CN101409651B - 软交换承载网络质量的监测方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软交换承载网络质量的监测方法、系统和设备，在软交换承载网中的业务路由器SR一侧部署质量监测的核心探头，在软交换核心设备侧部署边缘探头；并包括：核心探头向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征；当边缘探头收到测试数据包后分别向该核心探头返回测试数据包；核心探头在接收到每个测试数据包后，通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标，从而得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量。本发明在满足软交换业务的客户感知度的前提下，达到尽快界定IP承载网或软交换业务网的故障，缩短了软交换业务故障修复时间。

Description

软交换承载网络质量的监测方法、系统和设备

技术领域

本发明涉及互联网协议(IP)网络质量监测相关技术，特别是涉及一种基于外接质量探头的软交换业务承载网质量监测方法、系统和设备。

背景技术

随着业务IP化、承载综合化，IP网已变为各种业务融合的综合承载平台。随着软交换业务逐步承载在IP网络上，由于IP网络“尽力而为”的特性，致使软交换业务在传输过程会引入的承载层面的丢包、延时和抖动，造成端到端软交换业务质量的下降。为此，需要针对IP承载网络满足软交换业务正常运行的需求，从业务层面感知承载网的状况，以保证软交换业务的顺利开展。

目前被广泛使用的IP网络质量检测方法有ICMP(InternetControl Message Protocol，网际控制信息协议)(RFC-792)、CiscoSAA(服务保障代理)方式。

对于ICMP方式，通过Ping可用来判断目标是否可达、往返的时延RTT(Round-Trip Time，往返时延)以及是否存在丢包等。然而，由于实际上Ping是向目标发送一个要求回显的ICMP数据报，当目标得到请求后，再返回一个回显数据报。而且Ping程序一般是直接实现在系统内核中的，而不是一个用户进程，因此目标设备不需要任何的daemon(守护进程)存在。

Cisco SAA的技术原理参见图1所示，SAA是Cisco路由器、交换机IOS内嵌的一个测量代理，可以配置包括Jitter(抖动)、ICMPEcho(ICMP回送)、Udp(用户数据报协议)Echo、Tcp(传输控制协议，Transmission Control Protocol)Connect等测试内容。网络管理平台(NMS)可通过SNMP(简单网络管理协议)与该设备通信，作相关测试的配置，获取测试结果，从而得到网络的性能。

目前一些软交换厂商也采用在媒体网关中内置测试分析模块，通过软交换来控制，用于在软交换承载网络中两个媒体网关之间进行服务质量测试。

ICMP方式通常采用命令ping来实现对时延、抖动和丢包的测量，是最常规、最简单的方式，但由于其发送测试包的频率、大小、协议类型等，对于软交换这种实时业务，在精确性存在严重的不足。

Cisco SAA这种测量方法需要得到各厂商设备支持，才能够实现IP网络上不同厂家设备间网络性能的测量；启动SAA也需要占用网络设备的系统资源，进而影响网络端到端的承载质量；最后，其对于软交换业务的关联度不紧密，不能够满足软交换业务端到端质量监测和实时监控的需求。

通过在软交换媒体网关中内置测试分析模块的方式，需要媒体网关相互间的兼容性，即不同软交换之间无法做到质量的实时监测；而且，这种监测方式依赖于软交换本身，无法做到透明地监测承载网质量；此外，这种方式也不利于界定软交换业务平台和承载网之间的故障界面，不利于网络运维工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种软交换承载网络质量的监测方法和系统，在满足软交换业务的客户感知度(QoE)的前提下，达到尽快界定IP承载网或软交换业务网的故障，缩短软交换业务故障修复时间。

基于上述目的本发明提供的一种软交换承载网络质量的监测方法，在软交换承载网中的业务路由器SR一侧部署质量监测的核心探头，在软交换核心设备侧部署边缘探头；并包括以下步骤：

核心探头向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征；

当边缘探头收到测试数据流中的测试数据包后分别向该核心探头返回测试数据包；核心探头在接收到每个测试数据包后，通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标，从而得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量。

