程 方，李志寬

(重慶郵電大學(xué)通信與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yùn)維難度急劇加大，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)勢(shì)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(wú)線接入網(wǎng)的質(zhì)量，有必要在組網(wǎng)、建網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段對(duì)3G無(wú)線接入網(wǎng)的重要接口Iub接口進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試、評(píng)估和分析，對(duì)其監(jiān)測(cè)具有重要意義［1－2］。

目前，在TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)Iub接口的監(jiān)測(cè)一直處于相對(duì)滯后地位，這是因?yàn)門D－SCDMA網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)和傳輸協(xié)議相對(duì)復(fù)雜，傳輸速率高。因此要做到實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)捕獲，對(duì)其數(shù)據(jù)采集技術(shù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)都是一個(gè)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(jì)復(fù)用、QoS保證等優(yōu)勢(shì)。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(guò)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(guò)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(wú)線接入網(wǎng)中最重要的網(wǎng)絡(luò)接口，是信令監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，但是實(shí)現(xiàn)Iub口的信令監(jiān)測(cè)一直是個(gè)難題。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，對(duì)TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可在Node B側(cè)或RNC側(cè)，前者支持電接口IMA方式，監(jiān)測(cè)E1信號(hào);后者支持信道化IMA方式，監(jiān)測(cè)信道化STM－n光信號(hào)。前者存在的最大問(wèn)題是只能監(jiān)測(cè)單個(gè)Node B，由于Node B數(shù)量大、分布廣，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的難度加大，無(wú)法全面衡量網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量;后者實(shí)現(xiàn)RNC的包圍測(cè)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(jì)

為滿足網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的功能需求，對(duì)Iub接口的監(jiān)測(cè)采用分布式、層次結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)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(cè)試需求，支持功能的擴(kuò)展。TD－SCDMA網(wǎng)絡(luò)Iub接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架如圖2所示。數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)物理鏈路的數(shù)據(jù)流采集:Linux驅(qū)動(dòng)程序?qū)?shí)現(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(dòng)處理數(shù)據(jù)利用Linux下socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)RJ－45接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù):綜合運(yùn)用嵌入式Web平臺(tái)、HTML網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、PHP及其擴(kuò)展庫(kù)的開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)嵌入式上層應(yīng)用程序Web監(jiān)測(cè)技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括告警分析、數(shù)據(jù)包統(tǒng)計(jì)等。

圖2 Iub接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架

3 Web監(jiān)測(cè)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(jì)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(yùn)行一個(gè)支持腳本或CGI功能的Web服務(wù)器，進(jìn)行動(dòng)態(tài)頁(yè)面的開(kāi)發(fā);Web客戶端通過(guò)Web瀏覽器可對(duì)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U(xiǎn)RL，通過(guò)HTTP協(xié)議的三次握手交互機(jī)制與Web服務(wù)器來(lái)建立連接;一旦連接建立，Web服務(wù)器響應(yīng)Web瀏覽器的請(qǐng)求，Web服務(wù)器在響應(yīng)Web瀏覽器期間，需進(jìn)行后臺(tái)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(kù)操作以及對(duì)靜、動(dòng)態(tài)文件的操作。

圖3 Web服務(wù)器框架及工作機(jī)制

3.1 Web 工作機(jī)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(qǐng)求連接，并通過(guò)GET和POST方式將請(qǐng)求參數(shù)傳遞給Web服務(wù)器。

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

3)CGI程序執(zhí)行調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)或者調(diào)用PHP擴(kuò)展庫(kù)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(qǐng)求，執(zhí)行響應(yīng)的CGI程序，并將運(yùn)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(guò)HTTP協(xié)議進(jìn)行解析，回顯在頁(yè)面。

3.2 嵌入式Web平臺(tái)搭建

結(jié)合硬件的特征，Web監(jiān)測(cè)技術(shù)建立嵌入式Web站點(diǎn)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(diǎn)的建立過(guò)程類似于開(kāi)發(fā)主機(jī)Web站點(diǎn)的建立，唯一的不同是:主機(jī)與嵌入式下的編譯環(huán)境不同，主機(jī)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(diǎn)的建立借助開(kāi)發(fā)主機(jī)Web站點(diǎn)代碼執(zhí)行交叉編譯。其基本的建立過(guò)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(dòng)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(xiàng)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(kāi)放端口，默認(rèn)為80

