CN116156533A - 一种5g nsa移动网数据流量准确性测试方法、系统 - Google Patents

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CN116156533A CN202310085360.5A CN202310085360A CN116156533A CN 116156533 A CN116156533 A CN 116156533A CN 202310085360 A CN202310085360 A CN 202310085360A CN 116156533 A CN116156533 A CN 116156533A
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Abstract

本发明提出一种5G NSA移动网数据流量准确性测试方法、系统,包括:确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE‑GW周围接口的镜像/分光端口;开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。具有准确度高、样本数量充足、能够覆盖终端及网络多种情况等优点。

Description

一种5G NSA移动网数据流量准确性测试方法、系统
技术领域
本发明属于通信领域,特别涉及一种数据流量准确性测试方法、系统。
背景技术
随着我国5G移动通信网迅速发展,对5G移动通信网分组数据业务计费系统准确性、可靠性提出了更高要求。目前,提供移动数据业务的电信运营商在计费规则的合理性、流量计算的准确性等方面正面临着越来越多的质疑。为了更好的规范电信运营商的经营行为,提高移动数据业务流量计费系统性能,切实维护广大消费者的利益,满足电信监管工作的需要。无论是消费者还是经营者都迫切需要一种有效的技术手段来测试和验证移动数据业务流量计算的准确性。
现有的技术方案是用于GPRS/UMTS(General packet radio service-通用无线分组业务,Universal Mobile Telecommunications System-通用移动通信系统)网络的数据业务流量计算准确性测试,这种测试方法不适用于基于5G NSA(Non-StandaloneArchitecture-非独立组网)移动网络的数据业务流量计算准确性测试,主要原因有:(1)EPC网络(Evolved Packet Core-分组核心网络)架构扁平化:无线接入部分从3G时代的RNC(Radio Network Controller-无线网络控制器)与NodeB两个设备演进为eNodeB一个节点;用户面在核心网网络部分只经过SAE-GW一个节点,不再经过对等GPRS/UMTS网络SGSN的MME网元,MME只处理信令相关流程,通过这种结构,EPC网络实现了“承载控制分离”;(2)EPC网络的另一个特点是全面IP化:整个移动数据网络除空口部分外的其他全部接口均已实现IP化;(3)相对于传统的GPRS/UMTS网络,EPC网络在全面IP化之后,接口协议栈种类大大减少。同2G/3G网络一样,EPC网络核心网侧,用户面报文的转发通道由MME通过GTP-C控制面的协议协调创建。在EPC网络中,创建的用于用户面转发的上下文被称为承载。相对于GPRS/UMTS网络,EPC网络创建承载时传递的信息发生了变化,并且消息类型也发生了变化(以前是PDP,现在是承载)。另外,EPC网络引入了新的流程(如Suspend/Resume)。因此,GTP-C版本在控制面上做了升级,将v1版本升级到EPC网络使用的v2版本。总体而言,对于5G NSA移动网络数据业务流量计算准确性的测试,国内外尚无科学有效的成熟测试方案。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,所述方法包括:
确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;
根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE-GW周围接口的镜像/分光端口;
开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;
根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;
将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。
进一步的,所述SAE-GW设备包括CU融合结构或CU分离结构。
进一步的,所述SAE-GW设备为CU融合结构,所述端口连接策略包括:
位于MME和S-GW间的第一S11端口;
分别位于eNB和S-GW间、gNB和S-GW间的第一S1-U端口;
位于SGSN和P-GW间的Gn端口;
位于HSGW和P-GW间的S2a端口;
位于S-GW和P-GW间的S5/S8端口;
位于P-GW和分组数据网络间的第一SGi端口;
位于P-GW和PCRF间的第一Gx端口;
位于P-GW和OCS间的第一Gy端口;
其中,所述第一S11端口、第一S1-U端口、Gn端口、S2a端口、S5/S8端口、第一SGi端口、第一Gx端口和第一Gy端口分别与同一第一流量测试仪表连接。
进一步的,所述SAE-GW设备为CU分离结构,所述端口连接策略包括:
位于MME和SGW-C间的第二S11端口;
位于SGSN和PGW-C间的Gn-C端口;
位于HSGW和PGW-C间的S2a-C端口;
位于外部S-GW和PGW-C间的S5/S8-C端口;
位于PGW-C和PCRF间的第二Gx端口;
位于PGW-C和OCS间的第二Gy端口;
分别位于eNB和SGW-U间、gNB和SGW-U间的第二S1-U端口;
位于SGSN和PGW-U间的Gn-U端口;
位于HSGW和PGW-U间的S2a-U端口;
位于外部S-GW和PGW-U间的S5/S8-U端口;
位于PGW-U和分组数据网络间的第二SGi端口;
其中,所述第二S11端口、Gn-C端口、S2a-C端口、S5/S8-C端口、第二Gx端口和第二Gy端口分别与同一第二流量测试仪表连接;
所述第二S1-U端口、Gn-U端口、S2a-U端口、S5/S8-U端口和第二SGi端口分别与同一第三流量测试仪表连接。
进一步的,根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单包括:
判断所述流量测试仪表采集到的数据类型;
若所述采集到的数据为控制面数据,则根据消息种类和规则,生成新的会话记录;
