端到端信令定位終端通信問(wèn)題方案研究

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司珠海分公司, 珠海 519015）

隨著終端智能化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，終端功能的復(fù)雜度不斷提高，隨之引發(fā)的終端與網(wǎng)絡(luò)的配合性問(wèn)題越來(lái)越突出。這些問(wèn)題直接影響著客戶(hù)感知水平。據(jù)iResearch預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年中國(guó)智能手機(jī)的年出貨量將保持30%以上的增速，到2015年，智能手機(jī)年出貨量達(dá)2.5億。 2012年3月全省基礎(chǔ)通信類(lèi)用戶(hù)投訴分析表明，智能機(jī)客戶(hù)的投訴訴求非常強(qiáng)烈，典型智能機(jī)品牌如蘋(píng)果、宏達(dá)和三星等終端的萬(wàn)用戶(hù)投訴比值排名前三。隨著終端上網(wǎng)用戶(hù)的日益增多，上網(wǎng)投訴也日漸增多，更好地為用戶(hù)分析并在一定程度上解決用戶(hù)終端在通信時(shí)遇到的問(wèn)題是提升用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)感知的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的終端通信問(wèn)題診斷工具如下。

（1）安裝市場(chǎng)上已有的360手機(jī)衛(wèi)士、金山手機(jī)衛(wèi)士等軟件，開(kāi)展流量監(jiān)控、垃圾文件管理、進(jìn)程管理等功能，針對(duì)監(jiān)控到的異常事件開(kāi)展一鍵優(yōu)化。

（2）利用Rsupport公司提供的RemoteCall for Mobile，通過(guò)3G、Wi-Fi或者USB遠(yuǎn)程連接來(lái)達(dá)到遠(yuǎn)程維修的目的。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程查看手機(jī)狀況、安裝殺毒軟件，進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)升級(jí)、系統(tǒng)備份與恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、軟件安裝和卸載、數(shù)據(jù)和文件的管理等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)終端問(wèn)題的一鍵式修復(fù)。

上述方案（1）基于終端應(yīng)用層數(shù)據(jù)進(jìn)行了初級(jí)的LOG日志分析，方案（2）借助人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行終端遠(yuǎn)程連接及問(wèn)題修復(fù)，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)更深層地診斷出終端與網(wǎng)絡(luò)兼容性問(wèn)題。

1 詳細(xì)技術(shù)方案

本方案所要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題在于，提供終端底層信令數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)信令抓取及聯(lián)動(dòng)分析手段，實(shí)現(xiàn)終端通信問(wèn)題自動(dòng)診斷、遠(yuǎn)程控制和一鍵式修復(fù)。

1.1 終端底層信令抓取技術(shù)

1.1.1 無(wú)線(xiàn)分組抓取原理

無(wú)線(xiàn)信令的抓取是采用無(wú)線(xiàn)芯片（通信處理器）在調(diào)試模式下輸出相應(yīng)的無(wú)線(xiàn)信令信息。通常無(wú)線(xiàn)芯片只針對(duì)操作系統(tǒng)輸出必要的信息，從操作系統(tǒng)的層面看，無(wú)線(xiàn)芯片被封裝成RIL層，主流的手機(jī)操作系統(tǒng)已經(jīng)把RIL層定義為標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)接口層；無(wú)線(xiàn)芯片的提供商有高通、聯(lián)芯等廠家，各個(gè)廠家針對(duì)同一個(gè)電信號(hào)有不同的處理方式，但是按照3GPP的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家允許在芯片內(nèi)部有不同的命名、處理標(biāo)準(zhǔn)，處理數(shù)據(jù)到達(dá)第三方時(shí)要求有統(tǒng)一的接口。因此，RIL層也是分為芯片廠家RIL層以及操作系統(tǒng)RIL層，如圖1所示。

在系統(tǒng)中，廠商提供的RIL層負(fù)責(zé)把芯片驅(qū)動(dòng)，并把芯片映射到系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中。在不同的操作系統(tǒng)下，映射的設(shè)備名稱(chēng)不相同，在WM下映射為COMx，在Android下映射為/dev/ttyUSBx，在iPhone下映射成/dev/baseband-debug-x設(shè)備。在應(yīng)用處理器中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序把通信處理器映射成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的COM設(shè)備。

圖1 Android系統(tǒng)RIL結(jié)構(gòu)