受宏觀經(jīng)濟(jì)穩(wěn)中向好、能源生產(chǎn)和消費(fèi)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(dòng)，我國(guó)天然氣市場(chǎng)呈現(xiàn)供銷兩旺態(tài)勢(shì)。2017年，我國(guó)對(duì)世界天然氣消費(fèi)量的貢獻(xiàn)達(dá)30%以上，成為推動(dòng)世界天然氣發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。然而，我國(guó)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)低于消費(fèi)量增長(zhǎng)速度，加之天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)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(xiàng)如下:

register_globals=Off修改為

register_globals=On

4)聯(lián)機(jī)調(diào)試

完成STM－1 IMA數(shù)據(jù)采集嵌入式Web站點(diǎn)的建立，開(kāi)啟Apache服務(wù)器進(jìn)程聯(lián)機(jī)調(diào)試，設(shè)定局域網(wǎng)IP:192.168.3.248，訪問(wèn)端口號(hào):8080。Web瀏覽器 URL 欄輸入訪問(wèn)地址 http://192.168.3.248:8080/index.php，訪問(wèn)PHP解析器，在index.php中利用PHP腳本語(yǔ)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(kù)設(shè)計(jì)

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(yǔ)言，其廣泛運(yùn)用于動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)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(shí)現(xiàn)具體語(yǔ)言的功能;接口部分負(fù)責(zé)與Web服務(wù)器間的會(huì)話功能。

內(nèi)嵌HTML中的PHP語(yǔ)言詮釋了解析部分、功能部分的內(nèi)容，其主要是實(shí)現(xiàn)Web頁(yè)面功能的后臺(tái)設(shè)計(jì)。接口部分體現(xiàn)在PHP擴(kuò)展庫(kù)及接口函數(shù)，結(jié)構(gòu)化的API設(shè)計(jì)思想有利于PHP擴(kuò)展庫(kù)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(kuò)展機(jī)制，可以通過(guò)擴(kuò)展機(jī)制使PHP可以和現(xiàn)有的編程語(yǔ)言兼容。該文所設(shè)計(jì)的PHP庫(kù)是類C/C++的API庫(kù)函數(shù)，其設(shè)計(jì)思路為［5］:

1)自動(dòng)構(gòu)建擴(kuò)展庫(kù)

自動(dòng)構(gòu)建擴(kuò)展庫(kù)，模塊源碼、擴(kuò)展庫(kù)配置文件config.m4存放在源碼/ext子目錄下。自動(dòng)構(gòu)建PHP擴(kuò)展庫(kù)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(kuò)展庫(kù)設(shè)計(jì)的相關(guān)文件。配置文件config.m4負(fù)責(zé)解析configure命令行選項(xiàng)，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(kuò)展庫(kù)

編輯擴(kuò)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(kuò)展庫(kù)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(kuò)展庫(kù)

編譯擴(kuò)展庫(kù)，采用交叉編譯環(huán)境下的make動(dòng)態(tài)加載方式，生成PHP擴(kuò)展庫(kù)*.so文件，實(shí)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(cè)試擴(kuò)展庫(kù)函數(shù)

將PHP擴(kuò)展庫(kù)加載到數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的硬件上，Web界面程序調(diào)用后臺(tái)CGI程序，后臺(tái)CGI程序利用dl()調(diào)用PHP擴(kuò)展庫(kù)phpstmima.so中API，PHP擴(kuò)展庫(kù)中API封裝調(diào)用Linux庫(kù)stm_ima_lib.so中的API函數(shù)并調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)中API，從而通過(guò)逐級(jí)調(diào)用實(shí)現(xiàn)PHP功能函數(shù)。

4 應(yīng)用實(shí)例

為了保證數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，在應(yīng)用于實(shí)際TD－SCDMA通信網(wǎng)測(cè)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(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。發(fā)送平臺(tái)和Web監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)果對(duì)比如圖5所示。

圖5 發(fā)送平臺(tái)和Web監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)果對(duì)比(截圖)

由圖5可知，發(fā)送平臺(tái)發(fā)送通道0和2，共發(fā)送信元27933個(gè)，而Web端點(diǎn)擊“停止采集”時(shí)，時(shí)間段內(nèi)的接收信元為27933個(gè)，接收空閑信元32771607個(gè)。時(shí)刻點(diǎn)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(yǔ)

該文主要是數(shù)據(jù)采集上層應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，著重介紹了Linux嵌入式平臺(tái)的搭建、PHP庫(kù)函數(shù)接口的設(shè)計(jì)。實(shí)測(cè)效果表明，Web監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集狀態(tài)。

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

［2］許銳，梅瓊.3G無(wú)線接入網(wǎng)接口演進(jìn)與設(shè)計(jì)［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(cè)試儀STM－1 IMA數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.光通信研究，2011(9):62－65.