CN1716882A - 一种基于rfn时间戳进行时延测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种基于RFN时间戳进行时延测试的方法，应用于移动通信系统中核心网和接入网的时延测试。包括：从UE向WEB SERVER(或从WEBSERVER向UE)发送PING包，RNC PDCP在收到上行(或下行)IP数据后，PDCP对该上行(或下行)IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST(或ECHO REPLY)包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号；从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本，计算出该n个样本对应的时延；计算出上述n个样本时延的算术平均值，作为该核心网(或接入网)的平均时延。使用本发明方法能有效测试出核心网和接入网的时延和变化量。

Description

一种基于RFN时间戳进行时延测试的方法

技术领域

本发明涉及UMTS(通用移动通信系统)系统的时延测试方法。

背景技术

时延测试是UMTS系统测试的难点，由于分组业务的速率在很大程度上与整个系统的时延有非常重要的关系，从系统仿真的结果上看，系统的时延越大，分组业务的速率就越低。

在IP网络结构中，提供了一种利用PING程序来计算往返时间的机制；PING程序源于声纳定位操作，目的是为了测试另一台主机是否可达，该程序发送一份ICMP回显请求报文给主机，并等待返回ICMP返回应答。PING程序通过在ICMP报文数据中存放发送请求的时间值来计算往返时间：当应答返回时，用当前时间减去存放在ICMP报文中的时间值，即是往返时间。ICMP回显请求和回显应答报文格式如图1所示。

目前UMTS系统进行时延测试的方法主要是通过从UE向WEB服务器发送ICMP回显请求报文，并根据ICMP回显应答报文来计算整个UMTS系统的环回时间。如图2所示，在系统时延测试中，UE向WEB服务器发送一个ECHOREQUEST的ICMP报文，并记录当前的时间T1，然后WEB服务器在收到这个ICMP报文后，进行相关处理，构造成ECHO REPLY的ICMP报文后发送回UE，UE记录当前的时间T2，并根据T2-T1获取整个系统的环回时间；尽管这种方法可以计算出整个UMTS系统的时延，但是仍然存在以下缺点：(1)通过这种方法测试的时延是整个UMTS系统的时延，无法确定时延是来自核心网CN还是接入网RAN，特别是在不同厂商的系统进行对接的时候，无法区分出时延究竟来自于哪个厂商的系统；(2)目前UE，接入网和核心网都提供了数据环回的测试方法，但是由于ECHO REQUEST报文和ECHO REPLY报文具有不同的格式，直接环回的数据包在IP层就因为格式非法被丢弃，根本无法到达UE主机，因此无法进行时延的测试；(3)不同的计算机系统具有不同的时钟精度，例如：BSD/386版本0.9.4系统只能提供10ms级的计时器，因此使用不同计算机系统测试出来的时延存在较大的误差。

发明内容

本发明提供一种基于RFN时间戳进行系统时延测试的方法，能够有效地测试核心网和接入网的时延。

本发明提供一种基于RFN时间戳进行时延时测试的方法，应用于UMTS系统中核心网的时延测试，该方法包括下列步骤：

步骤一：从UE向WEB SERVER发送PING包，RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤二；如果没有配置压缩，则直接转到步骤二；

步骤二：PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁；

步骤三：PDCP收到来自WEB SERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂；

步骤四：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T_1i和T_2i(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的核心网时延：

T_i＝T_2i-T_1i     i＝1...n；

步骤五：计算出上述n个核心网时延的算术平均值，作为该核心网的平均时延T_aver

$T_{\mathrm{aver}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{T}_i.$

本发明提供一种基于RFN时间戳进行时延时测试的方法，应用于UMTS系统中接入网的时延测试，该方法包括下列步骤：

步骤一：从WEB SERVER向UE发送PING包，RNC PDCP收到来自WEBSERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁′，转到步骤二；

步骤二：RNC PDCP在收到来自RLC的上行Ip数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤三；如果没有配置压缩，则直接转到步骤三；

步骤三：RNC PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂′；

步骤四：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T₁′和T₂′(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的接入网时延：

T_i′＝T_2i′-T_1i′     i＝1...n

步骤五：计算出上述n个接入网时延的算术平均值，作为该接入网的平均时延T_aver′

${T_{\mathrm{aver}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{T_i}^{\′}.$

