（通信与信息系统专业论文）ngn网络测试仪kip流分析模块的研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 对于移动通信运营商来说，随着中国加入w t o 以及运营商之间竞争的加剧， 网络的质量已经成了决定其命运的根本要素。网络维护及优化正成为移动通信运营 商未来的工作重点，同时也正在成为通信制造业的一个新的赢利点。n g n ( n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k ，下一代网络) 网络测试仪能够从接口的数据中提取网络层、应 用层中与信令及业务有关的参数，通过对这些参数进行呼叫合成、业务统计处理得 到的相关数据，对网络维护及制定资源优化措施提供数据支持。 本文是在n g n 网络测试仪研制工作实践中完成的，主要研究内容是该仪表软 件部分的一个重要组成模块r t p 流分析模块。该模块的实现与应用能够反映 n g n 网络业务性能指标，对进一步进行的语音业务q o s 测试提供了相关依据。本 文首先分析了n g n 网络测试仪研发的必要性和现实意义，以及开发r t p 流分析模 块的意义，接着在对n g n 体系结构介绍的基础上，对n g n 网络测试仪的总体设计 做了概要性描述，并介绍了测试仪软件实现采用的模块化方法，其中主控模块作为 中央控制部件，根据从各接口读取的数据和用户的操作请求，控制和调用其他功能 模块，完成程序中线程的调度。然后对r t p 、r t c p 协议结构进行了介绍，最后作 者对r t p 流分析模块的设计方案做了详细的分析和研究，具体包括详细解码、粗解 码、呼叫合成、业务统计等。论文还通过中国移动通信集团公司研究院测试数据对 该模块的实际运行效果进行了测试，并对测试结果做了简要分析。文章结尾还对该 测试仪的市场前景、推广价值和进一步开发的设想进行了探讨。 关键词：下一代网络，实时传输协议，解码，合成，统计 h i 重庆邮电大学硕士论文a b s t r a c t a b s 仃a c t w 油t h ep r c sw t oe n t r ya n dt h es e r i o u sc o m p e t i t i o nb e t w e e nc a r r i e r s ，n e t w o r k q u a l i t yb e c o m e saf a t a lf a c t o rf o rm o b i l et e l e e o mc a r r i e r s i nt h ef u t u r e ，m o b i l et e l e c o m c a r r i e r sw i l lp u te m p h a s i so nn e t w o r km a i n t e n a n c ea n do p t i m i z a t i o n ，w h i c hw i l lc r e a t ea n e wp r o f i tp o i i l tf o rc o m m u n i c a t i o n sm a n u f a c t u r i n g n g nn e t w o r kt e s t e rc a ne x t r a c t p a r a m e t e r sr e l a t e dt os i g n a l i n gb u s i n e s so nn e t w o r kl a y e ra n da p p l i c a t i o nl a y e rf r o m i n t e r f a c ed a t a t h e s ep a r a m e t e r sa r ep r o c e s s e dt h r o u g hc a l l i n gc o m p o s ea n ds e r v i c e s t a t i s t i c st op r o v i d et h er e l a t e dd a t af o rn e t w o r km a i n t e n a n c ea n dr e s o u r c eo p t i m i z a t i o n s c h e m e n l i st h e s i si sb a s e do nt h er e s e a r c ho nn g nn e t w o r kt e s t e ri np r a c t i c e n l et h e s i st h e m e f o c u s e so nr t ps t r e a ma n a l y s i sm o d u l ew h i c hi st h em o s ti m p o r t a n tc o n s t i t u t em o d u l ei n t e s t e rs o f t w a r e t h a tm o d u l e sr e a l i z a t i o na n da p p l i c a t i o nc o u l dr e f l e c tt h eo p e r a t i n g p e r f o r m a n c eo fn g nn e t w o r kb u s i n e s s i tg i v e ss u p p l yw i t hc o r r e l a t e da t t e s t a t i o ni n