集约化宽带服务智能运维体系构建方法

2017-05-03蔡超袁林张锡娜

电信科学 2017年1期

关键词：账号探针宽带

蔡超，袁林，张锡娜

（1.中讯邮电咨询设计院有限公司，河南郑州450007；2.中国联合网络通信有限公司重庆市分公司，重庆400042）

运营技术广角

集约化宽带服务智能运维体系构建方法

蔡超1，袁林2，张锡娜2

（1.中讯邮电咨询设计院有限公司，河南郑州450007；2.中国联合网络通信有限公司重庆市分公司，重庆400042）

随着宽带提速战略的推行和IPTV/OTT等视频类流媒体业务的迅速发展，用户对运营商网络服务体验的要求不断提升，现有分层、分段、缺乏关联的运维体系和方法已不能满足新形势下的网络运维工作需求。以流媒体业务为聚焦点，提出一套在宽带IP网内基于“端到端网络质量监控”和“故障自诊断功能”构建集约化宽带服务智能运维体系的方法，以期对运营商网络运维工作的效率及智能化水平的提升有所助益。

宽带网络；质量监控；故障自诊断；智能运维

1 引言

从电信运营商角度着眼，随着国家“宽带提速”战略的实施和网内视频流媒体应用流量的快速增长，接入速率的提高和业务体验的提升是未来宽带业务发展的必然趋势。随着“光进铜退，光纤接入”的规模部署和CDN等关键技术的规模应用，宽带用户的互联网使用行为随之发生改变——视频类流媒体业务兴起，并迅速成为固定互联网及移动互联网流量最主要的增长点。技术和应用的发展改变着用户的网络期望：由于用户对视频类流媒体业务的质量非常敏感，运营商宽带用户已不再仅仅关注通断性故障，转而更加专注网络质量和业务体验，这也给目前的网络、建设工作带来严峻挑战和沉重压力。本文以流媒体业务为聚焦点，提出一套在宽带IP网内基于“端到端网络质量监控”和“故障自诊断功能”构建集约化宽带服务智能运维体系的方法，以期对运营商网络运维工作的效率及智能化水平的提升有所助益。

图1 业务的端到端网络体系

2 研究背景和目标

2.1 现状及问题

流量经营时代，建立以用户感知为中心的网络运维服务体系，从传统的关注转发指标的网络维护跨越到新型的面向用户感知的网络维护，已经成为电信运营商的共同诉求。但现网网络分层建设、分段管理、端到端割裂的运维、建设管理模式无法满足网络运维工作的新需求，给运维转型带来困扰：无法对网络运营状况进行端到端的系统性监控和分析；故障定位过程复杂，无法快速获取用户业务及网络关键数据，排障难度高，排障效率低下；业务及网络质量劣化无法预警。

此外，现网各类业务支撑系统及运营支撑系统（各级网管系统、号线系统、计费认证系统、营账系统、用户服务系统等）虽然分类较细，细分功能强大，但各系统相对独立，无法做到资源共享、数据互通和系统联动，资源利用效率低下。

2.2 主客观条件

在当前形势下，运营商谋求构建以用户感知为中心的集约化宽带服务智能运维体系，实现运维工作跨越式转型，具备以下有利条件：

·随着互联网思维的冲击和专业间融合，运营商运维、建设各团队专业人员全网思路已形成，运维建设团队较以往更加关注网络整体、关注业务体验、关注用户维系；

·经过十余年的建设和发展，目前运营商网络信息化水平大幅度提升，纵向及横向管理支撑系统较为完善，数据采集类目齐全；

· 近年来，大数据分析技术从方法、工具到实践均已实现成熟，数据关联和数据挖掘更易产生质变。思想上的转变和资源、技术上的有利条件使运营商运维管理工作的跨越式转型成为可能。

2.3 研究目标

充分挖掘现有系统价值、整合各类支撑系统数据信息资源，辅以目前能实现的技术条件，实现对网络“端到端”的业务质量监控，并进而构建集约化的宽带服务智能运维体系，是本研究的目标。

对相关概念及范围做必要说明如下。

（1）业务

鉴于视频类业务发展迅猛，而其相较于传统业务，业务承载环节更多、链条更长、用户体验更敏感，因此着重以视频类流媒体业务作为关注对象。

（2）端到端网络

以视频类流媒体业务为例，端到端是指用户网络→宽带接入网→宽带城域网→流媒体业务平台全程网络。传统宽带业务应用类似。业务的端到端网络体系如图1所示。

（3）监控

监控即监测和控制。高效准确的全网常态化质量监测和故障定位是基础，而通过接口与网络及支撑系统的交互控制能力则使远程一键式排障成为可能。监测和控制是构建集约化的宽带服务智能运维体系的必要手段。

