张 弢，雒江涛，杨理想

（重庆邮电大学通信网测试技术研究中心 重庆400065）

1 引言

第三代移动通信系统（3G）能够提供多种类型的高质量多媒体业务，可实现全球无缝覆盖，并具有全球漫游能力，与固定网络相兼容。当前移动话音增值业务及扩展应用发展快速，现网数据中的业务数据量急剧增长，大容量流媒体数据对传统网络监测系统提出了挑战。

网络质量的提升越来越强调面向客户感知，传统网络监测系统对于全网突发性数据没有实时监测，只能对网络中特定接口的非实时数据进行性能评估，未能将全网数据和对应信令过程关联起来，用户不能对全网话音质量的分布以及潜在的网络故障隐患进行全面的实时监测及分析，对话音质量分析的感知度不强，存在性能瓶颈。基于用户感知的3G核心网话音质量监测系统应运而生。

与传统网络监测系统不同，3G核心网话音质量监测系统对移动通信网A接口、软交换核心网各接口（Nb接口、Mc接口、Nc接口等）进行实时监测，信令分析平台根据现有的协议标准对其进行解码及合成分析，得到通信过程中与话音质量相关的核心指标，再通过对流媒体（RTP）数据流与对应信令过程的关联，完成话音质量分析，从而了解话音质量的分布特征以及潜在的网络故障隐患。

本系统的难点在于针对现网实时数据，如何解决各接口数据的采集以及RTP数据流与对应信令过程的关联处理和存储问题，如何保证应用层数据处理的正确性和完整性，以实现端到端的话音质量分析。首先需要有效、可靠的数据处理设备和存储设备支撑；其次，对流媒体数据预处理模块的研究也十分重要，将直接影响网络监测系统的总体性能[1]。

本文提供了一套可行的预处理模块的设计方案。本方案在信令处理模块内部，引进了数据预处理子系统，该系统主要完成RTP数据流和A接口对应信令过程的关联重组，减少数据导入数据库的操作次数及磁盘的空间消耗，提高协议分析模块的处理效率。

2 总体方案

2.1 设计思路

3G核心网话音质量监测系统采用多线程、分层结构的设计思想。多线程实现了数据流的均匀投递，充分利用了服务器的多核资源[2]；分层结构使得系统各层分工明显，数据处理流程更清晰。本系统主要包括数据采集、数据解码、合成、统计等，通过入库程序将合表数据送入数据库，由上层界面读取分析并进行显示处理。

本监测系统由采集层、处理层和应用层组成。其中，采集层负责采集现网数据，包括控制面和业务数据[3]；处理层对数据解码、合成等信令进行处理，并对数据进行关联重组等预处理，将协议字段取出交付给应用层；应用层完成基础应用、增值应用及扩展应用操作。

处理层主要由接入模块、信令处理模块、预处理模块及存储模块组成[4]。接入模块由协议转化单元和数据分发单元组成，负责将信令处理模块的结果进行协议转化；信令处理模块主要由信令分析单元组成，完成对采集层提供的数据的协议栈解码；预处理模块及存储模块通过关联RTP数据流和对应信令过程，重组数据并导入数据库中，实现端到端的话音质量分析。本系统采用的关键技术是预处理模块的关联重组技术。

2.2 预处理模块架构

3G核心网话音质量监测系统的数据预处理模块由信令关联模块和数据重组模块组成[5]，本系统的关键就是要解决两者同步运行的性能优化问题。在分布式网络架构中，本监测系统运用散列算法，通过开多线程工程向上层提供实现。预处理模块的体系结构如图1所示。

预处理模块首先将接收到的A接口数据及RTP数据流进行分类投递，不同协议以不同的线程处理，在数据层进行信令关联和数据重组。数据处理采用多线程异步的方式，两个独立线程对数据进行投递时，只针对读取出表数据，将数据首先存储到链表缓冲区中，再对A接口数据流的中继群号（PCM）、电路识别码（CIC）及RTP数据流终端TID进行关联。另开重组线程，对于重组过程来说，每层的重组线程中有独立的重组缓冲区，待重组的数据分组都存入散列表中，散列表只维护未重组完的数据分组，重组完成的数据分组被发到重组缓冲区中，外层程序直接从重组缓冲区中获取重组数据，再由合表模块将两个协议数据记录合并为一个数据表并导入数据库，最终由用户界面读取数据记录，完成话音质量的分析。

3 数据预处理流程

将采集系统发送过来的原始信令A接口数据和RTP数据流作为输入，重组模块为数据申请一段缓存，根据协议分成多个流，完成对RTP数据流和A接口数据对应信令过程的关联重组，重组被分片的相关联的数据，在同一个媒体网关下，根据A接口数据的PCM、CIC及RTP数据流中终端TID的对应关系将两个数据记录合并为一个，通过入库程序将合并的数据表导入数据库。

3.1 关联重组算法

3G核心网话音质量监测系统通过监测A接口、Nb接口的原始信令数据，并进行解码分析后，通过散列算法关联重组得到网络中与话音质量相关的核心指标，包括时延、抖动、分组丢失率、R值、MOS评分等。预处理模块的关联重组算法规则如图2所示。

预处理模块通过在同一个媒体网关 （MGW=10.55.32.83）下的A接口数据流的PCM、CIC及RTP数据流媒体数据终端TID的对应关系，完成对预处理数据的关联重组，并将重组数据流导入数据库，减少数据导入数据库的操作次数及磁盘的空间消耗，实现对话音质量的评估分析等，最终由用户界面读取数据记录，从而提高协议分析模块的处理效率。