若所述采集到的数据为用户面数据,则判断所述用户面数据包所属的会话记录,并将流量统计到所述用户面数据包所属的会话记录。
进一步的,所述判断所述流量测试仪表采集到的数据类型前还包括对SAE-GW设备的架构进行判断:
若被测SAE-GW设备为CU分离结构,将不同流量测试仪表采集到的C面数据和U面数据进行合并,再做数据分析,或;
直接并行分析C面数据和U面数据。
进一步的,将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果包括:
局方话单依据IMSI与计费网关话单生成局方总流量话单;
所述仪表话单与所述局方总流量话单进行比对判断所述局方话单和所述计费网关话单的流量差异。
本发明还提供一种5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,所述系统包括端口确定单元、端口连接单元、采集单元、话单生成单元和比对单元,
端口确定单元,用于确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;
端口连接单元,与所述端口确定单元通信连接,用于根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE-GW周围接口的镜像/分光端口;
采集单元,用于开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;
话单生成单元,用于根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;
比对单元,与话单生成单元通信连接,用于将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。
进一步的,所述SAE-GW设备包括CU融合结构或CU分离结构。
进一步的,所述端口确定单元用于确定的CU融合结构端口连接策略包括:
位于MME和S-GW间的第一S11端口;
分别位于eNB和S-GW间、gNB和S-GW间的第一S1-U端口;
位于SGSN和P-GW间的Gn端口;
位于HSGW和P-GW间的S2a端口;
位于S-GW和P-GW间的S5/S8端口;
位于P-GW和分组数据网络间的第一SGi端口;
位于P-GW和PCRF间的第一Gx端口;
位于P-GW和OCS间的第一Gy端口;
其中,所述第一S11端口、第一S1-U端口、Gn端口、S2a端口、S5/S8端口、第一SGi端口、第一Gx端口和第一Gy端口分别与同一第一流量测试仪表连接。
进一步的,所述端口确定单元用于确定的CU分离结构端口连接策略包括:
位于MME和SGW-C间的第二S11端口;
位于SGSN和PGW-C间的Gn-C端口;
位于HSGW和PGW-C间的S2a-C端口;
位于外部S-GW和PGW-C间的S5/S8-C端口;
位于PGW-C和PCRF间的第二Gx端口;
位于PGW-C和OCS间的第二Gy端口;
分别位于eNB和SGW-U间、gNB和SGW-U间的第二S1-U端口;
位于SGSN和PGW-U间的Gn-U端口;
位于HSGW和PGW-U间的S2a-U端口;
位于外部S-GW和PGW-U间的S5/S8-U端口;
位于PGW-U和分组数据网络间的第二SGi端口;
其中,所述第二S11端口、Gn-C端口、S2a-C端口、S5/S8-C端口、第二Gx端口和第二Gy端口分别与同一第二流量测试仪表连接;
所述第二S1-U端口、Gn-U端口、S2a-U端口、S5/S8-U端口和第二SGi端口分别与同一第三流量测试仪表连接。
进一步的,所述话单生成单元用于根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单包括:
判断所述流量测试仪表采集到的数据类型;
若所述采集到的数据为控制面数据,则根据消息种类和规则,生成新的会话记录;
若所述采集到的数据为用户面数据,则判断所述用户面数据包所属的会话记录,并将流量统计到所述用户面数据包所属的会话记录。
进一步的,所述话单生成单元还用于判断所述流量测试仪表采集到的数据类型前对SAE-GW设备的架构进行判断:
若被测SAE-GW设备为CU分离结构,将不同流量测试仪表采集到的C面数据和U面数据进行合并,再做数据分析,或;
直接并行分析C面数据和U面数据。
进一步的,所述比对单元用于将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果包括:
局方话单依据IMSI与计费网关话单生成局方总流量话单;
所述仪表话单与所述局方总流量话单进行比对判断所述局方话单和所述计费网关话单的流量差异。
本发明的数据流量准确性测试方法、系统,适合基于EPC的5G NSA移动网,支持通过eNB、gNB接入5G EPC,其分组数据业务计费系统由核心网设备和计费处理系统组成,共同完成计费功能。核心网设备主要包括MME、S-GW、P-GW、和CGF等,还包括SGSN和HSGW,支持NR/LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM/CDMA接入方式;同时,使用流量测试仪表实时采集覆盖被测手机的eNodeB和SAE-GW之间、MME和SAE-GW之间S11、Gn-C、S2a-C、S5/S8-C、Gx和Gy接口的信令和的S1-U、Gn-U、S2a-U、S5/S8-U和SGi接口的用户数据,经过处理后产生仪表话单,再将仪表话单与局方话单进行比对,得出测试结果。本发明具有准确度高、样本数量充足、能够覆盖终端及网络多种情况等优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中的5G NSA计费系统支持CU融合体系结构示意图;
图2示出了本发明实施例中的5G NSA计费系统支持CU分离体系结构示意图;
图3示出了本发明实施例中的5G NSA流量准确性测试支持CU融合的方法示意图;
图4示出了本发明实施例中的5G NSA流量准确性测试支持CU分离的方法示意图;
图5示出了本发明实施例中的5G NSA网络数据业务流量准确性测试方法的流程示意图;
图6示出了本发明实施例中的仪表话单生成流程示意图;
