CN101379764A - 用于诊断网络问题的分布式系统和方法 - Google Patents

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CN101379764A CNA2006800518777A CN200680051877A CN101379764A CN 101379764 A CN101379764 A CN 101379764A CN A2006800518777 A CNA2006800518777 A CN A2006800518777A CN 200680051877 A CN200680051877 A CN 200680051877A CN 101379764 A CN101379764 A CN 101379764A
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Abstract

本发明提供了一种用于诊断网络中的端点处信号中的问题的分布式系统和方法。该分布式系统包括位于端点处的服务质量监视器和一般位于远离所述端点处的系统管理器。服务质量监视器包括呼叫质量分析组件、参数捕获组件、和问题报告组件。呼叫质量分析组件监视呼叫质量参数的值以检测信号中的质量问题。在检测到质量问题时，参数捕获组件以缩短的采样间隔对呼叫质量参数的值采样。参数报告组件将参数捕获组件所采样的值纳入问题呼叫质量报告中以便在网络上传输。系统管理器接收并存储该问题呼叫质量报告以便后续查看。

Description

用于诊断网络问题的分布式系统和方法
技术领域
本发明涉及网络监视系统和方法。特别地，本发明涉及用于诊断网络系统中端点处的信号中的问题的分布式系统和方法，其中可复制常规网络探针或分析器的能力为虚拟功能。
背景技术
已经完善地建立了诸如探针或分析器等用于诊断网络问题的网络测试装备的使用。为了有助于网络问题的标识，这些设备被附连到分组网络以捕获并分析通过监视点的分组并报告或显示从分组内容的分析所导出的数据。由于在远程端点处安放测试装备较为昂贵且不切实际，所以通常将这些探针和分析器附连到有大量聚集话务的点处的网络。
例如，住宅VoIP包括诸如住宅网关、模拟电话适配器、IP电话或软电话(统称为客户房屋装备)等大量简单的端点设备。这种客户房屋装备经由宽带网络连接被附连至IP网络。这允许在一个订户的客户房屋装备与另一订户的客户房屋装备之间传递VoIP分组。诸如DSL或电缆调制解调器等宽带网络连接上的拥堵是常见的，并且导致了VoIP呼叫的间歇质量问题。住宅VoIP业务的管理员因此需要能够标识并解决这些问题。然而，成本问题一般使得不允许在客户房屋处安放常规网络探针或分析器。
另一问题源自可能达到数千万的潜在大量订户。例如，如果订户A报告他或她遇到了问题，则可能派网络管理员进行调查。由于IP问题实质上是瞬态的，网络管理员不能可靠地预期这些问题会在他或她检查该订户的连接时发生。此外，让网络管理员监视已报告了问题的所有订户的连接以希望捕捉到瞬态问题一般是不实际的。
因此需要一种克服了这些问题的改善型网络监视系统和方法。
发明公开
本发明通过提供一种系统和方法来满足了该需求，其中可有效地监视大规模住宅IP上语音(VoIP)或IPTV服务、IP蜂窝服务、或大型企业VoIP部署，由此允许网络管理器使用先前限于大型网络探针和分析器的功能来捕获关于瞬态问题的信息。
根据本发明，一种用于诊断网络中的端点处信号中的问题的分布式系统包括位于端点处的服务质量监视器和一般位于远离所述端点处的系统管理器。服务质量监视器包括呼叫质量分析组件、参数捕获组件、和问题报告组件。呼叫质量分析组件监视呼叫质量参数的值以检测该信号中的质量问题。在检测到质量问题时，参数捕获组件以缩短的采样间隔对呼叫质量参数的值采样。参数报告组件将参数捕获组件所采样的值纳入问题呼叫质量报告中以便在网络上传输。系统管理器接收并存储该问题呼叫质量报告以便后续查看。在一个实施例中，设置标准报告组件使之以正常采样间隔对呼叫质量参数的值采样，将采样值纳入标准呼叫质量报告中，并通过网络将该标准呼叫质量报告传送给系统管理器。因此，在监视与呼叫信号相关联的质量问题时使用正常采样间隔，而在检测到质量问题的情况下使用缩短的采样间隔，以便采集到足够用以诊断质量问题的数据。
在另一实施例中，呼叫质量分析组件通过将监视到的质量参数的值与阈值相比较来检测质量问题。如果一个或多个质量参数的监视到的值超过了该阈值，则检测到质量问题，并且发信号给参数捕获组件使之开始以缩短的采样间隔进行采样。
