CDMA移动互联网流量计费准确性测试初探
2013-02-28胡建平张爱华
胡建平，胡 晶，张爱华，王 鹏
（1.中国电信股份有限公司广东分公司 广州510081；2.中国电信股份有限公司广东研究院 广州510630）
1 引言
随着3G用户数的大规模发展和智能终端的大量普及，移动互联网手机上网流量呈爆发式增长，上网流量收入的占比激增，流量计费争议问题凸显。为配合移动互联网流量经营的战略，从提高用户感知的角度出发，根据中国电信CDMA移动互联网的组网架构，通过理论分析结合实验室测试，阐述了CDMA移动互联网流量计费的基本原理及主流安卓手机流量统计软件与AAA计费话单之间的差异。
2 计费准确性测试及分析
2.1 实验室组网
根据现网的组网结构，为完成计费准确性的研究及测试，搭建实验室的测试组网拓扑，如图1所示。无线设备为华为BSC/PCF，华为8505交换机为RP侧网络的汇聚交换机，采用思科的PDSN，经核心交换机Cisco7613与FTP/WAP服务器相连。○+字母，表示此处为数据采集点。PDSN到Internet的连接采用4 Mbit/s ADSL拨号网络，通过双网卡主机代理出公网。
2.2 测试思路
根据分组域数据访问协议模型可知，分组数据从Internet经PI、RP到达终端的过程中，分组数据的封装是不同的。对于经过的分组数据报文，PDSN是如何计费的，不同应用场景下的开销情况如何？下面通过不同的场景进行测试验证。
此次测试用到的抓取分组和统计分析工具有Wireshark+Winpcap3.1、OmniPeak。
·Wireshark+Winpcap3.1：可以抓取PPP的数据分组。
·OmniPeak：可以抓取物理接口的数据分组并对其进行统计分析，重点在于数据分组的统计分析。
图1 实验室组网拓扑
·FileZilla FTP服务器和客户端软件：用于实现客户端和服务器之间的FTP下载服务。
2.3 测试场景1：正常网络环境下PC+上网卡FTP测试
测试场景如下：AT2经PDSN，从FTP服务器进行点对点的文件下载。数据采集点为A、E和F。
·数据采集点A：对PPP拨号连接抓取数据分组，对IP层及以上的数据进行统计分析。
·数据采集点E：对FTP服务器的物理网卡抓取数据分组，对IP层及以上的数据进行统计分析。
·数据采集点F：对AAA服务器产生的话单，统计话单中的上下行流量。
2.3.1 测试过程描述
AT2通过PPP拨号，从PDSN分配的地址为172.21.32.X，FTP服务器地址为172.21.2.11。AT2到FTP服务器路由可达。AT2用FTP客户端（filezila client）登录FTP服务器。
AT2用FTP客户端从服务器端下载不同大小的文件，下载文件的大小分为15 KB、200 KB、2 MB、10 MB、50 MB、100 MB。在客户端和服务器端用Wireshark抓取数据分组，并用OmniPeak对所抓分组进行统计，然后和PDSN上的话单文件进行比对、分析。
2.3.2 测试结果
以客户端登录服务器的统计结果为例，说明整个测试过程的流程和统计方法，其他大小下载文件（如15 KB、200 KB、2 MB、10 MB、50 MB、100 MB）的测试过程和统计方法与此相同。
·用PC在采集点A和E抓取数据分组；
·用OmniPeak对A、E点抓取的分组文件进行数据分组解析，对IP报头及以上数据进行统计分析。
根据上述方法，其他FTP下载文件的详细测试结果见表1。
表1 FTP测试结果
阴影部分表示：A点，用户发出的IP分组的字节总数；F点，PDSN统计的用户上行流量。从表1看，A点和F点的流量统计结果完全相同。
斜线部分表示：E点，IP侧发出的IP分组的字节总数；F点，PDSN统计的PDSN发给用户的IP分组的总字节数，等同于PDSN从IP网络收到的总字节数。从表1来看，E点和F点的流量统计结果完全相同。
2.4 测试场景2：ICMP测试
参照ICMP报文结构，IP报文最大长度1 500 byte，除去IP报头20 byte和ICMP报头8 byte，ICMP可携带静荷为1 500－20－8=1 472 byte。设计测试场景如下：经过PDSN，AT2对FTP服务器进行带ping分组测试。测试命令为：ping 172.21.2.11-l 1472-n x，x为AT2发送分组数，一次ping测试包括ping request和ping reply上行和下行分组各一个，通过控制x的大小完成对不同大小的数据分组传输的测试，x选取5、20、100、200、500、1 000、2 000、4 000。
数据采集点为A、E和F。
·数据采集点A：对PPP拨号连接抓取数据分组，对IP层及以上的数据进行统计分析。
·数据采集点E：对FTP服务器的物理网卡抓取数据分组，对IP层及以上的数据进行统计分析。
