【摘要】 實現(xiàn)LTE-Advanced（LTE-A）網(wǎng)絡的流量監(jiān)測和分析具有重要的意義。本文應用深度包檢測技術（DPI）和DFI技術對應用層業(yè)務進行精細化識別， 并設計了基于傳輸流的業(yè)務呼叫/事務詳細記錄（xDR）合成方法，實現(xiàn)了對業(yè)務流量的精確監(jiān)測以及統(tǒng)計分析。

【關鍵詞】 移動分組網(wǎng) 深度包檢測 流量分析 流量監(jiān)測

一、引言

隨著國內(nèi)4G牌照的發(fā)放，國內(nèi)LTE網(wǎng)絡商用已經(jīng)拉開帷幕。LTE-A是LTE的演進版本，其網(wǎng)絡峰值傳輸速率達到下行1G bit/s、上行500 M bit/s。其目的是為滿足未來幾年內(nèi)無線通信市場的更高需求和更多應用，滿足和超過IMT-Advanced的需求，同時還保持對LTE較好的后向兼容性。本文將重點研究LTE-A網(wǎng)絡S1接口業(yè)務的精確識別和準確統(tǒng)計分析，實現(xiàn)了一套基于傳輸層數(shù)據(jù)的xDR合成技術和DPI與自學習功能結合的業(yè)務識別技術的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對業(yè)務精細識別和準確統(tǒng)計。

二、LTE-A網(wǎng)絡S1-U接口

LTE-A網(wǎng)絡由用戶設備（UE）、演進的接入網(wǎng)（E-UTRAN）和演進的核心網(wǎng)（EPC）組成，E-UTRAN僅由基站（e Node B）組成，EPC僅由分組交換域組成。S1接口在網(wǎng)絡中處于核心位置是E-UTRAN和EPC之間連接的橋梁，承載了所有E-UTRAN和EPC之間的信令和數(shù)據(jù)，對其進行分析可以全面地獲取LTE-A網(wǎng)絡的運行狀況，因此選取S1口作為監(jiān)測點尤為重要。S1接口控制面采用SCTP提供可靠的傳輸，SCTP承載S1應用協(xié)議S1AP，S1AP協(xié)議之上承載非接入層協(xié)議NAS，因此本方案選取S1-U作為采集點。

三、監(jiān)測方案

基于LTE-A網(wǎng)絡S1接口業(yè)務監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化的設計思想，將不同協(xié)議的解碼、合成、DPI統(tǒng)計封裝成動態(tài)鏈接庫（DLL），以實現(xiàn)各個模塊的松耦合。LTE-A網(wǎng)絡流量分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、協(xié)議棧解碼、xDR合成、業(yè)務識別統(tǒng)計等功能。

3.1 S1-U接口解碼技術

在監(jiān)測系統(tǒng)中，協(xié)議數(shù)據(jù)解碼的任務是將采集過來的數(shù)據(jù)流轉換成具有邏輯意義的數(shù)據(jù)結構，為業(yè)務識別和xDR合成提供上下文。本方案中，協(xié)議數(shù)據(jù)解碼采用提取關鍵信息字段的簡單解碼。解碼的過程采用從接口協(xié)議棧中從底到頂?shù)闹饘咏獯a的思想，提取完本層協(xié)議關鍵字段后，根據(jù)上層協(xié)議標識調(diào)用相應的協(xié)議解碼器，將協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）遞交上層協(xié)議解碼接口，以此遞歸，直到?jīng)]有上層協(xié)議。S1用戶面解碼需要依次進行Ethernet協(xié)議、IP、UDP、GTP-U，用戶面IP、TCP/UDP、 HTTP、FTP、POP3、SMTP、域名解析（DNS）、實時流傳輸協(xié)議（RTSP）、無線傳輸 （WTP）、無線會話（WSP）等協(xié)議，對每一次協(xié)議或者用戶數(shù)據(jù)，都要逐層提取關鍵信息。

3.2業(yè)務識別統(tǒng)計

業(yè)務識別主要針對通用業(yè)務和HTTP業(yè)務，業(yè)務識別的關鍵在于建立特征庫。特征庫是一個特征字段與應用類型值的對應關系表。結合LTE網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量大的特點，本文提出了一種自學習的方法，結合DPI技術，能夠大幅度的減輕服務器的壓力，提升數(shù)據(jù)包識別速度。

基本步驟如下：1、根據(jù)IP五元組構造Key，向統(tǒng)計信息表查詢統(tǒng)計應用類型信息，如果查詢得到結果，更新統(tǒng)計信息表；2、未查詢到結果，則通過服務端IP、服務端端口號和承載協(xié)議向已確定的應用類型表查詢應用類型；3、如果待處理鏈表中有需要處理的節(jié)點，調(diào)用特征識別模塊進行識別更新統(tǒng)計項中的各種應用類型，識別步驟為（4）-（6）；4、逐個匹配特征庫，只到得到應用服務類型，得到應用類型；5、如果匹配不成功，查找層三IP特征庫。層三IP特征庫匹配失敗，則匹配數(shù)字特征庫，得到數(shù)據(jù)的業(yè)務類型信息；6、根據(jù)（4）-（6）中查詢結果，學習應用類型與IP三元組對應表，以后識別相同應用數(shù)據(jù)流，則可省去（4）-（6）步驟。

3.3 xDR合成

xDR能夠完整的反應出一次呼叫或鏈接從建立到結束的全部過程，是進行網(wǎng)絡優(yōu)化和業(yè)務統(tǒng)計的基礎。xDR合成的過程是將屬于同一交互流程的消息關聯(lián)起來，對該流程的消息進行統(tǒng)計形成xDR。實現(xiàn)過程是采用哈希算法，利用合成關鍵值Key完成消息和所屬流程的關聯(lián)。本方案業(yè)務xDR合成均選取源IP、源端口號、目的IP、目的端口號作為關鍵信息Key。一個xDR的合成有三種操作，即創(chuàng)建、更新和結束。當接收到一個正常的傳輸流建立請求消息時創(chuàng)建新的xDR；流結束消息或者超時觸發(fā)xDR結束操作，其他消息更新xDR。對于本流程非鏈路結束消息，可以通過關鍵Key值，關聯(lián)到合成中的xDR，更新xDR內(nèi)容和統(tǒng)計信息。

四、流量分析

將從S1-U接口采集到的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)發(fā)送到處理模塊，經(jīng)過解碼后分別遞交DPI模塊和合成模塊，得到業(yè)務識別統(tǒng)計出表和合成xDR及其出表文件。進一步的通過使用爬蟲技術的二次DPI，可以了解到用戶請求的詳細內(nèi)容。

五、小 結

本文提出了基于LTE-A網(wǎng)絡S1接口的流量監(jiān)測方案的設計，首先分析了LTE-A網(wǎng)絡業(yè)務流量監(jiān)測的面臨的調(diào)整，然后在傳統(tǒng)IP五元組解碼的基礎上，通過DPI技術，實現(xiàn)了對業(yè)務的準確識別和統(tǒng)計。隨后，改進了傳統(tǒng)的基于應用層消息合成業(yè)務xDR的方法，提出并實現(xiàn)了基于傳輸流的業(yè)務xDR合成方法。整個系統(tǒng)基于Linux平臺，經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)測試，能夠穩(wěn)定、可靠的實現(xiàn)業(yè)務的識別與統(tǒng)計，對即將商用的LTE-A網(wǎng)絡流量監(jiān)測和分有重要的指導意義。

聯(lián)系方式：董志明 重慶市南岸區(qū)重慶郵電大學信息與通信學院 15340524845

參 考 文 獻

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