f u r t h e rv o i c eb u s i n e s sq o st e s t i n g f i r s t l y , t h i st h e s i s a n a l y s e st h en e c e s s i t ya n d s i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c ho nn g nn e t w o r kt e s t e ra n dt h es i g n i f i c a n c eo fd e v e l o p i n g r t ps t r e a ma n a l y s i sm o d u l e t h e no nt h eb a s i so fi n t r o d u c t i o no fn g n s y s t e ms t r u c t u r e a n dr t pa n di 玎c pp r o t o c o ls t r u c t u r e ，i tg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o nt oh o l i s t i cd e s i g no f n g nn e t w o r kt e s t e ra n di n t r o d u c e st h em o d u l a r i z e dm e t h o do f t e s t e rs o f t w a r er e a l i z a t i o n a st h ec e n t r a lc o n t r o lu n i t ，t h ep r i m a r yc o n t r o lm o d u l eg i v e sc o n t r o la n dt r a n s f e ro fo t h e r f u n c t i o nm o d u l e sa c c o r d i n gt ot h ed a t ar e a df r o me a c hp o r ta n dt h eo p e r a t i o nr e q u e s t f r o mu s e r s ，a n dt h a tc e n t r a lc o n t r o lu n i tt h e nf i n i s h e st oa t t e m p e rm u l t i t h r e a d i n gi n p r o g r a m i na d d i t i o n ，t h ea u t h o ra l s og i v e sad e t a i l e da n a l y s i sa n dr e s e a r c ho nt h ed e s i g n s c h e m eo fr t ps t l e a n la n a l y s i sm o d u l e ，i n c l u d i n gd e t a i l e dd e c o d e ，c o a r s ed e c o d e ，c a l l i n g c o m p o s e ，s e r v i c es t a t i s t i c sa n ds oo n f u r t h e rm o r e ，i tu s e st h ed a t ao f c h i n am o b i l e s i n s t i t u t et ot e s tt h er e a lr u n n i n ge f f e c to ft h i sm o d u l ea n dg i v e sab r i e fa n a l y s i st ot h et e s t r e s u l t a sf o rt h em a r k e tp r o s p e c t , p r o m o t i o n a lv a l u ea n da d d i t i o n a ld e v e l o p m e n ta s s u m e ， t h e ya r ed i s c u s s e di nt h ee n d k e y w o r d ：n g n ，r t p , d e c o d e ，c o m p o s e ，s t a t i s t i c s i v 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 目前的网络无论是p s t n 还是互联网都难以满足人们对话音、数据与多媒体融 合业务的渴望，难以实现人们任何时间任何地点能够以任何方式通信的美好愿望j 。 另外随着电信行业管制的放松，电信运营商之间竞争加剧，谁能够提供个性化、满 足用户需求的业务谁就能在竞争中占据优势。p s t n 由于固有的局限性，无法快速 灵活地开发出新业务，而且新业务部署成本高。互联网虽然部署业务相对容易，但 是口网络存在的固有缺陷，使得它难以提供优质的电信级业务。在这一背景下，人 们期待一种新的网络来解决目前网络面临的诸多问题，于是下一代网络的概念应运 而生。泛义的n g n 包含了所有新一代网络技术，自1 9 9 6 年起，国际上很多政府部 门、行业团体、标准化组织等机构开始参与各种n g n 研究计划，它们有的是专门 研究本领域的网络技术发展，有的则是包含了多种网络技术与应用的综合研究项目， 也有一些专门研究针对电信网络的下一代组网技术，如基于软交换技术的n g n 方 案。