可选的，该方法所述核心探头向每个边缘探头发送一条测试数据流包括：

设定每条测试数据流，包括核心探头和每个边缘探头的互联网协议IP地址、用户数据报协议UDP端口；

设定测试数据流特征，根据软交换业务特点，模拟发出该软交换业务相应的测试数据包；

设定网络质量统计周期。

可选的，该方法所述设定测试数据流特征后还包括：对每个监测点的发包类型、发包大小、发包内容和包的发送周期进行调整。

可选的，该方法所述计算得到数据包的测试指标后还包括：判断网络质量统计周期是否到达，如果到达，则进入下一步骤；否则继续发送下一条测试数据流，继续记录每个数据包的指标信息。

可选的，该方法所述得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量后进一步包括：当承载网质量下降到软交换业务需求的基线时，向承载网网管系统发送告警信息。

可选的，该方法所述测试指标包括以下至少一种：数据包的时延、抖动、丢包率。

基于上述目的，本发明还提供了一种软交换承载网络质量的监测系统，包括：

核心探头，设置在软交换承载网中的业务路由器SR一侧，用于向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征，并在接收到边缘探头返回的测试数据包后，通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标，从而得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量；

边缘探头，设置在软交换核心设备侧，用于在收到核心探头发来的测试数据包后向该核心探头返回测试数据包。

可选的，该系统所述SR侧还包括系统的管理平台，用于配置每条测试数据流；并在监测到网络质量下降到软交换业务需求的基线时，通过相应接口自动向承载网网管系统发送告警信息。

可选的，该系统所述软交换核心设备包括：接入交换机侧和上联交换机。

基于上述目的，本发明还提供了一种实现软交换承载网络质量监测的核心探头设备，其特征在于，该监测中心设备设置在软交换承载网中的业务路由器SR一侧，并包括：

网络接口，用于向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征，并接收部署在软交换核心设备侧的边缘探头返回的测试数据包；

封包处理模块，用于对所述测试数据包封包的判断，统计封包的长度；

数据计算模块，用于通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标；

时钟，用于网络质量统计周期定时；

存储模块，用于对指标值的存储。

可选的，该设备还包括：显示模块，用于对指标值的显示。

从上面所述可以看出，本发明提供的软交换承载网络质量的监测方法、系统和设备，从软交换业务层面感知IP承载网的状况，模拟软交换业务特征发送测试数据流，进而计算出在满足软交换业务的客户感知度(QoE)的前提下的承载网质量。

由于承载网原因引起的软交换业务故障问题主要原因是承载网的QOS(服务质量)的劣化，从现网发生的软交换业务故障及其处理过程来看，故障处理时间长是造成普通故障衍变为重大故障的主要原因，造成时间延误主要在两个方面：

故障难以快速发现：维护上缺少主动监测的手段，做不到主动发现，主动处理，往往由用户申告后才知道有故障产生，后知后觉。

发现故障却难以快速定位：故障发生时缺少手段来快速判断是软交换还是承载网发生了问题，影响了故障处理时限。

为此，依据现有的技术手段，引入第三方监测系统是一个较好的方式，通过对软交换业务承载层的全程质量监测来加强对IP承载网络的质量监控，在网络质量恶化时做到监测系统自动发现，实时告警，维护人员才能够及时处理，在大范围用户受影响前业务能恢复正常。

本发明解决了当前被广泛使用的IP网络质量监测对于和软交换业务进行关联的不足，其不足表现在：仅反映网络连通性方面的质量指标，无法和软交换业务进行关联分析，缺乏针对性；传统方法发送测试包的频率、大小、协议类型等，对于软交换这种实时业务，在精确性存在严重的不足。

本发明提出的软交换业务承载网质量监测方法，从软交换业务层面感知IP承载网的状况，完全模拟软交换业务特征发送测试数据流，进而计算出在满足软交换业务的客户感知度(QoE)的前提下的承载网质量。

本发明在实际应用中，可提升针对软交换业务承载网质量的监测试准确性和针对性。

附图说明

图1为现有Cisco SAA技术原理示意图；

图2为本发明实施例承载网质量监测技术原理示意图；

图3为本发明实施例软交换业务承载网质量监测示意图；

图4为本发明实施例软交换业务承载网质量监测流程示意图；

图5为本发明实施例软交换业务承载网质量监测的核心探头设备结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

参见图2所示，在软交换承载网中的业务路由器(SR)201一侧部署质量监测的核心探头202，并与系统的管理平台一起组成软交换业务承载网质量的监测中心；在软交换核心设备203，如：软交换机(SS)、信令网关(SG)、中继媒体网关(TG)等的接入交换机侧和软交换的接入网关(AG)上联交换机侧，分别部署边缘探头204，由核心探头202分别向各个边缘探头204发送测试数据流，从而计算出承载端到端的质量。

