CN104994540A - 分组数据业务无线承载效率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分组数据业务无线承载效率的测量方法，包括步骤：同时从终端侧采集应用层数据，从终端侧采集传输层数据，从网络侧采集物理层数据；对采集的数据进行处理，从物理层数据中识别出测试终端及该测试终端对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别出对应的数据流量信息，基于时间戳关联应用层、传输层、物理层数据；然后，分别计算从应用层到传输层、从传输层到物理层、从应用层到物理层的承载效率。本发明能够为空口资源对不同类型的特定业务数据的承载效率提供较为全面、准确的评估依据；且测量方法简单，易于实施。

Description

分组数据业务无线承载效率的测量方法

技术领域

本发明涉及一种分组数据业务无线承载效率的测量方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的发展，智能移动终端迅速普及，移动通信的业务结构发生了根本性的变化，传统语音数据业务占比大幅降低，微信、WAP网页浏览、手游等多种数据类业务迅速增长，此类业务数据的特点是频次高、流量小、在线时间长，运行期间需传输大量的小数据包，降低了空口资源承载效率。

为适应通信业务结构的变化，保证网络资源的利用率，需要正确评估各类数据业务的承载效率，为优化空口资源对分组数据业务的承载效率提供依据。

现有GPRS/EDGE网络中一般通过计算分组数据信道(PDCH：Packet DataChannel)承载效率评估空口资源的承载效率，具体方法是：从网络侧的基站控制器(BSC：Base Station Controller)中的分组控制单元(PCU：Packet ControlUnit)中获取一定时间内通过的总的无线链路控制层(RLC：Radio LinkControl)数据流量以及平均PDCH信道占用数，然后，计算该基站控制器的PDCH承载效率：

PDCH承载效率＝(GPRS上下行总数据流量+EDGE上下行总数据流量)/PDCH平均占用数量

全网的PDCH承载效率通过将全网中各基站控制器的PDCH承载效率相加得到。

上述通过计算PDCH承载效率评估空口资源承载效率的方法存在的问题是：仅采集无线链路控制层的数据流量，在其基础上进行宏观统计，无法根据传输层、应用层的业务数据评估网络对于特定业务的资源承载效率，进而无法准确评估网络对不同业务数据的资源承载效率。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种分组数据业务无线承载效率的测量方法，该方法采集应用层、传输层、物理层的数据，在此基础上计算空口资源对不同类型的特定业务数据的承载效率，能够为优化空口资源对分组数据业务的承载效率提供较为准确的评估依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种分组数据业务无线承载效率的测量方法，包括以下步骤：

S1：同时从终端侧和网络侧分别采集应用层数据、传输层数据、物理层数据，

S2：对采集的数据进行处理，从物理层数据中识别测试终端对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别测试业务数据对应的数据流量信息，基于时间戳关联数据；

S3：分别计算传输承载效率、无线承载效率、业务承载效率。

进一步的，

所述步骤S1包括，从终端侧同步采集应用层数据、传输层数据，同时，从网络侧采集物理层数据。

所述步骤S2包括，从物理层数据中识别测试终端及其对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别数据传输方向及测试业务类型，基于时间戳关联应用层数据、传输层数据、物理层数据。

从测试终端中安装的用于采集应用层数据的数据采集模块中获取所述应用层数据，当该数据采集模块监测到目标应用程序启动后，自动采集该目标应用程序对应的应用层数据，所述应用层数据包括终端唯一标识、应用名称、时间戳、传输方向、数据包大小、总的数据流量。

从测试终端中安装的抓包程序获取所述传输层数据，所述传输层数据包括五元组信息、数据包通过网卡的时间、数据包大小、数据内容。

从测试终端中获取终端所在小区的标识，从基站控制器中用于为对应小区分配信道资源的分组控制单元采集全部用户当前时刻建立的分组域物理链接所对应的上行/下行PDCH信道资源的分配信息，该PDCH信道资源分配信息包括基站收发台ID、载频ID、方向、终端唯一标识、时间、物理连接ID、为终端分配的PDCH/时隙序号、编码类型、业务信道类型。

所述步骤S2具体包括步骤：

1)根据采集的物理层数据，利用测试终端的唯一标识识别出测试终端对应的信道资源分配信息；

2)根据采集的传输层数据，利用源、目的IP地址识别出上、下行数据流量，根据服务提供商的服务器IP地址，依数据包属性中的服务器端IP地址判断数据包对应的业务类型，并从所采集的终端的全部传输层数据包中筛选出所测试业务的数据包；