在其它实施例中，问题报告组件通过对参数捕获组件所采样的数据执行量化和压缩操作而将所采样的值纳入到问题呼叫质量报告中。
因此，本发明的目标是提供在发生问题时可监视极大量的端点以获得用于对这些问题进行故障诊断的有用的具体数据的系统和方法。
在结合附图和所附权利要求来考虑本发明的以下具体描述时，其它目标、特征和优势将变得显而易见。
附图简述
图1是示出了本发明的一实施例中用于诊断网络问题的分布式系统的关系图。
图2是本发明的一实施例中使用的模拟电话适配器的示意图。
图3是本发明的一实施例中服务质量监视器的示意图。
实施本发明的最佳模式
参照图1，示出了根据本发明的用于诊断网络12中端点14处信号中的问题的分布式系统10。分布式系统10包括位于端点14处的服务质量监视器18和一般位于远离端点14处的系统管理器20。在所示实施例中，模拟电话适配器16中包括服务质量监视器18，其中使模拟电话适配器16连接至标准电话17。应认识到，服务质量监视器18可与诸如IP电话、“软电话”、个人数字助理(PDA)、移动电话、个人计算机、住宅网关、电缆系统MTA、IPTV机顶盒等端点14处的任意合适的有线或无线设备相关联，并且可包括在耦合至端点设备的外部单元中或作为端点设备的内部组件。
参照图2，模拟电话适配器16包括网络接口22、抖动缓冲器24、IP上语音转换组件26、信令组件28、以及电话接口(例如，语音端口)30。诸如通过以太网连接使网络接口22连接至网络12。使电话接口30连接至电话17。VoIP转换组件26将接收自电话17的模拟语音信号转换成VoIP分组流并在网络12上传送这些分组。另外，VoIP转换组件26将接收自远程VoIP系统(未示出)的VoIP分组流转换成模拟语音信号并将该模拟信号传送给电话17。信令组件28通过向系统管理器20发送消息来建立新的呼叫和终止已完成的呼叫。信令组件28还可发送包含呼叫质量(服务质量(QoS))、信息的消息，并可将这些消息导向系统管理器20或单独的采集系统中的任意一个。
模拟电话适配器16中纳入服务质量监视器18以测量端点14处VoIP呼叫的质量并生成呼叫质量报告。使用诸如RFC3611(RTCP XR)、SIP或本领域已知的其它合适协议在网络12上将这些呼叫质量报告发送给系统管理器20。可如题为“Quality of Service Monitor for Multimedia Communications System(多媒体通信系统的服务质量监视器)”的美国专利6,741,569号、题为“Per-CallQuality of Service Monitor for Multimedia Communications System(多媒体通信系统的按呼叫的服务质量监视器)”的美国专利7,058,048号、和/或题为“Dynamic Quality Of Service Monitor(动态服务质量监视器)”的美国专利7,075,981号中所描述的那样操作服务质量监视器18，这些专利都通过引用被包括于此。
参照图3，服务质量监视器18包括呼叫质量分析组件40、参数捕获组件42、问题报告组件44、以及标准报告组件48。配置呼叫质量分析组件40使之对与呼叫信号相关联的质量参数的值采样。这些质量参数可包括测得的、计算出的、或估计出的参数，诸如估计出的MOS分值、R因子、延迟、分组丢失、抖动、信号电平、噪声电平、回波电平、失真、绝对分组延迟变化、分组与分组间相对延迟变化、短期延迟变化、短期平均延迟、时基漂移、和/或失序分组的比例。
如以下进一步详细解释的，服务质量监视器18具有两种工作模式：(1)标准模式，其中以正常间隔对质量参数采样和传送呼叫质量报告；以及(2)问题模式，其中以较短间隔——即更高频率——对质量参数采样和传送呼叫质量报告。希望使用更高的采样和报告频率来获得用于诊断许多种类型的网络问题的足够数据。然而，一直使用更高采样和报告频率将导致网络12上传送过量的呼叫质量报告并最终将创建大量的网络话务而使得质量大幅下降。在这一点上，虽然希望监视许多个端点处的网络质量以检测多个瞬态问题，但网络上所产生的呼叫质量报告分组的量将等于所监视的端点的数目乘以每秒的呼叫质量报告分组的数目——这在任何大小的网络中都是一过大的量。有利地，根据本发明，当监视与呼叫信号相关联的质量问题时使用正常采样和报告频率，而如果检测到质量问题则使用更高的采样和报告频率以便采集足够用以诊断质量问题的数据。