本文所指的n g n 即是基于电信网络，以软交换技术为核心的下一代网络技术。 n g n 是一个分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带 宽和具有q o s 能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离，它允许用户 对不同业务提供商的网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的 一致性和统一性u j 。软交换是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处 理相分离的设备和系统。作为分组交换网络与传统p s t n 网络融合的全新解决方案， 软交换技术将p s t n 的可靠性和数据网的灵活性很好地结合起来，是新兴运营商进 入话音市场的新的技术手段，也是传统话音网络向分组话音演进的方式。 引入软交换可以使传统p s t n 所面临的许多问题迎刃而解，如n g n 的分层与 开放体系结构可以使运营商更方便快捷地开发新业务，并可调动更多的外部力量去 进行业务创新；n g n 能够提供语音、数据、视频综合的多媒体业务，创造新的业务 增长点；n g n 基于分组承载网，效率更高，灵活性更好，并可自由地利用各种有线 与无线接入手段；与p s t n 相比，n g n 简化了网络结构，降低了运营成本，网络升 级和扩展也更为容易；n g n 是一个基于开放协议的分组网络，能方便地实现各种异 构网的互通，允许运营商从不同制造商那里购买最合适的网络部件构建自己的网络， 而不必受制子一家公司的解决方案。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 n g n 包含了正在发生的网络构建方式的多种变革，它是目前各国电信部门的研 究热点，也将是各国网络的发展趋势。 1 2n g n 体系结构及协议介绍 1 2 1n g n 体系结构 n g n 以软交换设备为控制核心，能够实现业务与控制、接入与承载彼此分离， 各功能部件之间采用标准的协议进行互通，兼容了各业务网( p s t n 、i p 网、移动 网等) 技术，提供丰富的用户接入手段，支持标准的业务开发接口，采用统一的分 组网络进行传送，能够实现语音、数据和多媒体业务，其体系结构采用的是一种分 组化、分层的、开发的体系结构。 l 应用服务器i l 业务控制点ll 应用服务器l i 网管服务器l li il iiii i软交换 it软交换i 、 fi p a t m 核心分组网l f 歹刁弋 一 ， 信令 中继 综合无线 s i p 、 媒体接入接入 h 2 4 8 和 网关 网关 设备网关m g c p 终端 图1 - 1n g n 的分层结构 n g n 网络结构如图i - i 所示，可以划分为四个层次：边缘接入层、核心交换层、 网络控制层和业务管理层【3 】。各层的功能如下： 边缘接入层：将用户连接至网络，集中用户业务将它们传递至目的地，包 括各种接入手段。 核心交换层：将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式。例如： 将话音信号分割成a t m 信元或i p 包。此外，媒体层可以将信息选路至目的 地。 2 = 一 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 网络控制层：该层决定用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流 的处理。通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信 令互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的a p i ( 第三方业务) 接口。 业务管理层：在呼叫建立的基础上提供其他的服务。包括网络管理系统、 各种应用服务器及通过第三方接口开发的相关业务等。 1 2 2n g n 的功能与特征 1 2 2 1n g n 的功能 i t u - t 定义了n g n 的基本功能h ： 1 ) 基于分组技术传输： 2 ) 将控制功能从承载、呼叫厂会话、应用世务中分离； 3 ) 业务提供与网络传送层面分离，利用开放接口提供业务； 4 ) 利用各基本的业务组成模块，提供广泛的业务和应用( 包括实时、流媒体、 非实时和多媒体业务) ： 5 ) 具有端到端的q o s 和透明的传输能力： 6 ) 通过开放的接口规范与传统网络实现互通； 7 ) 具有通用移动性，允许用户自由地接入不同业务提供商； 8 ) 支持多样标志体系，并能将其解析为m 地址以用于m 网络路由； 9 ) 对于用户而言同一业务具有统一业务特征； 1 0 ) 在固网和移动网络之间实现融合。 1 2 2 2 n g n 的特征 n g n 采用开放的网络构架，将传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件， 各部分可以按相应的功能划分独立发展，部件间的协议接口基于标准。部件化使得 原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务需要自由组合各部分的功能产 品来组建网络p j 。 