CN114172867A - 一种基于ims的海量信令诊断系统及方法 - Google Patents

一种基于ims的海量信令诊断系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，提供了一种基于IMS的海量信令诊断系统及方法。其中，该系统包括业务均衡装置和信令采集分析设备；所述业务均衡装置，用于获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备；所述信令采集分析设备，用于接收IP数据包并进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。

Description

一种基于IMS的海量信令诊断系统及方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于IMS的海量信令诊断系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前行政交换网采用IMS技术体制，集中部署于设定级别的公司，例如：省公司。省公司负荷分担为全省电话用户提供实时语音业务。随着各地市、直属单位逐步向IMS行政交换网迁移，公司行政办公用户已达10万线，每日大约有300万条通话记录，产生约9000万条信令，故障处置工作集中到省公司，传统反复拨测、分析信令进而定位故障原因的方法难以满足当前10万IMS行政用户运维需求。
发明人发现，目前的海量信令诊断技术存在以下问题：
(1)故障场景难以完整复现，IMS故障产生原因复杂，存在大量偶发性故障，故障场景需要多次拨测才能复现，且无法模拟故障发生时的终端状态，当生产、值班用户的电话故障时，无法频繁拨测，为故障定位来了极大困难，难以满足支撑电网生产需求。
(3)信令分析难度大，IMS交换技术协议复杂，每次通话流经多台核心设备，产生几十条信令消息，涉及多种通话场景。运维人员通常逐条分析每条信令消息，详细查看每个字段携带的信息是否异常，浪费了大量人力，难以满足故障快速处置的需求。
(3)信令采集速度慢，信令采集通常采用镜像的方式，将全量的IP数据包从网络交换机镜像到信令分析设备上，由运维人员手动或自动筛选出异常的通话信令，由于镜像的IP数据包数据量巨大，筛选时需等待一定的时间，降低故障处置效率。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于IMS的海量信令诊断系统及方法，其利用蚁群优化算法寻找最优的信令采集分析装置，实现海量信令消息快速解析，异常信令快速诊断。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种基于IMS的海量信令诊断系统，其包括业务均衡装置和信令采集分析设备；
所述业务均衡装置，用于获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备；
所述信令采集分析设备，用于接收IP数据包并进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。
作为一种实施方式，所述业务均衡装置，包括：
路径选择模块，用于运行蚁群优化算法，根据各个信令采集分析设备返回的信息，以通话信令流程快速展示为目标，计算出信令采集分析设备的优先级；
信令转发模块，用于将镜像IP数据包，按照路由选择模块的分析结果，转发至对应的信令采集分析设备处理。
作为一种实施方式，所述业务均衡装置在运行蚁群优化算法中，将前预设时间段前发送的IP数据包作为随机初始化的蚂蚁。
作为一种实施方式，所述业务均衡装置还用于将镜像IP数据包按照优先级比例，以轮询间插方式转发至对应的信令采集分析设备。
作为一种实施方式，所述信令采集分析设备包括：
信令采集模块，用于接受业务均衡装置发送的IP数据包，并筛选出SIP通话信令，发送到信令分析模块；
信令分析模块，用于解析SIP通话信令，提取出其中的关键字段值，根据信令内容判断是否为异常信令。
作为一种实施方式，所述信令采集分析设备还包括信息收集模块，其用于收集的信令采集分析设备自身的信令处理平均时间，并将其发送至业务均衡装置。
作为一种实施方式，所述基于IMS的海量信令诊断系统还包括信令展示设备，其用于展示信令流程异常信令、异常字段及通话信令内容。
作为一种实施方式，所述信令展示设备还用于将通话信令内容中的通话信令数目返回至信令采集分析设备，由信令采集分析设备发送至业务均衡装置。
本发明的第二个方面提供一种基于IMS的海量信令诊断方法，其包括：
