CDMA移動互聯(lián)網(wǎng)流量計費準確性測試初探

胡建平，胡 晶，張愛華，王 鵬

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司 廣州510081；2.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 引言

隨著3G用戶數(shù)的大規(guī)模發(fā)展和智能終端的大量普及，移動互聯(lián)網(wǎng)手機上網(wǎng)流量呈爆發(fā)式增長，上網(wǎng)流量收入的占比激增，流量計費爭議問題凸顯。為配合移動互聯(lián)網(wǎng)流量經(jīng)營的戰(zhàn)略，從提高用戶感知的角度出發(fā)，根據(jù)中國電信CDMA移動互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)，通過理論分析結(jié)合實驗室測試，闡述了CDMA移動互聯(lián)網(wǎng)流量計費的基本原理及主流安卓手機流量統(tǒng)計軟件與AAA計費話單之間的差異。

2 計費準確性測試及分析

2.1 實驗室組網(wǎng)

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為完成計費準確性的研究及測試，搭建實驗室的測試組網(wǎng)拓撲，如圖1所示。無線設(shè)備為華為BSC/PCF，華為8505交換機為RP側(cè)網(wǎng)絡(luò)的匯聚交換機，采用思科的PDSN，經(jīng)核心交換機Cisco7613與FTP/WAP服務(wù)器相連。○+字母，表示此處為數(shù)據(jù)采集點。PDSN到Internet的連接采用4 Mbit/s ADSL撥號網(wǎng)絡(luò)，通過雙網(wǎng)卡主機代理出公網(wǎng)。

2.2 測試思路

根據(jù)分組域數(shù)據(jù)訪問協(xié)議模型可知，分組數(shù)據(jù)從Internet經(jīng)PI、RP到達終端的過程中，分組數(shù)據(jù)的封裝是不同的。對于經(jīng)過的分組數(shù)據(jù)報文，PDSN是如何計費的，不同應(yīng)用場景下的開銷情況如何？下面通過不同的場景進行測試驗證。

此次測試用到的抓取分組和統(tǒng)計分析工具有Wireshark+Winpcap3.1、OmniPeak。

·Wireshark+Winpcap3.1：可以抓取PPP的數(shù)據(jù)分組。

·OmniPeak：可以抓取物理接口的數(shù)據(jù)分組并對其進行統(tǒng)計分析，重點在于數(shù)據(jù)分組的統(tǒng)計分析。

圖1 實驗室組網(wǎng)拓撲

·FileZilla FTP服務(wù)器和客戶端軟件：用于實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的FTP下載服務(wù)。

2.3 測試場景1：正常網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下PC+上網(wǎng)卡FTP測試

測試場景如下：AT2經(jīng)PDSN，從FTP服務(wù)器進行點對點的文件下載。數(shù)據(jù)采集點為A、E和F。

·數(shù)據(jù)采集點A：對PPP撥號連接抓取數(shù)據(jù)分組，對IP層及以上的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

·數(shù)據(jù)采集點E：對FTP服務(wù)器的物理網(wǎng)卡抓取數(shù)據(jù)分組，對IP層及以上的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

·數(shù)據(jù)采集點F：對AAA服務(wù)器產(chǎn)生的話單，統(tǒng)計話單中的上下行流量。

2.3.1 測試過程描述

AT2通過PPP撥號，從PDSN分配的地址為172.21.32.X，F(xiàn)TP服務(wù)器地址為172.21.2.11。AT2到FTP服務(wù)器路由可達。AT2用FTP客戶端（filezila client）登錄FTP服務(wù)器。

AT2用FTP客戶端從服務(wù)器端下載不同大小的文件，下載文件的大小分為15 KB、200 KB、2 MB、10 MB、50 MB、100 MB。在客戶端和服務(wù)器端用Wireshark抓取數(shù)據(jù)分組，并用OmniPeak對所抓分組進行統(tǒng)計，然后和PDSN上的話單文件進行比對、分析。

2.3.2 測試結(jié)果

以客戶端登錄服務(wù)器的統(tǒng)計結(jié)果為例，說明整個測試過程的流程和統(tǒng)計方法，其他大小下載文件（如15 KB、200 KB、2 MB、10 MB、50 MB、100 MB）的測試過程和統(tǒng)計方法與此相同。