图7示出了本发明实施例中的仪表话单与局方话单比对流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于5G NSA网络的数据业务流量计算准确性测试方法。该方法适合基于EPC(Evolved Packet Core、分组核心网络)的5G NSA移动网,支持通过eNB(eNodeB、4G基站)、gNB(gNodeB、5G基站)接入5G EPC,其分组数据业务计费系统由核心网设备和计费处理系统组成,共同完成计费功能。核心网设备主要包括MME(Mobility Management Entity、移动管理实体)、S-GW(Serving Gateway、服务网关)、P-GW(PDN Gateway、PDN(Public Data Network、公用数据网)网关)、和CGF(Charging GatewayFunction、计费网关功能)等,可能还包括SGSN(Serving GPRS Support Node、GPRS服务支持节点)和HSGW(HRPD Serving Gateway、高速分组数据服务网关),支持NR/LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM/CDMA接入方式。
NR,New Radio、新空口;
LTE,Long Term Evolution、通用移动通信技术的长期演进;
TD-SCDMA,Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access、时分同步码分多址;
WCDMA,Wideband Code Division Multiple Access、宽带码分多址;
GSM,Global System for Mobile Communications、全球移动通信系统;
CDMA,Code Division Multiple Access、码分多址。
本发明实施例中提供一种数据流量准确性测试方法,所述方法包括:
确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;
根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE-GW周围接口的镜像/分光端口;
开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;
根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;
将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。
本发明实施例中,所述SAE-GW设备包括CU融合结构或CU分离结构,下述分别对CU融合结构端口连接和CU分离结构端口连接进行具体的说明:
图1示出了本发明实施例中的5G NSA计费系统支持CU融合体系结构示意图,图1中,S-GW和P-GW通信连接,S-GW上分别通信连接eNB、gNB、MME和CGF,MME分别与eNB和gNB通信连接,用户终端分别于eNB和gNB通信连接,MME上还通信连接有SGSN、HSGW和HSS(HomeSubscriber Server,归属签约用户服务器),SGSN和HSGW分别与P-GW通信连接,P-GW上分别通信连接CGF、PCRF、OCS(Online Charging System、在线计费系统)和分组数据网络,本发明实施例中,分组数据网络为电信企业的IP网络,OCS位于BS(Base Station、移动通信基地站),电信企业的IP网络与PCRF通信连接。
图1中,CU融合体系中的接口包括分别位于eNB和S-GW间、gNB和S-GW间的第一S1-U端口,位于MME和S-GW间的第一S11端口,位于SGSN和P-GW间的Gn端口,位于HSGW和P-GW间的S2a端口,位于S-GW和P-GW间的S5/S8端口,位于P-GW和分组数据网络间的第一SGi端口,位于P-GW和PCRF间的第一Gx端口,位于P-GW和OCS间的第一Gy端口,位于S-GW/P-GW和CGF间的Ga端口。
图3示出了本发明实施例中的5G NSA流量准确性测试支持CU融合的方法示意图,图3中,用户终端接入5G NSA网络并产生流量,第一流量测试仪实时采集被测SAE-GW的第一S11、第一S1-U、Gn、S2a、S5/S8、第一SGi、第一Gx和第一Gy接口的信令和用户数据。流量测试仪对采集的数据分析处理后产生仪表话单,通过将仪表话单和局方话单、CG(ChargingGateway、计费网关)话单进行比对,得出流量测试结果。
S-GW、P-GW可以采用CU分离的架构,应符合3GPP TS23.214的规定。SGW-C、PGW-C承担控制面数据处理,SGW-U、PGW-U承担用户面数据处理。通常SGW-C与PGW-C合设为GW-C,SGW-U与PGW-U合设为GW-U。GW-C与GW-U之间通过Sx接口进行消息互通。5G网络的一大特点是CU分离,这里的C是指控制面(Control Plane),是处理信令的各功能单元;U是指用户面(User Plane),是指处理用户数据的处理单元。CU分离就是指控制面与用户面是采用不同的网络功能(NF)来实现的。C面与U面通过接口之间的通信来协同实现5G的通信功能。图2示出了本发明实施例中的5G NSA计费系统支持CU分离体系结构示意图,图2中,SGW-C、SGW-U、PGW-C和PGW-U分别通信连接,SGW-U上分别通信连接eNB和gNB,eNB和gNB分别与用户终端UE通信连接,SGW-C上连接MME和CGF,并且MME与eNB、和gNB通信连接,MME上分别通信连接HSGW、SGSN和HSS,PGW-C上分别连接PCRF、OCS和CGF,PGW-U上连接分组数据网络,本发明实施例中,分组数据网络为电信企业的IP网络,电信企业的IP网络与PCRF通信连接。
图2中,CU分离体系中的接口包括分别位于eNB和SGW-U间、gNB和SGW-U间的第二S1-U端口,位于MME和SGW-C间的第二S11端口,位于SGSN和PGW-U间的Gn-U端口,位于SGSN和PGW-C间的Gn-C端口,位于HSGW和PGW-C间的S2a-C端口,位于HSGW和PGW-U间的S2a-U端口,位于SGW-C和PGW-C间的S5/S8-C端口,位于SGW-U和PGW-U间的S5/S8-U端口,位于SGW-C和SGW-U间的Sxa端口,位于PGW-C和PGW-U间的Sxb端口,位于S-GW/P-GW和CGF间的Ga端口,位于PGW-C和PCRF间的第二Gx端口,位于PGW-U和分组数据网络间的第二SGi端口,位于PGW-C和OCS间的第二Gy端口。
如果被测SAE-GW(SAE是System Architecture Evolution的简写,为S-GW与P-GW两个网元合称)为CU分离结构,测试方法流程图如图4所示。图4示出了本发明实施例中的5GNSA流量准确性测试支持CU分离的方法示意图,用户终端接入5G NSA网络并产生流量,第二流量测试仪表实时采集被测GW-C的第二S11、Gn-C、S2a-C、S5/S8-C、第二Gx和第二Gy接口的信令,流量测试仪2(第三流量测试仪表)与流量测试仪1(第二流量测试仪表)保持同步并实时采集被测GW-U的第二S1-U、Gn-U、S2a-U、S5/S8-U和第二SGi接口的用户数据。两台流量测试仪对采集的信令及用户数据分析处理后产生仪表话单,通过将仪表话单和局方话单、CG话单进行比对,得出流量测试结果。
