CN101227340B - 嵌入式网络质量探测装置和方法及其评估系统和评估方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌入式网络质量探测装置和方法及其评估系统和评估方法，其首先接收外部送至的测试任务并根据所述测试任务生成相应测试参数，然后根据所述测试参数对网络进行测试以获得网络质量测试数据，最后根据外部送至的采集数据指令将所采集的测试数据送出，当在网络各节点分别设置嵌入式网络质量探测装置后，通过对各嵌入式网络质量探测装置的统一管理可实现分布式测试和集中式管理，最真实地反应网络的质量，提高网络质量测量的效率。

Description

嵌入式网络质量探测装置和方法及其评估系统和评估方法

技术领域

本发明涉及一种嵌入式网络质量探测装置、探测方法、基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统及评估方法。

背景技术

随着IP网络的发展，最初以承载为主要功能的IP网络正渐渐地转变为以增值业务运营为主要功能的网络。业务的发展不断给网络提出更多的挑战，业务流量的增加导致网络负荷加重，网络反应慢、扩容投资不断增长，网络规划和网络质量管理与评估等缺乏可靠的依据和手段，评估现有网络性能对业务的支撑情况也缺少好的方法，使得基于IP网络的服务质量(QoS)的增值业务的运营难于开展，因此迫切需要在不影响业务运营的情况下对IP网络承载质量状况和对实时业务的支撑情况进行测评、分析和管理。

业务对网络质量等性能指标的要求直接源于业务对端到端客户感知(主观质量)的满意程度的需求。尤其对于目前在网络中涌现出的越来越多的实时业务，如VoIP、网络电视(IPTV)、视频点播(VOD)等业务对端到端的可用带宽、时延、抖动和丢包十分敏感，这些性能参数严重影响着此类业务的开展和运营维护。这些指标的组合整体反映了承载IP网络所能提供的QoS，因此准确把握这些网络质量指标是对IP网络承载性能进行测评的基础。

对于网络质量评测的方法，大多数采用的是主动测试的方法。所谓主动测量，即通过向网络中发送数据，观察结果和发送数据所需时间来研究网络，以获得网络往返时间(round-triptime，RTT)、丢包率、抖动以及路由路径等信息。传统的网络质量测量方法包括网元测量法、仪表测试方法以及手工简单测评，这几类方法都存在一定的局限性，主要表现在无法真正测量端到端的网络质量、需要手工发起测试、难于部署以及部署成本过高、无法综合分析评估整网健康状况和进行性能瓶颈定位等问题。

因此如何解决现有的网络质量测量中存在诸多问题实已成为本领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式网络质量探测装置及探测方法，以实现对网络质量的自动测量。

本发明的另一目的在于基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统及评估方法，以将分布式测试和集中式管理相结合，实现对网络的质量测试的真实反应，以提高测试效率。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种嵌入式网络质量探测装置，其包括：用于根据通信协议接收外部传送至的测量任务及采集数据指令的接收模块；用于根据所述测量任务生成相应的控制测量参数，并根据所述测量参数发出相应控制指令的测量控制模块；用于根据所述控制指令对网络进行相应的质量测试以获得相应测量数据的测量模块；用于储存所述测量数据的储存模块；用于根据接收到的采集数据指令输出所储存的测量数据的数据输出模块。

其中，所述接收模块为根据简单网管协议接收任务及指令的模块，所述测量控制模块为生成进程控制参数表及测量操作控制参数表的模块，所述测量模块包括：Ping测量单元、域名解析(NsLookup)测量单元以及路由跟踪(TraceRoute)测量单元，所述数据输出模块包括：用于对所储存的数据进行分析以生成相应的索引信息的状态和数据检测单元，用于根据接收到的采集数据指令传送所述索引信息所对应的测量数据的输出单元。

