秒级流量监控在IPRAN网络规划中的应用探讨

陈烈强;曾凡军;骆益民;方遒铿

【摘 要】通过IPRAN流量监控体系创新性应用，提出了“流量快照”技术，可有效识别瞬间峰值，实时抓拍网络流量快照，实现秒级检测，成功解决了网络精准规划难题，同时也解决了IPRAN网络流量规划和传输接口带宽与3G/4G基站极限能力、用户感知的关系，实现了在规划运营阶段合理分配网络资源，避免流量潮汐叠加造成的资源浪费，提升了投资效益。%It mainly describes the innovative breakthrough of the second-level network traffic monitoring application in IPRAN system. With the network flow snapshot technology,the application can effectively recognize the instantaneous flow peak,real-time snapshot the traffic,and realize the second-level on-time traffic monitoring,which can successful y resolve the requirement of precise IPRAN network designing based on the relationship between IPRAN interface bandwidth and the ultimate ability and customer perception of 3G/4G base

stations,and hence pave the way to reasonably distribute IPRAN resources during net-work planning phase,so as to avoid resource waste on traffic tide superposition and improve the network investment efficien-cy. 【期刊名称】《邮电设计技术》 【年(卷),期】2016(000)003 【总页数】6页(P1-6)

【关键词】IPRAN;移动互联网;用户感知;秒级流量;网络规划

【作 者】陈烈强;曾凡军;骆益民;方遒铿

【作者单位】中讯邮电咨询设计院有限公司，广东广州510627;中讯邮电咨询设计院有限公司，广东广州510627;中国联通广东分公司，广东广州510627;中国联通广东分公司，广东广州510627 【正文语种】中 文 【中图分类】TN929.5 关键词：

IPRAN；移动互联网；用户感知；秒级流量；网络规划

It mainly describes the innovative breakthrough of the second-level network traffic monitoring application in IPRAN system. With the network flow snapshot technology，the application can effectively recognize the instantaneous flow peak，real-time snapshot the traffic，and realize the second-level on-time traffic monitoring，which can successfully resolve the requirement of precise IPRAN network designing based on the relationship between IPRAN interface bandwidth and the ultimate ability and customer perception of 3G/4G base stations，and hence pave the way to reasonably distribute IPRAN resources during network planning phase，so as to avoid resource waste on traffic tide superposition and improve the network investment efficiency. Keywords：

IPRAN；Mobile Internet；Customerperception；Second-level traffic；Network planning

在移动互联网时代，移动互联网带来的爆炸式流量增长，不但给移动网络带来新的挑战，也对移动回传网络提出了新的要求。随着中国联通2G停建、3G蓬勃发展和LTE的大规模建设，无线回传方式由2M电路级的硬管道、2M/FE双栈模式逐步向全IP化过渡，而承载无线回传的传输网络也由MSTP主力方式向UTN方式过渡。分组化和动态统计复用的趋势使得传输网络能够真正“适配”无线网络需求，达到传输网络资源的最有效投入，实现弹性管道的规划和网络优化方案。 1.1 移动回传技术演变对网络规划的影响

刚性管道向弹性管道的演变，对传输网络的规划产生了如下影响。

a）接口颗粒度的变化。传输网与无线回传网的对接由MSTP的2M硬接口或多个2M虚级联而成的FE接口，演变为IPRAN的FE或GE颗粒度直接对接。传输网单网元的设备和接口规划退居其次，接入环路和汇聚环路的流量带宽如何有效分配，成为规划的主要关注点。

b）业务需求延伸度的变化。相比MSTP刚性管道，IPRAN的弹性管道完全适应了无线回传业务网络的流量需求，而不再以2M颗粒阶梯设置其带宽瓶颈。但在环路统计复用状态下，依靠传输网自身已经难以分析多个无线站点带宽叠加效应对网络规划的影响。传输网与无线网在IP化的总体网络趋势下，需要共同关注业务用户的本源需求特性。传输网的网络规划，从以无线网业务作为需求输入，演变为以无线基站的流量特性和瓶颈分析为需求输入，即基于无线用户感知的网络规划。 1.2 IPRAN秒级网管的功能需求