·数据采集点F：对AAA服务器产生的话单，统计话单中的上下行流量。
2.4.1 测试过程描述
AT2通过PPP拨号，从PDSN分配的地址为172.21.32.X，FTP服务器地址为172.21.2.11。AT2到FTP服务器路由可达。AT2用ping 172.21.2.11-l 1472-n x对FTP服务器进行ping操作。
每次ping操作发出的分组大小是1 500 byte，request和reply分组各一个，只需要在A和E点统计发出和收到的ping分组个数即可统计A点和E点的字节大小。
2.4.2 测试结果
以ping 1 000个数据分组的统计结果为例。数据采集点A的数据分组统计结果见表2。
表2 数据采集点A的数据分组统计结果
数据采集点E的数据分组统计结果见表3。
数据采集点F的话单数据分组统计结果为1500000byte。
其他ping测试详细结果见表4。
表3 数据采集点E的数据分组统计结果
根据表4的测试记录，PDSN计费话单显示的上下行流量大小和终端、服务器发出/接收的IP分组的大小完全相同。
2.5 测试结果
根据第2.3.2和2.4.2节的测试结果，结合下面的分组数据访问协议模型（如图2所示），总结如下：PDSN的流量计费完全符合根据规范3GPP2 X.S0011-005-E的定义，从数据封装的角度，PDSN计费部分为IP分组的字节总数（含IP分组头）。下行流量为：PDSN发给用户的IP数据分组的总字节数，等同于PDSN从IP网络收到的总字节数；上行流量为：用户发出的IP数据分组的总字节数，用户流量=下行流量+上行流量。
表4 ICMP测试结果
图2 数据访问协议模型
3 安卓手机流量统计软件与AAA计费话单差异
当前安卓手机上有很多统计流量的软件，如QQ安全管家、360安全卫士或Andriod 4.0自带流量统计软件等，这些软件和AAA计费话单相比，统计是否准确，哪个软件的统计更为准确，将在本节分析说明。选取测试场景如下。
·选取Andriod 2.2.2的华为手机8500，安装主流的流量统计软件，用手机分别进行上网、下载和观看视频等操作后，手机分别统计相应的流量后（每种操作3次取平均值）和AAA服务器产生的原始话单（对应3次取平均值）进行比对分析。
·选取Andriod 4.0.3的华为手机8812，利用自带的流量统计功能，用手机分别进行上网、下载和观看视频等操作后，手机分别统计相应的流量后（每种操作3次取平均值）和AAA服务器产生的原始话单（对应3次取平均值）进行比对分析。
·选取的流量统计软件为：Android 4.0.3（系统自带）、DU Meter 1.2.5、360安全卫士V3.1.0.1054、瓦力流量仪2.3.7、QQ手机管家3.7、安全管家3.0.3、LBE安全大师4.0.1947共7种。
依上面的测试场景描述，测试结果见表5。
表5 测试结果
根据测试结果，分析如下。
·测试的7种手机统计软件，统计的流量均大于AAA服务器的话单统计流量。
·Andriod 4.0本身自带的流量统计软件最为准确，除去计算的误差，基本和AAA服务器的话单统计流量相同。计算的误差包括：AAA服务器的话单以byte为单位，而手机流量统计软件以Mbyte为单位，存在换算上的误差；流量统计软件显示上的误差，经过测试发现，流量使用超过100 Mbyte以后，手机统计只精确到个位。
·其他6种软件的流量统计差别不大，误差在0.374%～0.571%，由不同软件本身流量统计方法的不同导致。
·流量统计和用户行为密切相关，测试发现，小流量的多次上网行为导致的流量统计误差大于一次上网大流量的流量统计。从测试结果可以看出，上网的流量统计误差大于观看视频及下载的流量统计误差。
·Andriod 4.0自带的统计软件和AAA服务器的话单统计基本相同，反映出两个问题：第一，手机的统计原理和PDSN的计费原理是相同的，即流量计费原理是按IP分组的字节总数（含IP分组头）计费，用户流量=下行流量+上行流量；第二，从另外一个侧面证明，PDSN的计费是符合规范要求的，且PDSN的计费准确性没有问题。
4 结束语
随着手机上网流量的爆发式增长，研究现有CDMA移动互联网流量计费的原理和准确性迫在眉睫。虽然计费的规范已经在3GPP2 X.S0011-005-E中进行了描述，本文则从实际测试出发对流量计费原理进行了阐述，使之一目了然；同时对手机软件的计费准确性也进行全面的测试以及和AAA话单的比对分析，对于用户认为手机终端流量计费和电信话单不一致的情况有参考和借鉴的价值。
1 Forouzan Behrouz A．TCP/IP协议族（第3版）．北京:清华大学出版社,2007
2 3GPP2 X.S0011-005-E.cdma2000 Wireless IP Network Standard,Accounting Services and 3GPP2 RADIUS VSAs,2009
