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        城域網(wǎng)DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺建設(shè)方案研究

        2017-06-27 08:14:20蔡俊杰張?jiān)?/span>
        微型電腦應(yīng)用 2017年6期
        關(guān)鍵詞:城域網(wǎng)流量用戶

        蔡俊杰, 張?jiān)?/p>

        (廣東肇慶廣播電視大學(xué), 肇慶 526060)

        城域網(wǎng)DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺建設(shè)方案研究

        蔡俊杰, 張?jiān)?/p>

        (廣東肇慶廣播電視大學(xué), 肇慶 526060)

        從移動數(shù)據(jù)流量劇增引發(fā)的的問題出發(fā),從而需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以識別業(yè)務(wù)類型,分析業(yè)務(wù)質(zhì)量、用戶數(shù)據(jù)、終端信息,實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測的DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺。介紹了DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺方案的設(shè)計(jì),對DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺進(jìn)行綜合評價(jià),預(yù)算該方案能實(shí)現(xiàn)的預(yù)期效果。

        DPI; 數(shù)據(jù)匯聚; 數(shù)據(jù)流量; 寬帶

        0 引言

        近年來,無線寬帶技術(shù)的崛起,使得移動智能終端的使用激增,全球移動數(shù)據(jù)流量大幅度增長,同時(shí)也伴隨著各種網(wǎng)絡(luò)安全事故的頻發(fā)以及大量的暴力、反動、色情等不良信息充斥著網(wǎng)絡(luò)。況且,無線寬帶中也還存在著其他問題,如:高峰時(shí)刻用戶感知差,安全威脅多,系統(tǒng)離散,網(wǎng)絡(luò)的可用性和可維護(hù)性受到挑戰(zhàn)等。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,業(yè)務(wù)、用戶、流量將會是運(yùn)營集團(tuán)的核心追求[1]。所以營造一個(gè)綠色、安全、可視化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已經(jīng)迫在眉睫[2]。

        2013年中國移動通信啟動了全國LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),目前我國很多省份的LTE EPC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已基本完成,具備4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。然而,目前的EPC網(wǎng)絡(luò)缺乏有效的數(shù)據(jù)分析手段,LTE網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)支撐工作和前端用戶行為分析存在很大的不便,因此為了及時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、減少網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)對用戶產(chǎn)生的影響,在大量用戶使用4G網(wǎng)絡(luò)之前亟需建設(shè)一套有效的LTE核心網(wǎng)DPI系統(tǒng)。因此,為完善移動上網(wǎng)日志留存系統(tǒng)的建設(shè)(含同步擴(kuò)容),并為集團(tuán)內(nèi)部及其他上層需求提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng),通信集團(tuán)考慮啟動LTE核心網(wǎng)DPI系統(tǒng)工程建設(shè)。

        DPI(Deep Packet Inspection)深度包檢測技術(shù),是一種基于應(yīng)用層的流量檢測和控制技術(shù)[3]。通過DPI技術(shù)可以識別業(yè)務(wù)類型,分析業(yè)務(wù)質(zhì)量、用戶數(shù)據(jù)、終端信息,實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測[4]。流量識別作為一種能夠自動、實(shí)施保障網(wǎng)絡(luò)檢控的技術(shù),成為對防火墻一類的靜態(tài)安全設(shè)備的必要補(bǔ)充,越來越受到人們的重視。

        1 DPI系統(tǒng)現(xiàn)狀

        DPI可對網(wǎng)絡(luò)管道內(nèi)各類應(yīng)用、用戶行為、流量流向進(jìn)行識別分析,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)深度視圖,及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常流量、動態(tài)資源調(diào)控、流量精細(xì)化運(yùn)營等。

        現(xiàn)階段DPI系統(tǒng)的瓶頸在前端DPI設(shè)備。為了提高性能,前端DPI設(shè)備硬件實(shí)時(shí)I/O轉(zhuǎn)發(fā)、控制單元采用ASIC硬件,實(shí)時(shí)分析單元多采用FPGA和NP。目前DPI系統(tǒng)并沒有統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)界的DPI系統(tǒng)大多具備設(shè)備采集、策略管理同步、全應(yīng)用識別管理、用戶行為采集識別數(shù)據(jù)采集與管理、認(rèn)證計(jì)費(fèi)信息采集識別、流量注射、CP/SP資源采集識別、多鏈路/設(shè)備協(xié)同應(yīng)用等功能。主要提供寬帶撥號上網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)專線接入、IDC帶寬出租、VPDN及MPLS VPN等基本網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù),以及承載各類互聯(lián)網(wǎng)增值業(yè)務(wù)、全球眼/新視通/VOD點(diǎn)播、IPTV等視頻業(yè)務(wù)、軟交換SIP終端語音業(yè)務(wù)等[5]。

