(guān)鍵參數(shù)的判斷得到傳入的消息是否屬于同一個(gè)CDR，然后建立關(guān)聯(lián)［5］。因此在這個(gè)過程中，需要提取一些協(xié)議內(nèi)和協(xié)議間進(jìn)行關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵參數(shù)。另外，CDR合成涉及大量的查找、匹配，需要建立許多方便查找的索引，所以選取一個(gè)較好的建立索引的方法對提高CDR合成效率至關(guān)重要。本方案主要采用了Hash索引的方法。哈希算法的本質(zhì)是構(gòu)造一個(gè)哈希函數(shù)，而哈希函數(shù)就是關(guān)于查找元素與其對應(yīng)位置的一個(gè)具體映射關(guān)系。哈希函數(shù)的設(shè)計(jì)很靈活，選取合適的關(guān)鍵字使得哈希函數(shù)值都落在允許的范圍內(nèi)即可［6］。不同關(guān)鍵字可能會出現(xiàn)落在同一范圍內(nèi)，這將會出現(xiàn)沖突。最理想的情況是建立查找函數(shù)與對應(yīng)位置一一映射關(guān)系。下面針對本協(xié)議如何構(gòu)建哈希函數(shù)以及如何選取key值才能使得沖突最小做相關(guān)介紹。

本設(shè)計(jì)構(gòu)建哈希函數(shù)的做法是先將構(gòu)成key值的關(guān)鍵字(源、目的IP和源、目的端口)做位或運(yùn)算，然后再將結(jié)果與字段grekey相加。具體函數(shù)代碼如下:

uint32 GetHashValueByMm4PlusKey(const CMM4PlusKey＆key)

{

uint32 uResult=0;

uResult=key.m_uSrcIP|key.m_uDstIP|key.m_uSrcport|key.m_uDstport;

uResult+=key.m_GREKey;

return uResult;

}

為避免沖突，本設(shè)計(jì)采取的的方法為將IP層的源、目的IP和TCP中源、目的端口以及GRE中的GREKey建立1個(gè)key類，通過將key與CDRID做關(guān)聯(lián)，即CHash＜CDRID，CMM4PlusKey＞。通過對這幾個(gè)字段的判斷，便能正確查找到CDR的CDRID，從而找到對應(yīng)CDR。

4 一種新的CDR存儲方法

一個(gè)完整的CDR合成流程包括了請求和響應(yīng)。CDR合成算法主要是根據(jù)一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行查找、匹配來確定是否屬于同一個(gè)消息流程，因此在這個(gè)過程中，需要一些臨時(shí)存儲方式來保存沒有匹配到的消息，在內(nèi)存分配上比較復(fù)雜，涉及動態(tài)分配內(nèi)存［7］。在CDR合成結(jié)束后，所有內(nèi)存會釋放。但是有時(shí)候需要在CDR釋放后再次查詢相應(yīng)的CDR(統(tǒng)稱消息回放)用于分析用戶信息以及通信網(wǎng)絡(luò)。故保存CDR顯得極為重要。

4.1 CDR合成存儲原始操作

原始CDR存儲的主要思想為:在合成處理消息時(shí)，當(dāng)一條消息進(jìn)入合成時(shí)，該條消息有一個(gè)單獨(dú)的key，先通過哈希表索引出key對應(yīng)的CDRID，然后通過CDRID查到對應(yīng)的CDRBuf，并將該消息保存至CDRBuf中。如果后面進(jìn)入一條消息為相同CDRID的消息時(shí)，即繼續(xù)添加到相應(yīng)索引的CDRBuf中;如果進(jìn)入合成中的消息經(jīng)哈希索引到一個(gè)新的CDRID時(shí)，則在CDRBuf中查找對應(yīng)的CDR，并在CDRBuf中存儲。具體流程圖如圖5所示。

圖5 原始CDR存儲流程圖

CDRBuf存盤的優(yōu)點(diǎn)在于在原始數(shù)據(jù)很大但服務(wù)器內(nèi)存有限的情況下，起一個(gè)緩存的作用，避免了數(shù)據(jù)“擁塞”，同時(shí)為消息回放流程提供了條件。但是在CDR合成中，若需添加、修改字段時(shí)，必須先修改CDR，然后通過哈希表查到CDRBuf，修改CDRBuf內(nèi)CDR的值，才能保證用戶從CDRBuf中查到最準(zhǔn)確的信息。這樣做的缺點(diǎn)是信令處理效率低下。隨著當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)的日益強(qiáng)大，用戶對效率的更高追求，提出了一種新的CDR存儲方案。

4.2 一種新的CDR合成存儲操作

為了提高效率，提出了一種新的解決方案，即舍棄CDRBuf，直接通過哈希表獲取CDR，然后通過一個(gè)寫文件操作進(jìn)行存盤，這樣使處理速度變快，為與日俱增的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理提供極大的好處。流程圖如圖6所示。