利用业务均衡装置获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备；
在信令采集分析设备接收IP数据包后，进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。
作为一种实施方式，所述诊断方法还包括：利用信令展示设备展示信令流程异常信令、异常字段及通话信令内容。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明基于蚁群算法的负载均衡装置选路速度快，提供了一种基于蚁群算法的动态业务均衡分配方法，计算优先级时，无需设置额外的蚂蚁，无需等待算法收敛，而是设定时间段前的IP数据包作为蚂蚁，监测各信令采集分析设备当前处理速度，动态分配计算资源。
(2)本发明IMS通话信令采集分析速度快，提供了海量通话场景下信令快速采集分析方法，利用负载均衡装置，动态分配计算资源，在高并发通话场景下保持较高的信令采集分析速度，第一时间感知用户通话异常情况，
(3)本发明基于IMS交换技术的海量信令诊断系统扩展性强，提供了IMS信令诊断系统架构，将计算量大，耗费资源多的采集、分析步骤分布在5台信令采集分析设备，将上层应用置于信令展示设备，增加其他功能时，只需在信令展示设备增加，无需对其他设备进行开发，提高了可扩展性。
(4)本发明基于IMS交换技术的海量信令诊断方法提高故障定位效率，该IMS通话信令诊断方法，能够直观展示每次异常通话的信令流程及异常信令内容，与运维人员无需逐条寻找、判断通话流程的异常点，极大提高了故障定位效率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例提供的一种基于IMS的海量信令诊断系统结构架构图；
图2是本发明实施例提供的一种基于IMS的海量信令诊断方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于蚁群优化算法的动态业务均衡分配方法流程图；
图4是本发明实施例提供的一种按比例轮询间插的IP数据包转发机制。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释：
IMS：IP Multimedia Subsystem技术，即IP多媒体子系统技术，由3GPP标准组织在R5版本基础上提出，是在基于IP的网络上提供多媒体业务的通用网络架构。
SIP：Session initialization Protocol，会话初始协议，是由IETF(InternetEngineering Task Force，因特网工程任务组)制定的多媒体通信协议。
实施例一
参照图1，本实施例提供了一种基于IMS的海量信令诊断系统，其包括业务均衡装置和信令采集分析设备。
其中，所述业务均衡装置，用于获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备。
在具体实施中，所述业务均衡装置，包括：
路径选择模块，用于运行蚁群优化算法，根据各个信令采集分析设备返回的信息，以通话信令流程快速展示为目标，计算出信令采集分析设备的优先级；
信令转发模块，用于将镜像IP数据包，按照路由选择模块的分析结果，转发至对应的信令采集分析设备处理。
其中，所述业务均衡装置在运行蚁群优化算法中，将前预设时间段前发送的IP数据包作为随机初始化的蚂蚁。
具体地，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级的过程为：
步骤(1.1)：初始时，业务均衡装置将数据流量平均发送到5台信令采集分析设备。
步骤(1.2)：信令采集分析设备采集分析每一条通话信令消息，计算设定时间段(比如：500ms)内的通话信令处理平均时长，并将采集分析的通话信令转发至信令展示设备。
步骤(1.3)：信令展示设备接收通话信令，统计设定时间段(比如：500ms)内接收的通话信令数目，并返回信令采集分析设备。
步骤(1.4)：信令采集分析设备将信令展示设备接收的通话信令数目和平均时长发送至业务均衡装置。
步骤(1.5)：业务均衡装置将前设定时间段(比如：500ms)发送的IP数据包作为随机初始化的蚂蚁，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，并按照优先级比例，将IP数据包转发至对应的信令采集分析设备上。
其中，如图3所示，业务均衡装置运行蚁群算法，根据概率公式及局部更新公式得到当前最优的信令采集分析设备，其具体过程包括：