        2009年3月,為給CDMA上網(wǎng)用戶提供高質(zhì)量服務(wù)體驗(yàn)建設(shè)了DPI系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要在滿足對CDMA上網(wǎng)用戶進(jìn)行頁面導(dǎo)航的同時(shí),還可針對用戶上網(wǎng)行為進(jìn)行深度挖掘,細(xì)分用戶類型、消費(fèi)群體;并且支持接口功能,與集團(tuán)集中式管理系統(tǒng)或第三方相關(guān)系統(tǒng)對接。集團(tuán)市場部提出數(shù)據(jù)匯聚需求,信息化和云公司提出對接的數(shù)據(jù)格式要求,基于各地現(xiàn)狀,網(wǎng)發(fā)部、網(wǎng)運(yùn)部協(xié)同制定數(shù)據(jù)匯聚方案,保證帶有cookie的固網(wǎng)DPI、固網(wǎng)AAA數(shù)據(jù)上傳至集團(tuán)大數(shù)據(jù)匯聚平臺和大數(shù)據(jù)能力產(chǎn)品與應(yīng)用平臺。2014 年底前許多省份實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚,2015年6月底前基本實(shí)現(xiàn)全國數(shù)據(jù)匯聚,并要求各省DPI原則上監(jiān)控26%的城域網(wǎng)帶寬出口;對于以全業(yè)務(wù)流量占比分析需求為主的省份,可按照12%的鏈路帶寬覆蓋[6]。

        2 DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺方案設(shè)計(jì)

        某城域網(wǎng)DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺建設(shè)方案設(shè)計(jì),如圖1所示。

        圖1 DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺建設(shè)方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

        該平臺采用混合方案,并且在硬件設(shè)備和軟件進(jìn)行了重組和設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)方案如下:

        2.1 硬件方案

        根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及模型預(yù)測出C網(wǎng)DPI系統(tǒng)2015年峰值的PPP連接保持?jǐn)?shù),需求的計(jì)算資源將比目前9月份提高45%,如表1所示。

        表1 C網(wǎng)用戶忙時(shí)PPP連接保持?jǐn)?shù)預(yù)測表

        經(jīng)測算,2014年C網(wǎng)DPI系統(tǒng)共需擴(kuò)容4臺分析服務(wù)器和4臺分揀服務(wù)器。

        本期C網(wǎng)DPI系統(tǒng)擴(kuò)容的分析服務(wù)器和分揀服務(wù)器由信風(fēng)提供系統(tǒng)集成服務(wù),包括設(shè)備聯(lián)調(diào)、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)調(diào)、軟件安裝等工作。

        2.2 軟件方案

        本期工程需對C網(wǎng)DPI系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級改造,其中內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:

        (1) 用戶上網(wǎng)感知數(shù)據(jù)采集功能

        為滿足對3G用戶上網(wǎng)感知數(shù)據(jù)采集需求,在公有信息部分增加5個(gè)字段,這些字段增加在原有公有信息后面,字段依次往后,如表2所示。

        表2 DPI系統(tǒng)升級改造報(bào)內(nèi)容

        HTTP、WAP協(xié)議特有信息增加2個(gè)字段,這2個(gè)字段增加在原有HTTP、WAP協(xié)議字段的后面,字段依次往后,如表3所示。

        表3 HTTP、WAP協(xié)議信息

        (2) 增加協(xié)議解析種類

        為留存移動上網(wǎng)全部用戶協(xié)議的日志信息,需增加對DNS、SNMP等協(xié)議的采集解析功能。

        (3) 用戶即時(shí)消息感知數(shù)據(jù)采集功能

        LTE核心網(wǎng)DPI系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)移動運(yùn)營商需求,增加即時(shí)消息類感知字段。應(yīng)在即時(shí)消息協(xié)議字段后面增加解析以下字段,如表4所示。

