TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)Iub接口數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

程 方，李志寬

(重慶郵電大學(xué)通信與測試技術(shù)重點實驗室，重慶 400065)

隨著TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)用戶量的增加，網(wǎng)絡(luò)運維難度急劇加大，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測勢必成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的重要支撐。為了衡量3G無線接入網(wǎng)的質(zhì)量，有必要在組網(wǎng)、建網(wǎng)、運營和維護(hù)階段對3G無線接入網(wǎng)的重要接口Iub接口進(jìn)行實時測試、評估和分析，對其監(jiān)測具有重要意義［1－2］。

目前，在TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)中，對Iub接口的監(jiān)測一直處于相對滯后地位，這是因為TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)和傳輸協(xié)議相對復(fù)雜，傳輸速率高。因此要做到實時、高效的數(shù)據(jù)捕獲，對其數(shù)據(jù)采集技術(shù)與監(jiān)測技術(shù)都是一個很大的挑戰(zhàn)。

1 Iub口傳輸

TD－SCDMA傳輸網(wǎng)絡(luò)Iub接口主要采用ATM協(xié)議，其面向連接的特性保證TDM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量，并發(fā)揮ATM的統(tǒng)計復(fù)用、QoS保證等優(yōu)勢。Iub接口是RNC與Node B之間的邏輯接口。RNC與Node B間在物理上通過SDH傳輸網(wǎng)連接，Node B側(cè)的N ×IMA E1鏈路接入TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過SDH傳輸網(wǎng)匯聚成信道化STM－1或STM－4與RNC的連接［3］，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)接入傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

顯然，Iub接口就成為3G無線接入網(wǎng)中最重要的網(wǎng)絡(luò)接口，是信令監(jiān)測的重點，但是實現(xiàn)Iub口的信令監(jiān)測一直是個難題。在實際的監(jiān)測應(yīng)用中，對TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)的監(jiān)測點可在Node B側(cè)或RNC側(cè)，前者支持電接口IMA方式，監(jiān)測E1信號;后者支持信道化IMA方式，監(jiān)測信道化STM－n光信號。前者存在的最大問題是只能監(jiān)測單個Node B，由于Node B數(shù)量大、分布廣，導(dǎo)致監(jiān)測的難度加大，無法全面衡量網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量;后者實現(xiàn)RNC的包圍測試［4］，全面衡量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，但需要提供STM－1 IMA數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

為滿足網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的功能需求，對Iub接口的監(jiān)測采用分布式、層次結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計思想，系統(tǒng)具備一定的伸縮性，可以滿足各種應(yīng)用環(huán)境的測試需求，支持功能的擴展。TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)Iub接口監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計框架如圖2所示。數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)物理鏈路的數(shù)據(jù)流采集:Linux驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理流程所選用的各芯片的配置、底層協(xié)議的處理;嵌入式應(yīng)用程序?qū)Ⅱ?qū)動處理數(shù)據(jù)利用Linux下socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實現(xiàn)RJ－45接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù):綜合運用嵌入式Web平臺、HTML網(wǎng)頁設(shè)計、PHP及其擴展庫的開發(fā)，以實現(xiàn)嵌入式上層應(yīng)用程序Web監(jiān)測技術(shù)。整個系統(tǒng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集實時監(jiān)控，包括告警分析、數(shù)據(jù)包統(tǒng)計等。

圖2 Iub接口監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計框架

3 Web監(jiān)測技術(shù)

隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，在嵌入式設(shè)備的管理與交互中，基于Web方式的應(yīng)用已成為主流設(shè)計方案，這種程序結(jié)構(gòu)就是B/S結(jié)構(gòu)，即在嵌入式設(shè)備上運行一個支持腳本或CGI功能的Web服務(wù)器，進(jìn)行動態(tài)頁面的開發(fā);Web客戶端通過Web瀏覽器可對嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控。如圖3所示，Web瀏覽器輸入URL，通過HTTP協(xié)議的三次握手交互機制與Web服務(wù)器來建立連接;一旦連接建立，Web服務(wù)器響應(yīng)Web瀏覽器的請求，Web服務(wù)器在響應(yīng)Web瀏覽器期間，需進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)的操作，主要體現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序CGI處理、數(shù)據(jù)庫操作以及對靜、動態(tài)文件的操作。

圖3 Web服務(wù)器框架及工作機制

3.1 Web 工作機制:

1)Web 瀏覽器輸入 URL:http://192.168.3.248:8080觸發(fā)Apache服務(wù)器，依據(jù)HTTP協(xié)議規(guī)范，執(zhí)行Request@1:發(fā)送請求連接，并通過GET和POST方式將請求參數(shù)傳遞給Web服務(wù)器。