继续参照图3，在标准模式下，呼叫质量分析组件40连续地监视与信号相关联的质量参数，而标准报告组件48以正常采样间隔——诸如每5秒到20秒——对质量参数采样。标准报告组件48将采样值纳入标准呼叫质量报告中并每5到20秒一次和/或在呼叫结束时向系统管理器20传送标准呼叫质量报告。系统管理器20接收标准呼叫质量报告并将这些标准呼叫质量报告存储在数据库中以作后续查看。如果呼叫质量分析组件40检测到质量问题，则就触发问题模式。在问题模式下，参数捕获组件42以缩短的采样间隔——诸如每200到500毫秒——对与信号相关联的质量参数采样。问题报告组件46将参数捕获组件42所采样的值纳入问题呼叫质量报告并将问题呼叫质量报告传送给系统管理器20。系统管理器20接收问题呼叫质量报告并将这些问题呼叫质量报告存储在数据库中以作后续查看。
在一个实施例中，呼叫质量分析组件40通过将监视到的质量参数的值与阈值相比较来检测质量问题。如果一个或多个质量参数的监视到的值超过了该阈值，则检测到质量问题，并且发信号给参数捕获组件42而开始以缩短的采样间隔进行采样。还可配置呼叫质量分析组件40使之标识哪一个或哪些质量参数违反了该阈值。基于该问题质量参数的身份，参数捕获组件42可将该缩短的采样间隔设为一优选间隔。例如，如果问题质量参数被标识为抖动，则对该数据进行更精细分辨率的查看可能是有帮助的。因此，参数捕获组件42可针对抖动问题将缩短的采样间隔设为比其它类型的问题更短的时段。参数捕获组件42还可使用问题质量参数的身份来选择特定质量参数以便以缩短的采样间隔进行采样。例如，如果该问题质量参数被标识为分组丢失，则获得与抖动有关的数据以确定该数据丢失是否是由于拥塞是有帮助的。因此，参数捕获组件42可选择抖动作为质量参数以便以缩短的采样间隔进行采样。
可配置问题报告组件46使之在呼叫终止时将参数捕获组件42所采样的值纳入问题呼叫质量报告中。在另一实施例中，配置参数捕获组件42使之将质量参数的采样值存储在阵列44中，而配置问题报告组件使之在阵列44填满时将参数捕获组件42所采样的值纳入问题呼叫质量报告中。
在一个实施例中，问题报告组件46通过对参数捕获组件42所采样的值执行量化和压缩操作而将所采样的值纳入到问题呼叫质量报告中。特别地，可配置问题报告组件46使之对参数捕获组件42所采样的值量化，将经量化的值存储在压缩数据块中，并将该压缩数据块纳入到问题呼叫质量报告中。
这种量化可包括将参数捕获组件42所采样的每一个值与一系列值域的中的一个相关联，并且基于相关联的值域来量化参数捕获组件42所采样的值。例如，参数捕获组件42所采用的MOS-LQ值可能在1到5的数值范围内，其中4以上的值指示良好质量。尽管当值高于3时标识MOS的微小变化是有帮助的，但当MOS值较低时标识微小变化的帮助不大。采样的MOS值因此可以有效地被量化为如下值域：
000＝1.00-2.00
001＝2.01-2.80
010＝2.81-3.30
011＝3.31-3.50
100＝3.51-3.70
101＝3.71-3.90
110＝3.91-4.10
111＝4.11-5.00
可以压缩形式表示这些值域，在给定MOS值与前一MOS值相同的情况下被表示为“0”，而在该给定MOS值与前一MOS值不同的情况下被表示为之后跟有如上所列的三比特码字的“1”。应该认识到，还可使用其它量化或编码方案，诸如差分编码、霍夫曼编码、Ziv-Lempel编码、或本领域的从业者所已知的其它此类算法。
根据本发明，能够以每编码参数约123-480个比特来表示以500ms的速率采样的60秒的时段(每参数约200比特的平均大小)。这将允许用约为100字节的压缩数据块来表示以500ms采样的4个此类参数的60秒的时段。
问题报告组件46将该采样数据的压缩数据块纳入问题呼叫质量报告中并将该问题呼叫质量报告传送给系统管理器20进行存储。在稍后的时间点上，可检索压缩数据块并进行解码以帮助对问题进行故障诊断。
因此，当呼叫质量分析组件40在呼叫期间检测到质量问题时，参数捕获组件42可立即开始以200-500ms的采样间隔对4到8个关键呼叫质量参数采样达30-60秒的时段，并且问题报告组件46可将该采样数据存储在压缩数据块中。在呼叫结束时，可向系统管理器20回报诊断数据的压缩块并存储在数据库中。由于这些步骤是在检测到质量问题时立即调用的，所以当数据正被捕获时该质量问题仍然持续且这些样本将包括关于该质量问题的信息的可能性很高。因此，本发明向系统管理器20提供了关于体验到问题的每个呼叫的经压缩的、采样数据的小块，同时保持用于获得该数据的额外开销最小。
在将来某一时间，当网络管理员希望对已经完成的呼叫进行故障诊断时，他可从系统管理器20处的呼叫数据库中检索出压缩数据块并图形地表示采样数据以用于视觉解释。由于各质量参数是彼此同步地采样的，所以能够将采样的各质量参数表示为一系列对准的时间图。