        2.3 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

        本方案設(shè)計(jì)中,需要采集的鏈路,如表5所示。

        本次項(xiàng)目在2處LTE核心網(wǎng)鏈路處進(jìn)行采集:在PGW和CE之間,新增 8條10GE數(shù)據(jù)鏈路雙向監(jiān)控,獲取SGI(用戶信息和互聯(lián)網(wǎng)訪問信息);在PGW和PCRF之間,系統(tǒng)需要獲得Gx(用戶認(rèn)證數(shù)據(jù)),Gx數(shù)據(jù)從PGW/PCRF的鏈路中采集。

        表4 LTE核心網(wǎng)DPI系統(tǒng)字段信息

        表5 采集鏈路和位置情況表

        建設(shè)初期鏈路吞吐量按約3萬用戶1Gbps流量考慮;一期建設(shè)時(shí)將按設(shè)計(jì)能力60萬用戶20Gbps流量考慮。

        采集分光為7∶1∶1∶1。采集點(diǎn)分設(shè)于A路8樓和B樓10樓機(jī)房,中心站設(shè)置于B樓5樓或8樓機(jī)房。

        3 DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)

        根據(jù)DPI系統(tǒng)建設(shè)方案,可以實(shí)現(xiàn)升級/新建DPI系統(tǒng),如圖2所示。

        圖2 DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺建設(shè)目標(biāo)圖

        在城域網(wǎng)CR至省干D設(shè)備之間進(jìn)行并行單向鏈路監(jiān)控,滿足集團(tuán)對HTTP和AAA數(shù)據(jù)的統(tǒng)一收集。按照集團(tuán)規(guī)范新建DPI匯聚分析平臺,對接省內(nèi)DPI系統(tǒng)、AAA、IDC DPI系統(tǒng)以及集團(tuán)數(shù)據(jù)匯聚平臺,交換機(jī)、服務(wù)器、存儲等采取新建物理機(jī)方式[7]。

        可以實(shí)現(xiàn)HTTP GET、AAA等實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)存儲時(shí)間要求為1小時(shí),流量流向數(shù)據(jù)5分鐘顆粒度數(shù)據(jù)存儲7天,小時(shí)、天、周、月、年顆粒度數(shù)據(jù)存儲180天。由于存儲數(shù)據(jù)較大,建議采用IPSAN存儲方式,并通過服務(wù)器配置大容量硬盤方式解決存儲空間。城域網(wǎng)DPI匯聚分析平臺可以通過CN2與集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺交互,通過公網(wǎng)與省內(nèi)城域網(wǎng)DPI設(shè)備、IDC DPI設(shè)備,通過分光獲取AAA Radius報(bào)文[8]。

        在WEB推送方面也增加了新功能:

        增加對發(fā)送目標(biāo)用戶是否發(fā)送成功、用戶是否點(diǎn)擊查看的查詢統(tǒng)計(jì)功能;增加對發(fā)送目標(biāo)客戶黑白名單、投訴用戶名單過濾功能;增加欠費(fèi)提醒、到期續(xù)約提醒的自動提取用戶、自動發(fā)送功;所有WEB推送均需要通過審核才能發(fā)送,并且要記錄發(fā)送工號操作日志,以強(qiáng)化需求審核管控。

        4 總結(jié)

        DPI系統(tǒng)平臺改建,實(shí)現(xiàn)了對包括省級DPI數(shù)據(jù)匯聚分析平臺自身以及城域網(wǎng)DPI設(shè)備、IDC DPI設(shè)備在內(nèi)的統(tǒng)一的配置、監(jiān)控、安全、操作等管理功能,支持策略管理和系統(tǒng)管理相關(guān)功能。同時(shí),互聯(lián)網(wǎng)所承載的業(yè)務(wù)類和應(yīng)用數(shù)量迅速增長[9]:

        (1) 導(dǎo)航功能:系統(tǒng)為無線寬帶上網(wǎng)用戶提供服務(wù),包括套餐信息、續(xù)費(fèi)信息、賬單/詳單信息、充值繳費(fèi)、使用幫助等。

        (2) 業(yè)務(wù)推介:可以同時(shí)傳遞給無線寬帶用戶網(wǎng)絡(luò)割接、業(yè)務(wù)變更、節(jié)日問候等信息,并進(jìn)行相關(guān)的電信CDMA新業(yè)務(wù)推介、電信業(yè)務(wù)調(diào)查、無線寬帶品牌宣傳等。

