TD-LTE信令數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性核查方法

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100080）

TD-LTE信令數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性核查方法

李寶磊，沈亮，戴鵬程，任曉華

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100080）

隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的逐漸成熟，基于TD-LTE信令數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析已然成為當(dāng)前趨勢。通過采集海量XDR話單進(jìn)行用戶感知和網(wǎng)絡(luò)性能分析，正在成為一種越來越重要的分析手段。數(shù)據(jù)源的完整性和準(zhǔn)確性是分析的基石，文章分析數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵字段，制定核查算法，應(yīng)用于當(dāng)前信令分析系統(tǒng)。

大數(shù)據(jù)；信令；TD-LTE

隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)和逐漸成熟，以及大數(shù)據(jù)存儲分析等技術(shù)的興起，通過采集TD-LTE信令數(shù)據(jù)、對海量用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，從而掌握網(wǎng)絡(luò)性能成為可能。TD-LTE信令數(shù)據(jù)具有覆蓋全、容量大、話單清晰等特點(diǎn)，通過采集核心網(wǎng)各接口的XDR數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行用戶質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能分析。其中XDR是由CDR演變而來的概念。CDR是傳統(tǒng)通信網(wǎng)中對通話過程中網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵信息的記錄。XDR是CDR概念的擴(kuò)展，在本文中泛指對移動網(wǎng)絡(luò)、承載網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的關(guān)鍵信息記錄，即流量日志，以用戶會話為單位，一個會話形成一條XDR記錄。采集S1-MME、S1-U和MR的XDR數(shù)據(jù)，統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)綜合下載速率、主流熱點(diǎn)業(yè)務(wù)、覆蓋干擾等指標(biāo)，能夠及時發(fā)現(xiàn)用戶感知及網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層面的問題和短板，促進(jìn)提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

目前全國很多省份已建設(shè)信令監(jiān)測平臺，根據(jù)一定的DPI（Deep Packet Inspection,深度報文監(jiān)測）規(guī)則，將原始碼流合成信令記錄。通過采集TD-LTE信令對室內(nèi)外、高鐵/地鐵等特殊場景的挖掘分析層出不窮，頗多亮點(diǎn)。但數(shù)據(jù)源的完整性和準(zhǔn)確性一直是困擾信令分析的一大難點(diǎn)，尤其在當(dāng)今TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)甫始、監(jiān)測手段不完整的情況下，對于結(jié)果異常的數(shù)據(jù)，分析人員一般采取篩除異常指標(biāo)、取平均的方法進(jìn)行抹平，但如何追根溯源發(fā)現(xiàn)問題，目前尚無可靠的辦法。準(zhǔn)確全面的指標(biāo)體系和關(guān)鍵算法只有建立在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，才能使得結(jié)果準(zhǔn)確可靠。本文首先分析TD-LTE信令采集XDR話單S1-MME、S1-U和MR的關(guān)鍵字段，其次對部分關(guān)鍵字段制定關(guān)聯(lián)算法和核查算法，在當(dāng)前TD-LTE信令采集評估和多場景分析的應(yīng)用下不斷修正，探索一套數(shù)據(jù)核查的方法和體系。

1 S1接口數(shù)據(jù)核查范圍

1.1 S1-MME話單數(shù)據(jù)

S1-MME話單主要提供控制面信息，包括傳送會話管理和移動性管理，完成S1接口的無線接入承載控制、接口專用的操作維護(hù)等功能。主要信息有上下文信息（IP地址、UE能力等）、用戶身份信息（IMSI或TMSI、GUTI等）、切換位置信息（Cell ID、TAC等）、E-RAB承載管理信息、NAS信息（附著、鑒權(quán)、尋呼、TA更新等）、S1接口管理信息（MME標(biāo)識、負(fù)載均衡等）。在TD-LTE信令監(jiān)測分析系統(tǒng)中，MME話單的數(shù)據(jù)主要用來用戶關(guān)聯(lián)、統(tǒng)計切換指標(biāo)等，因此需重點(diǎn)核查的字段如表1所示。