本发明实施例中,5G EPC和流量计算相关的接口参考点有如下说明:
S1-U:位于eNB、gNB和S-GW间,用于通过隧道传送用户面PDU(packet data unit、分组数据单元),是GPRS(General Packet Radio Service、通用分组无线业务)网络中的一个模块;
S5:位于S-GW和P-GW间,用于S-GW和P-GW分设时,提供用户面隧道和隧道管理功能;
S8:位于VPLMN(Visited Public Land Mobile Network、访问公用陆地移动网络)中S-GW和HPLMN(Home Public Land Mobile Network、本地公用陆地移动网络)中P-GW间,功能与S5接口相似;
S11:位于MME和S-GW间,用于移动性管理和承载管理;
SGi:位于P-GW和分组数据网络间,用于给用户提供接入外部数据网的通道;
Gn:位于SGSN和P-GW间,用于管理承载,并通过隧道传送用户面PDU;
Ga:位于S-GW/P-GW和CGF间,用于CDR(Call Detail Records、呼叫详细记录)话单的传输;
Gx:位于P-GW和PCRF间,支持P-GW和PCRF之间的消息交互,用于计费控制和策略控制;
Gy:位于P-GW和OCS间,支持P-GW和OCS之间的消息交互,实现在线计费功能;
S2a:位于HSGW和P-GW间,用于PMIP(Proxy Mobile IP、代理移动IP)会话的管理,并传送用户数据;
Sxa:位于SGW-C和SGW-U间,CU分离架构下提供SGW控制面和用户面接口;
Sxb:位于PGW-C和PGW-U间,CU分离架构下提供PGW控制面和用户面接口。
本发明实施例中还对业务流量准确性测试进行具体的说明,图5示出了本发明实施例中的5G NSA网络数据业务流量准确性测试方法的流程示意图,图5中,方法包括:
步骤1:首先在SAE-GW设备周边的接口进行镜像或分光,将测试仪表按照图3/4所示的方式连接在这些镜像/分光端口;
步骤2:开启流量测试仪表,测试仪表将获取镜像/分光端口的数据并存储在硬盘上;
步骤3:判断是否获得足够样本,在获取了足够样本的情况下,使用测试仪表将采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联。测试仪表应支持对S11、S1-U、Gn(或Gn-C/Gn-U)、S5/S8(或S5/S8-C、S5/S8-U)、S2a(或S2a-C/S2a-U)、SGi、Gy接口协议栈准确解码,包括GTP、IP、TCP、UDP、HTTPs、DNS等协议;
GTP,GPRS Tunneling Protocol、GPRS隧道协议,
IP,Internet Protocol、网际互连协议,
TCP,Transmission Control Protocol、传输控制协议,
UDP,User Datagram Protocol、用户数据报协议,
HTTPs,Secure Hypertext Transfer Protocol、安全超文本传输协议,
DNS,Domain Name System、域名解析协议。
多接口数据关联,当从.pcap文件中读取到特定数据帧时,在内存中创建一个哈希表,关键码值(Key value)为此条会话的若干关键信息,同时将其他信息存储在表中,具体包括:
1)PDN会话建立请求:将S11接口的“Create Session Request”消息作为会话的第一个数据帧;
2)PDN会话建立响应:从.pcap文件中读取到S11接口的“Create SessionResponse”消息并且内容为“Request accepted”,则说明此条会话建立成功。如果消息内容不是“Request accepted”,则跳过这次会话,不处理、不存储。
3)PDN会话删除请求:S11接口的“Delete session Request”消息作为会话删除请求。
4)PDN会话删除响应:S11接口的“Delete session Response”消息作为会话的最后一条数据帧。
Create Session Request、创建会话请求;Request accepted、接收请求;Deletesession Response、删除会话请求。
步骤4:比对单元对仪表话单和运营企业提供的CG话单、局方话单进行分析比对。由此统计多单、少单、错单数量,生成比对结果;
步骤5:使用该测试方法进行流量计算准确性测试时,使用测试仪表在SAE-GW周围接口进行监测,测试仪表连接在交换机上对SAE-GW设备周边接口的镜像/分光端口,这样,所有流经SAE-GW的信令消息和用户数据都可以被测试仪表获取;
本发明实施例中,为了实现流量计算测试的功能,流量测试仪表需满足以下的要求:
快速抓包能力:目前5G NSA网络中,SAE-GW周围的接口有十Ge接口(Ge是GigabitEthernet的缩写,即1000M传输速率的以太网)也有百Ge接口。作为流量测试仪表,首要功能就是能把SAE-GW周围接口的数据完整的抓取下来。这样,才能保证生成正确的仪表话单。流量测试仪应支持采集被测SAE-GW的S11、S1-U、Gn(或Gn-C/Gn-U)、S5/S8(或S5/S8-C、S5/S8-U)、S2a(或S2a-C/S2a-U)、SGi、Gy接口的所有信令和用户数据,并对数据打时间戳,时间戳分辨力不低于10ns;
超大存储能力:流量测试仪可一次采集和存储不少于32TB的数据,流量测试仪采集的数据要保存在硬盘或磁盘阵列中,用来测试仪表生成仪表话单。如果测试仪表实时生成仪表话单,也需要保存这部分数据因为作为一种通信准确性测试,要求测试结果具有可溯源性;
信令解码能力:移动数据业务的核心网是基于IP的,为了在S-GW和P-GW之间可靠传输数据,两个设备之间需要建立一条GTP隧道,该隧道的GTP包头并不在流量的统计范畴。因此需要测试仪表能够对所抓的数据包进行正确的信令解码,这样才能对流量进行正确统计;
流量分析统计能力:流量统计何时开始,何时停止。哪些数据包属于同一个PDN上下文,统计在一次会话记录中,PDN上下文更新如何准确进行流量统计。
本发明实施例中,测试仪表为流量计算测试仪表,还需要有完善的流量分析统计功能。这是因为对于测试流量计算准确性的仪表,将数据获取、存储下来后,还需要进行分析、统计PDN会话的流量,生成仪表话单,对仪表话单和局方话单进行比对。