        (3) 信息發(fā)布:主要包括:全國級電信動態(tài)信息發(fā)布、全國級營銷活動發(fā)布、全國級業(yè)務(wù)引導(dǎo)、全國級新業(yè)務(wù)體驗(yàn)、省級電信動態(tài)發(fā)布、省級營銷活動發(fā)布、省級業(yè)務(wù)引導(dǎo)、省級新業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

        (4) 點(diǎn)擊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):系統(tǒng)記錄對歡迎頁面總部相關(guān)各組成頁面具體欄目點(diǎn)擊的基數(shù),匯總信息的點(diǎn)擊數(shù),并由系統(tǒng)進(jìn)行整體點(diǎn)擊數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及展示。

        (5) 用戶名單和信息獲取:系統(tǒng)通過與運(yùn)營商相關(guān)系統(tǒng)做接口,按一定的周期獲取需要提醒的無線寬帶用戶名單與用戶基本信息(使用套餐類型、本地時(shí)長、漫游時(shí)長、欠費(fèi)等)。

        (6) 信息統(tǒng)計(jì):準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì):什么信息、在什么時(shí)間、推送給哪些無線寬帶用戶。

        (7) 綠色上網(wǎng)功能。

        當(dāng)然DPI系統(tǒng)受限于當(dāng)前技術(shù),也還存在不足之處,如在特征提取、偽網(wǎng)監(jiān)控、預(yù)處理和流量控制算法等方面都可以做進(jìn)一步研究[10]。

        [1] 呂錦揚(yáng). DPI技術(shù)在移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)用[J] .電信技術(shù),2013(6):72-75.

        [2] 武光達(dá). 基于DPI的流量識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].貴陽:貴州大學(xué),2015.

        [3] 沈俊.DPI技術(shù)在寬帶大提速中的應(yīng)用[J] .信息系統(tǒng)工程,2014(6):88.

        [4] 王建,張治中,駱云龍.基于DPI的LTE網(wǎng)絡(luò)用戶行為感知系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J] .電信科學(xué), 2014(7):77-83.

        [5] 程燁,周雁,徐偉杰. 大數(shù)據(jù)背景下運(yùn)營商IP城域網(wǎng)DPI部署方案研究[J] . 郵電設(shè)計(jì)技術(shù), 2015(10):62-67.

        [6] 王勇.DPI帶寬管理技術(shù)與應(yīng)用研究[J] .通訊世界,2016(8):135-136.

        [7] 陳先灝, 雒江濤.面向電商數(shù)據(jù)的可視化查詢系統(tǒng) [J] .計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2016(4):123-127.

        [8] 衛(wèi)濤,韋薇,張揚(yáng),李心恬,陳曉帥. 4G網(wǎng)絡(luò)DPI系統(tǒng)多廠家組網(wǎng)問題研究 [J] .電信快報(bào),2016(3):38-42.

        [9] 伍岳.電信運(yùn)營商DPI系統(tǒng)優(yōu)化建設(shè)研究[J] .電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2016(2):65-68.

        [10] 丁瑤. 基于DPI和DFI的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D] .南昌:江西理工大學(xué), 2014.

        Research on Construction Scheme of DPI Data Aggregation Analysis Platform in Metropolitan Area Network

        Cai Junjie, Zhang Yuanjin

        (Guangdong Zhaoqing TV University, Zhaoqing 526060, China)

        For the problems caused by mobile data traffic surge, it needs to design a DPI data aggregation analysis platform which can identify the type of business, analyze service quality, user data and terminal information, to achieve the real-time monitoring of network traffic DPI data aggregation analysis. Firstly, the paper introduces the design of DPI data aggregation analysis platform, and then makes a comprehensive evaluation of the platform, and finally, the expected effect of the budget of the project can be achieved.

        DPI;Data gathering; Data flow; Broadband

        蔡俊杰(1968-),男,本科,講師。研究方向:網(wǎng)絡(luò)與通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全等。 張?jiān)?1969-),女,本科,講師。研究方向:信息安全、網(wǎng)絡(luò)與通信等。

        1007-757X(2017)06-0057-04

        TP393

        A

        2016.12.28)

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