进一步，本发明提供一种嵌入式网络质量探测装置，其包括：用于与外部进行通信的通信接口；用于根据外部传送至的测量任务和采集数据指令执行与网络质量测试及传送测试所得数据有关的操作的主控模块；用于储存与网络质量测试相关的程序及数据的储存模块；用于将产生的时钟信号送至所述主控模块的振荡器模块；用于提供各模块所需的电能，其包括将电压进行转换的电压转换单元的电源模块。

其中，所述通信接口包括网络接口、USB接口及串行接口，所述电源模块包括对输入电源进行选择的选择单元，所述主控模块为多线程微处理器，用于产生实时时钟以供所述主控模块控制测试周期的时钟模块。

进一步，本发明还提供一种嵌入式网络质量探测方法，其包括以下步骤：1)根据通信协议接收外部传送至的测量任务；2)根据测量任务生成相应的测量参数，并根据所述测量参数发出相应控制指令；3)根据所述控制指令对网络进行相应的质量测试以获得相应测量数据；4)储存所述测量数据；5)接收采集数据指令；6)根据接收到的采集数据指令输出所储存的测量数据。

其中，所述通信协议为简单网管协议，所述步骤2)中生成的测量参数包括测量进程表及测量操作表，所述步骤2)中生成的测量参数包括测量的周期，所述质量测量包括时延、丢包、抖动及路由路径的测量，所述步骤4)及所述步骤5)之间还包括对所储存的数据建立数据索引的步骤，所述索引包括历史数据表及当前测试数据表。

进一步，本发明还提供一种基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统，其包括：分别设置在网络的各个节点，用于执行网络质量测量作业以获得网络质量数据的多个嵌入式网络质量探测装置；与所述多个嵌入式网络质量探测装置通过第一通信协议相连接，用于将测量任务下发至各嵌入式网络质量探测装置，并采集各嵌入式网络质量探测装置所获得的测试数据的管理服务器；与所述管理服务器通过第二通信协议相连接，用于根据用户的需求生成相应的网络质量测量矩阵，并根据所述网络质量测量矩阵将相应的测试任务送至所述管理服务器，并将所述管理服务器所采集的测试数据进行统计分析以得到网络质量评估结果的评估服务器。

其中，所述管理服务器通过简单网管协议与所述多个嵌入式网络质量探测装置相连接，所述评估服务器通过私有协议与所述管理服务器相连接。

进一步，本发明还提供一种基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估方法，其包括步骤：1)将多个嵌入式网络质量探测装置设置在网络的各个节点；2)根据用户的需求生成相应的网络质量测量矩阵，并将所述测量矩阵转化为测量任务；3)将所述测量任务传送至各相应的嵌入式网络质量探测装置；4)各嵌入式网络质量探测装置根据相应的测量任务执行网络质量测量作业以获得测量数据；5)采集所述多个嵌入式网络质量探测装置所获得的网络质量数据；6)统计分析所述网络质量数据以得到网络质量评估结果。

综上所述，本发明的嵌入式网络质量探测装置和方法及其评估系统和评估方法具有了分布式测试、集中管理的能力，可以定时提供网络健康状况的报告，提高了测量的实时性，真实反应网络端到端质量，达到自动测量的目的，节省测试的成本，提高了网络质量评测的效率。

附图说明

图1为本发明的嵌入式网络质量探测装置的基本结构示意图。

图2为本发明的嵌入式网络质量探测装置的基本结构示意图。

图3为本发明的基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统的基本结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

请参阅图1，本发明的嵌入式网络质量探测装置至少包括：接收模块、测量控制模块、测量模块及数据输出模块。

所述接收模块用于根据通信协议接收外部传送至的测量任务及采集数据指令，例如可简单网管协议(SNMP)接收任务及指令，此外，也可根据其他协议接收任务及指令，例如，根据TCP/IP协议等。