圖6 新的CDR存儲流程圖

本設(shè)計(jì)不再使用CDRBuf，而是通過key值索引，直接將CDR存入哈希表中。在1個(gè)CDR合成操作完成后，直接通過寫文件操作將CDR寫入MR文件中。這樣做的好處是:在查找、修改流程的具體內(nèi)容時(shí)，不再需要修改完CDR后，還需通過CDRID關(guān)聯(lián)查找到CDRBuf再做修改，然后才能完成的狀態(tài)。這樣使得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理速度得到了很大提高，這也與新網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對通信效率的高要求相吻合。

4.3 新舊CDR合成存儲的比較

在原始的CDR合成存儲中，通過CDRBuf存儲CDR。其作用在于在硬盤文件存取慢的情況下，起一個(gè)緩存的作用，這樣做的好處是避免了數(shù)據(jù)“擁塞”。CDRBuf為消息回放流程提供了條件。但是，在CDR合成中，因?yàn)橛脩羰菑腃DRBuf文件中查詢消息流程，所以在合成操作中，若需要修改、添加CDR，必須從CDRBuf中取出對應(yīng)的CDR，對它進(jìn)行相應(yīng)的操作，操作完成后，還需要再將修改后的CDR放回CDRBuf中。很明顯，這樣的操作使得監(jiān)測效率變低，與當(dāng)代高效率需求相悖。新的CDR存儲舍棄了CDRBuf，直接通過哈希表獲取CDR，然后通過一個(gè)寫文件操作進(jìn)行存盤，這樣做的好處是:在添加、修改流程的具體內(nèi)容時(shí)，不用再從CDRBuf文件中取和存CDR，而是直接在哈希表里面做相應(yīng)操作后再統(tǒng)一存盤，這樣使監(jiān)測效率提高，為與日俱增的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理提供極大的便捷。這也與新網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對通信效率的高要求相吻合。

5 實(shí)測數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

圖7為一個(gè)正常消息流程的監(jiān)測結(jié)果圖。其右側(cè)位置為詳細(xì)解碼結(jié)果。詳細(xì)解碼能將MM4+協(xié)議棧中的各層不同協(xié)議的具體字段及對應(yīng)值清晰地呈現(xiàn)給用戶以及運(yùn)營商，讓其對MM4+協(xié)議棧結(jié)構(gòu)及信息單元有了更加深入的了解，為點(diǎn)對點(diǎn)多媒體消息業(yè)務(wù)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。MM4+協(xié)議合成模塊監(jiān)測結(jié)果及流程圖如圖7原始數(shù)據(jù)上面部分所示。以路由前轉(zhuǎn)消息為例(另外2種消息類似)，此為1個(gè)完整的路由前轉(zhuǎn)消息CDR，其中，10.137.17.55和10.137.19.130分別代表2個(gè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)地址，本條CDR一共包含2條消息。第1條為前轉(zhuǎn)請求消息;第2條為前轉(zhuǎn)響應(yīng)消息。第2條消息表明針對IWGW1向IWGW2的前轉(zhuǎn)請求，IWGW2給予了1個(gè)回復(fù)，即不同運(yùn)營商間的多媒體消息發(fā)送成功。

圖7 實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示(截圖)

6 小結(jié)

通過對CDMA2000網(wǎng)絡(luò)MM4+協(xié)議模塊的監(jiān)測研究，結(jié)合協(xié)議內(nèi)和協(xié)議間的關(guān)聯(lián)，利用高效的哈希索引算法以及一種新的CDR存儲方案，極大提高了協(xié)議關(guān)聯(lián)以及CDR合成及統(tǒng)計(jì)效率。本設(shè)計(jì)已應(yīng)用到“重郵匯測CDMA2000網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)監(jiān)測系統(tǒng)”中，并通過了現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的測試，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)理論的有效性和可靠性。

［1］陶蒙華.電信增值業(yè)務(wù)平臺的體系架構(gòu)極其發(fā)展趨勢［J］.移動通信，2005(6):40－43.

［2］QB－W－XXX－2011，中國電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)規(guī)范——移動增值業(yè)務(wù)信令監(jiān)測(全國)技術(shù)規(guī)范［S］，2011.

［3］Q/CT 2052—2008，中國電信CDMA業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議技術(shù)規(guī)范M1/M4/M7接口協(xié)議規(guī)范［S］.2009.

［4］IETF STD 0010(RFC 2821):“簡單郵件傳輸協(xié)議”(Simple Mail Transfer Protocol)［EB/OL］.［2013－02－10］.http://www.ietf.org/rfc/rfc2821.txt.

［5］IETF RFC 2046:“多用途因特網(wǎng)郵件擴(kuò)展(MIME)第2部分:媒體類型”(Multipurpose Internet Mail extension(MIME)Part Two:Media Types)［EB/OL］.［2013－02 －10］.http//www.ietf.org/rfc/rfc2046.txt.

［6］宋光秀，張治中，王瑋，等.TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)Iub接口RRC協(xié)議監(jiān)測研究與實(shí)現(xiàn)［J］. 電視技術(shù)，2010，34(11):124.

［7］夏韃，雒江濤，張治中.TD－SCDMA測試儀中Iub接口CDR的合成方案［J］.重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，19(1):35－38.