3 方法实现的逻辑原理

3.1 总体思路

对网络及业务质量的“端到端”监控是构建集约化宽带服务智能运维体系的前提，其实现基础则是对业务网络及业务支撑系统的各环节进行关键数据采集。

通过与现网系统打通接口，能够采集到涵盖以下3个层面的数据信息：网络（用户网络、接入网络、IP城域网络）；业务（宽带上网、IPTV/OTT视频业务等）；用户（签约套餐、用户状态等）。

通过对采集数据的分类管理、逻辑分析、应用呈现，即可实现针对具体业务的端到端网络质量监测；并进而能够根据分析结果与周边支撑体系进行互动，实现对网络和业务的集约化服务、支撑、管控。各环节中，数据采集是前提、数据管理是基础、对数据的集中分析和逻辑判断是灵魂，数据应用是目的。集约化宽带服务智能运维体系实现架构如图2所示。

所需基础数据来源如下。

·运营商网络侧网管系统：宽带接入网网管、IP数据网综合网管、IPTV/OTT平台侧专业网管。

·用户网络侧探针系统：机顶盒探针、PC客户端探针。

· 资源管理系统：接入网号线系统。

此外，为最终形成集约化的宽带服务智能运维体系，实现客服侧故障预先处理、工单自动派发、故障快速定位、提升排障效率等目标，还需与以下系统打通接口，形成跨系统交互。

·业务支持系统：包括宽带认证鉴权系统（AAA）、计费营账系统、宽带测速系统。

·客服支撑系统：包括客服系统、电子运维系统、工单系统。

对数据信息基于应用目的进行逻辑处理是本文研究的核心问题。从形成集约化的“宽带服务智能运维体系”目标出发，并结合现网运维需求进行分析，体系至少应具备以下两方面的能力：

· 端到端的常态化网络质量监测能力；

· 基于端到端网络监测体系的故障诊断能力。

3.2 端到端的常态化网络质量监测的实现

端到端的常态化网络质量监控，具体来说即实现“网络劣化预警”能力，其应具备如下特点：精准定位、事先预警；聚焦网络、聚焦业务。常态化网络质量监测由被动监测和主动监测两类手段协同完成。

3.2.1 被动信息采集监测

被动监测是常态化网络质量监测体系的基础，是对网络质量变化情况的初步感知。通过对现网网管支撑系统的数据采集，可实现对网络质量的静态监测：通过现网测速系统数据，结合号线系统信息，对近期测速不达标区域进行定位和预警，并可通过GIS进行呈现；通过现网网管系统，从网络层面对中继负荷较高区域进行预警。常态化网络质量监测实现原理（被动监测）如图3所示。

图3 常态化网络质量监测实现原理（被动监测）

3.2.2 前向主动信息采集监测

主动监测手段是对被动监测结果的验证和补充。主动监测在不同场景下有不同的实现手段。

（1）场景一：未部署用户侧探针

图2 集约化宽带服务智能运维体系实现架构

主动监测以经过被动监测初步确认的网络质量劣化预警区域为监测目标。对于未部署用户侧探针的用户，通过主动ping操作获取网络各段时延、抖动等信息并进行分析对比；对于无法ping通终端的用户（原因可能是不在线），对同区域用户进行随机扫描：如在宽带业务并发比50%左右的情况下，若随机扫描的区域内10个用户均不在线，则可确认为大面积故障并触发预警。如图4所示，场景一可实现对运营商侧网络的端到端监测。

图4 场景一实现运营商侧网络的端到端监测

（2）场景二：用户侧部署PC端软探针

若用户侧部署有探针系统，则可通过主动拨测、循环上报等方式获取信息。

主动拨测：由远端后台指定策略，由客户端发起测试任务并将采集数据上报后台。具体原理如图5所示。

图5 用户侧PC探针主动拨测原理

主动循环上报：探针按照规定频率或时间节点，自动发起网络指标测试任务，并将系统上报远端后台，具体原理如图6所示。

图6 PC探针主动循环上报原理

如图7所示，场景二可实现从用户网络到运营商网络的端到端监测。

图7 场景二实现家庭到运营商网络的端到端监测

场景二针对传统宽带业务，检测采集的网络指标主要有：以太网吞吐率、以太网分组个数、IP分组吞吐率、IP分组个数、平均IP分组大小、分组丢失率、抖动、时延。

（3）场景三：用户侧部署IPTV/OTT TV机顶盒软探针

场景三与场景二类似，可通过主动拨测、循环上报等方式获取信息。

主动拨测：由远端后台指定策略，由客户端发起测试任务，并将采集数据上报后台。用户侧TV探针主动拨测原理如图8所示。

图8 用户侧TV探针主动拨测原理

主动循环上报：探针按照规定频率或时间节点，自动发起网络指标测试任务，并将系统上报远端后台，具体原理如图9所示。

图9 TV探针主动循环上报原理

拨测服务器设置：为了实现TV类流媒体业务端到端的质量监测，可通过部署拨测服务器，对视频源和EPG服务器按照既定策略进行拨测，实时了解视频源质量和服务器质量，完善网络探针端到端的监测能力。主动拨测应用场景有以下方面：