表1 S1-MME話單字段要求

1.2 S1-U話單數(shù)據(jù)

S1-U在MME和eNode B設(shè)備間建立隧道，傳送用戶面數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。包括通用話單、HTTP話單、VoIP話單、即時通信話單等，DPI統(tǒng)一規(guī)范中的18大類、675種小類業(yè)務(wù)均可在S1-U話單中進(jìn)行分析統(tǒng)計，是進(jìn)行業(yè)務(wù)維度分析的重要接口。因此需要核查的重點(diǎn)字段如表2所示。

1.3 MR數(shù)據(jù)

MR數(shù)據(jù)可以進(jìn)行弱覆蓋和干擾等分析，對于發(fā)生業(yè)務(wù)的用戶來說，如何從S1口用戶事件映射到MR數(shù)據(jù)上，是關(guān)聯(lián)的重點(diǎn)所在，這樣可以將小區(qū)級擴(kuò)展到具體位置（依據(jù)定位算法不同而有一定誤差）。MR數(shù)據(jù)和信令關(guān)聯(lián)主要是利用時間窗口+MME Group ID +MME Code+ MME UE S1AP ID，這樣可以唯一確定一個MME下的用戶，或者利用時間+ECGI確定。其中，MME UE S1APID是MME在S1接口中UE的唯一標(biāo)識，一般伴隨 Attach、Detach、TAU、Service Request這些過程分配，過程結(jié)束后都會有一條“UE Context Release”消息來釋放S1連接。MME Group ID標(biāo)識了組Pool以后的MME組編號，MME Code標(biāo)識了MME的設(shè)備 名 稱。ECGI（E-UTRAN Cell Global Identifier）則為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)標(biāo)識符。這樣通過一段時間內(nèi)（如1 h）的用戶標(biāo)識即可將S1接口和MR數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而也就賦予信令數(shù)據(jù)的位置信息。

需要注意的是：數(shù)據(jù)源的時間同步是MR和信令關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確率的關(guān)鍵，由于部分ID在一段時間內(nèi)是可以復(fù)用的，MME和eNode B在一定資源池內(nèi)隨機(jī)分配，因此時間窗口大小的選擇至關(guān)重要。現(xiàn)網(wǎng)一般不會將MR采集設(shè)備和信令采集設(shè)備做時間同步，會導(dǎo)致二者時間差的問題。MR標(biāo)簽需要核查的重點(diǎn)字段如表3所示。

2 S1接口數(shù)據(jù)核查方法

S1接口的數(shù)據(jù)核查既要檢查話單字段的完整性和準(zhǔn)確性，又要檢查字段之間關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性。前者的核查主要有字段填充率、字段填空率、超大異常率篩選等，后者需要設(shè)置關(guān)聯(lián)算法，核查出異常值并予以剔除。

2.1 IMEI字段核查

終端IMEI庫的維護(hù)主要來源有3種：一是各省公司根據(jù)自己的終端庫提供的IMEI終端庫表，需要實(shí)時更新維護(hù)；二是通過HTTP話單字段User-Agent：終端向訪問網(wǎng)站提供的終端信息，包括IMEI、瀏覽器類型等進(jìn)行學(xué)習(xí)更新；三是利用互聯(lián)網(wǎng)提供的IMEI庫進(jìn)行學(xué)習(xí)并更新。因此IMEI字段的核查只需從IMEI庫中進(jìn)行對比，即可判斷正確與否。

表2 S1-U話單字段要求

2.2 IMSI字段核查

IMSI的回填根據(jù)S11接口和S6a接口進(jìn)行長期學(xué)習(xí)并回填的過程，當(dāng)用戶進(jìn)行初始ATTACH、鑒權(quán)、尋呼等過程時，上報的信息必須包含IMSI，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)TMSI和IMSI的關(guān)聯(lián)回填。核查算法是通過時間窗口+Cell ID+MME UES1AP ID進(jìn)行用戶篩選，若出現(xiàn)多個IMSI則認(rèn)為數(shù)據(jù)異常，因?yàn)橥粫r間同一小區(qū)下不可能出現(xiàn)重復(fù)用戶，否則為IMSI上報錯誤。

