主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：LTE業(yè)務(wù)感知與承載網(wǎng)性能智能測量方案分析 【摘要】從國內(nèi)LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營現(xiàn)狀和運(yùn)維要求出發(fā)，介紹了國內(nèi)主流運(yùn)營商LTE承載網(wǎng)的性能測量需求和當(dāng)前主流的測量標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上給出了可滿足需求的智能測量方案，從而提升運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，提升網(wǎng)絡(luò)價(jià)值。 1 引言 國內(nèi)LTE牌照已于2013年底發(fā)放，2014年，各大運(yùn)營商陸續(xù)推出了自己的LTE業(yè)務(wù)品牌，并開始大規(guī)模部署LTE網(wǎng)絡(luò)。從目前情況看，各運(yùn)營商已形成相當(dāng)規(guī)模的LTE承載網(wǎng)絡(luò)，并初步具備海量基站業(yè)務(wù)高效開放、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化、故障檢測與自動(dòng)倒換、接入設(shè)備即插即管理、多業(yè)務(wù)融合承載、網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)建模及批量配置下發(fā)等功能。同時(shí)，由于當(dāng)前LTE承載網(wǎng)存在網(wǎng)元數(shù)量眾多、運(yùn)維人員緊缺、難以依靠人工完成網(wǎng)絡(luò)性能測量和故障定位等問題，而傳統(tǒng)的ping/traceroute等測量方法也存在測量指標(biāo)單一、測量精度不高、故障定位效率低下的不足。因此各大運(yùn)營商開始尋求可對LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)現(xiàn)集約化智能測量的方案，基于該方案，可同時(shí)基于多個(gè)業(yè)務(wù)等級，對多項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行多顆粒度（網(wǎng)絡(luò)級和業(yè)務(wù)級）測量，并可快速完成故障定位。 本文將從LTE承載網(wǎng)性能測量的需求出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和不同的應(yīng)用場景，引入相應(yīng)的智能化網(wǎng)絡(luò)性能測量解決方案，為運(yùn)營商減少運(yùn)維復(fù)雜度、降低運(yùn)維成本、提高運(yùn)維效率、提升網(wǎng)絡(luò)價(jià)值提供有力的參考依據(jù)。 2 LTE承載網(wǎng)性能測量需求 LTE承載網(wǎng)性能測量主要在開局部署驗(yàn)收和日常運(yùn)營維護(hù)這2個(gè)方面存在需求。 2.1 LTE承載網(wǎng)開局部署驗(yàn)收測量需求 在LTE承載網(wǎng)典型組網(wǎng)場景中[1]（如圖1所示），在開局部署階段，匯聚及核心設(shè)備通過下發(fā)工單的方式進(jìn)行部署，人工完成匯聚—核心段網(wǎng)絡(luò)層性能測量和驗(yàn)收；接入設(shè)備采用即插即管理的部署方式，現(xiàn)場人員僅負(fù)責(zé)設(shè)備上電和光纖連接，通過遠(yuǎn)程方式智能完成其配置下發(fā)、端到端（接入—核心段）性能測量和驗(yàn)收。
在該階段網(wǎng)絡(luò)層性能測量的SLA指標(biāo)主要包括時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率和吞吐率（驗(yàn)證QoS （Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）策略是否生效）。 2.2 LTE承載網(wǎng)日常運(yùn)營維護(hù)測量需求 在LTE承載網(wǎng)完成部署，交付運(yùn)營后，其性能測量主要包括以下3個(gè)方面： ◆周期性端到端網(wǎng)絡(luò)層性能測量 在網(wǎng)絡(luò)存在業(yè)務(wù)流量的同時(shí)，要求在不影響業(yè)務(wù)體驗(yàn)的前提下，通過遠(yuǎn)程方式自動(dòng)對網(wǎng)絡(luò)層管道性能進(jìn)行周期性測量，包括時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率；測量周期與測量流量大小視現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量負(fù)載和運(yùn)維需求而定。當(dāng)SLA（Service Level Agreement，服務(wù)等級協(xié)定）指標(biāo)無異常時(shí)僅記錄日志；當(dāng)SLA指標(biāo)出現(xiàn)明顯劣化時(shí)，則啟動(dòng)故障定位。 ◆業(yè)務(wù)級性能測量 要求承載網(wǎng)能感知實(shí)際的業(yè)務(wù)流量，并智能測量其SLA指標(biāo)，包括時(shí)延和丟包率，并記錄實(shí)際流量大小。當(dāng)SLA指標(biāo)無異常時(shí)僅記錄日志；當(dāng)SLA指標(biāo)出現(xiàn)明顯劣化時(shí)，則啟動(dòng)故障定位。 ◆自動(dòng)故障定位 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層SLA指標(biāo)出現(xiàn)劣化時(shí)，要求自動(dòng)定位故障位置（如IGP鄰居狀態(tài)正常但單跳時(shí)延明顯增大等）；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層SLA指標(biāo)正常但特定業(yè)務(wù)體驗(yàn)出現(xiàn)異常時(shí)，要求自動(dòng)定位出現(xiàn)異常的業(yè)務(wù)流、故障位置和原因（如調(diào)度隊(duì)列異常等）。 3 主流網(wǎng)絡(luò)性能測量標(biāo)準(zhǔn) 3.1 主動(dòng)測量標(biāo)準(zhǔn) 主動(dòng)測量是由測量服務(wù)器主動(dòng)發(fā)出獨(dú)立的測量流量，統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層管道的SLA指標(biāo)，不感知實(shí)際業(yè)務(wù)。目前主要有以下標(biāo)準(zhǔn)： （1）ITU-TY.1564以太網(wǎng)業(yè)務(wù)性能測量標(biāo)準(zhǔn)[4]。基于該標(biāo)準(zhǔn)，可同時(shí)發(fā)送一條或多條測量流量，對應(yīng)不同的業(yè)務(wù)優(yōu)先級，對兩臺設(shè)備間的雙向時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率和吞吐率進(jìn)行測量；各項(xiàng)指標(biāo)測量可同時(shí)進(jìn)行，也可輪詢進(jìn)行。 （2）IETF OWAMP（One-way Active Measurement Protocol，單向主動(dòng)測量協(xié)議）/TWAMP（Two-way Active Measurement Protocol，雙向主動(dòng)測量協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)性能主動(dòng)測量標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。基于OWAMP，可對2臺設(shè)備間的單向時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率進(jìn)行測量，參與測量的設(shè)備須預(yù)先實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；基于TWAMP，可對2臺設(shè)備間的雙向時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率進(jìn)行測量。 3.2 被動(dòng)測量標(biāo)準(zhǔn) 被動(dòng)測量一般用于業(yè)務(wù)級測量，由承載網(wǎng)設(shè)備感知實(shí)際的業(yè)務(wù)流量，測量出每條業(yè)務(wù)流的SLA指標(biāo)，無需插入獨(dú)立的測量報(bào)文。目前主要有以下標(biāo)準(zhǔn)： （1）IETF RFC6374MPLS（Multi-protocol Label Switching，多協(xié)議標(biāo)簽交換）網(wǎng)絡(luò)被動(dòng)測量標(biāo)準(zhǔn)[7]，通過在特定業(yè)務(wù)流量中周期性地插入帶時(shí)間戳的OAM（Operation Administration and Maintenance，操作、管理與維護(hù)）報(bào)文，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)流量SLA指標(biāo)的測量。 （2）IETF IP FPM（IP Flow Performance Measurement，IP流性能測量）框架草案[8]，通過周期性地對特定業(yè)務(wù)流量進(jìn)行著色，在不引入任何外部報(bào)文的條件下實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)流量SLA指標(biāo)的測量。 被動(dòng)測量標(biāo)準(zhǔn)均要求承載網(wǎng)設(shè)備預(yù)先實(shí)現(xiàn)納秒級時(shí)間同步。 3.3 主流測量標(biāo)準(zhǔn)比較 主流測量標(biāo)準(zhǔn)間的特性對比如表1所示，在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)營商可根據(jù)自身情況進(jìn)行選取和部署。
表1主流測量標(biāo)準(zhǔn)對比 4 LTE承載網(wǎng)性能智能測量方案設(shè)計(jì) 4.1 開局部署驗(yàn)收測量方案 LTE承載網(wǎng)的接入設(shè)備在部署之前，匯聚設(shè)備和核心設(shè)備必須預(yù)先完成部署和驗(yàn)收。接入設(shè)備采用即插即管理的部署方式，部署完畢后，由集中部署的遠(yuǎn)程測量服務(wù)器智能完成網(wǎng)絡(luò)層性能測量和驗(yàn)收，如圖2所示：