现有IPRAN在面向业务和体验方面缺少必要的数据统计和分析手段，仅有的针对端口的均值流量统计，无法真实反映网络内的真实流量特征，使得管道对业务的实际承载能力无法感知；另外，通过ping拨测得到的网络时延、丢包、抖动等KPI，由于精度很低（只有10-2），且存在检测报文路径、优先级与数据报文不一致，无法真实反映实际的业务质量。正因为上述种种，传统的IPRAN无法做到对

业务、体验的感知，对业务的保障、体验的优化也就更无从谈起。

下面针对IPRAN现有网管对基于用户感知的流量监控和分析方法的缺位，在整合现有网管功能的基础上，提出实现IPRAN秒级网管的功能需求、实现思路、数据采集需求、分析体系及数据分析在网络规划优化中的应用。 1.2.1 流量监控数据采集功能

a）支持网元各种接口（FE、GE、10GE）的平均流量和峰值流量性能数据采集，采集的最小周期要求达到秒级。

b）支持网元各单板和主控单元在各种流量条件和加载流量监控功能后的CPU性能数据的采集。

1.2.2 流量监控数据监控创建与配置功能

a）支持对流量数据的长期采集和临时采集，用户可设定流量数据采集和分析上报的周期（月、周、日）。

b）支持按指定监视源、指定起止时间间隔、指定性能参数的组合来指定需显示的性能信息的范围。

c）支持对历史的、当前的流量数据进行查询，查询条件可为监视源名称、采集的周期和流量信息采集起止时间的“与”“或”的组合。

d）支持对影响网元峰值流量处理能力的关键网元配置（如缓存）的修改。 1.2.3 流量监控数据分析处理功能

a）支持对一个边缘层环路各边缘节点业务接口、链路接口和该边缘环所在汇聚节点下行链路接口流量数据的同步监测和统计分析功能。

b）支持对一个本地网所有边缘接入节点的业务接口、链路接口流量数据的同步监测和统计分析功能。

c）支持对一个本地网IPRAN所承载的业务按照业务类型、业务流量进行分类的统计分析功能。

d）支持网元端口流量或CPU性能超过门限数据的时间点、流量值等性能数据的统计分析功能。

1.2.4 流量监控数据分析呈现功能

a）支持按用户的要求以文本、表格或图形（如直方图、趋势图）等方式直观地显示在界面上。

b）支持单个端口流量历史数据的平均值、最大值、最小值和上下门限值的图表比对呈现。

c）支持边缘层各节点业务侧端口流量数据与该边缘层所接入的汇聚层节点下行链路端口流量数据的同步比对呈现。

d）支持边缘层节点峰值流量与边缘环路峰值流量比对计算和呈现功能。 e）支持按业务类型筛选一个边缘层环路、一个汇聚环路直至一个本地网IPRAN所承载业务的流量综合统计分析和呈现功能。

f）支持同步统计分析一个本地网所有边缘层环路业务侧端口的流量数据，并按平均值、最小值、最大值等参数比对呈现。

g）支持流量数据超越门限值的网元名称、数量、流量值等性能数据的统计和呈现功能。

2.1 IPRAN秒级流量实验局环境搭建

秒级流量监控在现网中测试的安排见图1。通过对IPRAN边缘层UNI、NNI和汇聚层上下行的NNI流量的数据采集和监控，分析出无线站点流量特性、传输IPRAN单站与环路流量收敛关系，以及汇聚节点对汇聚区内所有边缘接入点的流量收敛关系。

2.1.1 Z市秒级流量网管实验局部署 Z市秒级流量网管实验局拓扑见图2。

2014年4—8月，在Z市选取了从CSG、ASG到RSG的各UNI和NNI，均部署

了秒级流量数据采集，并对IPRAN设备和网管进行升级，完成秒级流量监控数据的采集、分析、呈现和存储等功能。 2.1.2 G市秒级流量网管实验局部署 G市秒级流量网管实验局拓扑见图3。