所述测量控制模块用于根据所述测量任务生成相应的控制测量参数，并根据所述测量参数发出相应控制指令，通常其根据所述测量任务生成进程控制参数表(Process Table)及测量操作控制参数表(CtlTable)，在所述测量操作控制参数表中，包括ping及traceRoute等测量操作，其中，pingCtlTable包含任务名称(pingCtlTestName)、目的地址类型(pingCtlTargetAddressType)、目的地址(pingCtlTargetAddress)、超时时间(pingCtlTimeOut)、测试次数(pingCtlProbeCount)、任务管理状态(pingCtlAdminStatus)等个参数；而traceRouteCtlTable包含任务名称(traceRouteCtlTestName)、目的地址类型(traceRouteCtlTargetAddressType)、目的IP地址(traceRouteCtlTargetAddress)、超时时间(traceRouteCtlTimeOut)、每节点测试次数(traceRouteCtlProbesPerHop)、测试频率(traceRouteCtlFrequency)、任务管理状态(traceRouteCtlAdminStatus)等参数，显然，根据pingCtlProbeCount及traceRouteCtlProbesPerHop等参数所述测量控制模块会周期性的发出相应控制指令。

所述测量模块用于根据所述控制指令对网络进行相应的质量测试以获得相应测量数据，其包括Ping测量单元、NsLookup测量单元以及TraceRoute测量单元，所述Ping测量单元可根据pingCtlTargetAddress向对应目的地址发送Ping命令，并根据接收到的对应回复信息后计算出信号的往返时间，也可根据是否收到回复信息测量该网络链路的丢包率等，所述NsLookup测量单元可用于测试和分析域名解析系统(DNS)存在的解析问题，所述TraceRoute测量单元可根据traceRouteCtlTargetAddress发送小的数据包到相应目的地址直到其返回，并测量出数据包往返所需时间等。

所述储存模块用于储存所述测量数据，即将所述Ping测量单元、NsLookup测量单元以及TraceRoute测量单元所获得的数据分别予以储存。

所述数据输出模块用于根据接收到的采集数据指令输出所储存的测量数据，其包括用于对所储存的数据进行分析以生成相应的索引信息的状态和数据检测单元和用于根据接收到的采集数据指令传送所述索引信息所对应的测量数据的输出单元，其中，所述索引信息包括历史数据表(History Table)和当前数据表(Result Table)，该些表仅载有相关索引和节点信息，需注意的是，也可采用其他方式输出数据，例如，直接读取所述储存模块的数据并将其输出等。

实施例二：

再请参阅第2图，本发明的嵌入式网络质量探测装置包括：通信接口、主控模块、振荡器模块、电源模块以及时钟模块。

所述通信接口用于与外部进行通信，其包括网络接口、USB接口及串行接口等，在本实施例中，共包含了三个10/100M网络接口，3个USB接口及2个串行接口，其中，两个网络接口由533Mhz的IXP425处理器内置的2个独立10/100Mbps以太网MAC所产生，另一个网络接口通过PCI总线用PCI—NET桥接芯片扩展产生，两个USB1.1主接口通过扩展总线桥接一个USB主控制器芯片所形成，扩展出，另一USB1.1从接口直接由533Mhz的IXP425处理器所提供，2个串行接口也由533Mhz的IXP425处理器直接提供，为两个最高可达921Kbps的高速标准RS232接口，且其中一个支持标准MODEM接口。

所述主控模块用于根据外部传送至的测量任务和采集数据指令执行与网络质量测试及传送测试所得数据有关的操作，其可选用533Mhz的IXP425处理器，由于IXP425拥有266MHz--533MHz XScale核以及NPE A、NPE B和NPE WAN3个多线程微处理引擎，且NPEB内嵌SHA-1/MD5、DES/3DES、AES加密算法引擎，内置2个独立的10/100Mbps以太网MAC，32位33MHz～66MHz PCI总线，支持4个PCI设备，2个高速UART口，1个USB Device口，16个GPIO，工业级32位网络嵌入式处理器(-40~85℃)，因此可带来极高的数据处理性能。