開局部署驗(yàn)收采用主動(dòng)測量方式，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)層管道的SLA指標(biāo)和是否存在負(fù)載分擔(dān)場景的問題，詳細(xì)過程如下： （1）測量服務(wù)器雙掛一對核心設(shè)備。 （2）新部署接入設(shè)備AC側(cè)接口（eNodeB業(yè)務(wù)接口）配置測量代理IP地址，與eNodeB關(guān)聯(lián)相同的PW（Pseudo Wire，偽線），匯聚設(shè)備向L3VPN（Layer 3 Virtual Private Network，第三層虛擬專用網(wǎng)）同時(shí)通告eNodeB和測量代理的主機(jī)路由。 （3）測量服務(wù)器向其中一臺核心設(shè)備發(fā)送測量流量，目的IP為新部署接入設(shè)備的測量代理地址，可定義多條測量流量對應(yīng)相應(yīng)的業(yè)務(wù)等級。 （4）接入設(shè)備在接收到測試流量后，交換測試報(bào)文的源目IP和源目端口號，并回送測量服務(wù)器。 （5）測量服務(wù)器依次向核心設(shè)備發(fā)送模擬的各等級業(yè)務(wù)流量，速率不小于其對應(yīng)PIR（Peak Information Rate，峰值信息速率），驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)輕載時(shí)每條回送流量是否可正常突發(fā)到配置的PIR，記錄該流量的雙向時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率。 （6）測量服務(wù)器同時(shí)向核心設(shè)備發(fā)送所有等級的測量流量，每條流量速率均大于其對應(yīng)的CIR（Commited Information Rate，承諾信息速率），驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)每條回送流量是否可保障為配置的CIR，記錄每條流量的雙向時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率；若接入設(shè)備可從主備PW接收到不同的測量流量，則可驗(yàn)證下行流量負(fù)載分擔(dān)生效；若測量服務(wù)器可從2臺核心設(shè)備接收到不同的回送流量，則可驗(yàn)證上行流量負(fù)載分擔(dān)生效。 （7）若時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、吞吐率和負(fù)載分擔(dān)有效性均滿足要求，則接入設(shè)備部署通過開局驗(yàn)收；否則啟動(dòng)故障定位至網(wǎng)絡(luò)性能滿足要求為止。 4.2 日常運(yùn)營維護(hù)測量方案 （1）網(wǎng)絡(luò)層端到端測量 LTE承載網(wǎng)在完成開局驗(yàn)收交付運(yùn)維后，須在不影響現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的情況下對網(wǎng)絡(luò)層性能進(jìn)行周期性測量，相關(guān)測量仍通過集中部署的遠(yuǎn)程測量服務(wù)器智能完成，其中在網(wǎng)絡(luò)層采用主動(dòng)測量的方式驗(yàn)證管道的SLA指標(biāo)，包括時(shí)延和抖動(dòng)。具體過程如下： 1）測量服務(wù)器將其覆蓋范圍內(nèi)的接入設(shè)備分為若干組，每組N臺接入設(shè)備（N的具體取值視網(wǎng)絡(luò)條件和服務(wù)器處理性能而定）。 2）測量服務(wù)器發(fā)送N條測量流量，一條測量流量對應(yīng)一臺接入設(shè)備的一個(gè)業(yè)務(wù)等級，記錄該N條流量的時(shí)延和抖動(dòng)指標(biāo)。 3）測量服務(wù)器重新發(fā)送N條測量流量，對應(yīng)步驟2）中同一組接入設(shè)備的另一個(gè)業(yè)務(wù)等級，記錄該N條流量的時(shí)延和抖動(dòng)指標(biāo)，直至遍歷該組接入設(shè)備所有業(yè)務(wù)等級為止。 4）測量服務(wù)器對另一組接入設(shè)備重復(fù)步驟2）—步驟3）的測量操作，并記錄相應(yīng)的時(shí)延和抖動(dòng)指標(biāo)，直至遍歷其覆蓋范圍內(nèi)所有接入設(shè)備為止。 5）若時(shí)延和抖動(dòng)指標(biāo)無異常，則記錄測量日志；否則發(fā)出告警，觸發(fā)故障定位。 （2）承載網(wǎng)感知LTE業(yè)務(wù)并自動(dòng)測量其SLA指標(biāo) LTE承載網(wǎng)對業(yè)務(wù)流量的感知和測量，采用被動(dòng)測量方式；承載網(wǎng)設(shè)備通過對業(yè)務(wù)流量的識別和著色，實(shí)現(xiàn)對其單向SLA指標(biāo)的智能測量，包括時(shí)延、丟包率和實(shí)際流量大小，如圖3所示（以下行流量為例）：
感知和測量的詳細(xì)過程如下： 1）參與LTE業(yè)務(wù)感知的所有承載網(wǎng)設(shè)備均已預(yù)先實(shí)現(xiàn)納秒級的時(shí)間同步。 2）每臺承載網(wǎng)設(shè)備根據(jù)IP六元組（源目IP、傳輸層協(xié)議、源目端口號和DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服務(wù)代碼點(diǎn)）/IPP（IP precedence，IP優(yōu)先級）值）來區(qū)分每條業(yè)務(wù)流；設(shè)備在業(yè)務(wù)側(cè)入方向?qū)ζ溥M(jìn)行著色，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)僅進(jìn)行區(qū)分業(yè)務(wù)流和感知業(yè)務(wù)流顏色的操作。