本发明实施例中,每一个PDN上下文对应的流量计算相关内容称为会话记录。每个会话记录包括的属性有手机号码、IMSI号码、APN、PDP_Create_Response_Gn、PDP_Delete_Response_Gn、PDP_Session_Duration、上行流量、下行流量、计费特征、RAT、终端地址、MME控制面TEID和IP、eNodeB用户面TEID和IP、SGW控制面TEID和IP、SGW用户面TEID和IP、PGW控制面TEID和IP、PGW用户面TEID和IP。
IMSI,International Mobile Subscriber Identity、国际移动用户识别码,APN,Access Point Name、网络接入技术,
PDP,Packet Data Protocol、分组数据协议,是外部PDN网与GPRS接口所用的网络协议;PDP_Create_Response_Gn表示创建响应、PDP_Delete_Response_Gn表示删除响应、PDP_Session_Duration表示会话持续时间,
RAT,Radio Access Type、无线接入类型,
TEID,Tunnel End Point identifier、隧道端点标识。
本发明实施例中各属性的格式和获取方法如下表1所示。需要说明的是,有些属性是可选的,由于更新消息生成的会话记录,部分属性从相关消息中获取。
表1各属性的格式和获取方法
Figure BDA0004072151450000151
Figure BDA0004072151450000161
Figure BDA0004072151450000171
图6示出了本发明实施例中的仪表话单生成流程示意图,图6中,如果被测的SAE-GW为CU分离架构,仪表采集到的C面数据和U面数据先做CU数据的合并也可以将C面数据和U面数据分别加载到测试仪表,然后再使用测试仪表分析测试仪表采集的数据包,判断是控制面数据还是用户面数据。对于控制面数据,首先判断消息种类,然后依据不同的规则,生成新的会话记录。对于用户面数据,判断数据包属于哪个会话记录,将其流量统计到该会话记录。
具体而言,会话记录的内容中最重要的属性为上行流量和下行流量,P-GW/PGW-U统计的流量为GTP承载的数据流量,包括IP层、传输层(TCP、UDP)和应用层数据。如果GTP承载的内层数据包为IP包,则数据量为IP包总包长,包括IP包的包头、载荷等部分。如果P-GW/PGW-U在用户上行数据包中添加了信息,该数据包的流量不应包括添加的这部分信息。如P-GW开通了“HTTP头增强功能”,对用户特定的上行HTTP数据包,P-GW/PGW-U在HTTP头添加用户相关信息,包括IMSI号码、手机号码、RAT类型、终端IP等,则该HTTP数据包的流量不包括添加的这些信息。
GTP承载的信令消息,都是成对出现的。例如“Create Session Request”(创建会话请求)和“Create Session Response”(创建会话响应),“Modify Bearer Request”(修改承载请求)和“Modify Bearer Response”(修改承载响应),“Release Access BearersRequest”(释放接入承载请求)和“Release Access Bearers Response”(释放接入承载响应),“Delete Session Request”(删除会话请求)和“Delete Session Response”(删除会话响应)都是一对请求、响应消息。要想生成完整的会话记录,并获取所需的属性,必须能够准确的对请求、响应消息进行匹配。匹配方法为:如果响应消息GTP头部的Sequence Number=请求消息GTP头部的Sequence Number,则这两条消息属于一对消息。
测试仪表记录每次完整会话的流量,一次完整会话以收到“Create SessionRequest”消息为起始,以收到“Delete Session Response”消息为终止。在收到某次会话的“Create Session Request”消息后,接收相关联的“Create Session Response”(创建会话响应)消息。如果Response消息中的Cause(原因)为“Request accepted”(接受请求),则统计该次PDN会话的流量;否则,停止该次会话的记录。
MME根据Attach Request(附着请求)消息中携带的APN进行默认承载激活,否则使用签约的默认APN进行默认承载激活。MME根据TAI(Tracking Arealdentity、跟踪区标识)获取SGW列表,根据APN获取P-GW列表,再根据优先级和拓扑优先的原则选择一对S-GW和P-GW来建立默认承载,并为默认承载分配一个EPS承载ID;然后向S-GW发送“Create SessionRequest”消息请求建立默认承载,并携带如下信息:IMSI、MSISDN(主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码,MSISDN:Mobile Subscriber International ISDN/PSTN number(ISDN即是综合业务数字网,是Integrated Service Digital Network的简称))、MEI、APN、RAT Type、PDN Type、PDN Address allocation(地址分配)(PAA)(用户IP)、EPS Bearer ID(EBI)、Bearer Level Quality of Service(承载级服务质量)(BearerQoS)、Charging characteristic(计费特性),同时,还会携带S11 MME GTP-C接口的TEID/GRE key和IPv4地址。
承载建立的响应消息,会通过S-GW返回给MME“Create Session Response”。消息中包含如下信息:PAA、S11/S4 SGW GTP-C接口的TEID/GRE key和IPv4地址、S5/S8 PGWGTP-C接口的TEID/GRE key和IPv4地址,还会携带Bearer(承载)Context:里面包含S1-USGW GTP-U接口的TEID/GRE key和IPv4地址,S5/S8 PGW GTP-U接口的TEID/GRE key和IPv4地址(Internet Protocol version 4、网际协议版本4),用于上行数据封装。如果“CreateSession Response”消息里的Cause是“Request accepted”,则说明此条会话建立成功,如果Cause不是“Request accepted”,则跳过这次会话,不处理、不存储。
