CN113726589B - 历元网络状态的监控方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种历元网络状态的监控方法，该方法包括：获取一段时间内接收机发出的数据包，所述数据包中包括历元时间；根据所述历元时间标记接收的数据包的序号；统计相邻数据包的序号之间的间隔数及每一间隔数出现的频次，根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数；根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度；根据所述集中度对历元网络状态进行判断。

Description

历元网络状态的监控方法

技术领域

本说明书一般涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种历元网络状态的监控方法。

背景技术

地基增强网络的特点是分布广泛，在全国各个省份均匀布点，全国建站总量达到数千个，每个站点都通过各种广域网技术传输历元数据，可用率的要求较高，相关指标要求精确到天。在网络监控，特别是大型广域网网络监控中，对于各个站点的网络链路传输质量监控是非常重要的。当站点数量庞大，站点覆盖广泛的情况下(例如覆盖全国所有省份)，如何做到高效准确的反应整张网络各个站点的网络链路质量，一直是一个有待改进的技术难点。

一般网络监控主要涉及三个方面：带宽、时延、丢包。本文主要关注网络丢包监控的改进。传统网络监控手段主要是通过PING(Packet Internet Groper)监测，然后通过对PING监测的数据进行统计以及通过相关图表显示来反映网络链路的丢包情况。对于网络丢包，我们通常会关注以下几个因素：

丢包率：指单位时间内的丢包情况，通常是以天为单位，统计当天的数据包可用率并存储数据以便相关分析。通过丢包率可以直观反映该单位时间内的丢包情况。所保存的数据可以追溯，不会被平滑(比如，天可用率，1天只需要保存一个数据)，但无法反映整个时间段内的丢包分布情况。例如，数据是集中丢弃，还是断续丢弃。

图表展示：有各种网管软件可以收集、存储每个网络监控数据，并将这些数据进行展示。其优点：可以非常清晰的展示对应时间段内网络丢包的分布情况。其缺点在于：

1)数据平滑失真：由于这类监控积累的数据量非常巨大，因此不可能一直保持原始数据。往往会在分钟、小时、天级别进行平滑。这就意味着，当你要进行某站点历史数据回顾对比的时候，所使用的往往是平滑后的失真数据。

2)横向比较困难：每个站点都必须一一查看对应的绘点图形，当希望进行几百上千个站点的横向比较时，这项工作就变得几乎不可行。无论是人工还是自动化，都很难操作。

此外，某些网络监控会采用实时应用中的某个视频/音频的RTP(Real-timeTransport Protocol)数据流来做为网络监控工具。基于RTP实时流监测的优点主要是利用RTP数据包中的时间戳来对数据包进行统计，来监控统计数据包的丢包、时延及抖动。可以不需要发起PING包，节省专用的网络监控流量开销。但其缺点是：

1)功能简单：此类工具完成的监控功能和PING差不多。主要目的是不用再产生PING的网关流量。

2)精确度不足：RTP数据包的序列号初始值是随机的，每条数据流的初始值都不一样，音频/视频不同的数据流采样比等参数都不一样，也就是测量网络质量的标尺都不一样；实际应用数据包不会保持均匀发送，往往根据实际情况时快时慢、时多时少，甚至会停顿。导致该方法只能大概统计某时段内总丢包率，无法有效精确分析丢包分布情况。

在网络应用层方面，PING监控使用ICMP协议。ICMP协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。通过PING可以比较直接的监控当前网络链路的传输质量。ICMP协议是数据网络设备之间的控制协议。它和具体的应用数据是运行在不同的协议族以及协议层上。而作为网络层控制协议，ICMP和应用数据包之间的响应优先级也会有区别。另外，应用数据往往建立在TCP协议之上，数据丢包往往会触发TCP重传等保护机制，而在这种机制下，应用的数据丢弃情况，也无法通过ICMP来反映。具体到本文场景，每个基站的历元丢包情况，无法通过PING监测做到精确监控。

发明内容

为了解决现有技术中的技术问题，本申请提供一种历元网络状态的监控方法，精确反映数据包丢包的情况。

本申请的一实施例中公开了一种历元网络状态的监控方法，包括：

获取一段时间内接收机发出的数据包，所述数据包中包括历元时间；

根据所述历元时间标记接收的数据包的序号；

统计相邻数据包的序号之间的间隔数及每一间隔数出现的频次，根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数；

根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度；

根据所述集中度对历元网络状态进行判断。

在一个优选例中，所述根据所述历元时间标记接收的数据包的序号的步骤，进一步包括：

获取当日基准时间值，所述当日基准时间值为当日第一秒时间值；

根据所述数据包的历元时间和所述当日基准时间值的差值形成该数据包的序号。

在一个优选例中，所述一段时间为1小时至24小时。

在一个优选例中，所述根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数的步骤，进一步包括：根据每一间隔数与其出现频次的乘积作为该间隔数的丢包数，计算各个所述间隔数的丢包数的总和作为所述总丢包数。