2)服務(wù)器獲取客戶端的請求，執(zhí)行Request@2，將攜帶指定CGI路徑的信息傳遞給后臺的CGI程序。

3)CGI程序執(zhí)行調(diào)用數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)或者調(diào)用PHP擴展庫控制硬件設(shè)備并返回Response@1，響應(yīng)Web服務(wù)器發(fā)送的請求，執(zhí)行響應(yīng)的CGI程序，并將運行結(jié)果反饋給Web服務(wù)器。

4)Web服務(wù)器執(zhí)行Response@2，將結(jié)果反饋給Web瀏覽器，通過HTTP協(xié)議進(jìn)行解析，回顯在頁面。

3.2 嵌入式Web平臺搭建

結(jié)合硬件的特征，Web監(jiān)測技術(shù)建立嵌入式Web站點采用“Apache服務(wù)器+PHP解析器”模式，需要在STM－1 IMA數(shù)據(jù)采集技術(shù)的硬件上移植Apache服務(wù)器和PHP解析器。

嵌入式Web站點的建立過程類似于開發(fā)主機Web站點的建立，唯一的不同是:主機與嵌入式下的編譯環(huán)境不同，主機的編譯環(huán)境為gcc，而嵌入式的編譯環(huán)境為ppc_6xx－gcc。嵌入式Web站點的建立借助開發(fā)主機Web站點代碼執(zhí)行交叉編譯。其基本的建立過程為:

1)交叉編譯 apache－1.3.39

命令解釋:CC指定修改Makefile文件的編譯環(huán)境，confiure配置編譯，--prefix指定軟件包的安裝目錄，--enable－module配置可以使服務(wù)器加載動態(tài)so。

交叉編譯 apache－1.3.39 命令為:

［lizhk@lizhk apache_1.3.39］MYMCC=ppc_6xx － gcc ./configure--prefix=/usr/local/apache--enable－module=so

2)交叉編譯 php－4.4.8

交叉編譯 php－4.4.8 命令為:

［lizhk@lizhk php－4.4.8］MYMCC=ppc_6xx-gcc./configure–prefix=/usr/local/php--host=powerpc-linux

--with-apxs=/usr/local/apache/bin/apxs

3)配置 httpd.conf與 php.ini文件

httpd.conf配置文件的主要修改項如下:

ServerRoot"/usr/local/apache"http://Root服務(wù)器文件所在目錄

ServerName 192.168.3.248 //指定服務(wù)器的 IP 地址;

Port 8080 //指定服務(wù)器的開放端口，默認(rèn)為80

受宏觀經(jīng)濟穩(wěn)中向好、能源生產(chǎn)和消費革命持續(xù)推進(jìn)、大氣污染防治力度加大等因素的驅(qū)動，我國天然氣市場呈現(xiàn)供銷兩旺態(tài)勢。2017年，我國對世界天然氣消費量的貢獻(xiàn)達(dá)30%以上，成為推動世界天然氣發(fā)展的主要驅(qū)動力。然而，我國天然氣產(chǎn)量增長速度遠(yuǎn)低于消費量增長速度，加之天然氣產(chǎn)供儲銷體系的不完善，使天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到掣肘。

User nobody //登錄服務(wù)器的用戶名

Group nobody //登錄服務(wù)器的組名

LoadModule php4_module libexec/libphp4.so //指定php解析器的路徑及類型

AddType application/x－h(huán)ttpd－php.php3

AddType application/x－h(huán)ttpd－php.php

AddType application/x－h(huán)ttpd－php.phtml

php.ini配置文件主要修改項如下:

register_globals=Off修改為

register_globals=On

4)聯(lián)機調(diào)試

完成STM－1 IMA數(shù)據(jù)采集嵌入式Web站點的建立，開啟Apache服務(wù)器進(jìn)程聯(lián)機調(diào)試，設(shè)定局域網(wǎng)IP:192.168.3.248，訪問端口號:8080。Web瀏覽器 URL 欄輸入訪問地址 http://192.168.3.248:8080/index.php，訪問PHP解析器，在index.php中利用PHP腳本語言內(nèi)部函數(shù)phpinfo查看當(dāng)前的Apache服務(wù)器與PHP解析器的配置參數(shù)及一些環(huán)境變量等信息。

3.3 PHP 庫設(shè)計

超文本預(yù)處理器(PHP)既是公共網(wǎng)關(guān)接口，又是服務(wù)器端嵌入HTML的腳本語言，其廣泛運用于動態(tài)網(wǎng)頁的制作。作為一套完整的系統(tǒng)，PHP主要完成以下工作:解釋部分負(fù)責(zé)代碼的分析、翻譯和執(zhí)行;功能部分負(fù)責(zé)實現(xiàn)具體語言的功能;接口部分負(fù)責(zé)與Web服務(wù)器間的會話功能。