所述储存模块用于储存与网络质量测试相关的程序及数据，其包括flashrom存储器和SDRAM存储器，flashrom存储器主要用于存储程序启动所需的loadbooter代码、linux操作系统和网络测试应用程序，SDRAM存储器主要用于程序的运行(相当于计算机的内存)和处理的数据信息，在SDRAM存储器中运行程序可以加快程序的运行效率。

所述振荡器模块用于将产生的时钟信号送至所述主控模块，其采用一个有源的振荡器，振荡器产生的信号经过一个时钟分配电路，再分配至所述主控模块的各个电路。

所述电源模块用于提供各模块所需的电能，其包含+5V输入部分、—48V输入部分、电压转换部分及选择单元。当所述选择单元选择从所述+5V输入部分获取电压时，所述+5V输入部分将+5V的电源输入到所述电压转换部分以将其转换成3.3V和1.3两种电压，分别供给各自器件。当所述选择单元选择所述—48V输入部分获取电压时，所述—48V输入部分先将—48V经过一个电压(DC/DC)转换器，把—48V的电压转换成+5V的电源，然后再输入到电压转换部分进行电压转换以获得所需电压。

所述时钟模块用于产生实时时钟以供所述主控模块控制测试周期，其为一个两线制的总线接口方式的实时计时器即I2C。

再有，本发明的嵌入式网络质量探测方法主要包括以下步骤：

1)根据通信协议接收外部传送至的测量任务，通常由服务器通过简单网管协议将测量任务送至嵌入式网络质量探测装置，由所述嵌入式网络质量探测装置通过通信接口接收测量任务。

2)根据测量任务生成相应的测量参数，并根据所述测量参数发出相应控制指令，即由测量控制模块生成进程控制参数表(Process Table)及测量操作控制参数表(CtlTable)，其中，所述参数中包括测量周期信息，根据该些参数表及测量周期信息测量控制模块周期性地发出控制指令。

3)测量模块根据所述控制指令对网络进行相应的质量测试以获得相应测量数据，其中，所述测量模块包括对网络时延、丢包、抖动及路由路径的测量等。

4)储存模块储存所述测量数据，通常将Ping测量单元、NsLookup测量单元以及TraceRoute测量单元所测得的数据分开存放，以示区别。

5)状态和数据检测模块对所储存的数据建立数据索引，通常其会根据预先设定的规则周期性对储存模块的数据建立索引，因此所述索引包括历史数据表及当前测试数据表，但其仅包含相关索引和节点信息，以便易于数据查找。

6)接收采集数据指令，通常也是由服务器通过简单网管协议将采集数据指令传送至通信接口。

7)输出单元根据接收到的采集数据指令，并根据所述状态和数据检测模块建立的索引信息从储存模块读取所储存的测量数据并将其输出至指定地址。

再有，利用本发明的嵌入式网络质量探测装置可对网络质量进行自动探测及评估，请参见图3，基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统至少包括：多个嵌入式网络质量探测装置、管理服务器以及评估服务器。

所述多个嵌入式网络质量探测装置分别设置在网络的各个节点，用于执行网络质量测量作业以获得网络质量数据，其中，所述多个嵌入式网络质量探测装置为前述详细描述过的装置，在此不再对其内部结构及工作原理进行说明。

所述管理服务器与所述多个嵌入式网络质量探测装置通过第一通信协议相连接，用于将测量任务下发至各嵌入式网络质量探测装置，并采集各嵌入式网络质量探测装置所获得的测试数据，可实现对各分散的嵌入式网络质量探测装置的集中管理。

所述评估服务器用于根据用户的需求生成相应的网络质量测量矩阵，并根据所述网络质量测量矩阵将相应的测试任务送至所述管理服务器，并将所述管理服务器所采集的测试数据进行统计分析以得到网络质量评估结果，所述评估服务器可根据用户的需求生成各嵌入式网络质量探测装置之间full-mesh的测试矩阵，也可以生成从各嵌入式网络质量探测装置到网络任意节点的测试矩阵，其再将测量矩阵转化为测量的任务通过私有协议下发给所述管理服务器，并对测量所得的最终的测量结果进行归档、生成关于网络端到端质量的网络健康报告等。

