CN104754628B

CN104754628B - 一种基于lte s1接口的数据采集关联分析方法和装置

Info

Publication number: CN104754628B
Application number: CN201310750007.0A
Authority: CN
Inventors: 范磊
Original assignee: China Mobile Group Shanxi Co Ltd
Current assignee: China Mobile Group Shanxi Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN104754628A

Abstract

本发明公开了一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法，包括：通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB接入EPC，模拟用户行为；对EPC进行监测，采集LTE S1接口的信令消息和业务数据，并对采集到的信令消息和业务数据进行解析；监控过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单；解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流。本发明同时还公开了一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析的装置，采用本发明，能够有效解决现有技术方案无法反映用户感知、无法精准定位故障、无法关联分析等技术问题。

Description

一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法和装置

技术领域

本发明涉及核心网领域的数据分析技术，尤其涉及一种基于长期演进（LTE，LongTerm Evolution）S1接口的数据采集关联分析方法和装置。

背景技术

目前，LTE网络正处于试点建网阶段，需要通过有效测试和深入分析来定位网络问题，并指导网络优化工作。现有技术中的网络测试分析方法中，主要针对网元设备参数信息进行采集；或者，利用数据采集系统，收集底层协议栈的运行信息，针对底层协议栈运行情况及相关故障的检测分析；这样，一方面不涉及业务信令流、媒体流等数据的采集，不能结合测试实时进行信令和业务关联分析，无法快速及时定位故障；另一方面，没有对业务层进行仿真，没有S1接口用户面数据的采集，无法分析业务层异常，无法从用户侧反映信令异常或者业务异常导致的用户感知。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法和装置，能够有效解决现有技术中无法反映用户感知、无法精准定位故障、无法关联分析等技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法，所述方法包括：

通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB接入EPC，模拟用户行为；

对EPC进行监测，采集LTE S1接口的信令消息和业务数据，并对采集到的信令消息和业务数据进行解析；

监控过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单；

解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流。

上述方案中，所述采集LTE S1接口的信令消息和业务数据为：在仿真eNodeB接入侧镜像采集信令消息和业务数据，实现对LTE业务测试数据的采集。

上述方案中，所述对采集到的信令消息和业务数据进行解析包括：

对照LTE eNodeB与EPC之间的信令消息代码对信令消息进行解析；

根据IP、UDP、GTP-U、HTTP协议对业务数据进行解析。

上述方案中，所述将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单包括：依据信令消息中的通用数据传输平台GTP隧道端点标识符TEID，对测试记录、信令消息、业务数据关联合成。

上述方案中，所述解析信令消息和业务数据异常原因包括：

根据信令交互流程，提取错误的信令消息，对信令消息异常的原因进行诊断分析；

根据业务处理流程，从业务数据中提取返回的状态码，并将状态码的含义与状态码标准库中的含义进行对应，提取业务数据异常原因。

本发明实施例还提供了一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析的装置，所述装置包括：业务仿真测试模块、数据采集解析模块、数据关联合成模块、信令业务分析模块，其中，

所述业务仿真测试模块，用于通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB接入EPC，模拟用户行为；

所述数据采集解析模块，用于对EPC进行监测，采集LTE S1接口的信令消息和业务数据，并对采集到的信令消息和业务数据进行解析；

所述数据关联合成模块，用于当监控过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单；

所述信令业务分析模块，用于解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流。

上述方案中，所述数据采集解析模块采集LTE S1接口的信令消息和业务数据为：在仿真eNodeB接入侧镜像采集信令消息和业务数据，实现对LTE业务测试数据的采集。

上述方案中，所述数据采集解析模块对采集到的信令消息和业务数据进行解析包括：

对照LTE eNodeB与EPC之间的信令消息代码对信令消息进行解析；

根据IP、UDP、GTP-U、HTTP协议对业务数据进行解析。

上述方案中，所述数据关联合成模块将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单包括：依据信令消息中的通用数据传输平台GTP隧道端点标识符TEID，对测试记录、信令消息、业务数据关联合成。

上述方案中，所述信令业务分析模块解析信令消息和业务数据异常原因包括：

本发明实施例所提供的基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法和装置，通过仿真S1接口协议栈构建仿真演进型基站（eNodeB）接入演进分组核心网（EPC，Evolved PacketCore）模拟用户行为，对EPC进行监测，根据仿真测试发现业务异常；当主动监控的过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单，并解析信令消息和业务数据异常原因，输出错误信息及原始码流。通过LTE S1接口仿真测试，结合信令消息、业务数据的采集关联分析，结合故障原因过滤诊断，实现针对LTE核心网元业务异常的定位和分析；具备主动发现故障、自动分析定位的功能，能有效解决现有技术方案无法反映用户感知、无法精准定位核心网元、无法关联分析等技术问题；为LTE核心网络的故障定位分析提供了一种极为有效的支撑手段。