抓取空口信令是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)讀取COM或者/dev設(shè)備即可獲取空口信令的數(shù)據(jù)文件，在后續(xù)的解碼中可以解碼出3GPP定義的信令。無(wú)線(xiàn)信令分組抓取直接讀取通信處理器通過(guò)COM口返回的調(diào)試信息。

1.1.2 IP分組抓取原理

無(wú)論是Windows Mobile系統(tǒng)、Android系統(tǒng)還是iOS系統(tǒng)，都支持標(biāo)準(zhǔn)的Socket編程。基于Socket標(biāo)準(zhǔn)中RAW_Socket的跨平臺(tái)操作特性，采用這個(gè)特性進(jìn)行終端IP數(shù)據(jù)分組的抓取，但是這種跨平臺(tái)的分組抓取技術(shù)所抓的數(shù)據(jù)不全，會(huì)隨機(jī)丟棄部分?jǐn)?shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)的完整性，本方案針對(duì)操作系統(tǒng)特有的功能進(jìn)行分組抓取。按照平臺(tái)的統(tǒng)一性，Windows Mobile系統(tǒng)屬于Windows系列的系統(tǒng)，采用的是微軟的技術(shù)進(jìn)行分組抓取，而Android、iOS都是屬于UNIX系列，都具有UNIX的特性，這兩個(gè)操作系統(tǒng)可以使用同一種分組抓取技術(shù)。

（1）分組抓取驅(qū)動(dòng)位于網(wǎng)絡(luò)鏈路層，可抓鏈路層的數(shù)據(jù)分組。

（2）分組抓取驅(qū)動(dòng)由系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，占用的系統(tǒng)資源較小。

（3）驅(qū)動(dòng)由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用，可以保證數(shù)據(jù)的完整性。

UNIX系列的系統(tǒng)都是開(kāi)放的系統(tǒng)，盡管典型廠家的系統(tǒng)源代碼不開(kāi)放，但是在網(wǎng)絡(luò)通信這部分的代碼，都是采用開(kāi)源的BSD協(xié)議棧，包括開(kāi)源的Linux、FreeBSD等，商用的SunOS、MacOS等都是采用BSD的協(xié)議棧。

BSD TCP/IP協(xié)議棧是一個(gè)開(kāi)放的、開(kāi)源的協(xié)議棧，也是計(jì)算機(jī)上的一個(gè)最完善的TCP/IP協(xié)議棧，用于大部分電腦主機(jī)、服務(wù)器以及部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上（比如路由器、3層交換機(jī)），經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，TCP/IP協(xié)議棧已經(jīng)發(fā)展的很完整，考慮的功能、接口比較完善。BSD TCP/IP協(xié)議棧不同于微軟的NDIS接口，TCP/IP協(xié)議棧在UNIX是一個(gè)獨(dú)立的模塊，為了讓第三方進(jìn)行拓展應(yīng)用，在協(xié)議棧中不同的部分拓展出不同的接口，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，手機(jī)操作相同Android、iOS也繼承了完整的BSD TCP/IP協(xié)議棧的功能。在UNIX系統(tǒng)中，最常用的拓展接口是Socket_Packet接口，本方案中BPF也是基于Socket_Packet接口出來(lái)的一個(gè)應(yīng)用接口。在Socket_Packet接口上，可以接收協(xié)議棧所有的原始數(shù)據(jù)，而B(niǎo)PF應(yīng)用接口是專(zhuān)門(mén)為系統(tǒng)防火墻開(kāi)發(fā)的一個(gè)應(yīng)用接口，可以直接支持在內(nèi)核系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、路由轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

本方案基于Android/iOS下研究并實(shí)現(xiàn)了基于BPF接口的分組抓取方法，所采用的過(guò)濾參數(shù)為空，抓取所有經(jīng)過(guò)協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 IP分組抓取設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程

按照系統(tǒng)需求，要求分組抓取按照應(yīng)用程序進(jìn)行過(guò)濾，因此分組抓取的過(guò)程中要求獲取對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序的信息。在UNIX下，管理運(yùn)行的程序采用/proc文件系統(tǒng)進(jìn)行管理，或者類(lèi)似的機(jī)制進(jìn)行管理，應(yīng)用程序運(yùn)行后，在/proc文件系統(tǒng)下生成應(yīng)用程序的所有詳細(xì)信息，包括程序打開(kāi)了哪些文件、使用了哪些系統(tǒng)資源，最直接的方式是采用輪詢(xún)的方式查詢(xún)/proc文件系統(tǒng)下的信息。