具体可以为，位于监测中心的核心探头202向每个边缘探头204发送一条UDP测试数据流(一组测试数据包)，每条测试数据流模拟一路软交换语音数据流的特征，如：测试数据流中每个数据包类型为UDP，每个包大小为200字节(含IP头，不含MAC(Media AccessControl，介质访问控制))，发送周期为20ms发送一个数据包。当边缘探头204收到测试数据包后把源IP地址、目的IP地址、源UDP端口、目的UDP端口进行反转(也就是说，以收到测试数据包的源IP地址作为目的IP地址、源UDP端口作为目的UDP端口、目的IP地址作为源IP地址、目的UDP端口作为源UDP端口)，向核心探头202返回各个测试数据包；核心探头202在接收到每个测试数据包后，通过对比发送和接收到的数据包，计算得到数据包的时延、抖动和丢包率等测试指标，从而得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量。

本发明的软交换业务承载网质量监测连接，参见图3所示。

在软交换承载网中的业务路由器(SR)201一侧部署质量监测的核心探头202，并通过监测中心的管理平台301配置每条测试数据流。在软交换核心侧设备(SS、SG、TG)的接入交换机302和各个AG303的上联交换机侧304分别部署边缘探头204。

这样，通过监测中心的管理平台301配置每条测试流，测试流为从核心探头202向每个边缘探头204发送的一条模拟软交换语音业务的UDP数据流；当边缘探头204收到从核心探头202发送的测试数据包后把源IP地址、目的IP地址、源UDP端口、目的UDP端口进行反转，向核心探头返回各个测试数据包，核心探头202在接收到每个测试数据包后，通过对比发送的数据包和接收到的相应数据包，即将发往某个边缘探头测试流中的数据包与从该边缘探头接收的数据包相比较，计算得到数据包的时延、抖动和丢包率等指标，从而得到每个测试周期内每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量。

当承载网300质量下降到软交换业务需求的基线时，由监测中心的管理平台301通过相应接口(如SNMP)自动向承载网300网管系统发送告警信息。软交换业务承载网质量的具体计算流程，参见图4所示。

步骤401，设定测试流及其参数，包括：

(1)设定每条测试流，包括核心探头和每个边缘探头的IP地址、UDP端口；

(2)设定测试数据流特征，根据软交换业务特点，模拟发出相应的测试数据包，每条数据流特征如下：

数据包类型：UDP包，

数据包大小：每个包200字节(含IP头，不含MAC)，

发送周期：每一路测试流以20ms为周期发送一个数据包(即50包/秒)；

(3)可以对每个监测点的发包类型、发包大小、发包内容和包的发送周期进行调整；比如可根据需要减少测试数据流的大小以降低对承载网的影响，可以通过降低发送频率的方式来进行调整。

(4)网络质量统计周期为30秒。

并还可以设定如：计算测试流每个数据包的计算周期等参数。

步骤402，发送测试数据流。

通过核心探头向每个边缘探头按照定义好的数据流进行发送。

步骤403，边缘探头返回测试测试数据包。

各个边缘探头接收到核心探头发送的数据包后，把源IP地址、目的IP地址、源UDP端口、目的UDP端口进行反转，分别向核心探头返回测试数据包。

步骤404，计算测试流每个数据包的质量指标。

核心探头在接收到每个测试数据包的返回后，通过对比发送和接收到的数据包，计算得到数据包的时延(RTT)、抖动(Jitter)和丢包率(Loss)等指标。计算时间周期为1秒。

时延计算方式为：

RTT＝t(d)-t(s)

t(d)表示收到数据包的时间戳值，t(s)表示发生数据包的时间戳值。

抖动计算方式为：

$\mathrm{Jitter}=\sqrt{\frac{t^{\mathrm{\Λ}}}{N}-{\left(\stackrel{\‾}{t}\right)}^2}$

t^Λ表示Rtt的平方和

N表示成功发送数据包的总和

t表示平均Rtt

丢包计算方式为：

LOSS＝1-Ssum/Sum

Ssum表示成功接受数据包总数

Sum表示发送数据包总数

步骤405，判断网络质量统计周期是否到达，如果到达，则进入步骤406；否则返回步骤402，继续发送当前测试数据流的后续数据包，并继续记录每个数据包的指标信息。

本实施例中，网络质量统计周期为30秒。

步骤406，计算测试流的质量指标。

根据每条测试数据流，计算出在每个测试周期内监测路径的网络质量实时值，包括时延、抖动、丢包，以及在每个统计周期内的最大值、最小值、平均值。

各指标的计算方法同404，时间参数以设定的统计周期30秒计算。

步骤407，根据每条测试数据流计算出的承载网质量指标，判断监测的质量指标是否超过软交换业务质量基线，即业务指标要求，如果是，则进入步骤408；否则，直接进入步骤409。

