一种基于SIP的NGN网络监测方案

　　1 前言

　　电信运营商面对互联网的飞速发展，已经不能局限于提供单一的语音、电报、传真等业务。新的市场需求使得电信运营商必须提供数据、视频等新兴业务，对传统网络进行改造或者升级。于是下一代网络（NGN，NextGeneration Network）随之产生，它包含了正在发生的网络构筑方式的变革，为通信业的发展提供了多业务融合的新的发展方向，能够提供包括电信业务在内的语音、视频、数据等多种业务，而且可以基于IP技术很好地实现和互联网的融合。所以下一代网络的发展、演进和部署已经成为当前通信业发展的一个重要的必经阶段，直接的表现是很多用户已经开始获得下一代网络提供的高效的服务。

　　随着下一代网络关键技术和设备制造技术的发展和完善，NGN在国内外已经得到了大范围的部署。目前的NGN网络是一个以软交换为的PSTN网与VoIP网融合的网络，是多协议、多设备、多接口、多媒体并存的网络，涉及到网络的互联互通、设备之间的兼容性、业务质量的差异性。如何实现NGN网络的高效运行与维护是NGN网络部署后首先要考虑的问题，而高效运行与维护的一个重要技术基础就是对NGN网络的监测技术。SIP协议是下一代网络中基于IP的一个应用层控制协议，是由IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的控制协议，应用在软交换设备之间、软交换设备与SIP终端之间、软交换设备与基于IP的呼叫控制应用服务器之间。本文讨论一种基于SIP的下一代网络监测方法，并介绍该方法的具体应用。

　　2 下一代网络及网络监测的基本框架

　　2.1 下一代网络

　　NGN的概念已经提出多年， 业界存在诸多不同的解释。在2007年初国际电联NGN会议上，经过激烈的辩论，NGN的定义终于有了定论：

　　NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立；NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性。ETSI（欧洲电信标准协会）也对NGN做了如下定义：NGN是一种规范和部署网络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营商提供一个平台，借助这一平台，逐步演进以生成、部署和管理新业务。IPCC（International Packet CommunicationsConsortium）前身为ISC（International SoftswitchConsortium）国际软交换联盟，是目前工业界为的推动基于分组的技术和市场的联盟。IPCC提出了一个下一代网络的参考模型如图1所示，该参考模型中包含多个功能平面：传送层、呼叫控制和信令层、业务和应用层以及管理层。传送层负责网络中的消息传送，这些消息有呼叫信令消息和媒体流，还提供外部网络或终端设备的接入，其设备和功能受控于呼叫控制和信令层面。呼叫控制和信令层接收来自传送层的信令消息，通过控制传送层的组件来完成媒体连接的建立和终止。业务和应用层面负责业务控制和执行。管理层面负责业务提供、运营支撑、计费和其他网管任务。

图1 IPCC的下一代网络的参考模型

　　2.2 基于SIP的下一代网络监测方法框架

　　SIP（会话初始协议）是一个基于IP 分组交换的NGN 信令控制协议，其设计初衷是为了解决软交换网络中的信令控制问题，以及为各类网关/终端设备与软交换设备间提供通信功能。由于SIP具有简单高效、灵活方便和易于扩充等特点，随着NGN的大规模商用，已发展成为NGN 中重要的多层次信令控制协议，可用于软交换设备间、软交换与媒体终端间、软交换与业务应用系统间的信令协议控制，并提供软交换与七号信令网的互通功能。

　　如图2所示，基于SIP的下一代网络的分布式监测是通过前端机采集链路的数据，经过分析处理后提供给维护人员大量可使用的数据和统计分析结果，通过呼损分析准确地定位网络中影响接通率的问题，提供网络性能优化的实时数据。

图2 基于SIP的下一代网络监测方法框架

　　系统分为前端机、浏览控制终端、CDR服务器和监测中心4大部分。前端机采用GPS、NTP等时间同步技术，负责数据的采集、处理和存储。浏览控制终端负责控制和查询前端机状态，同时可以浏览前端机采集的实时数据。CDR服务器用于接收、存储和处理来自多个前端机的呼叫实时数据，并完成对于不同信令的合成工作，比如H.323和SIP或者SS7和SIP信令的合成工作；监测中心通过对CDR服务器上的呼叫实时数据进行后台的实时分析，对当前网络的运行状况、话务量、接通率及呼损分布等各项指标参数进行统计分析，并提出建议，同时监测中心还可以对当前网络中的状况产生告警信息，及时准确地发现和修复网络中存在的问题，从而确保全网高效可靠地运行。

　　3 监测方法在VoIP测试过程中的应用

　　该监测方法应用于VoIP测试过程的总体框架结构如图3所示，可以通过直接在传输链路上采集IP数据，利用自定义的TCP/IP协议栈在网络层和传输层对原始数据进行初步的分析和处理，然后在应用层根据标准的SIP协议对IP电话呼叫的信令消息包和语音数据包做进一步的协议解码分析，从而能够实时、地跟踪网络中发生的每IP电话呼叫，完成评估语音质量、统计话务量、分析接通率等一系列任务。

图3 VoIP测试过程的总体框架

　　协议解码和分析层该层通过网卡接收到的MAC帧，针对TCP/IP协议中数据链路层的数据格式对帧进行解码，去头去尾，向上层的IP层提供IP包数据。

　　CDR合成层是整个系统中为关键和的数据结构，该CDR中包含了丰富的信令数据信息和呼叫信息，通过CDR可以完成所有的上层业务分析过程。

　　业务应用和分析层面采用的是数据库中间件的方式，通过数据采集、协议分析、CDR合成后获取到CDR数据，然后以CDR文件的方式存储在硬盘上。

　　如图4，网络状态分析通过对网络当前的吞吐量、包流量和呼叫流量的统计，准确反映VoIP网络中的传输层特性，便于发现网络的流量变化特征，及时发现网络的流量异常变化情况。“告警分析”功能通过对网络中实时呼叫的监测，及时发现多种业务故障，并产生告警信息，使得维护人员能够时间掌握网络中的故障信息，同时通过的告警分析功能，了解故障信息的起因和常规的故障排除办法。具有及时、准确、和智能的特点。

图4 网络状态分析

　　如图5，网关性能分析通过对VoIP网络中的各个网关的各项业务可用性指标的统计分析，如接通率、应答率、话务量、每线爱尔兰、通话时长等指标，宏观反映每个网关的性能及其业务可用性和相应呼损，大大减轻了维护人员的维护工作量。同时也科学准确地反映出网络中关键实体－网关的行为状态和其宏观服务质量特性。

图5 网关性能分析

　　通过对VoIP网络的测试与优化，可以实现连续监测VoIP网络的运作状态，深入分析VoIP网络服务质量，科学优化调整网络运行参数，解决好网络中存在的关键问题。在网络不扩容、设备不更新前提下，显着增加业务运营收益，不断提高用户的满意度和忠诚度，实现网络资源的化利用。

　　4 结语

　　SIP是下一代网络的一种重要协议，针对SIP协议开展下一代网络的监测技术研究具有实际意义。本文分析了下一代网络的基本概念，提出了针对SIP协议的下一代网络监测基本框架，介绍了一种下一代网络监测方法，并将该方法应用于VoIP网络的测试与优化过程。该测试方法已经成功应用于中国联通的VoIP网络优化过程，切实解决了下一代网络中存在的一些问题，实现了网络资源的化利用。当然，下一代网络具有多协议共存的特点，协议也有很多种，所以开展针对多协议的网络监测工作是以后的努力方向。