2.3 小區(qū)Cell ID核查

MME話單小區(qū)Cell ID問題可能出在兩方面：基礎(chǔ)工參數(shù)據(jù)和用戶XDR中上報的數(shù)據(jù)。核查方法如下。

首先根據(jù)基礎(chǔ)工參計算各小區(qū)與鄰區(qū)的平均距離，其次設(shè)定小區(qū)平均距離的M倍作為此小區(qū)的限定距離。

表3 MR標(biāo)簽字段要求

異常工參小區(qū)核查：根據(jù)用戶上報的小區(qū)號，計算平均小區(qū)距離，若大于限定距離則計數(shù)，超過一定比例后，則認(rèn)為該小區(qū)工參有誤。如用戶A和用戶B均經(jīng)過某小區(qū)，計算發(fā)現(xiàn)該小區(qū)到其它小區(qū)距離大于限定距離，則認(rèn)為該小區(qū)上報錯誤。

異常上報小區(qū)核查：計算用戶相鄰XDR（業(yè)務(wù)連續(xù)的一段時間內(nèi)）上報的小區(qū)號，根據(jù)篩除異常后的工參計算相鄰小區(qū)距離，大于限定距離則認(rèn)為小區(qū)上報錯誤；例如某用戶業(yè)務(wù)發(fā)生時經(jīng)歷的小區(qū)順序?yàn)閍-bc-d，計算得到a到b距離正常值范圍內(nèi)，b到c大于限定距離，c到d大于限定距離，則認(rèn)為c上報有錯誤，以此類推。

對于第一步計算平均距離，可以先將小區(qū)分類，然后分別計算不同場景下的限定距離，如密集城區(qū)、校園等進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置距離值，減少計算復(fù)雜度。

圖1 MME XDR話單

2.4 MME UES1AP ID、MME Code、MME GroupID核查

圖2 跟蹤Attch過程

MME UES1AP ID、MME Code和MME Group ID是由MME進(jìn)行分配的，三者可以確定MME下的唯一用戶。此3組ID的準(zhǔn)確性影響最終用戶關(guān)聯(lián)率，因此采取現(xiàn)場測試和抓分組文件的方法進(jìn)行驗(yàn)證，測試過程中通過開關(guān)手機(jī)飛行模式實(shí)現(xiàn)用戶的Attach和Detach過程，后臺跟蹤該手機(jī)發(fā)生的業(yè)務(wù)和信令流程（以Trace文件和信令文件的形式提供），將Trace文件和信令流程進(jìn)行對比，即可驗(yàn)證3組ID的分配是否準(zhǔn)確。

2.4.1 MME話單和Trace的完整性和準(zhǔn)確性

完整性核對以Trace文件中的MME UE S1AP ID為基準(zhǔn)，在XDR話單中進(jìn)行個數(shù)匹配，如圖1所示，統(tǒng)計結(jié)果匹配率低于95%認(rèn)為異常。另外，由于采集MME話單的丟失也是造成關(guān)聯(lián)率較低的原因之一。準(zhǔn)確性核對以一次Attach過程為例：Trace信令流程如圖2所示。

可以看到：15:20:01的時候生成XDR話單中的3組ID是完全一致，包括時間也較為一致。

2.4.2 MR數(shù)據(jù)和Trace一致性

截取一次視頻觀看流程的Trace信令如圖3所示。

圖3 跟蹤某次視頻觀看流程

可以看到：用戶從16: 46:35秒開始請求Service，一直觀看視頻到17:04:26發(fā)起Release。將3組ID進(jìn)行對應(yīng)以后，得到的所有MR數(shù)據(jù)：觀看視頻期間測量報告MR以5 s為周期進(jìn)行上報，且開始時間和結(jié)束時間和Trace文件一致，說明設(shè)備之間時間同步做的較好。數(shù)據(jù)的驗(yàn)證需要特別注意MME UE S1AP ID錯填為eNode B UE S1AP ID的情況，該情況將對應(yīng)不到用戶的測量報告。因?yàn)楹笳哂苫具M(jìn)行分配，并不能標(biāo)識MME下的唯一用戶。