1 ) 开放性：n g n 可以根据所处网络不同，所提供功能的不同划分为几个模块， 独立发展，互不干涉，又能有机组合成一个整体。同时，这种开放性也表 现在运营商可根据自己的需求来选择市场上的优势产品，而不必担心不同 3 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 设备间的互联互通。 2 ) 高效：因为n g n 网络能实现业务与呼叫控制分离，为业务真正的从网络 中独立出来，有效缩短新业务的开发周期提供良好的条件。而且随着多网 互通的实现，许多新生业务应运而生。 3 ) 多用户：n g n 综合了固定电话网、移动电话网和p 网络的优势，使得模 拟用户、数字用户、移动用户、a d s l 用户、i s d n 用户、窄带网络用 户、p 宽带用户都能作为n g n 中的一员相互通信。 4 ) 多媒体：语音、视频以及数据通信等多媒体业务是n g n 的提供的差异性 业务，成为区别传统网络业务的重要亮点。 5 ) 资源共享：i n t c m e t 网络的丰富信息资源一直是电信运营商面前的块“肥 肉”，由于采用了p 技术，n g n 的出现使得在呼叫过程中获取丰富的互联 网资源变得非常容易。 6 ) 低成本：采用了相对廉价的p 等网络作为中间传输的载体，因而n g n 的 通信费用将大大降低，这种优势尤其体现在长途呼叫上。 1 2 3n g n 网络协议栈结构 n g n 的目标是建设一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、 信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通信的分组融合网络。为了实现这一目标， 掣剧削 i m c d i a = f 千一千-土 u s e ra d a o p t i o n h 3 2 3h 2 4 8s l pr t c pr t p ( m 3 u a 、m 2 u a 、v 5 u a l s i g t r a n 上上r 瘥安手r 1 【 s c t pt c pu d p 上、l1 l 一 。 i p v 4 i p v 6 l n e t w o r kl a y e rp r o t o c o l s 图1 2 n g n 网络协议栈结构 i e t f 、i t u - t 制定并完善了一系列标准协议：h 2 4 8 1 6 7 m e g a c o 8 、s i p 9 、b i c c 1 0 1 、 s i g t r a n 、h 3 2 3 1 1 】等，其协议栈结构如图1 - 2 所示。 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 n g n 协议包含非对等和对等两类协议。非对等协议主要指媒体网关控制协议 h 2 4 8 m e g a c o ；对等协议包括s i p 、h 3 2 3 、b i c c 等。s i g t r a n 为信令传送协议。 由于历史原因，n g n 系列协议有些相互补充，有些则相互竞争。h 2 4 8 m e g a e o 是 一个非对等主从协议，与其它协议配合可完成各种n g n 业务。s i p 、h 3 2 3 均为对 等协议，存在竞争关系，由于s i p 具有简单、通用、易于扩展等特性，已逐渐发展 成为主流协议。 对n g n 主要协议介绍如下： 1 ) h 2 4 8 m e g a c o ：是网关分离概念的产物。网关分离的核心是业务和控制分 离，控制和承载分离。这样使业务、控制和承载可独立发展，运营商在充 分利用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新的业务提 升网络价值。该协议是在m g c p 协议的基础上，结合其它媒体网关控制协 议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制， 同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫，在构建开放 和多网融合的n g n 中，发挥着重要作用。 2 ) s i p 协议：会话发起协议，是m t f 制定的多媒体通信系统框架协议之一， 它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于建立、修改 和终止i p 网上的双方或多方多媒体会话。s 口协议借鉴了h 1 四、s m t p 等协议，支持代理、重定向、登记定位用户等功能。支持用户移动，与 r t p r t c p 、s d p 、r t s p 、d n s 等协议配合。 3 ) b i c c 协议：b i c c 协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控 制信令可在各种网络上承载，包括m t p s s 7 网络、a t m 网络、口网络。 b i c c 协议由i s u p 演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重 要支撑工具。 4 ) s i g t r a n 协议：s i g t r a n 是i e t f 的一个工作组，其任务是建立一套在 i p 网络上传送p s t n 信令的协议，s i g t r a n 协议包括s c t p 、m 2 u a 、 m 3 u a ，提供了和s s 7 ，m t p 同样的功能。 