本发明提供一种基于RFN时间戳进行时延时测试的方法，应用于UMTS系统中核心网和接入网的时延测试，所述核心网的时延测试包括下列步骤：

步骤A：从UE向WEB SERVER发送PING包，RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤B；如果没有配置压缩，则直接转到步骤B；

步骤B：PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁；

步骤C：PDCP收到来自WEB SERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂；

步骤D：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T_1i和T_2i(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的核心网时延：

T_i＝T_2i-T_1i       i＝1...n；

步骤E：计算出上述n个核心网时延的算术平均值，作为该核心网的平均时延T_aver

$T_{\mathrm{aver}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{T}_i;$

所述接入网的时延测试包括下列步骤：

步骤F：从WEB SERVER向UE发送PING包，RNC PDCP收到来自WEBSERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁′，转到步骤G；

步骤G：RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤H；如果没有配置压缩，则直接转到步骤H；

步骤H：RNC PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂′；

步骤I：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T₁′和T₂′(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的接入网时延：

T₁′＝T_2i′-T_1i′       i＝1...n

步骤J：计算出上述n个接入网时延的算术平均值，作为该接入网的平均时延T_aver′

${T_{\mathrm{aver}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{T_i}^{\′};$

步骤K：计算出整个UMTS系统的平均时延T_平均时延：

根据本发明的上述方法，还包括有计算核心网时延方差的步骤，设T_off表示核心网时延的方差，则

$T_{\mathrm{off}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{(T_i-T_{\mathrm{aver}})}^2.$

根据本发明的上述方法，还包括有计算接入网时延方差的步骤，设T_off′表示接入网时延的方差，则

${T_{\mathrm{off}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{({T_i}^{\′}-{T_{\mathrm{aver}}}^{\′})}^2.$

根据本发明的上述方法，所述PDCP对IP数据进行分析，包括下列步骤：

步骤一：PDCP对IP数据包的IPV4头进行分析，若IPV4的协议字段是1，则表示IP承载的数据是ICMP数据；

步骤二：再分析ICMP头的类型字段和代码字段，若类型字段和代码字段是0X0800，则表示该数据包是ICMP的ECHO REQUEST包；若类型字段和代码字段是0X0000，则表示该数据包是ICMP的ECHO REPLY包。

本发明采用在PDCP协议层对ICMP包打时间戳的方法有效地测试核心网和接入网的时延和变化量；并且通过使用RFN做为时间基准可以提高时延测试的精度。

附图说明

图1为ICMP回显请求和回显应答报文格式。

图2为现有技术中的系统时延测试示意图。

图3为本发明核心网时延测试示意图。

图4为本发明接入网时延测试示意图。

具体实施方式

本发明方法的实现原理如下：

因为PDCP协议层具有压缩和解压缩IP数据头的的功能，因此PDCP可以识别IP数据包的结构。首先通过对数据中的IPV4头进行分析，可以区分是哪一种类型的数据包，IPV4的协议字段表示数据属于哪一层；如果协议字段是1，则表示IP承载的数据是ICMP数据；再分析ICMP头(如图1所示)，类型字段和代码字段表示不同类型和条件下的ICMP报文，如果类型字段和代码字段是0X0800，则表示ICMP报文是回显请求报文(ECHO REQUEST)，如果是0X0000，则表示是回显应答报文(ECHO REPLY)；ICMP的标识符字段表示了发送进程的ID号，因此，即使在同一台主机上同时运行多个PING程序，也可以通过标识符字段进行区分；序列号从0开始，每发送一次新的回显请求就加1，因此通过标识字段和序列号字段，就可以区分出是哪一个PING进程的第几个ICMP包。

在RNC中维护了一个RFN序列，它表示了RNC的帧号，时钟精度是1/8毫秒，PDCP记录每一个ICMP包的RFN，就可以得到核心网和接入网的时延。

核心网时延测试的基本处理步骤如下：

步骤1：从UE(用户设备)向WEB SERVER(WEB服务器)发送PING包，RNC PDCP在收到来自RLC(无线链路控制)的上行数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理，解压缩成功后，转到步骤2；如果没有配置压缩，则直接转到步骤2；

步骤2：PDCP对上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST包，记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁；