2014年10月至2015年1月，在G市分别选取了3G和LTE网络中流量占据全网前5名的典型站点，尝试分析3G/4G站点流量特性差异及在各种条件下的时延、抖动和丢包等关键性能指标的变化。 2.2 IPRAN秒级流量监控数据的价值挖掘

对监控的数据进行建模，通过大数据分析，挖掘数据背后的价值点。为更合理的网络规划、更主动的运行维护、更精细的体验优化提供了极有价值的基础数据。 2.2.1 基站用户行为的时间特性差异

在Z市的实测中，选取了覆盖酒店和覆盖办公区2类典型的无线站点，借此发掘不同用户场景的典型流量时间特征（见图4和图5）。

结果发现，凯茵酒店的忙时区段在22：00—24：00，下行峰值在10 Mbit/s左右；三溪村委办公区忙时出现在08：00—12：00、15：00—18：00以及20：00—21：00，下行峰值在10 Mbit/s左右，用户流量行为时间特征差异非常明显。 这一现象表明，可借用IPRAN秒级网管主动监控各类场景基站用户流量行为时间特性，以环路错峰填谷的思路来规划和优化网络环路。 2.2.2 接入环环路流量收敛比分析

在Z市的实测中，选取凯茵汇聚东区接入环做5 min、1 h、全天3个时段的环路流量收敛比测试分析。

某时段接入环收敛比=环上所有接入站点最大峰值流量之和/接入环上行汇聚站点NNI最大峰值流量。

由表1、表2和表3中可见，越小的时间窗口将越逼近现网真实收敛比，因此5

min粒度最精确，下行收敛比在2～3附近，上班高峰时刻流量收敛比甚至小于2；也初步验证了中国联通集团IPRAN建设指导意见中接入环收敛比不小于2∶1的要求。

在后续的网络规划和优化中，可根据IPRAN秒级监控的环路流量收敛比特性，差异化地设置网络建设规划模型，按照不同的收敛比考虑网络扩容的门限值。 2.2.3 IPR AN网元缓存对提升用户感知的影响

TCP吞吐量决定了用户体验，而TCP吞吐量受带宽、时延、丢包等一系列因素的影响，IPRAN除了要具备足够的带宽保障外，在架构上还要尽可能地降低时延和丢包率，同时，CSG作为IPRAN的接入节点，当环上带宽大于接入节点的带宽时，CSG节点会成为流量瓶颈点，现网常见的场景是端口为GE的CSG设备接入10G接入环，当流量的瞬间峰值（如毫秒级突发）超过端口带宽时，这时如果CSG的缓存不够大，将会导致丢包，从而使实际TCP吞吐量达不到需求量，通过采取大缓存的CSG，可以减少丢包，虽然时延会略有增加，但经过理论计算，可提高实际的TCP吞吐量，从而提高用户体验。

在现网中，通过在CSG的下行端口限速300 Mbit/s的方式，实际测试了当接入带宽小于环带宽的场景下，不同CSG下行端口缓存对下载速率（即用户体验）的影响（见图6）。在LTE-FDD场景下进行了实测，无线的峰值带宽是150 Mbit/s，测试用的数据卡可支持的最大速率是100 Mbit/s，经过实测，在单小区单用户下载的情况下，缓存为35包时，下载速率仅能达到67 Mbit/s，而缓存提高到50包，下载速率可达到最大值100 Mbit/s。

在双小区2个用户同时下载的情况下，缓存为35包时，2个用户的总下载速率仅为98 Mbit/s，远小于200 Mbit/s的数据卡总限速；缓存为50包时，总下载速率达到130 Mbit/s；缓存为500包时，总下载速率达到数据卡支持的最大值，即200 Mbit/s。

用户感知数据获取方面主要采用秒级峰值流量统计技术，相比传统的5 min和15 min均值流量，秒级峰值流量可以准确地反映网络中的流量峰值变化，通过一段周期内的统计观测，可以获取网络的流量模型。从实测的情况来看，秒级峰值流量的波动比均值流量更为剧烈，且相同周期内观测到的最大峰值比均值统计的最大值高数倍甚至十几倍；并发现随着4G业务的增长，流量峰值的波动更加明显，峰均比更大。结合无线数据，通过峰值流量统计，可以找到流量的变化规律，并与管道内的业务特征、用户特征相匹配，从而对流量进行精细化的分析。