2.5 上下行分組長UL/DL Data核查

S1-U話單最重要的指標(biāo)是下載速率，需要計算分組長和時間。首先進(jìn)行上下行分組長異常核查，如填充率、超大分組和異常值。之后需要根據(jù)原始Pcap抓分組文件，人工計算上下行分組長和相關(guān)時延，與合成XDR話單進(jìn)行核對。其中HTTP關(guān)鍵字段算法如表4所示。

表4 關(guān)鍵字段算法

3 總結(jié)

本文探討了TD-LTE信令數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性和準(zhǔn)確性核查的相關(guān)算法和原理，針對不同數(shù)據(jù)源給出了一整套解決方案。由于TD-LTE的信令監(jiān)測分析需要關(guān)聯(lián)多個數(shù)據(jù)源，帶來的復(fù)雜度較大，大部分算法可以通過自動化程序?qū)崿F(xiàn)，簡單易行。部分算法較為復(fù)雜，但涉及到的字段比較重要，因此需要重點(diǎn)關(guān)注。部分算法需要實(shí)際現(xiàn)場測試并驗(yàn)證，才可以得到最終結(jié)果。本文所述方法目前已應(yīng)用于TD-LTE信令監(jiān)測分析系統(tǒng)，后續(xù)會根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行修正和調(diào)整，服務(wù)于中國移動TD-LTE信令分析。

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《中國制造2025》“1+X”規(guī)劃體系全部發(fā)布

為細(xì)化落實(shí)《中國制造2025》，著力突破制造業(yè)發(fā)展的瓶頸和短板，搶占未來競爭制高點(diǎn)，國家制造強(qiáng)國建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組啟動了“1+X”規(guī)劃體系的編制工作?！?”是指《中國制造2025》，“X”是指11個配套的實(shí)施指南、行動指南和發(fā)展規(guī)劃指南，包括國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)、工業(yè)強(qiáng)基、智能制造、綠色制造、高端裝備創(chuàng)新等5大工程實(shí)施指南，發(fā)展服務(wù)型制造和裝備制造業(yè)質(zhì)量品牌2個專項(xiàng)行動指南，以及新材料、信息產(chǎn)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和制造業(yè)人才4個發(fā)展規(guī)劃指南。編制“1+X”規(guī)劃體系的目的，是要通過加強(qiáng)政府引導(dǎo)，凝聚行業(yè)共識，匯集社會資源，圍繞重點(diǎn)、破解難點(diǎn)，著力突破制造業(yè)發(fā)展的瓶頸短板，搶占未來競爭制高點(diǎn)。11個X由國家制造強(qiáng)國建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組相關(guān)成員單位共同研究編制，目前均已發(fā)布實(shí)施。

X的編制過程中廣泛征求了有關(guān)專家、企業(yè)和各方面意見，國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會設(shè)立了專業(yè)小組，積極參加相關(guān)指南的調(diào)研、討論、起草和論證評估；其中，新材料、信息產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)人才等3個指南還經(jīng)過了國務(wù)院審定。11個X的關(guān)系是各有側(cè)重，互為支撐，既有前瞻布局，也有基礎(chǔ)突圍，既有面向關(guān)鍵共性問題的統(tǒng)籌引導(dǎo)，也有針對重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)謀劃。

（來源：工業(yè)和信息化部官網(wǎng))

Methods of TD-LTE signaling data accuracy verification

LI Bao-lei, SHEN Liang, DAI Peng-cheng, REN Xiao-hua
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

With the construction of TD-LTE networks and big data processing technology, network quality analysis based on TD-LTE signaling has become more and more important. The analysis of user perception and network performance by signaling collecting is becoming an increasingly important tool. Completeness and accuracy of the data sources is the cornerstone of the analysis. The article analyzes the key index of XDR, and study the veri fi cation algorithms applying to the current signaling analysis system.

big data; signaling; TD-LTE

TN929.5

A

1008-5599（2017）02-0022-06

2016-06-21