·用PC在采集點A和E抓取數(shù)據(jù)分組；

·用OmniPeak對A、E點抓取的分組文件進行數(shù)據(jù)分組解析，對IP報頭及以上數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

根據(jù)上述方法，其他FTP下載文件的詳細測試結(jié)果見表1。

表1 FTP測試結(jié)果

陰影部分表示：A點，用戶發(fā)出的IP分組的字節(jié)總數(shù)；F點，PDSN統(tǒng)計的用戶上行流量。從表1看，A點和F點的流量統(tǒng)計結(jié)果完全相同。

斜線部分表示：E點，IP側(cè)發(fā)出的IP分組的字節(jié)總數(shù)；F點，PDSN統(tǒng)計的PDSN發(fā)給用戶的IP分組的總字節(jié)數(shù)，等同于PDSN從IP網(wǎng)絡(luò)收到的總字節(jié)數(shù)。從表1來看，E點和F點的流量統(tǒng)計結(jié)果完全相同。

2.4 測試場景2：ICMP測試

參照ICMP報文結(jié)構(gòu)，IP報文最大長度1 500 byte，除去IP報頭20 byte和ICMP報頭8 byte，ICMP可攜帶靜荷為1 500－20－8=1 472 byte。設(shè)計測試場景如下：經(jīng)過PDSN，AT2對FTP服務(wù)器進行帶ping分組測試。測試命令為：ping 172.21.2.11-l 1472-n x，x為AT2發(fā)送分組數(shù)，一次ping測試包括ping request和ping reply上行和下行分組各一個，通過控制x的大小完成對不同大小的數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臏y試，x選取5、20、100、200、500、1 000、2 000、4 000。

數(shù)據(jù)采集點為A、E和F。

·數(shù)據(jù)采集點A：對PPP撥號連接抓取數(shù)據(jù)分組，對IP層及以上的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

·數(shù)據(jù)采集點E：對FTP服務(wù)器的物理網(wǎng)卡抓取數(shù)據(jù)分組，對IP層及以上的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

·數(shù)據(jù)采集點F：對AAA服務(wù)器產(chǎn)生的話單，統(tǒng)計話單中的上下行流量。

2.4.1 測試過程描述

AT2通過PPP撥號，從PDSN分配的地址為172.21.32.X，F(xiàn)TP服務(wù)器地址為172.21.2.11。AT2到FTP服務(wù)器路由可達。AT2用ping 172.21.2.11-l 1472-n x對FTP服務(wù)器進行ping操作。

每次ping操作發(fā)出的分組大小是1 500 byte，request和reply分組各一個，只需要在A和E點統(tǒng)計發(fā)出和收到的ping分組個數(shù)即可統(tǒng)計A點和E點的字節(jié)大小。

2.4.2 測試結(jié)果

以ping 1 000個數(shù)據(jù)分組的統(tǒng)計結(jié)果為例。數(shù)據(jù)采集點A的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 數(shù)據(jù)采集點A的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計結(jié)果

數(shù)據(jù)采集點E的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計結(jié)果見表3。

數(shù)據(jù)采集點F的話單數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計結(jié)果為1500000byte。

其他ping測試詳細結(jié)果見表4。

表3 數(shù)據(jù)采集點E的數(shù)據(jù)分組統(tǒng)計結(jié)果

根據(jù)表4的測試記錄，PDSN計費話單顯示的上下行流量大小和終端、服務(wù)器發(fā)出/接收的IP分組的大小完全相同。

2.5 測試結(jié)果

根據(jù)第2.3.2和2.4.2節(jié)的測試結(jié)果，結(jié)合下面的分組數(shù)據(jù)訪問協(xié)議模型（如圖2所示），總結(jié)如下：PDSN的流量計費完全符合根據(jù)規(guī)范3GPP2 X.S0011-005-E的定義，從數(shù)據(jù)封裝的角度，PDSN計費部分為IP分組的字節(jié)總數(shù)（含IP分組頭）。下行流量為：PDSN發(fā)給用戶的IP數(shù)據(jù)分組的總字節(jié)數(shù)，等同于PDSN從IP網(wǎng)絡(luò)收到的總字節(jié)數(shù)；上行流量為：用戶發(fā)出的IP數(shù)據(jù)分組的總字節(jié)數(shù)，用戶流量=下行流量+上行流量。