在一个优选例中，所述根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度的步骤，进一步包括：

根据所有间隔数中降序排序较大的前n个所述间隔数的总和与所述总丢包数之间确定所述集中度。

在一个优选例中，n的取值范围为3至5。

在一个优选例中，根据所述集中度对历元网络状态进行判断的步骤，进一步包括：

当所述集中度大于或等于第一阈值时，判断所述历元网络处于链路中断状态；

当所述集中度小于或等于第二阈值时，判断所述历元网络处于链路抖动状态。

在一个优选例中，根据所述集中度对历元网络状态进行判断的步骤，进一步包括：

所述第一阈值大于或等于85％，所述第二阈值小于或等于30％。

在一个优选例中，还包括：当判断所述历元网络处于链路抖动状态时，发出告警信息，并将当前数据线路切换到备用线路上。

在一个优选例中，还包括：当判断所述历元网络处于链路中断状态时，发出告警信息。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请中，可以通过计算所得的集中度这一单个数据，直观反映指定单位时间内数据丢包的集中程度，直观反映指定时间段内的网络丢包情况。通过对丢包离散程度的定量分析，可以较清晰的判断网络链路状态，可以为软件定义广域网核心层决策提供可靠依据。

本申请中，计算所得数据量比原始数据量大幅减少，可存储可追溯，无平滑，方便后期再处理，方便数千个站点的横向比较和统计分析。

本说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本说明书上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

参考以下附图描述本申请的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个视图中指代相同的部分。

图1是根据本说明书一实施例中一种历元网络状态的监控方法的流程图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本申请的部分创新在于：

本申请中，根据数据包的历元时间标记数据包的序号，对相邻数据包的序号之间的间隔数及每一间隔数出现的频次统计，根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数，根据间隔数与总丢包数计算间隔数的集中度，根据集中度对历元网络状态进行判断。本申请可以通过计算所得的集中度这一单个数据，直观反映指定单位时间内数据丢包的集中程度，直观反映指定时间段内的网络丢包情况。通过对丢包离散程度的定量分析，可以较清晰的判断网络链路状态，可以为软件定义广域网核心层决策提供可靠依据。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

本申请的一实施例中公开了一种历元网络状态的监控方法，图1示出了历元网络状态监控方法的流程图，该方法包括：

步骤101，获取一段时间内接收机发出的数据包，所述数据包中包括历元时间。

在一个实施例中，所述一段时间为1小时至24小时例如，6小时、12小时等。

步骤102，根据所述历元时间标记接收的数据包的序号。

在一个实施例中，所述根据所述历元时间标记接收的数据包的序号的步骤102，进一步包括：

获取当日基准时间值，所述当日基准时间值为当日第一秒时间值；

根据所述数据包的历元时间和所述当日基准时间值的差值形成该数据包的序号。

步骤103，统计相邻数据包的序号之间的间隔数及每一间隔数出现的频次，根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数。

在一个实施例中，所述根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数的步骤103，进一步包括：根据每一间隔数与其出现频次的乘积作为该间隔数的丢包数，计算各个所述间隔数的丢包数的总和作为所述总丢包数。

步骤104，根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度。

在一个实施例中，所述根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度的步骤104，进一步包括：

根据所有间隔数中降序排序较大的前n个所述间隔数的总和与所述总丢包数之间确定所述集中度。在一个实施例中，n的取值范围为3至5，例如，取n等于4。

步骤105，根据所述集中度对历元网络状态进行判断。

在一个实施例中，根据所述集中度对历元网络状态进行判断的步骤105，进一步包括：

当所述集中度大于或等于第一阈值时，判断所述历元网络处于链路中断状态。例如，所述第一阈值大于或等于85％，例如，90％。

当所述集中度小于或等于第二阈值时，判断所述历元网络处于链路抖动状态。例如，所述第二阈值小于或等于30％，例如，20％。

应当理解，集中度位于第一阈值与第二阈值之间时，历元网络有可能处于链路中断或链路抖动或两者之间的过渡状态，本实施例中对处于该区间的集中度可以不进行判断。

在一个实施例中，该方法还包括：当判断所述历元网络处于链路抖动状态时，发出告警信息，并将当前数据线路切换到备用线路上。

在一个实施例中，该方法还包括：当判断所述历元网络处于链路中断状态时，发出告警信息。

为了能够更好地理解本说明书的技术方案，下面结合一个具体的例子来进行说明，该例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。

一般的，基准站的接收机发出的数据包频率是固定且可调整的。通常设置为1Hz，代表每秒发送一个历元数据。而每个历元数据发送时，都会带一个时间戳。

当数据中心收到历元数据后，会对其自带的时间戳进行整秒处理，也就是把这个时间戳处理成整秒，例如，T_n:1234567890。这个时间戳就作为该历元数据的一个时间标记(历元时间)，用于参与相关的计算及统计。

为了获得每个历元数据的相对关系，需要有一个作为参考的坐标。一般考虑，可以用每天的头一秒作为基准坐标T₀。基准坐标的获取方式可以通过以下方式计算获得：

按照接收机历元数据的时间基线(格林威治时间)计算当天的整天秒+当年闰秒，可推导当天的第一秒时间。根据格林威治时间，确定当天第一秒的数值，作为计算基线。本基线计算因为涉及到闰秒的计算，因此需要根据相关闰秒调整公告进行调整。