3)将采集的应用层数据、传输层数据、物理层数据，按照时间戳信息相关联，筛选出测试终端运行测试业务时对应的信道资源分配信息以及对应的数据流量信息。

计算所述传输承载效率的方法是：

${\mathrm{\η}}_T=\frac{T_{\mathrm{AD}}+T_{\mathrm{AU}}}{T_{\mathrm{TD}}+T_{\mathrm{TU}}}$

其中，T_AD为测试业务于下行传输方向上对应的应用层的数据总流量，T_AU为测试业务于上行传输方向上对应的应用层的数据总流量，T_TD为相应的下行传输方向上对应的传输层的数据总流量，T_TU为相应的上行传输方向上对应的传输层的数据总流量。

计算所述无线承载效率的方法是：

${\mathrm{\η}}_W=\frac{T_{\mathrm{TD}}+T_{\mathrm{TU}}}{(N_{\mathrm{PD}}+N_{\mathrm{PD}})*t}$

其中，N_PD为测试终端在测试业务使用时间内平均的下行PDCH信道激活数，N_PU为平均的上行PDCH信道激活数，t为测试终端在测试业务使用过程中的总传输时间。

计算所述业务承载效率的方法是：

${\mathrm{\η}}_A=\frac{T_{\mathrm{AD}}+T_{\mathrm{AU}}}{(N_{\mathrm{PD}}+N_{\mathrm{PU}})*t}$

本发明的优点在于：

本发明通过在终端侧和网络侧采集应用层数据、传输层数据、物理层数据，在此数据基础上，针对终端在一定时间内运行特定业务过程中对应的信道资源分配信息及产生的数据流量信息，分别计算从应用层到传输层、从传输层到物理层以及从应用层到物理层的承载效率，能够为空口资源对不同类型的特定业务数据的承载效率提供较为全面、准确的评估依据；且测量方法简单，易于实施。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是本发明一具体实施例的测试装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的方法流程示意图，图2是本发明一具体实施例的测试装置示意图，如图所示，本发明的方法基于图2所示测试装置实现，该测试装置包括上位机，测试终端MS1、MS2，基站收发台BTS1、BTS2，分组控制单元PCU1、PCU2，测试终端MS1、MS2分别通过基站收发台BTS1、BTS2(BTS：BaseTransceiver Station)、分组控制单元PCU1、PCU2接入通信网络，上位机用于采集数据和数据处理，本发明公开的分组数据业务无线承载效率的测量方法，包括以下步骤：

S1：：同时从终端侧和网络侧采集原始数据；

采集的原始数据包括应用层数据、传输层数据、物理层数据；

1)从终端侧采集应用层数据，

采集的应用层数据具体包括：终端唯一标识、应用名称、时间戳、传输方向(发送、接收)、数据包大小、总的数据流量等信息；

采集应用层数据的方法是：在测试终端上安装有用于采集应用层数据的数据采集模块，该数据采集模块在测试终端的后台运行，可监测应用程序的运行情况，当监测到目标应用程序(如手机QQ程序)启动后，自动采集该目标应用程序对应的应用层数据，包括应用名称、日期和时间、总的数据流量，以及数据收发信息(目标应用程序运行过程中，每一次数据发送或接收的详细信息如传输方向、数据包大小等)，其中数据收发信息可通过访问目标应用程序自带的数据库获取；如手机中运行手机QQ程序时，从终端及该应用程序的数据库文件中获取以下应用层数据：

2)从终端侧采集传输层数据，

采集应用层数据的同时，同步采集目标应用程序在传输层的数据传输信息。

采集的传输层数据包括：五元组信息(源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、传输层协议类型)、数据包通过网卡的时间、数据包大小、数据内容等；

采集传输层数据的方法是：终端中安装有具有抓包功能的应用程序(如，TCPdump)，利用抓包程序可获取所有通过终端网卡的数据包的基本信息；也可以将具有采集传输层数据功能的单元集成于用于采集应用层数据的数据采集模块中，由该数据采集模块同时采集应用层数据和传输层数据。

3)从网络侧采集物理层数据，

采集应用层数据、传输层数据的同时，同步采集物理层数据。

采集物理层数据的方法是：根据从测试终端操作系统提供的公开接口所获得的该测试终端当前所归属的小区信息(对GSM系统，指位置区LAC(LocationArea Code)和小区标识CI(Cell ID)的组合)，找到网络侧负责该小区分组域数据业务传输和空口资源分配的网络单元(对GSM系统，为负责该LAC/CI的BSC和PCU单元)，利用该网络单元的操作维护软件(现有技术)访问到该网络单元并获取物理层数据。