表4 ICMP測試結(jié)果

圖2 數(shù)據(jù)訪問協(xié)議模型

3 安卓手機流量統(tǒng)計軟件與AAA計費話單差異

當前安卓手機上有很多統(tǒng)計流量的軟件，如QQ安全管家、360安全衛(wèi)士或Andriod 4.0自帶流量統(tǒng)計軟件等，這些軟件和AAA計費話單相比，統(tǒng)計是否準確，哪個軟件的統(tǒng)計更為準確，將在本節(jié)分析說明。選取測試場景如下。

·選取Andriod 2.2.2的華為手機8500，安裝主流的流量統(tǒng)計軟件，用手機分別進行上網(wǎng)、下載和觀看視頻等操作后，手機分別統(tǒng)計相應(yīng)的流量后（每種操作3次取平均值）和AAA服務(wù)器產(chǎn)生的原始話單（對應(yīng)3次取平均值）進行比對分析。

·選取Andriod 4.0.3的華為手機8812，利用自帶的流量統(tǒng)計功能，用手機分別進行上網(wǎng)、下載和觀看視頻等操作后，手機分別統(tǒng)計相應(yīng)的流量后（每種操作3次取平均值）和AAA服務(wù)器產(chǎn)生的原始話單（對應(yīng)3次取平均值）進行比對分析。

·選取的流量統(tǒng)計軟件為：Android 4.0.3（系統(tǒng)自帶）、DU Meter 1.2.5、360安全衛(wèi)士V3.1.0.1054、瓦力流量儀2.3.7、QQ手機管家3.7、安全管家3.0.3、LBE安全大師4.0.1947共7種。

依上面的測試場景描述，測試結(jié)果見表5。

表5 測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果，分析如下。

·測試的7種手機統(tǒng)計軟件，統(tǒng)計的流量均大于AAA服務(wù)器的話單統(tǒng)計流量。

·Andriod 4.0本身自帶的流量統(tǒng)計軟件最為準確，除去計算的誤差，基本和AAA服務(wù)器的話單統(tǒng)計流量相同。計算的誤差包括：AAA服務(wù)器的話單以byte為單位，而手機流量統(tǒng)計軟件以Mbyte為單位，存在換算上的誤差；流量統(tǒng)計軟件顯示上的誤差，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，流量使用超過100 Mbyte以后，手機統(tǒng)計只精確到個位。

·其他6種軟件的流量統(tǒng)計差別不大，誤差在0.374%～0.571%，由不同軟件本身流量統(tǒng)計方法的不同導致。

·流量統(tǒng)計和用戶行為密切相關(guān)，測試發(fā)現(xiàn)，小流量的多次上網(wǎng)行為導致的流量統(tǒng)計誤差大于一次上網(wǎng)大流量的流量統(tǒng)計。從測試結(jié)果可以看出，上網(wǎng)的流量統(tǒng)計誤差大于觀看視頻及下載的流量統(tǒng)計誤差。

·Andriod 4.0自帶的統(tǒng)計軟件和AAA服務(wù)器的話單統(tǒng)計基本相同，反映出兩個問題：第一，手機的統(tǒng)計原理和PDSN的計費原理是相同的，即流量計費原理是按IP分組的字節(jié)總數(shù)（含IP分組頭）計費，用戶流量=下行流量+上行流量；第二，從另外一個側(cè)面證明，PDSN的計費是符合規(guī)范要求的，且PDSN的計費準確性沒有問題。

4 結(jié)束語

隨著手機上網(wǎng)流量的爆發(fā)式增長，研究現(xiàn)有CDMA移動互聯(lián)網(wǎng)流量計費的原理和準確性迫在眉睫。雖然計費的規(guī)范已經(jīng)在3GPP2 X.S0011-005-E中進行了描述，本文則從實際測試出發(fā)對流量計費原理進行了闡述，使之一目了然；同時對手機軟件的計費準確性也進行全面的測試以及和AAA話單的比對分析，對于用戶認為手機終端流量計費和電信話單不一致的情況有參考和借鑒的價值。

1 Forouzan Behrouz A．TCP/IP協(xié)議族（第3版）．北京:清華大學出版社,2007

2 3GPP2 X.S0011-005-E.cdma2000 Wireless IP Network Standard,Accounting Services and 3GPP2 RADIUS VSAs,2009