· 对视频源进行拨测，监测各频道的节目质量状况，判断节目的可用性；

·对EPG服务器进行拨测，监测EPG服务器的性能；·对业务平台服务器进行拨测，监测用户认证、EPG

下发等功能；

·对CDN服务器进行拨测，监测服务器性能。

拨测服务器工作流程如下：后台根据拨测策略，向拨测服务器发送拨测指令，拨测服务器向目标服务器发起拨测，采集节目性能指标、服务器性能指标等数据，回送至网络探针平台进行分析和展示。针对流媒体业务的策略拨测原理如图10所示。

图10 针对流媒体业务的策略拨测原理

场景三可实现从用户到业务平台的端到端的网络质量监测，如图11所示。

图11 场景三实现对业务的端到端监测

场景三针对流媒体视频TV类业务，除了前述网络指标外，还需要采集与业务相关的网络参数，主要指标如下。

· 网络指标：以太网吞吐率、以太网分组个数、IP层吞吐率、IP分组个数、平均IP分组大小、分组丢失、抖动、时延。

·IPTV指标：频道切换时间、DF、MLR、MLT-15、RTP吞吐率、RTP分组个数、RTP字节数、RTP收到分组数、RTP分组丢失数、视频播放时延。

·OTT TV指标：卡屏时长、卡屏次数、点播时延HLS分片间隔偏离、HLS分片下载时间偏离、HLS乱序分片数、TCP重传率、TCP重复率、TCP建立时间、HTTP响应时延、HTTP错误码。

·EPG指标：EPG用户数、EPG访问数、成功EPG访问数、EPG请求成功率、EPG页面响应时延、EPG页面下载时延、域名解析时长、页面大小、返回码、页面URL、HTTP请求数、HTTP响应数。

3.3 基于端到端网络监测体系的故障诊断及处理

3．3．1 故障诊断流程

全程全网的故障诊断和定位原理概述如下：根据故障类型抽象多种细分的“原子”故障诊断功能，按照故障诊断场景进行配置组合，并经过逻辑判断流程予以最终确认。一个完整的故障诊断行为的实现，是基于多种诊断“原子”功能组合分析的结果，如图12所示。

图12 故障自诊断流程

基础“原子”功能以及解决具体问题的“‘原子’功能组合”可以根据具体需求进行逻辑流程定义。对一些关键的“原子”功能和典型的诊断实例进行描述。

3．3．2 诊断“原子”功能

（1）大面积故障诊断

诊断功能说明：根据网络实际情况设定参考门限判断网络各层面设备是否中断、时延是否正常、分组丢失率是否过高、抖动是否偏大，具体方法如下。

· 同步设备告警：设备上报告警信息。

·主动ping测：网管系统定时ping测告警。

·设备性能故障：根据 ping测的时延（如超过 40～60 ms）结合流量（大于或等于85%）判断设备是否出现性能故障。

· 诊断次数分析：系统记录诊断账号，并关联资源链路进行分析，如发现同一设备下的用户存在多次（需确定阈值）记录，则将该设备列为疑似故障设备。

（2）接入层设备诊断

诊断功能说明：提供宽带接入网设备（DSLAM、ONU、OLT）诊断测试功能，给出诊断结论以及故障原因。

通过用户账号（用户身份证号码）等基本信息条件，实现对DSLAM、ONU、OLT接入设备的诊断测试，测试主要内容为设备基本信息，如：设备名称、设备类型、设备型号、设备板卡、设备端口、小区名称、设备生产厂商、设备IP地址、上联端口名称、下联端口名称、设备性能、中继流量等。