采集的物理层数据包括：测试终端所在小区内全部激活用户的PDCH信道资源分配信息，该PDCH信道资源分配信息包括基站收发台ID(BTS ID字段值)、载频ID(TRX ID字段值)、方向(Direction字段值)、终端唯一标识(IMSI字段值)、时间(Date/time字段值)、物理连接ID(TBF ID字段值)、为终端分配的PDCH/时隙序号PDCH/timeslot assigned字段、编码类型(codingscheme字段值)、业务信道类型(Traffic class字段值)等；

即，从基站控制器中用于为对应小区分配信道资源的分组控制单元(如图2所示测试终端MS2所在小区的PCU2)中采集全部用户当前时刻建立的分组域物理链接(TBF，Temporary Bolck Flow)所对应的上行/下行PDCH信道资源的分配信息。

S2：对采集的原始数据进行处理；

对采集的原始数据进行处理，包括从物理层数据中识别出测试终端及该测试终端对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别出测试业务数据对应的数据流量信息，基于时间戳关联数据，具体的说：

1)从采集的物理层数据中，利用测试终端的国际移动用户识别号(IMSI：International Mobile Subscriber Identification Number)筛选出测试终端对应的信道资源分配信息。

2)从采集的传输层数据中，识别出测试业务数据对应的数据流量信息，

利用抓包分析工具(如wireshark)，根据目的IP地址识别数据包的上行或是下行传输方向，对于发送的上行方向数据包，其包头中的源IP地址为内网IP地址，如127.0.0.1，而对于接收的下行方向数据包，则其目的IP地址为内网IP；

同时，通过对该业务的服务提供商(SP)的服务器IP地址的分析，从目的IP地址判断出该数据包的业务类型。同样的业务其服务器集群的IP地址相对固定，每次业务过程中不变，多次使用会变但基本网段不变(如从北京地区登陆QQ，服务器IP地址的网段基本都是211.136.236.xx网段)。因此，具有相似的四元组信息(源IP地址，目的IP地址，目的端口号，传输层协议类型)的数据包被归为一类业务。

3)基于时间戳关联数据

将应用层数据、传输层数据、物理层数据，按照时间戳信息相关联，通过终端唯一标识和时间戳进行比对，获得用户在进行测试业务操作时的业务行为数据和相应的信道资源分配信息的匹配。

S3：在处理后的数据基础上计算承载效率。

在处理后的数据基础上，针对终端在特定时间段内运行测试业务过程中对应的信道资源分配信息及产生的数据流量信息，分别计算从应用层到传输层的承载效率、从传输层到物理层的承载效率以及从应用层到物理层的承载效率，具体是：

传输承载效率：应用层到传输层的承载效率，反映业务本身对于资源的利用效率(与具体承载该业务的无线网络无关)；

${\mathrm{\η}}_T=\frac{T_{\mathrm{AD}}+T_{\mathrm{AU}}}{T_{\mathrm{TD}}+T_{\mathrm{TU}}}---\left(1\right)$

其中，T_AD为测试业务于下行传输方向上对应的应用层的数据总流量，T_AU为测试业务于上行传输方向上对应的应用层的数据总流量，T_TD为相应的下行传输方向上对应的传输层的数据总流量，T_TU为相应的上行传输方向上对应的传输层的数据总流量。仅有下行测试业务数据传输时，T_AU＝0，退化为下行传输承载效率。

无线承载效率：传输层到物理层的承载效率，反映空口对于传输层传输需求的承载效率(与业务无关，反映的是网络在承载不同特征的传输层数据包时对空口资源的利用效率)；

${\mathrm{\η}}_W=\frac{T_{\mathrm{TD}}+T_{\mathrm{TU}}}{(N_{\mathrm{PD}}+N_{\mathrm{PD}})*t}---\left(2\right)$

其中，N_PD为测试终端在测试业务使用时间内平均的下行PDCH信道激活数，N_PU为平均的上行PDCH信道激活数，t为测试终端在测试业务使用过程中的总传输时间(仅包括在整个业务使用过程中，终端实际占用了PDCH的时间，不包括未分配PDCH资源的时间)。

业务承载效率：应用层到物理层的承载效率。反映无线网络的空口资源在承载应用层传输需求时的资源利用效率，综合反映了业务实现机制和网络传输机制的优劣，是传输承载效率和无线承载效率的综合体现。