步骤(2.1)：更新所有信令采集设备的信息素，比如在本实施例中为5台信令采集设备，设置τ1，τ2，τ3，τ4，τ5分别为5台信令采集分析设备的信息素，每隔500ms根据局部更新公式更新一次，更新公式如公式1所示。
τi(t+1)＝(1-ρ)τi(t)+ρδi (1)
其中τi(t+1)为t+1时刻信息素，δi为信令展示设备收到的第i台信令采集分析设备发送的通话信令数目，ρ为信息素的蒸发率，本发明中设置为0.5。
步骤(2.2)：计算5个信令采集分析设备优先级，设置P1，P2，P3，P4，P5分别为5台信令采集分析设备的优先级，每隔500ms根据概率公式更新一次，更新公式如公式2所示。
Figure BDA0003389692940000071
其中ηi(t)为通话信令的平均处理时长，α为信息素强度参数，用于调节信息素的比重，β为能见度，用于调节平均处理时长的比重，本实施例中，α设置为0.5，β设置为1。
步骤(2.3)：业务均衡装置根据步骤(2.2)计算的优先级，将IP数据包按比例以轮询间插方式发送至各信令采集分析设备。
在其他实施例中，所述业务均衡装置还用于将镜像IP数据包按照优先级比例，以轮询间插方式转发至对应的信令采集分析设备。
如图4所示，在本实施例中为5台信令采集设备为例：
以轮询间插方式转发至对应的信令采集分析设备的过程为：
步骤(3.1)：计算5台信令采集设备的优先级比例，设置P1，P2，P3，P4，P5分别为5台信令采集分析设备的优先级，则优先级比例为x1∶x2∶x3∶x4∶x5＝P1∶P2∶P3∶P4∶P5，其中x1，x2，x3，x4，x5均为正整数，表示信令采集分析设备即将分配的信令数目。
步骤(3.2)：设X＝x1+x2+x3+x4+x5，则对于业务均衡装置收到的前X个IP数据包，按照x1，x2，x3，x4，x5分别向5台信令采集分析设备发送对应数量的数据包。
步骤(3.3)：对于后续的IP数据包，按照时间顺序，以X个IP数据包为一组，向对应的信令采集分析设备发送相应的IP数据包。
在具体实施中，所述信令采集分析设备，用于接收IP数据包并进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。
其中，所述信令采集分析设备包括：
信令采集模块，用于接受业务均衡装置发送的IP数据包，并筛选出SIP通话信令，发送到信令分析模块；
信令分析模块，用于解析SIP通话信令，提取出其中的关键字段值，根据信令内容判断是否为异常信令。
其中，根据信令内容判断是否为异常信令包括信令展示设备接收分析后的通话信令，按照关键字段值，拼接成完整的通话信令，所述关键字段包括FROM、TO、CALL-ID、PAI、CONTACT、CSeq。
所述信令采集分析设备还包括信息收集模块，其用于收集的信令采集分析设备自身的信令处理平均时间，并将其发送至业务均衡装置。
如图1所示，所述基于IMS的海量信令诊断系统还包括信令展示设备，其用于展示信令流程异常信令、异常字段及通话信令内容。
在一些实施例中，所述信令展示设备还用于将通话信令内容中的通话信令数目返回至信令采集分析设备，由信令采集分析设备发送至业务均衡装置。
具体地，所述信令展示设备，用于运维人员根据主叫号码、被叫号码、起始通话时间、结束通话时间、用户姓名等信息查询通话信令流程，并展示信令流程异常信令、异常字段，包括图形界面展示模块、Web管理模块、数据存储模块、信息反馈模块和核心处理模块。
所述图形界面展示模块用于展示通话的信令流程图，包含每一次通话的每条信令及源目IP地址，并标注异常信令。
所述Web管理模块用于提供主叫号码、被叫号码、起始通话时间、结束通话时间、用户姓名等信息的输入界面，根据输入的信息从数据库中查询对应的信令摘要信息，在Web界面上以列表形式展示。
所述数据存储模块，用于存储完整的通话信令流程及摘要信息。所述摘要信息包括主、被叫号码、主被叫姓名、起始通话时间、结束通话时间、通话时长、异常信令名称和关键字段。
所述信息反馈模块用于每隔设定时间段(比如：500ms)向信令采集分析设备反馈收录的通话信令数目。
所述核心处理模块，用于接收信令采集分析设备发送的SIP通话信令、关键字段值和异常类型，并根据关键字段值将通话信令拼接成完成的信令流程。
实施例二
如图2所示，本实施例提供了一种基于IMS的海量信令诊断方法，其包括：
步骤一：利用业务均衡装置获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备。