對業(yè)務(wù)流著色主要有以下2種機(jī)制： ◆IPv4和IPv6業(yè)務(wù)報(bào)文采用統(tǒng)一的著色機(jī)制，選擇IPv4的Type of Service字段和IPv6的Traffic Class字段中的ECN（ECN：Explicit Congestion Notification，顯式擁塞通告）比特用于著色操作，采用不同數(shù)值對應(yīng)不同顏色。ECN比特已在TCP控制報(bào)文中被用戶擁塞通告，因此在應(yīng)用于業(yè)務(wù)報(bào)文在轉(zhuǎn)發(fā)平面的著色時(shí)，必須避免對業(yè)務(wù)流量和已有協(xié)議產(chǎn)生影響。 ◆IPv4和IPv6業(yè)務(wù)報(bào)文采用不同的著色機(jī)制，IPv4報(bào)文采用Flags字段中的保留比特進(jìn)行著色，IPv6報(bào)文采用Flow Label字段的最后一個(gè)比特進(jìn)行著色。該機(jī)制可最大限度地避免對業(yè)務(wù)流量和已有協(xié)議產(chǎn)生影響。 3）每臺承載網(wǎng)設(shè)備定義若干等長且起止時(shí)刻相同的時(shí)間窗口，每個(gè)窗口對應(yīng)一個(gè)業(yè)務(wù)流量塊；相鄰窗口的業(yè)務(wù)流為不同顏色，不相鄰窗口的業(yè)務(wù)流可以為相同顏色，也可以為不同顏色。 4）每臺承載網(wǎng)設(shè)備分別為每個(gè)業(yè)務(wù)流塊分配一個(gè)全網(wǎng)唯一的序列號，所有設(shè)備相同的業(yè)務(wù)流塊對應(yīng)的序列號必須保持一致。 5）每臺承載網(wǎng)設(shè)備通過IP FIX（IP FIX：IP flow information exchange，IP流信息交換）協(xié)議[9]，將每個(gè)業(yè)務(wù)流塊的序列號、報(bào)文數(shù)、字節(jié)數(shù)及其進(jìn)入和離開該設(shè)備的時(shí)刻上送中心計(jì)算服務(wù)器。 6）中心計(jì)算服務(wù)器根據(jù)每臺設(shè)備上送的同一業(yè)務(wù)流塊的相關(guān)信息，即可計(jì)算出任意2臺設(shè)備間該業(yè)務(wù)流塊的時(shí)延、丟包率和流量大小。 7）中心計(jì)算服務(wù)器統(tǒng)計(jì)多個(gè)業(yè)務(wù)流塊的SLA指標(biāo)，并上送網(wǎng)管，統(tǒng)計(jì)顆粒度視運(yùn)維需求而定。若SLA指標(biāo)無異常，則網(wǎng)管記錄測量日志；否則網(wǎng)管發(fā)出告警，觸發(fā)故障定位。 （3）故障定位 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)性能或業(yè)務(wù)流量SLA指標(biāo)出現(xiàn)異常時(shí)，網(wǎng)管發(fā)出告警，并觸發(fā)故障定位。具體流程如下： 1）網(wǎng)管從中心計(jì)算服務(wù)器上送的結(jié)果中定位出哪幾臺設(shè)備間的哪些流量出現(xiàn)SLA劣化和異常。 2）運(yùn)維人員通過網(wǎng)管向和故障相關(guān)的設(shè)備下發(fā)命令，在相關(guān)設(shè)備間發(fā)起網(wǎng)絡(luò)層主動(dòng)測量，測量指標(biāo)包括時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率，驗(yàn)證故障是否出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層。 3）若確認(rèn)故障出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層，則排查鏈路、設(shè)備接口和板卡等基礎(chǔ)設(shè)施是否存在異常。 4）若確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)層無故障或故障已排除，但仍存在業(yè)務(wù)流量SLA劣化的情況，則排查相關(guān)設(shè)備的QoS配置、隊(duì)列調(diào)度情況、安全機(jī)制和軟件狀態(tài)等邏輯策略。 5 結(jié)束語 在各種業(yè)務(wù)日益融合的今天，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和差異化的流量業(yè)務(wù)逐漸成為運(yùn)營商未來重要的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)；而LTE牌照的發(fā)放、LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及業(yè)務(wù)開放，則為運(yùn)營商的產(chǎn)品演進(jìn)和業(yè)務(wù)發(fā)展提供了新的契機(jī)，同時(shí)也給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的成本控制和高效性帶來了挑戰(zhàn)。因此，有必要在LTE承載網(wǎng)中引入可行有效的智能化、集約化的網(wǎng)絡(luò)性能測量方案，從而提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和故障定位效率，降低運(yùn)維成本，提升網(wǎng)絡(luò)價(jià)值。
(中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：李俊勇) |