1.2 端到端信令聯(lián)動(dòng)定位分析

基于端到端信令透視的終端通信問(wèn)題診斷方法研究的總體思路為：（1）從“端”上發(fā)出的信令，經(jīng)過(guò)BSC網(wǎng)元后到達(dá)“管”，經(jīng)過(guò)不同層次的協(xié)議封裝后能夠還原原始信令。（2）從“管”經(jīng)過(guò)的信令到達(dá)“云”端時(shí)，經(jīng)過(guò)協(xié)議拆封后還原成業(yè)務(wù)信令，發(fā)送到SP。（3）根據(jù)“端”發(fā)出的原始信令，在“管”、“云”中找到原始，通過(guò)信令回溯可以計(jì)算出信令經(jīng)過(guò)“管”、“云”的時(shí)差，找出網(wǎng)絡(luò)性能瓶頸等性能指標(biāo)。（4）從“端”發(fā)出的信令，查找“管”、“云”中對(duì)應(yīng)的信令，未在“管”、“云”中查找到對(duì)應(yīng)的信令，可判斷出信令丟失的地點(diǎn)。

拓?fù)涑尸F(xiàn)如圖3所示。

圖3 端到端信令透視研究拓?fù)?/p>

端到端信令透視的分析原理如下。

（1）在節(jié)點(diǎn)1上的分組抓取數(shù)據(jù)，找出異常信令的前一條信令A(yù)，并找出屬于信令A(yù)的源IP、目的IP，如是TCP信令還需要找出源端口、目的端口以及TCP Sequence Number，并確定信令A(yù)的分組抓取時(shí)間。

（2）分析Gb口分組抓取數(shù)據(jù)時(shí)，先按照信令A(yù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，找到信令A(yù)的源IP和目的IP。

（3）根據(jù)信令A(yù)的Sequence Number確認(rèn)手機(jī)發(fā)送的信令在Gb口上的位置。

（4）從Gb口上的后續(xù)信令分析異常情況下Gb數(shù)據(jù)的狀態(tài)，通過(guò)該狀態(tài)推斷、判斷問(wèn)題節(jié)點(diǎn)以及異常的主要原因。

1.3 終端遠(yuǎn)程控制方案

遠(yuǎn)程控制是客戶(hù)端（操作端）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器（被控端）發(fā)送命令，服務(wù)器接收命令后解釋命令并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，把結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)反饋到客戶(hù)端。

圖4 終端遠(yuǎn)程控制流程

遠(yuǎn)程控制執(zhí)行流程如圖4所示。

（1）客戶(hù)端發(fā)送“用戶(hù)點(diǎn)擊（x,y）”。

（2）服務(wù)器接收“用戶(hù)點(diǎn)擊（x,y）”，執(zhí)行模擬用戶(hù)點(diǎn)擊動(dòng)作。

（3）執(zhí)行結(jié)果通過(guò)TCP發(fā)送到客戶(hù)端，客戶(hù)端接收?qǐng)?zhí)行結(jié)果。

（4）客戶(hù)端定時(shí)截取服務(wù)器的桌面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶(hù)端，并在客戶(hù)端上顯示。

在遠(yuǎn)程控制中，所有的數(shù)據(jù)都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，客戶(hù)端負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶(hù)操作，并把用戶(hù)的操作解釋為命令，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器；服務(wù)器解釋并執(zhí)行用戶(hù)操作后，并返回操作結(jié)果，呈現(xiàn)采用對(duì)服務(wù)器的屏幕截圖。

1.4 通信問(wèn)題診斷方案

基于終端分組抓取及端到端信令聯(lián)動(dòng)分析定位的基礎(chǔ)上，提出了解決通信問(wèn)題的整體處理流程，如圖5所示。

（1）通過(guò)終端遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)人員可遠(yuǎn)程控制、并修復(fù)終端問(wèn)題。

（2）連接終端后后臺(tái)開(kāi)啟健康體檢，檢測(cè)的指標(biāo)包括當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型、是否激活數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、接入點(diǎn)配置參數(shù)、網(wǎng)關(guān)參數(shù)、短信中心參數(shù)、彩信中心參數(shù)、信號(hào)強(qiáng)度 、程序異常崩潰次數(shù)、Wi-Fi配置參數(shù)及狀態(tài)、主流網(wǎng)頁(yè)是否可達(dá)。