业务均衡装置将前设定时间段(比如：500ms)发送的IP数据包作为随机初始化的蚂蚁，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，并按照优先级比例，将IP数据包转发至对应的信令采集分析设备上。
业务均衡装置运行蚁群算法，根据概率公式及局部更新公式得到当前最优的信令采集分析设备，其具体过程如实施例一所述，此处不再累述。
在一些实施例中，所述业务均衡装置还用于将镜像IP数据包按照优先级比例，以轮询间插方式转发至对应的信令采集分析设备，其具体过程如实施例一所述，此处不再累述。
步骤二：在信令采集分析设备接收IP数据包后，进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。
其中，根据信令内容判断是否为异常信令包括信令展示设备接收分析后的通话信令，按照关键字段值，拼接成完整的通话信令，所述关键字段包括FROM、TO、CALL-ID、PAI、CONTACT、CSeq。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，包括业务均衡装置和信令采集分析设备；
所述业务均衡装置，用于获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备；
所述信令采集分析设备，用于接收IP数据包并进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。
2.如权利要求1所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述业务均衡装置，包括：
路径选择模块，用于运行蚁群优化算法，根据各个信令采集分析设备返回的信息，以通话信令流程快速展示为目标，计算出信令采集分析设备的优先级；
信令转发模块，用于将镜像IP数据包，按照路由选择模块的分析结果，转发至对应的信令采集分析设备处理。
3.如权利要求1所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述业务均衡装置在运行蚁群优化算法中，将前预设时间段前发送的IP数据包作为随机初始化的蚂蚁。
4.如权利要求1所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述业务均衡装置还用于将镜像IP数据包按照优先级比例，以轮询间插方式转发至对应的信令采集分析设备。
5.如权利要求1所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述信令采集分析设备包括：
信令采集模块，用于接受业务均衡装置发送的IP数据包，并筛选出SIP通话信令，发送到信令分析模块；
信令分析模块，用于解析SIP通话信令，提取出其中的关键字段值，根据信令内容判断是否为异常信令。
6.如权利要求5所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述信令采集分析设备还包括信息收集模块，其用于收集的信令采集分析设备自身的信令处理平均时间，并将其发送至业务均衡装置。
7.如权利要求1所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述基于IMS的海量信令诊断系统还包括信令展示设备，其用于展示信令流程异常信令、异常字段及通话信令内容。
8.如权利要求7所述的基于IMS的海量信令诊断系统，其特征在于，所述信令展示设备还用于将通话信令内容中的通话信令数目返回至信令采集分析设备，由信令采集分析设备发送至业务均衡装置。
9.一种基于如权利要求1-8中任一项所述的基于IMS的海量信令诊断系统的诊断方法，其特征在于，包括：
利用业务均衡装置获取IMS核心网交换机与各核心网元互联端口的镜像IP数据包，基于蚁群优化算法，将信令采集分析设备发送的通话信令数目和平均处理时长作为参数，得到当前时刻各个信令采集分析设备的优先级，将镜像IP数据包按照优先级比例转发至对应的信令采集分析设备；
在信令采集分析设备接收IP数据包后，进行过滤筛选，得到只包含通话信令的SIP协议信令，进而其中的关键字段值来判断该信令是否异常。
10.如权利要求9所述的基于IMS的海量信令诊断系统的诊断方法，其特征在于，所述诊断方法还包括：利用信令展示设备展示信令流程异常信令、异常字段及通话信令内容。
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