此外本发明的基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估方法包括以下步骤：

1)将多个嵌入式网络质量探测装置设置在网络的各个节点，其中，所述多个嵌入式网络质量探测装置的基本架构及工作原理如前所述，在此不再赘述。

2)评估服务器根据用户的需求生成相应的网络质量测量矩阵，通常生成各嵌入式网络质量探测装置之间full-mesh的测试矩阵或从各嵌入式网络质量探测装置到网络任意节点的测试矩阵，同时再将所生成的测试矩阵转化为测试命令，所述评估服务器生成矩阵的方法及将所述矩阵转化为测试命令的方法已为本领域技术人员所知悉，在此不再赘述。

3)管理服务器根据所述网络质量测量矩阵将所述测量任务传送至各相应的嵌入式网络质量探测装置，例如，将指示IP地址为1的嵌入式网络质量探测装置以T1周期测试网络的丢包率的命令下发至IP地址为1的嵌入式网络质量探测装置，将指示IP地址为2的嵌入式网络质量探测装置以T2周期测试网络的数据包往返时间的命令下发至IP地址为2的嵌入式网络质量探测装置……。

4)各嵌入式网络质量探测装置根据相应的测量任务执行网络质量测量作业以获得测量数据，即IP地址为1的嵌入式网络质量探测装置、IP地址为2的嵌入式网络质量探测装置……将周期性地主动发起对网络质量的测试，其测试方法前已详述，在此不再重述。

5)所述管理服务器发送采集数据指令，各嵌入式网络质量探测装置将各自所获得的网络质量数据传回至管理服务器，所述管理服务器再通过私有协议将其传回所述评估服务器。

6)所述评估服务器统计分析所述网络质量数据以得到网络质量评估结果，统计方法已为本领域技术人员所知悉，在此不再赘述，评估服务器针对测量结果中抖动(jitter)较大的链路，可以通过分析其路由路径的变化，以及各跳时延的变化等对影响网络质量的瓶颈进行辅助定位。

综上所述，本发明的嵌入式网络质量探测装置及探测方法可以实现对网络质量的自动测量，同时通过在不同网络节点设置所述嵌入式网络质量探测装置，当各嵌入式网络质量探测装置得到了测试参数和测试周期之后即可周期性主动发起对网络的测试，且测试过程中不需要人工参与，且测试的端到端性能指标是端到端之间的指标而不是单个设备或某一段甚至某一跳之间链路的指标，由此可见可测试出从业务的起始点到业务的终止点整条路径的网络质量，包含网络传输的全部环节，根据这些丰富的测试数据可以定期给出网络质量的评估报告，并可以对影响网络质量的瓶颈进行辅助定位。

Claims (21)

1.一种嵌入式网络质量探测装置，其特征在于包括：

接收模块，用于根据通信协议接收外部传送至的测量任务及采集数据指令；

测量控制模块，用于根据所述测量任务生成相应的控制测量参数，并根据所述测量参数发出相应控制指令；

测量模块，用于根据所述控制指令对网络进行相应的质量测试以获得相应测量数据；

储存模块，用于储存所述测量数据；

数据输出模块，用于根据接收到的采集数据指令输出所储存的测量数据。

2.如权利要求1所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述接收模块为根据简单网管协议接收任务及指令的模块。

3.如权利要求1所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述测量控制模块为生成进程控制参数表及测量操作控制参数表的模块。

4.如权利要求1所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述测量模块包括：Ping测量单元、域名解析(NsLookup)测量单元以及路由跟踪(TraceRoute)测量单元。