5 ) h 3 2 3 协议：h 3 2 3 是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标 准，是i t u t 制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议h 3 2 x 的一 部分。 6 ) r t p d z , n j l 协议：用于处理口网上的实时数据流，如语音、视频等。 7 ) r t c p 协议：用于r t p 的控制，监视服务质量以及网上传送信息，并定期将包 含服务质量信息的控制信息包分发给所有通信节点。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 3n g n 网络测试的需求和应用 网络体系结构的演变和宽带技术的发展推动并加快了传统网络向n g n 的演进。 从发展趋势来说，采用软交换技术进行组网的n g n 网络已经成为运营商必然的选 择，而新的技术也必然会带来一些新的问题，总结如下： 1 ) 如何分析网络业务状况 2 ) 如何了解设备是否符合入网规范 3 ) 如何分析网络的互连互通能力 4 ) 业务开通能力是否满足发展要求 5 ) 业务q o s 是否满足要求 6 ) 如何快速进行网络故障判断 7 ) 网络规划是否符合业务发展状况 不解决上述问题，运营商无法详细了解自己的业务运营状况，必然会对业务发 展造成影响；无法了解业务的q o s 状况，无法拿出令人信服的q o s 报告，必然会 导致大量客户的流失；采用了不符合规范的设备，会导致业务无法顺利开通，运营 成本大幅增加；不了解业务开通能力是否满足发展要求，会导致资源的浪费，不能 适应瞬息万变的市场需求；对业务故障不能快速判断，会导致网络出现大规模的故 障，影响运营商在用户心目中的形象，导致市场竞争力的下降；不能进行客观的网 络业务规划，会导致网络资源结构不合理。总之，不解决这些问题，n g n 网络运营 商就无法面对越来越激烈的市场竞争，无法适应不断变化的市场需求，甚至会在残 酷的竞争中被淘汰。 在n g n 网络组网及正式使用过程中，根据不同的测试要求和应用，n g n 网络 测试主要可以分为：n g n 网络业务测试，n g n 网络设备测试。对于n g n 网络业 务测试而言，可以分为三个测试单元：n g n 网络业务统计分析、n g n 网络业务规 划测试、n g n 网络业务o o s 测试；对于n g n 网络设备测试而言，可以分为两个 测试单元：n g n 网络设备规范一致性测试、n g n 网络设备性能测试。 1 3 1n g n 网络业务分析 n g n 网络业务分析，主要是指通过测试仪器的硬件接口对n g n 网络中的数据 进行采集，将采集到的数据进行实时以及事后分析。测试仪器通过对所采集数据的 详细分析，可以提供详细解码、呼损分析、呼叫流程关联、呼叫以及话务量统计、 特定设备分析、语音链路监测回放等等功能。 6 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 总的来说，n g n 网络业务分析是一个针对n g n 网络提供的监测解决方案，应 全面支持n g n 网络中的各种协议，能够进行端到端的呼叫和特定设备性能分析， 可以为n g n 网络的优化与管理提供大量客观的数据。应适用于各种不同的承载网 络，可以对信令进行关联与分析，并且对n g n 网络中各种设备进行统计分析，得 到可视化的流程分析，并且可以将统计分析的结果直接输出到特定格式的文件之中。 对于n g n 网络的全面监测，可以使运维人员快速定位网络故障，迅速解决网 络问题，客观分析网络业务状况，提供特定网络设备的统计分析，可以使运营商对 可能存在的网络问题进行预先分析，从而减少业务故障出现几率，提高运维效率， 降低运维成本。 1 3 2n g n 网络业务q o s 测试 n g n 网络的基本业务是语音业务，语音质量的好坏直接影响用户对于运营商的 选择，而影响语音质量的因素是由多个方面因素决定的，包括丢包、抖动、延时、 沿切割等等。因此，根据电信网络服务质量( q o s ) 的要求，建立一套客观评估标准， 并对n g n 网络的语音服务质量进行定量分析和测量就成为当务之急，摆在了n g n 网络运营商的面前。 目前语音q o s 测试方法主要有主观测试方法和客观测试方法两种，i t u t p 8 0 0 定义了m o s 的主观测试方法，客观测试方法主要有：p s q m 、p e s q 等。i t u t p 8 6 2 ( p e s q ) 是目前i t u 推荐用于端到端网络语音质量测试的方法。因此作为语音业 务q o s 测试来说，同时支持m o s 与p e s q 是比较理想的测试方法。为了灵活地判 断网络语音质量状况，方便判断网络故障，用于语音质量测试的测试仪应支持模拟 线与r t p 流两种方式，并且可以进行多路并发测试。 1 3 3n g n 网络业务规划测试 n g n 网络业务规划测试是指利用测试仪器模拟多个业务用户，来对网络业务性 能进行测试，可以为n g n 运营商网络业务规划提供大量客观的数据，同样可以利 用测试仪器来模拟新业务用户，可以为新业务的开通维护提供坚实的基础。而对于 n g n 网络运营商而言，进行业务规划测试，可以缩短业务开通时间，降低新业务风 险，并可为运维人员提供多种业务的维护经验，可以大幅度降低运营商的业务试验 费用，缩短新业务开通的时间。 为业务规划测试来说，应该提供基本业务规划测试、互联互通业务规划测试、 新业务规划测试。