因此，本发明提供了在发生问题时可监视极大量的端点以获得用于对这些问题进行故障诊断的有用的具体数据的系统和方法。此外，根据本发明，仅需要在现有消息中纳入较小的额外数据块就可实现这些益处。另外，本发明提出的该方案可缩放至数百万的端点并且极大地帮助了对超大网络中瞬态和不可预测问题的故障诊断过程。
尽管在此参照特定实施例描述了本发明，但应该理解这些实施例仅是本发明的原理和应用的说明。因此，尽管已参照所公开的结构和过程描述了本发明，但并不限于阐述的细节，而旨在涵盖可落在以下权利要求的范围内的所有这些变型和变化。

Claims (28)

1.一种用于诊断网络中的端点处信号中的问题的分布式系统，所述系统包括：
a.位于所述端点处的服务质量监视器，其中所述服务质量监视器包括：
i.呼叫质量分析组件，被配置成监视与所述信号相关联的至少一个质量参数的值以检测所述信号中的质量问题；
ii.参数捕获组件，配置成在检测到所述质量问题时以缩短的采样间隔对与所述信号相关联的至少一个质量参数的值采样；以及
iii.问题报告组件，配置成将所述参数捕获组件采样的所述值纳入问题呼叫质量报告中并在所述网络上传送所述问题呼叫质量报告；以及
b.在所述网络中一般位于远离所述端点处的系统管理器，其中所述系统管理器包括数据库，并且其中所述系统管理器被配置成接收所述问题呼叫质量报告并将所述问题呼叫质量报告存储在所述数据库中。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统管理器被进一步配置成：
a.从所述数据库检索所述问题呼叫质量报告；以及
b.经由界面向用户显示所述参数捕获组件所采样的所述值。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缩短的采样间隔介于约200毫秒与约500毫秒之间。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括标准报告组件，它被配置成：
a.以正常采样间隔对与所述信号相关联的至少一个质量参数的值采样；
b.将所述采样值纳入标准呼叫质量报告中；以及
c.通过所述网络将所述标准呼叫质量报告传送给所述系统管理器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述标准采样间隔介于约5秒与约20秒之间。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参数捕获组件被配置成将所述至少一个质量参数的所述采样值存储在阵列中，以及其中所述问题报告组件被配置成在所述阵列填满时将所述参数捕获组件所采样的所述值纳入所述问题呼叫质量报告中。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述问题报告组件被配置成在与所述信号相关联的呼叫终止时将所述参数捕获组件所采样的所述值纳入所述问题呼叫质量报告中。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个质量参数是从包括以下各项的组中选出的：估计出的MOS分值、R因子、延迟、分组丢失、抖动、信号电平、噪声电平、回波电平、失真、绝对分组延迟变化、分组与分组间相对延迟变化、短期延迟变化、短期平均延迟、时基漂移、和失序分组的比例。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述问题报告组件被配置成量化所述参数捕获组件所采样的所述值，将所述经量化的值存储在压缩数据块中，并将所述压缩数据块纳入到所述问题呼叫质量报告中。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统管理器被进一步配置成：
a.从所述数据库检索所述问题呼叫质量报告；以及
b.经由界面向用户显示所述经量化的值。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述问题报告组件被进一步配置成：
a.将所述参数捕获组件所采样的所述值中的每一个与一系列值域中的一个相关联；以及
b.基于所述相关联的值域来量化所述参数捕获组件所采样的所述值。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述呼叫质量分析组件被进一步配置成：
a.将所监视的所述至少一个质量参数的值与阈值相比较；以及