5.如权利要求1所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述数据输出模块包括：

状态和数据检测单元，用于对所储存的数据进行分析以生成相应的索引信息；

输出单元，用于根据接收到的采集数据指令传送所述索引信息所对应的测量数据。

6.一种嵌入式网络质量探测装置，其特征在于包括：

通信接口，用于与外部进行通信；

主控模块，用于根据外部传送至的测量任务和采集数据指令执行与网络质量测试及传送测试所得数据有关的操作；

储存模块，用于储存与网络质量测试相关的程序及数据；

振荡器模块，用于将产生的时钟信号送至所述主控模块；

电源模块，用于提供各模块所需的电能，其包括将电压进行转换的电压转换单元。

7.如权利要求6所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述通信接口包括网络接口、USB接口及串行接口。

8.如权利要求6所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述电源模块包括对输入电源进行选择的选择单元。

9.如权利要求6所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于：所述主控模块为多线程微处理器。

10.如权利要求6所述的嵌入式网络质量探测装置，其特征在于还包括用于产生实时时钟以供所述主控模块控制测试周期的时钟模块。

11.一种嵌入式网络质量探测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据通信协议接收外部传送至的测量任务；

2)根据测量任务生成相应的测量参数，并根据所述测量参数发出相应控制指令；

3)根据所述控制指令对网络进行相应的质量测试以获得相应测量数据；

4)储存所述测量数据；

5)接收采集数据指令；

6)根据接收到的采集数据指令输出所储存的测量数据。

12.如权利要求11所述的嵌入式网络质量探测方法，其特征在于：所述通信协议为简单网管协议。

13.如权利要求11所述的嵌入式网络质量探测方法，其特征在于：所述步骤2)中生成的测量参数包括测量进程表及测量操作表。

14.如权利要求11或13所述的嵌入式网络质量探测方法，其特征在于：所述步骤2)中生成的测量参数包括测量的周期。

15.如权利要求11所述的嵌入式网络质量探测方法，其特征在于：所述质量测量包括时延、丢包、抖动及路由路径的测量。

16.如权利要求11所述的嵌入式网络质量探测方法，其特征在于：所述步骤4)及所述步骤5)之间还包括对所储存的数据建立数据索引的步骤。

17.如权利要求16所述的嵌入式网络质量探测方法，其特征在于：所述索引包括历史数据表及当前测试数据表。

18.一种基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统，其特征在于包括：

多个如权利要求1至10任意所述的嵌入式网络质量探测装置，分别设置在网络的各个节点，用于执行网络质量测量作业以获得网络质量数据；

管理服务器，与所述多个嵌入式网络质量探测装置通过第一通信协议相连接，用于将测量任务下发至各嵌入式网络质量探测装置，并采集各嵌入式网络质量探测装置所获得的测试数据；

评估服务器，与所述管理服务器通过第二通信协议相连接，用于根据用户的需求生成相应的网络质量测量矩阵，并根据所述网络质量测量矩阵将相应的测试任务送至所述管理服务器，并将所述管理服务器所采集的测试数据进行统计分析以得到网络质量评估结果。

19.如权利要求18所述的基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统，其特征在于：所述管理服务器通过简单网管协议与所述多个嵌入式网络质量探测装置相连接。

20.如权利要求18所述的基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估系统，其特征在于：所述评估服务器通过私有协议与所述管理服务器相连接。

21.一种基于嵌入式网络质量探测装置的网络质量评估方法，其特征在于包括步骤：

1)将多个如权利要求1至10任意所述的嵌入式网络质量探测装置设置在网络的各个节点；

2)根据用户的需求生成相应的网络质量测量矩阵，并将所述测量矩阵转化为测量任务；

3)将所述测量任务传送至各相应的嵌入式网络质量探测装置；

4)各嵌入式网络质量探测装置根据相应的测量任务执行网络质量测量作业以获得测量数据；

5)采集所述多个嵌入式网络质量探测装置所获得的网络质量数据；

6)统计分析所述网络质量数据以得到网络质量评估结果。

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