通过业务规划测试，可以为运营商提供现有业务规划以及新业务 7 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 开通规划提供翔实的数据，可以保证业务规划的可行性与客观性。 1 3 4n g n 网络设备规范一致性测试 n g n 网络设备规范一致性测试是指通过测试仪模拟出规范中规定的信令，对 n g n 设备对于不同信令的处理过程与规范中规定的处理过程进行对比，从而得出 n g n 网络设备是否符合规范的结论。 运营商所要采用的设备是否符合规范，对于设备入网、业务的顺利开展都有重 要的意义。设备工作流程与规范的差异性，会给设备之间的互联互通，运营商业务 的扩展能力带来一系列的问题，从而导致运营成本的增加。采用规范一致性测试不 仅仅可以使运营商详细分析现有网络的问题，还可以对将要选用的网络设备进行测 试，避免此类问题的产生。 因此规范一致性测试的测试仪器必须可以对设备互联互通能力及内部的处理机 制进行客观的评估，可以对由设备与协议差异性而引起地问题进行定位、分析，方 便运营商解决解决各种由协议差异引起的问题。由于运营商网络可能采用不同的厂 家的设备，而不同设备协议工作流程可能也不尽相同，为了节约测试费用，规范一 致性测试仪应该可以修改自己的测试流程，适应不同厂家设备的规范一致性测试需 求。 1 3 5n g n 网络设备性能测试 建网初期，由于业务量较少，不能有效衡量设备的处理能力。如何对网络业务 能力进行客观评估，如何制定可靠的业务发展规划都是n g n 网络运营商所要面对 的问题。因此需要一种客观的设备性能测试方法来评估设备的处理能力，为运营商 业务发展规划，网络性能优化提供客观地依据。 所谓设备性能测试是指对软交换设备发起大话务量的呼叫来对用户的设备进行 负载测试，以检验设备的性能指标，对设备的处理能力进行客观评估。通过模拟大 量的呼叫信令，通过不断增加设备的处理呼叫数，检查设备丢包以及处理时延的变 化，以确定是否设备是否达到其最大的处理能力。 n g n 网络设备性能测试应包括软交换设备、s g 、t g 、i a d 、a g 等等设备的 性能测试，对于n g n 设备入网验收以及网络规划都具有十分重要的意义。设备性 能测试便于运维人员详细了解网络中各种设备的性能状况，对潜在的网络问题及时 提出相应的解决方案。 8 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 4n g n 网络测试仪研究现状 目前市场上的n o n 网络测试仪表主要是由国外制造商如安捷伦( a g i l e n t ) 、泰 克( t e k t r o n i c ) 等生产，国内的制造商仅有中创信测( z c t t ) 。但是，国外的测试 仪表不但价格昂贵，而且不能及时满足特殊客户群体的要求，比如它们的操作完全 为英文界面，而国内制造商的仪表虽然价格相对便宜，但是在某些功能方面也不能 完全满足客户的要求，比如其不支持网络业务规划测试。因此，有必要开发能够及 时满足国内特殊客户群体要求的，能够完成前面所述n g n 网络测试的所有要求的 测试仪表，对协议栈进行解析，提取相关参数，一方面，便于n g n 网络维护人员 解决网络维护的实际问题，另一方面，n g n 网络给运营商在业务监控、网络q o s 上面提出了新的挑战，也对设备商提出了更高的要求。 1 5 本文的主要研究方向 目前，随着n g n 试验与商用网络规模的不断扩大，对n g n 所提供业务的测试 需求将会越来越突出。n g n 采用技术承载业务叫。但是传统口网络只提供“尽 力而为 的服务，这使其在音频、视频等实时多媒体传输的要求下常常显得力不从 心，特别是基本的语音业务，还无法得到用户的普遍认可【i 洲。在这样的背景下，n g n 网络语音相关的业务分析测试研究具有重要的理论价值和实用意义，并且己经成为 业界的研究热点之一，而该业务分析对进一步进行的语音业务q o s 测试提供了相关 依据。本文正是基于此种现状，将承载音视频媒体数据的r t p 流分析模块作为研究 的重点，并对该模块业务分析完成后应用于语音业务q o s 测试项目中的 e - m o d e l o ，i 训方式进行了介绍。 1 6 论文结构 通过查阅大量的文献资料，结合作者参与的n g n 网络测试仪的研究与实现过 程中的软件部分研发方案和实际开展过程，本文紧紧围绕n g n 网络测试仪中的r t p 流分析模块进行展开。在分析介绍n g n 网络的基础知识的基础上，针对r t p 流分 析模块进行了详细的研究和设计实现。文章的具体章节安排如下： 第一章，绪论。介绍了课题的研究背景和现状，以及论文的主要研究内容。 第二章，n g n 网络测试仪设计方案简介。对n g n 网络测试仪的功能要求及总 体设计方案进行了介绍。 9 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 第三章，r t p r t c p 协议介绍。详细介绍了r t p 、r t c p 协议的结构，并介绍了 它们在业务流中各自所起的作用，最后还举例说明r t p 、r t c p 在n g n 网络中的应 用过程，是后续设计方案的重要理论依据。 第四章，r t p 流分析模块的设计与实现。分析了r t p 流分析模块预期需要实现 的目标，并依次详细分析了该模块解码、呼叫合成、业务统计的具体实现过程，最 后结合中国移动通信集团公司研究院测试数据对该模块进行了测试，为模块在整个 仪表中的可行性奠定了基础。 