在EPC网络,用户面已经不再经过MME。MME在获得用户面相关的转发信息之后,需要将这部分信息传递给eNodeB。在无线侧,空口完成用户面资源分配,建立eNodeB到终端的连接。此时,上游网元都分配了各个接口的GTP IP和TEID,已经具备上行消息传送条件。eNodeB侧为终端分配的GTP IP和TEID会被MME通过“Modify Bearer Request(修改承载请求)”消息通知S-GW更新终端的GTP IP和TEID信息,用于S-GW下行GTP用户面消息的封装。此消息中携带S1-U eNodeB GTP-U接口的TEID/GRE key和IPv4地址。
Modify Bearer流程完成后,所有上下游网元的C面和U面都分配了各个接口的GTPIP和TEID,整个承载数据面和控制面路径建立完毕。
当某个用户的PDN会话建立成功后,将在S1-U口eNodeB的和SGW(ServingGateway)之间、S5/S8-U口的SGW(Serving Gateway)和PGW(PDN Gateway)之间打通一条独有的GTP-U隧道,也即EPS Bearer(承载),用户可以通过这条隧道访问因特网。GTP-U隧道用F-TEID(Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier)唯一标识,隧道两侧的源/目的IP为eNodeB的F-TEID IP、SGW和PGW的F-TEID IP。
U面数据关联,eNodeB发给SGW,S1-U口上行方向的数据。U面GTP层的TEID信息S1-USGW TEID、GTP外层的IP地址S1-U SGW IP与C面的S1-U SGW GTP-U接口的TEID/GRE key和IP地址一致,且U面GTP内层的源IP地址UE-IP和C面PAA的地址也一致,将满足上面条件且时间戳在“Create Session Response”信令与“Delete Session Response”信令的时间戳之间的所有U面数据流量统计起来,做为S1-U口的上行流量。
SGW发给eNodeB,S1-U口下行方向的数据。U面GTP层的TEID信息S1-U eNodeBTEID、GTP外层的IP地址S1-U eNodeB IP与C面的S1-UeNodeB GTP-U接口的TEID/GRE key和IPv4地址一致,且U面GTP内层的目的IP地址UE-IP和C面PAA的地址也一致,将满足上面条件且时间戳在“Create Session Response”信令与“Delete Session Response”信令的时间戳之间的所有U面数据流量统计起来,做为S1-U口的下行流量。
SGi口流量统计,即PGW与PDN交互的数据,当源IP或目的IP与C面的PAA地址一致,且数据帧的时间戳在“Create Session Response”信令与“Delete Session Response”信令的时间戳之间的所有U面数据流量统计起来,做为SGi口的流量。
本发明实施例中,还对数据流量准确性测试方法流量的计算进行说明:
S1-U口的流量计算,本发明统计的用户面流量是GTP-U内层IP包的数据量,包含了用户数据的IP、TCP或UDP包头等字段。P-GW对用户数据包统计的流量以内层IP包的总长度为依据,而不是GTP承载的T-PDU数据长度,更不包括Sequence Number(数据包本身的序列号)、N-PDU Number或GTP其他扩展头部分。
对于IPv4数据包,内层IP包的总长度为Total Length,单位为字节,这是由于Total Length是头部和负载数据的总长度。而对于IPv6数据包,内层IP包的总长度为Payload length+40,单位为字节,这是由于IPv6的头部长度为固定的40字节(即基本报头),而Payload length是基本报头之后的所有长度(包括所有扩展报头部分)。
此外,如果P-GW在用户上行数据包中添加了信息,该数据包的流量不应包括添加的这部分信息。如果P-GW开通了“HTTP头增强功能”,对用户特定的上行HTTP数据包,P-GW在HTTP头添加用户相关信息,包括IMSI号码、手机号码、RAT类型、终端IP等,则该HTTP数据包的用户面流量不包括添加的这些信息。
只有P-GW路由转发的上行和下行数据包,其流量才被统计。即在S1-U口和SGi口均出现的数据包才被计入用户面上/下行流量。判断某条会话中,S1-U口和SGi口哪两个数据帧为一对的方法,对于S1-U口的IP header,指的是GTP隧道内层的IP层header:
对于IPv4数据包,IP header里的version+total length+identification+protocol+header checksum+source+destination相同。
对于IPv6数据包,IP header里的version+flow label+payload length+nextheader+source+destination相同。
如果遇到以上信息均相同的数据帧,则以时间戳的先后顺序组成一对。
在测试仪表收到某次会话“Delete Session Request”消息后,接收相关联的“Delete Session Response”消息。如果Response消息中的Cause为“Request accepted”,则停止该次会话的记录。
仪表测试数据生成的仪表话单至少包括如下字段:CaptureTime、手机号码、IMSI号码、UE-IP、APN、计费特征、会话开始时间、会话结束时间、持续时长、RAT Type、PGW控制面地址、SGW控制面地址、SGW用户面地址、S1-U上行流量、S1-U下行流量、SGi上行流量、SGi下行流量、转发的上行流量、转发的下行流量等。
电信企业计费系统应提供测试时间段内被测P-GW话单,话单内容至少包括如下字段:手机号码、IMSI号码、APN、开始时间、时长、计费标识、计费特征、RAT类型、漫游标识、P-GW地址、终端地址、上行流量、下行流量、总流量、业务代码、记录顺序号、记录关闭原因等。
本发明实施例中,还对仪表话单与局方话单进行比对的具体过程进行说明,图7示出了本发明实施例中的仪表话单与局方话单比对流程示意图,图7中,将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果包括:局方话单依据IMSI与计费网关话单生成局方总流量话单;所述仪表话单与所述局方总流量话单进行比对判断所述局方话单和所述计费网关话单的流量差异。
本发明实施例中还提供一种5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,所述系统包括端口确定单元、端口连接单元、采集单元、话单生成单元和比对单元,