3.2 关联重组流程

预处理模块的关联重组流程如图3所示，具体介绍如下。

（1）收到数据分组后，经过信令消息协议识别提取A接口数据和RTP数据流，然后各启线程对消息进行解码、合成CDR和统计出表。

（2）读取A接口数据和RTP数据流关联重组规则的配置文件，并把匹配关系存入链表中，供预处理模块在数据重组时读取。

（3）读取数据分组。对于A接口消息，提取消息中的PCM、CIC并存储到链表缓冲区中；对于RTP数据流消息，提取消息中的终端TID并存储到另一链表缓冲区中。

（4）预处理模块中启一个独立线程，通过A接口的关联字段查找存有匹配规则的链表，获得需进行匹配的RTP数据流的终端TID，再通过终端TID从链表缓冲区中查找是否有此RTP数据流。若存在，则将待重组的数据分组存入散列表中，散列表只维护未重组完的数据分组，重组完成的数据分组被发到重组缓冲区中，再由合表模块将两个协议数据记录合并为一个；反之不存在该流，则将该分组丢弃。

（5）预处理模块中另启一个独立线程，通过RTP数据流的关联字段TID查找存有匹配规则的链表，从而获得需进行匹配的A接口数据的PCM和CIC，再通过这两个字段从链表缓冲区查找是否有此A接口数据，同步骤（4），若存在，则将待重组的两个协议数据记录合并为一个；反之不存在该流，将该分组丢弃。

（6）超时处理：数据的关联重组会出现超时的现象，即在规定的时间内没有收到可关联消息，因此需要对超时现象进行处理。记录每条消息的超时节点，一旦通过散列Key找到对应的超时节点，则移除此超时节点，并将链表缓冲区中待重组的分组消息抛弃。

4 结果分析

采集系统发送过来的A接口原始数据和RTP数据流经过解码、合成等信令处理后，生成两个接口的CDR。CDR消息分析的结果如图4所示。

图4(a)中，系统采集到的A接口数据所合成的CDR包含：匹配字段中继群号PCM=1、电路识别码CIC=27以及消息时间、IMEI、位置区LAC等与话音质量分析相关的字段。图4(b)中，系统采集到Nb口数据的RTP数据流所合成的CDR包含：RTP终端TID=15 452以及平均抖动、分组丢失数、时延、平均流量等与话音质量分析相关的字段。根据图2预处理模块的关联重组算法规则所规定的关联规则，在同一个媒体网关（MGW=10.55.32.10）下，这两条CDR的相关字段是匹配的，可以关联重组，经过预处理模块重组后，出表的数据见表1。

表1 重组后的数据出表结果

相互匹配的A接口数据和RTP数据流关联重组后，预处理模块将两条CDR中与话音质量分析相关的数据字段（如A接口的消息时间、主被叫IMEI、通话时长、位置区LAC等字段以及RTP数据流中分组丢失数、时延、抖动、MOS评分等字段）保留，并合成为一条记录存储至数据库，最终由上层界面读取分析并进行显示处理。图5中数据重组结果与图4中A接口和RTP的CDR字段值完全一致，由此验证了话音质量监测系统数据预处理模块的重组结果是正确的。本监测系统可完成以下功能：查看某个时间范围内的话音质量参数（如某天某时段的话音质量MOS平均值、R值、分组丢失率、时延等）、查询某小区话音质量的变化趋势、统计话音质量随时间或位置区的变化情况等，查询界面如图5所示。

监测系统根据相关匹配算法实时地将现网的两条数据重组为一条数据存储至数据库，减少了数据导入数据库的操作次数，降低了数据流量，而且将与话音质量分析相关的字段合成在一张数据表中，因此当用户进行话音质量分析的查询操作时，数据字段之间的查询并不需要在不同数据表中相互查询，这样就减少了话音质量查询的复杂度，并提高了查询效率。经现网数据测试验证，媒体流数据经过预处理模块关联重组后，数据导入数据库的操作次数及磁盘空间的消耗明显减少，数据入库和话音质量分析的处理效率也得到了显著提高。

5 结束语

本文分析了3G核心网话音质量监测系统随着增值业务的增长遇到的瓶颈，提出了信令处理层中的数据预处理模块，通过对流媒体数据的关联重组，可以为网络优化、业务发展以及设备运维提供大量客观、详细的数据，提高了话音质量分析的效率。后续本监测系统的发展方向是如何提高预处理模块数据关联的分析处理能力，并更加细化完善统计分析功能，提高系统的可维护性和长时间运行的稳定性。

本系统在3G核心网话音质量监测项目测试过程中，取得了良好的效果，预示着预处理模块将在3G核心网络监测系统中发挥越来越重要的作用。

1 曹嘉成.移动通信网络信令监测系统及其扩展应用.北京邮电大学硕士学位论文,2002

2 QB-W-XXX-2005.中国移动3G网络质量指标体系,2005

3 代勇,李昌禧.基于嵌入式以太网接口的数据采集处理系统.微机发展,2005(5):125～127

4 Haijun Kang.Rethinking distance learning activities:a comparison of transactional distance theory and activity theory.Open Learning:the Journal of Open and Distance Learning,2008(3):203～214

5 尹杰,张松.基于哈希的快速流媒体数据重组算法（HDRR）.计算机应用与软件,2005(17):33～35