第五章，结论及未来工作。对该模块当前实现的功能做了总结，同时通过新兴 业务对测试仪提出新的要求做出展望，为后续模块维护及添加工作做了准备。 l o 重庆邮电大学硕士论文 第二章n g n 网络测试仪总体设计方案 第二章n g n 网络测试仪总体设计方案 n g n 网络测试仪是国家8 6 3 重大专项一一“t d s c d m a 网络测试仪” ( n o 2 0 0 5 a a l 2 3 7 8 0 ) 的子课题。该项目的主要目标是：为设备研发商研制设备提供 协议监测平台；为n g n 组网提供强有力的测试手段；为建成后的n g n 网络的运行、 维护和优化提供强有力的监测依据。本章将对n g n 网络测试仪总体设计方案进行 概要介绍。 2 1n g n 网络测试仪功能要求 本测试仪的功能要求如下： 1 ) 协议分析( 解码) ：协议分析为用户提供监测范围内链路消息的实时监测，支 持按照协议栈层次结构方式显示协议解码结果，支持按照呼叫流程对消息 排序，并可对不识别的消息、离散的消息进行分类统计。设备支持用户设 置灵活的过滤条件，并可保存设置条件。支持对条件进行合理的逻辑组合。 2 ) 呼叫跟踪：呼叫跟踪提供对某一呼叫完整信令过程的跟踪，从而协助用户 分析网络实体之间信令配合问题或网络异常。能够对指定呼叫的所有相关 信令流程进行关联，包括多段( 无线接入网、核心网部分各部分) 、多协议 ( i s t r p 、m a p 过程等) 关联，能够将m o b i l er a d i oi n t e r f a c el a y e r3 消息、 i s u p 、b i c c 、m a p 、c a p 、r a n a p 、n b a p 等协议进行关联。设 备具备同时跟踪多个用户号码呼叫的能力。 3 ) 业务统计及分析：业务统计及分析是为了掌握业务分布和业务发展情况， 包括从业务类型、局向中继群、号段、时间、运营商、国家等角度的分析。 可以为业务发展规划提供决策依据；可辅助对经营对手的营销策略作出快 速反应，适时推出对策，并对实施效果进行评估。 4 ) 网络异常分析：网络异常分析包括超频用户分析、超长超频用户分析、超 短超频用户分析、异常短信用户分析等。 5 ) 网络分析和优化：侧重于对网络和业务运行质量的分析，包括网络覆盖、 容量、质量各方面。监测设备的网络分析数据维度包括：本地网、局向、 局点、中继、链路组、链路、网元类型、业务类型、主被叫号码、运营商。 6 ) 协议仿真：实现网关对之间、及网关与软交换之间的基本功能仿真，要求 能提供用户可编程测试和自动编程测试两种仿真测试功能。 重庆邮电大学硕士论文 第二章n g n 网络测试仪总体设计方案 7 ) 软件安全：要求一个软件和一套硬件仪器对应，一套软件安装在其他硬件 仪器上不能使用。 2 2n g n 网络测试仪总体设计方案 2 2 1n g n 网络测试仪结构分析 n g n 网络测试仪的总体结构为工控机结构，数据采集卡通过p c i ( p e r i p h e r a l c o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ，外设部件互连) 总线与工控机交互数据，负责原始物理层 数据流的采集。通信采用p c i 总线接口，通信缓冲区利用双口r a m ( r a n d o m a c c e s s m e m o r y ，随机访问存储器) 实现，应用双口r a m 可以在接口之间建立一个较大容 量的缓冲区，可以在任何时候向双口r a m 的任一存储单元读写数据，不需相互等 待，可以全速运行。仪表的结构可以按照功能及模块进行划分： 首先，按照功能划分的仪表层次结构图如图2 1 所示，消息处理过程由下而上， 查找，标记，结果导出 解码结果显示呼叫合成呼叫追踪业务统计 消息解码 消息预处理 i ie 1 网卡 图2 1n g n 网络测试仪功能层次结构图 首先通过硬件e 1 卡及网卡从网络中采集到数据，经过预处理模块将来自不同板卡 的消息进行一些统一的处理，比如按照时间排序、加上消息d 等操作，经过预处 理的原始数据将用于消息解码、呼叫合成、业务统计等，最后将这些结果通过文件 及数据库等多种形式存储，以便根据用户需要实时将结果以图形或报表的形式展示 出来，并支持导出功能。通过上述功能层次的处理流程的描述可以看到存在这样一 种情况，即所有消息的处理流程都如前面所述，而实际上不同协议的呼叫合成、业 务统计等功能的具体实现是有比较大的差异的，那么又该如何处理呢? 基于这种考 虑，我们的n g n 测试仪又按协议分为不同的模块，每个模块完成各自的消息解码、 1 2 重庆邮电大学硕士论文 第二章n g n 网络测试仪总体设计方案 呼叫合成、业务统计等相关功能。 其次，仪表模块化结构如图2 2 ，其中各个模块的具体功能如下： 主控模块：控制和调用其他功能部件，从数据采集接口读取信令消息、管理消 息数据、显示消息解码结果及统计分析结果，并完成程序中线程的调度。 数据采集模块：连接在待测试的n g n 网络系统的接口上采集消息，即完成e 1 卡、网卡等硬件板卡采集数据及消息预处理过程。 图2 - 2n g n 网络测试仪模块化结构 仿真模块：实现网关对之间、网关与软交换之间的基本功能仿真功能。 过滤模块：针对n g n 网络各协议的相关特点，按照所需参数进行过滤。 s i p 模块：完成s i p 消息的消息解码，包括详细解码和粗解码，同时完成s i p 消息的c d r 合成以及统计功能。 