附图说明

图1为本发明实施例系统组网示意图；

图2为本发明实施例基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法流程示意图；

图3为本发明实施例仿真S1接口协议栈所采用的标准协议栈模型示意图；

图4为本发明实施例仿真eNodeB与MME和S-GW的交互流程示意图；

图5为本发明实施例数据关联合成方法流程示意图；

图6为本发明实施例基于LTE S1接口的数据采集关联分析装置结构示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB接入EPC，模拟用户行为；对EPC进行监测，采集LTE S1接口的信令消息和业务数据，并对采集到的信令消息和业务数据进行解析；当监控过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单，并解析信令消息和业务数据异常原因，输出错误信息及原始码流。

EPC网络是4G移动通信网络的核心网，EPC网络中基本的网络实体包括：eNodeB、移动管理实体（MME，Mobility Management Entity）、归属用户服务器（HSS，Home SubscriberServer）、业务网关（S-GW，Service Gateway）以及公用数据网（PDN，Public DataNetwork）；其中，eNodeB为LTE接入网的核心，eNodeB与EPC之间通过S1接口进行连接，用于与终端进行射频信号交互，当终端与eNodeB连接后，eNodeB会进行信令和数据转发；MME网元用于用户接入控制和移动性管理，能够将终端发起的信令消息根据签约信息附着到SGW和PGW网元上；HSS网元用于保存用户签约信息；SGW网元是靠近eNodeB的网关，用于将用户的业务数据转发PGW上，SGW可能与省内省外，国内国外的PGW对接；PGW网元是靠近PDN侧的网元，负责数据报文转发之外，还负责部署在线计费和动态控制策略；PDN可以是Internet，也可以企业内部的服务器。

图1为本发明实施例系统组网示意图，本发明实施例通过仿真eNodeB及LTE用户，采用IP方式与MME和S-GW相连，实现对LTE核心网的核心网元、核心网质量以及承载各项业务质量的监测。

如图1所示，与本发明实施例相关的设备包括：数据采集关联分析装置、以及位于EPC网络中的MME和S-GW；这里，MME和S-GW均为现有网络中的网元设备。本发明实施例中，通过数据采集关联分析装置仿真eNodeB及LTE用户，并通过S1接口与EPC连接，其中，数据采集关联分析装置仿真的eNodeB及LTE用户通过S1控制平面接口（S1-MME）与MME相连，通过S1用户面接口（S1-U）与S-GW相连。具体的，MME用于用户接入控制和移动性管理，能够将终端发起的信令消息根据签约信息附着到SGW和PGW网元上；SGW用于将用户的业务数据转发PGW上。

本发明实施例通过在仿真eNodeB接入侧镜像采集数据，实现对LTE业务测试数据的采集。当在监控过程中产生故障告警或测试任务失败时，对测试失败的信令消息和业务数据进行测试记录详单的重组，过滤出测试数据包，并通过关联分析对异常原因进行诊断。

下面结合附图及具体实施例，对本发明技术方案的实施作进一步的详细描述。图2为本发明实施例基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法流程示意图，如图2所示，本发明实施例基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法，包括以下步骤：

步骤201：通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB接入EPC，模拟用户行为；

具体的，本发明实施例通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB，模拟用户与S-GW、MME的连接；其中，仿真S1接口协议栈在设计上采用标准协议栈模型，如图3所示，在技术实施中，仿真S1接口协议栈的控制面主要是对 S1-AP和SCTP层协议的仿真，分别与MME的S1-AP和SCTP层相对应；SCTP仿真完成对S1-AP的承载，仿真S1-AP层是仿真S1接口控制面与MME的接口层，是S1接口外部功能的体现；仿真S1接口协议栈的用户面主要对GTP-U、UDP层进行仿真，通过GTP-U协议传输eNodeB和S-GW间的用户面PDU报文。

图4为本发明实施例仿真eNodeB与MME和S-GW的交互流程示意图，如图4所示，本发明实施例仿真eNodeB及LTE用户、模拟用户行为与MME和S-GW的交互流程，包括以下步骤：

步骤201a：仿真eNodeB发送初始化UE消息（Initial UE message）到MME；

其中，所述初始化UE消息中包含有移动性管理相关消息中的附着请求（AttachRequest）；

步骤201b：仿真eNodeB与MME完成认证授权（Identity/Authentication/Security）；

步骤201c：仿真eNodeB发送初始上下文创建请求（Initial Context SetupRequest）到MME；

其中，所述初始上下文创建请求中包含附着接受（Attach Accept）、默认激活EPS上下文请求信息（activate default EPS bearer context request）；