接着，给当天收到的所有历元数据打上标签T_sn。打标签方法之一举例如下：

T_n(数据包自带的整秒时间戳)-T₀(当日基准时间)+1＝T_sn

按照历元数据1Hz的发送频率，当天标签最大值不超过86400。

根据计算获得的每个历元的标签T_sn数值，依次计算每个收到历元之间的间隔数Tab_n，计算方法如下：

Tab_n＝T_sn+1-T_sn-1

对间隔数Tab_n的数值进行分类统计，统计所有间隔数Tab_n的数值并按照这些数值分类(Tab_n＝0除外)，对这些数值进行频次统计，然后计算出每个时间间隔对应的丢包数。

按照TOP-N原则，选取丢包最大的前N个间隔数/总丢包数，可获得丢包集中度数值T_集中度。例如，T_集中度等于前3个较大的间隔数/总丢包数，即选取间隔数32、27、25，集中度T_集中度＝(32+27+25)/333＝0.2522。应当理解，还可以选择较大的前4个或前5个间隔数计算集中度数值T_集中度。如果选取丢包最大的前5个间隔数，则选取的间隔数分别为32、27、25、20、20，如果某一间隔数为多频次，则在计算集中度时可以重复选取，例如，根据出现的频次多次选取，例如，该示例中间隔数20选取了两次。

表一中示出了根据上文所述的方法计算的间隔数、间隔数的频次、对应的总丢包数，以及根据上述数据计算的集中度。

表一

一般来说，集中度越高，说明丢包是链路中断引起的，集中度越低，说明丢包是链路抖动引起的。集中度经验数值的设置可以根据全网大数据统计后再优化。

通过该集中度指标，可以通过一个单一的数字，清晰的反映该链路在相应单位时间内的丢包情况，通过经验数值的积累，很容易判断丢包是链路中断引起，还是链路质量劣化导致的丢包抖动。从而可以帮助运维监控及时响应并做出不同的技术处理。同时方便对大型广域网络(数千条线路)做出及时有效的监控和管理，并为网络自动化管理(例如SDWAN)提供可靠迅速准确的决策依据。

一般来说，根据网络监控积累的经验数据，可以很容易的确定关于集中度的经验值。例如，95％，可以设置成当集中度大于95％时，表示该链路在监控单位时间内出现了链路中断丢包的问题。例如，25％，可以设置成当集中度小于25％时，表示该链路在监控单位时间内出现了链路抖动丢包的问题(非中断)。可以根据事先设定的阀值，当判定链路质量发生抖动后，主动将数据链路从主链路切换到备用线路上，同时在监控平台发出告警，提醒网管人员介入问题链路的修复。当主链路修复后，可以通过手动恢复，也可以通过相应阈值判断，自动切回到主用线路。应当注意，根据事先设定的阈值，当判定链路质量发生中断后，监控平台可以发出告警。

此外，可以通过同一链路纵向历史数据的变化，发现数据传输链路的质量变化趋势。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本说明书提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本说明书的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描述的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (9)

1.一种历元网络状态的监控方法，其特征在于，包括：

获取一段时间内接收机发出的数据包，所述数据包中包括历元时间；

根据所述历元时间标记接收的数据包的序号；

统计相邻数据包的序号之间的间隔数及每一间隔数出现的频次，根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数；

根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度；

根据所述集中度对历元网络状态进行判断；

根据所述集中度对历元网络状态进行判断的步骤，进一步包括：

当所述集中度大于或等于第一阈值时，判断所述历元网络处于链路中断状态；

当所述集中度小于或等于第二阈值时，判断所述历元网络处于链路抖动状态。

2.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，所述根据所述历元时间标记接收的数据包的序号的步骤，进一步包括：

获取当日基准时间值，所述当日基准时间值为当日第一秒时间值；

根据所述数据包的历元时间和所述当日基准时间值的差值形成该数据包的序号。

3.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，所述一段时间为1小时至24小时。

4.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，所述根据每一间隔数与其出现频次计算总丢包数的步骤，进一步包括：根据每一间隔数与其出现频次的乘积作为该间隔数的丢包数，计算各个所述间隔数的丢包数的总和作为所述总丢包数。

5.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，所述根据所述间隔数与总丢包数计算所述间隔数的集中度的步骤，进一步包括：

根据所有间隔数中降序排序较大的前n个所述间隔数的总和与所述总丢包数之间确定所述集中度。

6.如权利要求5所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，n的取值范围为3至5。

7.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，根据所述集中度对历元网络状态进行判断的步骤，进一步包括：

所述第一阈值大于或等于85％，所述第二阈值小于或等于30％。

8.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，还包括：当判断所述历元网络处于链路抖动状态时，发出告警信息，并将当前数据线路切换到备用线路上。

9.如权利要求1所述的历元网络状态的监控方法，其特征在于，还包括：当判断所述历元网络处于链路中断状态时，发出告警信息。

Images