圖5 終端通信問(wèn)題處理流程

（3）調(diào)用后臺(tái)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，針對(duì)檢測(cè)的異常事件進(jìn)行診斷，開(kāi)展進(jìn)程分析及優(yōu)化。

（4）根據(jù)診斷結(jié)果，關(guān)聯(lián)匹配專(zhuān)家?guī)旖鉀Q方案，自動(dòng)開(kāi)展終端問(wèn)題修復(fù)，可進(jìn)一步引導(dǎo)用戶(hù)體檢以確定問(wèn)題。

（5）終端功能測(cè)試驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)終端通信問(wèn)題的閉環(huán)管理。

2 技術(shù)方案對(duì)比

本技術(shù)方案為現(xiàn)有的終端通信問(wèn)題診斷及解決提出了一種終端底層信令數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)信令抓取及聯(lián)動(dòng)分析手段，實(shí)現(xiàn)終端通信問(wèn)題自動(dòng)診斷、遠(yuǎn)程控制和一鍵式修復(fù)。本方案相比現(xiàn)有的解決終端問(wèn)題機(jī)制具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳統(tǒng)方式只能夠通過(guò)解析用戶(hù)投訴內(nèi)容，查詢(xún)用戶(hù)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)屬性。若網(wǎng)絡(luò)側(cè)正常，則告知用戶(hù)為“終端問(wèn)題”，請(qǐng)用戶(hù)自行“換機(jī)換卡”測(cè)試，排除故障。而本方案提出終端信令與網(wǎng)絡(luò)信令聯(lián)動(dòng)的“端到端” 分析，通過(guò)抓取手機(jī)信令，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信令進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、快速定位終端故障及投訴原因。

（2）本方案創(chuàng)新了終端通信問(wèn)題自動(dòng)診斷應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)不需要用戶(hù)參與的終端故障自動(dòng)診斷流程，挖掘終端內(nèi)在的網(wǎng)絡(luò)故障，提升用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)感知。

（3）本方案提出了一種終端遠(yuǎn)程控制及一鍵式修復(fù)技術(shù)。研究基于IP網(wǎng)絡(luò)，探索遠(yuǎn)程診斷終端問(wèn)題新思路，并從一定程度上遠(yuǎn)程解決終端問(wèn)題，提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，盡量減少用戶(hù)的投訴，減少運(yùn)營(yíng)商在處理投訴上的開(kāi)銷(xiāo)具有重要意義。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)終端通信狀態(tài)及底層數(shù)據(jù)分組傳輸特點(diǎn)，提出了一種采集終端底層信令數(shù)據(jù)，結(jié)合核心網(wǎng)絡(luò)層信令數(shù)據(jù)聯(lián)合定位終端通信問(wèn)題的方法。通過(guò)創(chuàng)新一種終端上的分組抓取分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)終端無(wú)線(xiàn)信令和IP信令的聯(lián)動(dòng)分析。調(diào)用終端驅(qū)動(dòng)層功能，開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)了終端通信問(wèn)題自動(dòng)診斷應(yīng)用模塊，創(chuàng)新終端遠(yuǎn)程控制及一鍵式修復(fù)技術(shù)，最大限度縮短了用戶(hù)終端通信問(wèn)題定位和修復(fù)的時(shí)間，有效避免了用戶(hù)將終端問(wèn)題轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而產(chǎn)生惡意投訴，提升了用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的感知，開(kāi)辟了利用有限的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員快速解決大量普通用戶(hù)終端問(wèn)題的新途徑。

[1] 寧澤功. 終端分組抓取ethereal使用手冊(cè)[J]. 移動(dòng)通信論壇,2012,(3).

[2] 一江水. Android系統(tǒng)手機(jī)端分組抓取方法[J]; 百度文庫(kù),2011(6).

[3] 王瑞峰. 3G智能終端信令風(fēng)暴的理論研究與優(yōu)化實(shí)踐[J]. 網(wǎng)絡(luò)與通信, 2013,1(16).

[4] 尚楠, 余銀鳳. 基于IP承載的3G信令網(wǎng)研究[J]. 廣東通信技術(shù), 2010.