步骤201d：MME发送UE能力信息提示（UE Capacity info.indication）到仿真eNodeB；

步骤201e：仿真eNodeB发送初始上下文设置响应（initial context setupresponse）到MME；

步骤201f：仿真eNodeB通过S-GW、P-GW向HTTP网站发起页面请求；

步骤201g：HTTP网站通过S-GW、P-GW向仿真eNodeB发送页面响应；

步骤202：对EPC进行监测，采集LTE S1接口的信令消息和业务数据，并对采集到的信令消息和业务数据进行解析；

具体的，通过监测仿真eNodeB的S1接口协议栈与MME和S-GW的交互信息，实现对EPC进行监测；通过在仿真eNodeB接入侧镜像采集仿真eNodeB 设备与MME、S-GW的信令消息、业务数据，实现对LTE业务测试数据的采集。信令消息的解析对照eNodeB与EPC之间的信令消息代码进行解析，如表1所示，表1为本发明实施例信令消息类型、消息代码以及消息重要字段的对应关系表：

表1

业务数据根据IP、UDP、GTP-U、HTTP等协议实现业务数据包的解析，如表2所示，表2为本发明实施例业务数据消息类型、消息代码以及重要字段的对应关系表：

消息类型	消息代码	重要字段
			建立连接	Connection
请求	Request	GET、POST
			响应	Response	版本协议、状态码
关闭连接	Close Connection	Close

表2

步骤203：监控过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单；

进一步的，可将关联合成的测试记录详单进行存储；

具体的，所述数据关联合成时，需要将一次测试产生的信令消息和业务数据关联到一起，进行测试记录详单重组；所述关联依据信令消息中的通用数据传输平台（GTP）隧道端点标识符（TEID），实现测试记录、信令消息、业务数据的关联合成。如图5所示，本发明实施例数据关联合成方法，包括以下步骤：

步骤203a：获取S1-MME接口信令消息以及S1-U接口的业务数据；

步骤203b：根据GTP TEID获取属于同一次测试的信令消息和业务数据；

步骤203c：将具有相同TEID的信令消息和业务数据结合测试记录进行关联合成，生成测试记录详单并进行存储。

步骤204：解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流。

这里，测试异常的分析结合信令流程和业务流程两个方面进行：

根据信令交互流程，提取错误的信令消息，对信令消息异常的原因进行诊断分析，如：在LTE异常附着流程中，出现的“attachReject”消息时，则表示核心网拒绝；缺少“Initial Context Setup request”消息时，则表示未收到上下文初始化建立请求。如此，可通过对失败消息或标准流程中缺失的消息的判断，实现对信令消息异常问题的诊断。

根据业务处理流程，从业务数据中提取返回的状态码，并将状态码的含义与状态码标准库中的具体含义进行对应关联，提取业务异常原因；状态码标准库中各状态码的具体含义如表3所示，例如：基于HTTP协议的状态码，404对应服务器找不到请求的网页，503对应服务器目前无法使用等。如此，可通过关联分析这些反馈状态码的标准含义，即可实现业务异常的诊断。

状态码	分类	说明
			1XX	信息性	收到请求、继续处理
2XX	成功性	成功收到、理解并接受行动
			3XX	重定向	必须采取进一步行动来完成请求
4XX	客户端错误	请求包含错误语法或不能完成
			5XX	服务器错误	服务器没有成功完成显然有效的请求

表3

本发明实施例还提供了一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析装置，其特征在于，所述装置包括：业务仿真测试模块61、数据采集解析模块62、数据关联合成模块63、信令业务分析模块64，其中，

所述业务仿真测试模块61，用于通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB接入EPC，模拟用户行为；

具体的，所述业务仿真测试模块61通过仿真S1接口协议栈构建仿真eNodeB，模拟用户与S-GW、MME的连接；其中，仿真S1接口协议栈在设计上采用标准协议栈模型，在技术实施中，仿真S1接口协议栈的控制面主要是对S1-AP和SCTP层协议的仿真，分别与MME的S1AP和SCTP层相对应；SCTP仿真完成对S1-AP的承载。仿真S1-AP层仿真是仿真S1接口控制面与MME的接口层，是S1接口外部功能的体现；仿真S1接口协议栈的用户面主要对GTP-U、UDP层进行仿真，通过GTP-U协议传输eNodeB和S-GW间的用户面PDU报文。

业务仿真测试模块61通过模拟用户行为，与MME和S-GW进行交互，对 EPC进行监测，并将测试数据发送数据采集解析模块62，将测试记录发送到数据关联合成模块63；