步骤3：PDCP收到来自WEB SERVER的下行数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REPLY包，记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂；

步骤4：设每一个具有相同标识和序列号的T_1和T₂称为一个采样样本，从记录的数据中抽取n个采样样本：T_1i和T_2i(i＝1..n)，计算出每一个样本对应的核心网时延T_i＝T_2i-T_1i，如下式所示：

T_i＝T_2i-T_1i         i＝1...n        (1)

步骤5：由于时延存在突发性，为了获得统计意义上的时延特性，我们需要对经过差值计算的n个采样样本进行算术平均和方差计算，定量地得到核心网时延的平均值和方差(即和平均值的偏差量)，计算方法分别如公式(2)和(3)所示：其中T_i表示每一个采样样本的时延值，T_aver表示时延的算术平均值，T_off表示时延的方差：

$T_{\mathrm{aver}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{T}_i---\left(2\right)$

$T_{\mathrm{off}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{(T_i-T_{\mathrm{aver}})}^2---\left(3\right)$

接入网时延测试的基本处理步骤如下：

步骤1：从WEB SERVER向UE发送PING包，RNC PDCP收到来自WEBSERVER的下行数据后，对IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST包，记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁′，转到步骤2；

步骤2：RNC PDCP在收到来自RLC的上行数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理，解压缩成功后，转到步骤3；如果没有配置压缩，则直接转到步骤3；

步骤3：RNC PDCP对IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REPLY包，记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂′；

步骤4：每一个具有相同标识和序列号的T₁′和T₂′称为一个采样样本，从记录的数据中抽取n个采样样本：T_1i′和T_2i′(i＝1..n)，计算出每一个样本对应的接入网的时延T_i′＝T_2i′-T_1i′，如下式所示：

T_i′＝T_2i′-T_1i′    i＝1...n       (4)

步骤5：由于时延存在突发性，为了获得统计意义上的时延特性，我们需要对经过差值计算的n个采样样本进行算术平均和方差计算，定量的得到接入网时延的平均值和方差(即和平均值的偏差量)，计算方法分别如公式(5)和(6)所示：其中T_i′表示每一个采样样本的时延值，T_aver′表示时延的算术平均值，T_off′表示时延的方差：

${T_{\mathrm{aver}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{T_i}^{\′}---\left(5\right)$

${T_{\mathrm{off}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{({T_i}^{\′}-{T_{\mathrm{aver}}}^{\′})}^2---\left(6\right)$

根据本发明的上述核心网和接入网的时延测试方法，计算出整个UMTS系统的平均时延T_平均时延：

T_平均时延＝T_aver+T_aver′。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1、一种基于RFN时间戳进行时延测试的方法，应用于UMTS系统中核心网的时延测试，该方法包括下列步骤：

步骤一：从UE向WEB SERVER发送PING包，RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤二；如果没有配置压缩，则直接转到步骤二；

步骤二：PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁；

步骤三：PDCP收到来自WEB SERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂；

步骤四：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T_1i和T_2i(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的核心网时延：

T_i＝T_2i-T_1i    i＝1...n；

步骤五：计算出上述n个核心网时延的算术平均值，作为该核心网的平均时延T_aver

$T_{\mathrm{aver}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i.$

2、如权利要求1所述的基于RFN时间戳进行时延测试的方法，其特征在于：还包括有计算核心网时延方差的步骤，设T_off表示时延的方差，则

$T_{\mathrm{off}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(T_i-T_{\mathrm{aver}})}^2.$

3、如权利要求1或2所述的基于RFN时间戳进行时延测试的方法，其特征在于：所述PDCP对IP数据进行分析，包括下列步骤：

步骤一：PDCP对IP数据包的IPV4头进行分析，若IPV4的协议字段是1，则表示IP承载的数据是ICMP数据；

步骤二：再分析ICMP头的类型字段和代码字段，若类型字段和代码字段是0X0800，则表示该数据包是ICMP的ECHO REQUEST包；若类型字段和代码字段是0X0000，则表示该数据包是ICMP的ECHO REPLY包。

4、一种基于RFN时间戳进行时延测试的方法，应用于UMTS系统中接入网的时延测试，该方法包括下列步骤：

步骤一：从WEB SERVER向UE发送PING包，RNC PDCP收到来自WEBSERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁′，转到步骤二；