${\mathrm{\η}}_A=\frac{T_{\mathrm{AD}}+T_{\mathrm{AU}}}{(N_{\mathrm{PD}}+N_{\mathrm{PU}})*t}---\left(3\right)$

本发明的分组数据业务无线承载效率的测量方法，通过在终端侧和网络侧同时采集应用层数据、传输层数据、物理层数据，并对采集的数据进行处理，从物理层数据中识别出测试终端及其对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别出测试业务数据及数据传输方向，然后基于时间戳关联数据，得到终端在一定时间段内运行测试业务时对应的信道资源分配信息及对应产生的数据流量信息，在此基础上计算出从应用层到传输层、从传输层到物理层以及从应用层到物理层的承载效率，能够为空口资源对不同类型的特定业务数据的承载效率提供较为准确的评估依据；且测量方法简单，易于实施。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：同时从终端侧和网络侧分别采集应用层数据、传输层数据、物理层数据，

S2：对采集的数据进行处理，从物理层数据中识别测试终端对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别测试业务数据对应的数据流量信息，基于时间戳关联数据；

S3：分别计算传输承载效率、无线承载效率、业务承载效率。

2.如权利要求1所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括，从终端侧同步采集应用层数据、传输层数据，同时，从网络侧采集物理层数据。

3.如权利要求1所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括，从物理层数据中识别测试终端及其对应的信道资源分配信息，从传输层数据中识别数据传输方向及测试业务类型，基于时间戳关联应用层数据、传输层数据、物理层数据。

4.如权利要求2所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，从测试终端中安装的用于采集应用层数据的数据采集模块中获取所述应用层数据，当该数据采集模块监测到目标应用程序启动后，自动采集该目标应用程序对应的应用层数据，所述应用层数据包括终端唯一标识、应用名称、时间戳、传输方向、数据包大小、总的数据流量。

5.如权利要求4所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，从测试终端中安装的抓包程序获取所述传输层数据，所述传输层数据包括五元组信息、数据包通过网卡的时间、数据包大小、数据内容。

6.如权利要求5所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，从测试终端中获取终端所在小区的标识，从基站控制器中用于为对应小区分配信道资源的分组控制单元采集全部用户当前时刻建立的分组域物理链接所对应的上行/下行PDCH信道资源的分配信息，该PDCH信道资源分配信息包括基站收发台ID、载频ID、方向、终端唯一标识、时间、物理连接ID、为终端分配的PDCH/时隙序号、编码类型、业务信道类型。

7.如权利要求6所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：

1)根据采集的物理层数据，利用测试终端的唯一标识识别出测试终端对应的信道资源分配信息；

2)根据采集的传输层数据，利用源、目的IP地址识别出上、下行数据流量，根据服务提供商的服务器IP地址，依数据包属性中的服务器端IP地址判断数据包对应的业务类型，并从所采集的终端的全部传输层数据包中筛选出所测试业务的数据包；

3)将采集的应用层数据、传输层数据、物理层数据，按照时间戳信息相关联，筛选出测试终端运行测试业务时对应的信道资源分配信息以及对应的数据流量信息。

8.如权利要求7所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，计算所述传输承载效率的方法是：

${\mathrm{\η}}_T=\frac{T_{\mathrm{AD}}+T_{\mathrm{AU}}}{T_{\mathrm{TD}}+T_{\mathrm{TU}}}$

其中，T_AD为测试业务于下行传输方向上对应的应用层的数据总流量，T_AU为测试业务于上行传输方向上对应的应用层的数据总流量，T_TD为相应的下行传输方向上对应的传输层的数据总流量，T_TU为相应的上行传输方向上对应的传输层的数据总流量。

9.如权利要求7所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，计算所述无线承载效率的方法是：

${\mathrm{\η}}_W=\frac{T_{\mathrm{TD}}+T_{\mathrm{TU}}}{(N_{\mathrm{PD}}+N_{\mathrm{PU}})*t}$

其中，N_PD为测试终端在测试业务使用时间内平均的下行PDCH信道激活数，N_PU为平均的上行PDCH信道激活数，t为测试终端在测试业务使用过程中的总传输时间。

10.如权利要求7所述的分组数据业务无线承载效率的测量方法，其特征在于，计算所述业务承载效率的方法是：

${\mathrm{\η}}_A=\frac{T_{\mathrm{AD}}+T_{\mathrm{AU}}}{(N_{\mathrm{PD}}+N_{\mathrm{PU}})+t}$