內(nèi)嵌HTML中的PHP語言詮釋了解析部分、功能部分的內(nèi)容，其主要是實現(xiàn)Web頁面功能的后臺設(shè)計。接口部分體現(xiàn)在PHP擴展庫及接口函數(shù)，結(jié)構(gòu)化的API設(shè)計思想有利于PHP擴展庫的維護(hù)，其模型如圖4所示。

圖4 API層次結(jié)構(gòu)模型圖

PHP內(nèi)核源碼中預(yù)留擴展機制，可以通過擴展機制使PHP可以和現(xiàn)有的編程語言兼容。該文所設(shè)計的PHP庫是類C/C++的API庫函數(shù)，其設(shè)計思路為［5］:

1)自動構(gòu)建擴展庫

自動構(gòu)建擴展庫，模塊源碼、擴展庫配置文件config.m4存放在源碼/ext子目錄下。自動構(gòu)建PHP擴展庫phpstmima如下:

［lizhk@lizhk ext］MYM./ext_skel--extname=phpstmima

［lizhk@lizhk phpstmima］MYM ls

config.m4 CREDITS EXPERIMENTAL phpstmima.c php_phpstmima.h test

其中 config.m4 phpstmima.c，phpstmima.h 為 PHP 擴展庫設(shè)計的相關(guān)文件。配置文件config.m4負(fù)責(zé)解析configure命令行選項，檢查外部文件，配置支持--enable方式，采用dnl屏蔽--with方式。

2)編輯擴展庫

編輯擴展模塊，結(jié)合PHP內(nèi)核源碼，編輯phpstmima.c文件中聲明zend函數(shù)zend_function_entry phpstmima_functions［］以及定義PHP擴展庫中API函數(shù);編輯php_phpstmima.h文件中聲明導(dǎo)出函數(shù)PHP_FUNCTION()及自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。

3)編譯擴展庫

編譯擴展庫，采用交叉編譯環(huán)境下的make動態(tài)加載方式，生成PHP擴展庫*.so文件，實現(xiàn)代碼如下:

［lizhk@lizhk phpstmima］MYM/usr/local/php/bin/phpize

［lizhk@lizhk phpstmima］MYMCC=ppc_6xx － gcc./configure--host=powerpc－linux--with－php－config=/usr/local/

/php/bin/php－config--enable－phpstmima

［lizhk@lizhk phpstmima］MYMmake

［lizhk@lizhk phpstmima］MYMmake install

4)測試擴展庫函數(shù)

將PHP擴展庫加載到數(shù)據(jù)采集平臺的硬件上，Web界面程序調(diào)用后臺CGI程序，后臺CGI程序利用dl()調(diào)用PHP擴展庫phpstmima.so中API，PHP擴展庫中API封裝調(diào)用Linux庫stm_ima_lib.so中的API函數(shù)并調(diào)用驅(qū)動函數(shù)中API，從而通過逐級調(diào)用實現(xiàn)PHP功能函數(shù)。

4 應(yīng)用實例

為了保證數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，在應(yīng)用于實際TD－SCDMA通信網(wǎng)測試前，利用現(xiàn)有局域網(wǎng)資源搭建模擬數(shù)據(jù)采集環(huán)境，發(fā)送端采用自研的STM－1 ATM數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)送仿真，接收端利用Web平臺監(jiān)測系統(tǒng)。發(fā)送平臺和Web監(jiān)測平臺結(jié)果對比如圖5所示。

圖5 發(fā)送平臺和Web監(jiān)測平臺結(jié)果對比(截圖)

由圖5可知，發(fā)送平臺發(fā)送通道0和2，共發(fā)送信元27933個，而Web端點擊“停止采集”時，時間段內(nèi)的接收信元為27933個，接收空閑信元32771607個。時刻點上已停止接收，則接收的信元速率和比特速率為0。

5 結(jié)束語

該文主要是數(shù)據(jù)采集上層應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計，通過對數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，著重介紹了Linux嵌入式平臺的搭建、PHP庫函數(shù)接口的設(shè)計。實測效果表明，Web監(jiān)測技術(shù)能夠做到實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。

［1］李世鶴.TD－SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［2］許銳，梅瓊.3G無線接入網(wǎng)接口演進(jìn)與設(shè)計［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［3］ITU－T Recommendation G.803，Architecture of transport networks based on the synchronous digital hierarchy(SDH)［S］.2000.

［4］何云.3G網(wǎng)絡(luò)測試儀STM－1 IMA數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.光通信研究，2011(9):62－65.