步骤408，发送告警到网管系统，进入步骤409。

本实施例中，通过SNMP等接口，通知网管系统，报告监测路径质量不能满足软交换业务承载的需求，由其来决定切换承载网路径。

步骤409，指标值入库和显示。

将计算的指标值记录到数据库中，并实时显示每条测试流所反映的网络质量指标。

步骤410，判断监测是否结束(由监测中心的管理平台决定来终止发送测试数据流)，如果要结束监测，则中断核心探头的发包，否则，返回步骤402，继续发送每条测试流并计算相应的网络质量指标。

本发明较佳实施例实现软交换业务承载网质量监测的核心探头设备的组成结构，如图5所示，包括：

网络接口501，一般为光电网络接口，用于向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征，并接收部署在软交换核心设备侧的边缘探头返回的测试数据包。

封包处理模块502，实现对所述测试数据包封包的判断，统计封包的长度。

数据计算模块503，用于通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标。

时钟504，实现网络质量统计周期定时。

显示模块505，实现对指标值的显示。

存储模块506，实现对指标值的存储。

本发明的描述是为了示例和说明起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种软交换承载网络质量的监测方法，其特征在于，在软交换承载网中的业务路由器SR侧部署质量监测的核心探头，在软交换核心设备侧部署边缘探头；并包括以下步骤：

核心探头向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征；

当边缘探头收到测试数据流中的测试数据包后分别向该核心探头返回测试数据包；核心探头在接收到每个测试数据包后，通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标，从而得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量；

当承载网质量下降到软交换业务需求的基线时，管理平台向承载网网管系统发送告警信息。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述核心探头向每个边缘探头发送一条测试数据流包括：

设定每条测试数据流，包括核心探头和每个边缘探头的互联网协议IP地址、用户数据报协议UDP端口；

设定测试数据流特征，根据软交换业务特点，模拟发出该软交换业务相应的测试数据包；

设定网络质量统计周期。

3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述设定测试数据流特征后还包括：对每个监测点的发包类型、发包大小、发包内容和包的发送周期进行调整。

4.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述计算得到数据包的测试指标后还包括：判断网络质量统计周期是否到达，如果到达，则进入下一步骤；否则继续发送下一条测试数据流，继续记录每个数据包的指标信息。

5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述测试指标包括以下至少一种：数据包的时延、抖动、丢包率。

6.一种软交换承载网络质量的监测系统，其特征在于，包括：

核心探头，设置在软交换承载网中的业务路由器SR侧，用于向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征，并在接收到边缘探头返回的测试数据包后，通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标，从而得到每条测试数据流所反映的承载网路径的网络质量；

管理平台，用于当承载网质量下降到软交换业务需求的基线时，向承载网网管系统发送告警信息；

边缘探头，设置在软交换核心设备侧，用于在收到核心探头发来的测试数据包后向该核心探头返回测试数据包。

7.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述SR侧还包括系统的管理平台，用于配置每条测试数据流；并在监测到网络质量下降到软交换业务需求的基线时，通过相应接口自动向承载网网管系统发送告警信息。

8.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述软交换核心设备包括：接入交换机侧和上联交换机侧。

9.一种实现软交换承载网络质量监测的核心探头设备，其特征在于，该核心探头设备设置在软交换承载网中的业务路由器SR侧，并包括：

网络接口，用于向每个边缘探头发送一条测试数据流，每条测试数据流模拟软交换语音数据流的特征，并接收部署在软交换核心设备侧的边缘探头返回的测试数据包；

封包处理模块，用于对所述测试数据包封包进行判断，统计封包的长度；

数据计算模块，用于通过对比所发送的数据包和接收到的相应数据包，计算得到数据包的测试指标；

时钟，用于网络质量统计周期定时；

存储模块，用于对指标值的存储。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，该设备还包括：显示模块，用于对指标值的显示。

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