b.在所监视的值超过所述阈值的情况下标识出问题质量参数。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述参数捕获组件被配置成基于所述问题质量参数来设置所述缩短的采样间隔。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述参数捕获组件被配置成基于所述问题质量参数来选择以所述缩短的采样间隔采样的所述至少一个质量参数。
15.一种用于诊断网络中端点处的信号中的问题的方法，所述方法包括以下步骤：
a.在所述端点处监视与所述信号相关联的至少一个质量参数的值以检测所述信号中的质量问题；
b.在检测到所述质量问题时，在所述端点处以缩短的采样间隔对与所述信号相关联的至少一个质量参数的值采样；
c.将以所述缩短的采样间隔采样的所述值纳入问题呼叫质量报告中；以及
d.通过所述网络将所述问题呼叫质量报告传送到一般位于远离所述端点处的系统管理器以存储在数据库中。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
a.从所述数据库检索所述问题呼叫质量报告；以及
b.经由界面向用户显示以所述缩短的采样间隔采样的所述值。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述缩短的采样间隔介于约200毫秒与约500毫秒之间。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
a.以正常采样间隔对与所述信号相关联的至少一个质量参数的值采样；
c.将以所述正常采样间隔采样的所述值纳入标准呼叫质量报告中；以及
c.通过所述网络将所述标准呼叫质量报告传送给所述系统管理器。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述标准采样间隔介于约5秒与约20秒之间。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括将以所述缩短的采样间隔采样的所述值存储在阵列中的步骤，并且其中所述将以所述缩短的采样间隔采样的所述值纳入所述问题呼叫质量报告中的步骤是在所述阵列填满时执行的。
21.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述将以所述缩短的采样间隔采样的所述值纳入所述问题呼叫质量报告中的步骤是在与所述信号相关联的呼叫终止时执行的。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一个质量参数是从包括以下各项的组中选出的：估计出的MOS分值、R因子、延迟、分组丢失、抖动、信号电平、噪声电平、回波电平、失真、绝对分组延迟变化、分组与分组间相对延迟变化、短期延迟变化、短期平均延迟、时基漂移、和失序分组的比例。
23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
a.量化以所述缩短的采样间隔采样的所述值；
b.将所述经量化的值存储在压缩数据块中；以及
c.将所述压缩数据块纳入所述问题呼叫质量报告中。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
a.从所述数据库检索所述问题呼叫质量报告；以及
b.经由界面向用户显示所述经量化的值。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括将以所述缩短的采样间隔采样的所述值的每一个与一系列值域中的一个相关联的步骤；并且其中所述量化以所述缩短的采样间隔采样的所述值的步骤使用所述相关联的值域。
26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
a.将所监视的所述至少一个质量参数的值与阈值相比较；以及
b.在所监视的值超过所述阈值的情况下标识出问题质量参数。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括基于所述问题质量参数来设置所述缩短的采样间隔的步骤。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括基于所述问题质量参数来选择以所述缩短的采样间隔采样的所述至少一个质量参数的步骤。
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