端口确定单元,用于确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;
端口连接单元,与所述端口确定单元通信连接,用于根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE-GW周围接口的镜像/分光端口;
采集单元,用于开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;
话单生成单元,用于根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;
比对单元,与话单生成单元通信连接,用于将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。
具体的,所述SAE-GW设备包括CU融合结构或CU分离结构。
具体的,所述端口确定单元用于确定的CU融合结构端口连接策略包括:
位于MME和S-GW间的第一S11端口;
分别位于eNB和S-GW间、gNB和S-GW间的第一S1-U端口;
位于SGSN和P-GW间的Gn端口;
位于HSGW和P-GW间的S2a端口;
位于S-GW和P-GW间的S5/S8端口;
位于P-GW和分组数据网络间的第一SGi端口;
位于P-GW和PCRF间的第一Gx端口;
位于P-GW和OCS间的第一Gy端口;
其中,所述第一S11端口、第一S1-U端口、Gn端口、S2a端口、S5/S8端口、第一SGi端口、第一Gx端口和第一Gy端口分别与同一第一流量测试仪表连接。
具体的,所述端口确定单元用于确定的CU分离结构端口连接策略包括:
位于MME和SGW-C间的第二S11端口;
位于SGSN和PGW-C间的Gn-C端口;
位于HSGW和PGW-C间的S2a-C端口;
位于外部S-GW和PGW-C间的S5/S8-C端口;
位于PGW-C和PCRF间的第二Gx端口;
位于PGW-C和OCS间的第二Gy端口;
分别位于eNB和SGW-U间、gNB和SGW-U间的第二S1-U端口;
位于SGSN和PGW-U间的Gn-U端口;
位于HSGW和PGW-U间的S2a-U端口;
位于外部S-GW和PGW-U间的S5/S8-U端口;
位于PGW-U和分组数据网络间的第二SGi端口;
其中,所述第二S11端口、Gn-C端口、S2a-C端口、S5/S8-C端口、第二Gx端口和第二Gy端口分别与同一第二流量测试仪表连接;
所述第二S1-U端口、Gn-U端口、S2a-U端口、S5/S8-U端口和第二SGi端口分别与同一第三流量测试仪表连接。
具体的,所述话单生成单元用于根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单包括:
判断所述流量测试仪表采集到的数据类型;
若所述采集到的数据为控制面数据,则根据消息种类和规则,生成新的会话记录;
若所述采集到的数据为用户面数据,则判断所述用户面数据包所属的会话记录,并将流量统计到所述用户面数据包所属的会话记录。
所述话单生成单元还用于判断所述流量测试仪表采集到的数据类型前对SAE-GW设备的架构进行判断:
若被测SAE-GW设备为CU分离结构,将不同流量测试仪表采集到的C面数据和U面数据进行合并,再做数据分析,或直接并行分析C面数据和U面数据。
具体的,所述比对单元用于将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果包括:
局方话单依据IMSI与计费网关话单生成局方总流量话单;
所述仪表话单与所述局方总流量话单进行比对判断所述局方话单和所述计费网关话单的流量差异。
本发明的数据流量准确性测试方法、系统,适合基于EPC的5G NSA移动网,支持通过eNB、gNB接入5G EPC,其分组数据业务计费系统由核心网设备和计费处理系统组成,共同完成计费功能。核心网设备主要包括MME、S-GW、P-GW、和CGF等,还包括SGSN和HSGW,支持NR/LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM/CDMA接入方式;同时,使用流量测试仪表实时采集覆盖被测手机的eNodeB和SAE-GW之间、MME和SAE-GW之间S11、Gn-C、S2a-C、S5/S8-C、Gx和Gy接口的信令和的S1-U、Gn-U、S2a-U、S5/S8-U和SGi接口的用户数据,经过软件分析处理后产生仪表话单,再将仪表话单与局方话单进行比对,得出测试结果。本发明具有准确度高、样本数量充足、能够覆盖终端及网络多种情况等优点。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,所述方法包括:
确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;
根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE-GW周围接口的镜像/分光端口;
开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;
根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;
将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。
2.根据权利要求1所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,
所述SAE-GW设备包括CU融合结构或CU分离结构。
3.根据权利要求2所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,所述SAE-GW设备为CU融合结构,所述端口连接策略包括:
位于MME和S-GW间的第一S11端口;
分别位于eNB和S-GW间、gNB和S-GW间的第一S1-U端口;
位于SGSN和P-GW间的Gn端口;
位于HSGW和P-GW间的S2a端口;
位于S-GW和P-GW间的S5/S8端口;
位于P-GW和分组数据网络间的第一SGi端口;
位于P-GW和PCRF间的第一Gx端口;
位于P-GW和OCS间的第一Gy端口;
其中,所述第一S11端口、第一S1-U端口、Gn端口、S2a端口、S5/S8端口、第一SGi端口、第一Gx端口和第一Gy端口分别与同一第一流量测试仪表连接。
4.根据权利要求2所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,所述SAE-GW设备为CU分离结构,所述端口连接策略包括:
位于MME和SGW-C间的第二S11端口;
位于SGSN和PGW-C间的Gn-C端口;