步骤二：RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤三；如果没有配置压缩，则直接转到步骤三；

步骤三：RNC PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂′；

步骤四：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T₁′和T₂′(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的接入网时延：

T_i′＝T_2i′-T_1i′    i＝1...n；

步骤五：计算出上述n个接入网时延的算术平均值，作为该接入网的平均时延T_aver′；

${T_{\mathrm{aver}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T_i}^{\′}.$

5、如权利要求4所述的基于RFN时间戳进行时延测试的方法，其特征在于：还包括有计算接入网时延方差的步骤，设T_off′表示接入网时延的方差，则

${T_{\mathrm{off}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({T_i}^{\′}-{T_{\mathrm{aver}}}^{\′})}^2.$

6、如权利要求4或5所述的基于RFN时间戳进行时延测试的方法，其特征在于：所述PDCP对IP数据进行分析，包括下列步骤：

步骤一：PDCP对IP数据包的IPV4头进行分析，若IPV4的协议字段是1，则表示IP承载的数据是ICMP数据；

步骤二：再分析ICMP头的类型字段和代码字段，若类型字段和代码字段是0X0800，则表示该数据包是ICMP的ECHO REQUEST包；若类型字段和代码字段是0X0000，则表示该数据包是ICMP的ECHO REPLY包。

7、一种基于RFN时间戳进行时延测试的方法，应用于UMTS系统中核心网和接入网的时延测试，所述核心网的时延测试包括下列步骤：

步骤A：从UE向WEB SERVER发送PING包，RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤B；如果没有配置压缩，则直接转到步骤B；

步骤B：PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁；

步骤C：PDCP收到来自WEB SERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHO REPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂；

步骤D：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T_1i和T_2i(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的核心网时延：

T_i＝T_2i-T_1i    i＝1...n；

步骤E：计算出上述n个核心网时延的算术平均值，作为该核心网的平均时延T_aver

$T_{\mathrm{aver}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i;$

所述接入网的时延测试包括下列步骤：

步骤F：从WEB SERVER向UE发送PING包，RNC PDCP收到来自WEBSERVER的下行IP数据后，对该下行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREQUEST包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₁′，转到步骤G；

步骤G：RNC PDCP在收到来自RLC的上行IP数据后，如果配置了压缩，则进行解压缩处理后，转到步骤H；如果没有配置压缩，则直接转到步骤H；

步骤H：RNC PDCP对该上行IP数据进行分析，如果是ICMP的ECHOREPLY包，则记录这个包的标识，序列号和当前的RFN帧号T₂′；

步骤I：从记录的数据中抽取n个具有相同标识和序列号的采样样本T₁′和T₂′(i＝1..n)，计算出该n个样本对应的接入网时延：

T_i′＝T_2i′-T_1i′    i＝1...n

步骤J：计算出上述n个接入网时延的算术平均值，作为该接入网的平均时延T_aver′

${T_{\mathrm{aver}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T_i}^{\′};$

步骤K：计算出整个UMTS系统的平均时延T_平均时延：

T_平均时延＝T_aver+T_aver′。

8、如权利要求7所述的基于RFN时间戳进行时延测试的方法，其特征在于：还包括有计算核心网时延方差的步骤，设T_off表示核心网时延的方差，则

$T_{\mathrm{off}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(T_i-T_{\mathrm{aver}})}^2;$

还包括有计算接入网时延方差的步骤，设T_off′表示接入网时延的方差，则

${T_{\mathrm{off}}}^{\′}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({T_i}^{\′}-{T_{\mathrm{aver}}}^{\′})}^2.$

9、如权利要求7或8所述的基于RFN时间戳进行时延测试的方法，其特征在于：所述PDCP对IP数据进行分析，包括下列步骤：

步骤一：PDCP对IP数据包的IPV4头进行分析，若IPV4的协议字段是1，则表示IP承载的数据是ICMP数据；

步骤二：再分析ICMP头的类型字段和代码字段，若类型字段和代码字段是0X0800，则表示该数据包是ICMP的ECHO REQUEST包；若类型字段和代码字段是0X0000，则表示该数据包是ICMP的ECHO REPLY包。

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