h 2 4 8 及m g c p 模块的功能与s i p 模块功能相同，只是各自是针对的h 2 4 8 协 议及m g c p 协议。 r t p 流分析模块：完成r t p 、r t c p 消息的详细解码和粗解码，以及r t p 的呼 叫合成及业务统计功能，比如：对一段时间内，整个网络的r t p 的性能进行合成及 统计描述，比如针对一次通话的主被叫号码、时延、抖动、丢包率、r 值、m o s 值、 r t p 数据包数、r t c p 数据包数、主被叫媒体类型、主被叫编码类型等进行合成， 或者是针对一对网关之间的通话次数、传输总包数等参数进行统计。该模块具体实 现过程就是本文的研究对象，相关内容将在后面的章节中进行具体介绍。 上述所有模块部件间采用松耦合，即消息解码、统计、过滤等与显示过程独立， 各模块功能独立，可以缩小相互之间的依存，与界面相关的操作在主控模块中实现， 与其他功能模块无关。这样的模块化结构有利于软件的移植、修改和升级。 2 2 2 多线程技术 在软件设计过程中，考虑到网络测试仪的多任务性及高实时性要求，其软件架 1 3 重庆邮电大学硕士论文第二章n g n 网络测试仪总体 发计方案 构采用了多线程技术，除主线程外，主要的辅助线程包括：数据捕获线程、数据存 储线程、消息处理线程、消息显示线程、消息过滤线程等。n g n 网络测试仪的多线 程体系结构如图2 3 所示。 主线程主要负责软件的启动、鉴权、终止、用户操作响应、界面显示以及各个 辅助线程的调度等操作。 数据捕获线程主要负责响应硬件驱动的消息，从硬件驱动程序接收数据，把接 收到的数据按照一定的格式存放到数据缓冲区中，为了保证仪表在高速率时不丢包， 这个线程被设置为高优先级； 图2 - 3n g n 网络测试仪多线程体系结构 数据存储线程主要负责在后台把数据缓冲区中的原始数据映射到磁盘文件上， 以减少内存消耗，便于消息查找，离线分析，防止意外断电造成的数据丢失； 消息处理线程主要负责触发消息的合成解码、呼叫合成及统计功能； 消息显示线程主要负责消息列表的显示； 消息过滤线程主要负责在消息列表中显示满足用户过滤条件的消息。 1 4 围 园 重庆邮电大学硕士论文第三章r t p r t c p 协议介绍 第三章r t p r t c p 协议介绍 为了满足多媒体业务的实时性需要，1 e t f 等国际组织专门制定了一系列与实时 业务相关的协议，实时传输协议( r a p ) 和实时传输控制协议( r t c p ) 就是其中的两个。 实时传输协议是一类比较特殊的协议，它代表着一种新的协议风格，即遵循应 用层构架和合并层次处理的原则。也就是说，正t f 在制定实时传输协议时，有意将 它作为一个框架协议来制定，而不是包括了所有的方方面面。在具体应用r t p 协议 时，根据需要对它进行适当的剪裁和变更，使其适合于特定的应用。实时传输协议 经常集成到应用过程当中，而不是作为一个独立的层来实现该层的全部功能。实时 传输协议传输具有实时性的数据。它提供端到端的网络传输功能，以便在多播或单 播网络业务上传输如音频、视频或仿真等数据。r t p 即不使用资源预留，也不为实 时业务提供质量保证。 实时传输控制协议是实时传输控制协议的伴随协议。它为实时传输提供接收质 量反馈，可以实现最简单的控制。 下面将对这两个协议进行详细介绍。 3 1r t p 协议 r t p 是针对i n t e m e t _ z 媒体数据流的一个传输协议，由i e t f 作为r f c l 8 8 9 ( 现 在更新为r f c 3 5 5 0 ) 发布。r t p 被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其 目的是提供时间信息和实现流同步。r t p 的典型应用建立在u d p 上。r t p 本身只 保证实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供 流量控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。 3 1 1r t p r t c p 协议在传输层的位置 应用层 r t p ，r t c p 传输层 u d p i p 层 物理层 图3 - 1r t p r t c p 在传输层的位置 1 5 重庆邮电大学硕士论文 r t p r t c p 位于u d p 协议之上，它是一种应用型的传输层协议，如图3 j l 所示。 音频、视频等媒体数据被封装在r t p 包中，每个r t p 包被封装在u d p 消息段中， 然后再封装在i p 数据包中【1 4 1 。 3 1 2r t p 协议格式 每个r t p 数据包都由一个头部和不定长的媒体数据组成，其结构如图3 2 所示。 o1 2 3 0l2 3 4 5 67 8 90l234567 8 9 0l2 3 4 5 6 789 0l vpxc cp t s e q u e n c en u m b e r ( 序列号) l t i m e s t a m p ( 时间戳) s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c e ( s s r c ) i d e n t i f i e r ( 同步源标识) c o n t r i b u t i n gs o u r c e ( c s r c ) i d e n t i f i e r ( 贡献源标识) h e a d e re x t e n s i o n ( 头扩展) p a y l o a dd a t