位于HSGW和PGW-C间的S2a-C端口;
位于外部S-GW和PGW-C间的S5/S8-C端口;
位于PGW-C和PCRF间的第二Gx端口;
位于PGW-C和OCS间的第二Gy端口;
分别位于eNB和SGW-U间、gNB和SGW-U间的第二S1-U端口;
位于SGSN和PGW-U间的Gn-U端口;
位于HSGW和PGW-U间的S2a-U端口;
位于外部S-GW和PGW-U间的S5/S8-U端口;
位于PGW-U和分组数据网络间的第二SGi端口;
其中,所述第二S11端口、Gn-C端口、S2a-C端口、S5/S8-C端口、第二Gx端口和第二Gy端口分别与同一第二流量测试仪表连接;
所述第二S1-U端口、Gn-U端口、S2a-U端口、S5/S8-U端口和第二SGi端口分别与同一第三流量测试仪表连接。
5.根据权利要求1或2所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单包括:
判断所述流量测试仪表采集到的数据类型;
若所述采集到的数据为控制面数据,则根据消息种类和规则,生成新的会话记录;
若所述采集到的数据为用户面数据,则判断所述用户面数据包所属的会话记录,并将流量统计到所述用户面数据包所属的会话记录。
6.根据权利要求5所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,所述判断所述流量测试仪表采集到的数据类型前还包括对SAE-GW设备的架构进行判断:
若被测SAE-GW设备为CU分离结构,将不同流量测试仪表采集到的C面数据和U面数据进行合并,再做数据分析,或直接并行分析C面数据和U面数据。
7.根据权利要求1或2所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试方法,其特征在于,将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果包括:
局方话单依据IMSI与计费网关话单生成局方总流量话单;
所述仪表话单与所述局方总流量话单进行比对判断所述局方话单和所述计费网关话单的流量差异。
8.一种5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,所述系统包括端口确定单元、端口连接单元、采集单元、话单生成单元和比对单元,
端口确定单元,用于确定端口连接策略,对被测端口进行镜像或分光;
端口连接单元,与所述端口确定单元通信连接,用于根据所述端口连接策略将流量测试仪表连接在SAE-GW周围接口的镜像/分光端口;
采集单元,用于开启所述流量测试仪表,所述流量测试仪表采集镜像/分光端口的数据并将获取到的数据存储在硬盘上;
话单生成单元,用于根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单;
比对单元,与话单生成单元通信连接,用于将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果。
9.根据权利要求8所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,
所述SAE-GW设备包括CU融合结构或CU分离结构。
10.根据权利要求9所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,所述端口确定单元用于确定的CU融合结构端口连接策略包括:
位于MME和S-GW间的第一S11端口;
分别位于eNB和S-GW间、gNB和S-GW间的第一S1-U端口;
位于SGSN和P-GW间的Gn端口;
位于HSGW和P-GW间的S2a端口;
位于S-GW和P-GW间的S5/S8端口;
位于P-GW和分组数据网络间的第一SGi端口;
位于P-GW和PCRF间的第一Gx端口;
位于P-GW和OCS间的第一Gy端口;
其中,所述第一S11端口、第一S1-U端口、Gn端口、S2a端口、S5/S8端口、第一SGi端口、第一Gx端口和第一Gy端口分别与同一第一流量测试仪表连接。
11.根据权利要求9所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,所述端口确定单元用于确定的CU分离结构端口连接策略包括:
位于MME和SGW-C间的第二S11端口;
位于SGSN和PGW-C间的Gn-C端口;
位于HSGW和PGW-C间的S2a-C端口;
位于外部S-GW和PGW-C间的S5/S8-C端口;
位于PGW-C和PCRF间的第二Gx端口;
位于PGW-C和OCS间的第二Gy端口;
分别位于eNB和SGW-U间、gNB和SGW-U间的第二S1-U端口;
位于SGSN和PGW-U间的Gn-U端口;
位于HSGW和PGW-U间的S2a-U端口;
位于外部S-GW和PGW-U间的S5/S8-U端口;
位于PGW-U和分组数据网络间的第二SGi端口;
其中,所述第二S11端口、Gn-C端口、S2a-C端口、S5/S8-C端口、第二Gx端口和第二Gy端口分别与同一第二流量测试仪表连接;
所述第二S1-U端口、Gn-U端口、S2a-U端口、S5/S8-U端口和第二SGi端口分别与同一第三流量测试仪表连接。
12.根据权利要求8或9所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,所述话单生成单元用于根据所述流量测试仪表采集到的数据进行协议解码和多接口数据关联生成仪表话单包括:
判断所述流量测试仪表采集到的数据类型;
若所述采集到的数据为控制面数据,则根据消息种类和规则,生成新的会话记录;
若所述采集到的数据为用户面数据,则判断所述用户面数据包所属的会话记录,并将流量统计到所述用户面数据包所属的会话记录。
13.根据权利要求12所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,所述话单生成单元还用于判断所述流量测试仪表采集到的数据类型前对SAE-GW设备的架构进行判断:
若被测SAE-GW设备为CU分离结构,将不同流量测试仪表采集到的C面数据和U面数据进行合并,再做数据分析,或直接并行分析C面数据和U面数据。
14.根据权利要求8或9所述的5G NSA移动网数据流量准确性测试系统,其特征在于,所述比对单元用于将所述仪表话单与计费网关话单和局方话单进行分析比对,生成比对结果包括:
局方话单依据IMSI与计费网关话单生成局方总流量话单;
所述仪表话单与所述局方总流量话单进行比对判断所述局方话单和所述计费网关话单的流量差异。
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