所述数据采集解析模块62，用于对EPC进行监测，采集LTE S1接口的信令消息和业务数据，并对采集到的信令消息和业务数据进行解析；

具体的，所述数据采集解析模块62通过监测仿真eNodeB的S1接口协议栈与MME和S-GW的交互信息，实现对EPC进行监测；通过在仿真eNodeB接入侧镜像采集仿真eNodeB设备与MME、S-GW的信令消息、业务数据，实现对LTE业务测试数据的采集，信令消息的解析对照LTE eNodeB与EPC的信令及消息流程进行解析合成，业务数据的解析根据IP、UDP、GTP-U、HTTP等协议实现，并将解析后的信令消息和业务数据发送到数据关联合成模块63；

所述数据关联合成模块63，用于当主动监控的过程中产生故障告警或测试任务失败时，将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单；

具体的，所述数据关联合成模块63，将一次测试产生的信令消息和业务数据关联到一起，进行测试记录详单重组；所述关联依据信令消息中的通用数据传输平台（GTP）隧道端点标识符（TEID），实现测试记录、信令消息、业务数据的关联合成；其中，数据关联合成模块63数据关联合成的方法包括：获取S1-MME接口信令消息以及S1-U接口的业务数据；根据GTP TEID，获取属于同一次测试的信令消息和业务数据；将具有相同TEID的信令消息和业务数据结合测试记录，进行关联合成，生成测试记录详单。

进一步的，所述装置还包括存储模块65，用于存储关联合成的测试记录详单；相应的，所述数据关联合成模块63，还用于将关联合成的测试记录详单发送给存储模块65。

所述信令业务分析模块64，用于解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流；

这里，所述信令业务分析模块64测试异常的分析可以结合信令流程和业务流程两个方面进行：

所述信令业务分析模块64根据信令交互流程，提取错误的信令消息，对信令消息异常的原因进行诊断分析，如：在LTE异常附着流程中，出现的“attachReject”消息时，则表示核心网拒绝；缺少“Initial Context Setup request”消息时，则表示未收到上下文初始化建立请求。如此，所述信令业务分析模块64可通过对这些失败消息或标准流程中缺失的消息的判断，实现对信令消息异常问题的诊断。

所述信令业务分析模块64根据业务处理流程，从业务数据中提取返回的状态码，并将状态码的含义与状态码标准库中的具体含义进行对应关联，提取业务异常原因；例如：基于HTTP协议的状态码，404对应服务器找不到请求的网页，503对应服务器目前无法使用等。如此，所述信令业务分析模块64可通过关联分析这些反馈状态码的标准含义，即可实现业务异常的诊断。

图6中所示的基于LTE S1接口的数据采集关联分析装置中的各处理模块的实现功能，可参照前述基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法的相关描述而理解。本领域技术人员应当理解，图6所示的基于LTE S1接口的数据采集关联分析的装置中各处理模块的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现，比如：可由中央处理器（CPU）、微处理器（MPU）、数字信号处理器（DSP）、或现场可编程门阵列（FPGA）实现；所述存储模块也可以由各种存储器、或存储介质实现。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个模块或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其他形式的。

上述作为分离部件说明的模块可以是、或也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是、或也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络模块上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能模块可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各模块分别单独作为一个模块，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中；上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明实施例上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明是实例中记载的基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法和装置只以LTES1接口为例，但不仅限于此，只要涉及到该数据采集关联分析的方法和装置均在本发明的保护范围。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析方法，其特征在于，所述方法包括：

解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流；

所述解析信令消息和业务数据异常原因的步骤包括：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述采集LTE S1接口的信令消息和业务数据为：在仿真eNodeB接入侧镜像采集信令消息和业务数据，实现对LTE业务测试数据的采集。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述对采集到的信令消息和业务数据进行解析包括：

对照LTE eNodeB与EPC之间的信令消息代码对信令消息进行解析；

根据IP、UDP、GTP-U、HTTP协议对业务数据进行解析。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单包括：依据信令消息中的通用数据传输平台GTP隧道端点标识符TEID，对测试记录、信令消息、业务数据关联合成。

5.一种基于LTE S1接口的数据采集关联分析的装置，其特征在于，所述装置包括：业务仿真测试模块、数据采集解析模块、数据关联合成模块、信令业务分析模块，其中，

所述信令业务分析模块，用于解析信令消息和业务数据异常原因，并输出错误信息及原始码流；

所述信令业务分析模块，具体用于：

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述数据采集解析模块采集LTE S1接口的信令消息和业务数据为：在仿真eNodeB接入侧镜像采集信令消息和业务数据，实现对LTE业务测试数据的采集。

7.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述数据采集解析模块对采集到的信令消息和业务数据进行解析包括：

对照LTE eNodeB与EPC之间的信令消息代码对信令消息进行解析；

根据IP、UDP、GTP-U、HTTP协议对业务数据进行解析。

8.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述数据关联合成模块将信令消息、业务数据以及测试记录关联合成测试记录详单包括：依据信令消息中的通用数据传输平台GTP隧道端点标识符TEID，对测试记录、信令消息、业务数据关联合成。