有了上述的数据采集技术，IPRAN具备了与无线、核心网的数据进行关联分析的基础，从而可以实现端到端的全流程数据的拉通，也是以用户体验为中心进行跨专业网络规划、维护、优化的基础。

网络带宽规划与优化主要着眼于“简单扩容”门限精细化设定和站点“错峰优化”组网2个方面。

3.1 IPRAN设备关键性能指标优化

在G市实验局中，通过站点流量的压力测试和不同等级缓存的设置，在IPRAN秒级网管监控下，验证了IPRAN设备的一些关键指标，例如设备缓存的设置对用户流量感知的上限有着巨大的影响。

因此，在后续的网络规划建设中，需要重新考虑以前并未十分关注的设备指标，将其纳入组网和设备配型的关注点，除了缓存大小外，IPRAN网元的CPU等其他可能影响用户感知的硬软件配置，也将成为设备网络规划、招标、交付运维的关键指标。

3.2 “简单扩容”门限精细化规划

沿袭MSTP时代的优化思路，IPRAN的阈值设定也将根据无线站点所在的综合业务区价值等级进行设置。通过这一网管平台的动态流量监控，按照不同综合接入区的价值等级设置的扩容阈值对IPRAN进行初步优化调整（见表4）。

3.3 “错峰优化”资源组织规划

a）优化模式一。优化IPRAN环路时，以峰值流量时间段错开的站点组织同一IPRAN环路为辅助原则，达到错峰效果（见图7）。

b）优化模式二。将错峰效应的站点分类向2个及2个以上综合业务接入点的IPRAN分流，达到区域内流量错峰效果（见图8）。

随着移动互联网和4G时代的到来，电信市场正处于关键变化时期，竞争的焦点集中在业务和体验上，运营商传统的面向管道能力的建设、维护和优化方式已经无法满足新形势的要求，必须进行转型，面向用户的业务识别和体验感知是下一代网络的转型方向。

以IPRAN流量秒级监控和用户感知大数据分析为基础，承载网络的规划建设将改变过去粗放的规划、扩容模式。通过精准的峰值流量监控，在保证移动互联网良好的用户感知体验的同时，做到承载网络投资建设效益最大化。

通过IPRAN流量监控体系创新性应用，提出了“流量快照”技术，可有效识别瞬间峰值，实时抓拍网络流量快照，实现秒级检测，成功解决了网络精准规划难题，同时也解决了IPRAN网络流量规划和传输接口带宽与3G/4G基站极限能力、用户感知的关系，实现了在规划运营阶段合理分配网络资源，避免流量潮汐叠加造成的资源浪费，提升了投资效益。

陈烈强，毕业于重庆邮电学院，主要从事传输网络规划咨询设计工作；曾凡军，毕业于南京邮电学院，主要从事传输网络规划咨询设计工作；骆益民，毕业于华南理工大学，主要从事传输网络规划建设工作；方遒铿，毕业于中山大学，主要从事传输网络运行维护工作。 【相关文献】

［1］Generation of traffic flow types for testing QoS parameters on the mod⁃el network：ITU-T Q.3925-2012［S］. ITU，2012.

［2］米淑云. IP网络流量监控系统的设计与实现［D］.北京：北京邮电大学，2009. ［3］黄松乔. IPRAN部署方案研究［J］.电信工程技术与标准化，2013 （6）. ［4］荀娟迎，马力.网络流量分析方法综述［J］.西安邮电大学学报，2010，15（4）. ［5］代谢寅，张小军.面向LTE的分组传送网解决方案［J］.电信传输，2013（3）. ［6］蒋志良. IPRAN网络部署分析及其工程应用［J］.广东通信技术，2014（8）. ［7］陆培隽.基于IPRAN技术的综合业务接入网建设探讨［J］.广西通信技术，2012（2）. ［8］王志安. IP网络流量控制技术的应用及发展［J］.无线互联网科技，2013（7）.