（3）接入线路质量诊断

诊断功能说明：对宽带用户（ADSL、FTTB、FTTH接入方式）接入线路进行实时诊断测试，给出诊断结论以及故障原因。

通过用户账号（用户身份证号码）等基本信息，实现对ADSL、FTTB、FTTH宽带用户接入线路的诊断测试，测试主要内容如下。

·ADSL、FTTB宽带用户，测试主要内容为：电气线长、最新使用模板、最新下行MABR、下行平均MABR、下行最大MABR、下行最小MABR、最新上行MABR、上行平均MABR、上行最大MABR、上行最小MABR、最新下行噪声容限、平均下行噪声容限、最大下行噪声容限、最小下行噪声容限、最新上行噪声容限、平均上行噪声容限、最大上行噪声容限、最小上行噪声容限、最新下行同步速率、平均下行同步速率、最大下行同步速率、最小下行同步速率、最新上行同步速率、平均上行同步速率、最大上行同步速率、最小上行同步速率、是否与ADSL1同步、稳定性、不稳定原因、高能噪声、虚接、广播噪声、脉冲噪声、阻抗不平衡、高频高能噪声、下行MABR偏低、上行MABR偏低、同步状态、上行可达率、下行可达率、上行实际可达率、下行实际可达率、上行噪声容限、下行噪声容限、上行衰减、下行衰减等。

·对于FTTH接入方式的宽带用户，测试主要内容为：上行光衰、下行光衰、家庭网关（OUN）发送及接收光功率、OLT发送及接收光功率等。

（4）IP承载网设备诊断

诊断功能说明：提供IP城域网设备（接入汇聚交换机、环网交换机、BRAS、核心路由器）诊断测试功能，给出诊断结论以及故障原因。

通过用户账号（用户身份证号码）等基本信息条件，实现对接入汇聚交换机、环网交换机、BRAS、核心路由器设备的诊断测试，测试主要内容为：设备基本信息（例如：设备名称、设备类型、设备生产厂商、设备IP地址、上联端口名称、下联端口名称）、设备配置问题（例如：端口带宽）、设备状态（例如：设备CPU平均利用率、内存平均利用率、入口速率、入口利用率、入口分组丢失率、出口速率、出口利用率、出口分组丢失率）等。

（5）承载网质量诊断

诊断功能说明：提供对宽带承载网设备（接入汇聚交换机、环网交换机、BRAS、核心路由器）实时ping测试功能，给出诊断网络质量测试结论。

通过用户账号（用户身份证号码）等基本信息条件，实现对接入汇聚交换机、环网交换机、BRAS、核心路由器）设备的实时ping测试功能，测试显示结果主要为：分组时延、分组丢失率、时延、抖动等实时信息。

（6）AAA认证诊断

数据采集：以宽带账号为索引，系统登录“AAA认证计费系统”，判断AAA系统登录可用性，登录成功查询：账号是否存在、账号开户时间、账号套餐、账号服务带宽、端口绑定标志、账号绑定标识、账号服务可用性、账号在线状态、账号认证状态、账号最近一次登录时间、账号认证失败原因、账号黑名单状态、次数。查询账号对应设备号、内外层VLAN、IP地址、MAC地址判断账号对应的账号BAS设备、DSLAM设备/ONU（亦可从号线系统中获取）、用户IP地址、用户MAC地址。

判断逻辑：A账号是否存在；B账号是否可用；C账号是否绑定；D账号绑定关系是否一致；E最近是否正常；F账号是否在线；G认证失败原因；H账号是否进入黑名单。

（7）用户账户诊断

判断逻辑：通过调用营账、CRM等系统，获取用户账务状态、用户账户余额等信息并进行分析，判断是否因资费问题导致服务提供异常。

（8）带宽配置诊断

数据采集：以账号为索引查询“营账系统”中账号基本信息、开户带宽、账号状态（正常、欠停、拆机）；查询AAA系统/BRAS中的用户配置带宽、结合提速系统信息进行匹配分析。

判断逻辑：A是否欠费停机；B是否与AAA系统中账号信息一致；C账号状态是否一致；D配置带宽是否一致。

（9）绑定关系诊断

判断逻辑：通过调用AAA系统认证日志（包括认证时间、认证失败原因、账号绑定信息）、号线系统（接入设备IP地址、接入设备端口号）、网管系统（BAS的IP地址、BAS的端口）等信息），判断是否因绑定关系错误导致服务提供异常。

（10）终端状态诊断

判断逻辑：在用户侧探针中获取信息，如客户端系统是否正常、负荷是否正常、网卡工作是否正常等。

3.3.3 故障诊断实例

基于诊断“原子”功能，列举部分常见故障的诊断流程逻辑实例。

（1）用户信息综合查询

通过用户账号（用户身份证号码）等基本信息，汇总以下用户关联信息：

·用户基本信息：用户姓名、用户住址、用户联系方式；

·用户业务信息：用户入网时间、用户购买产品名称、产品协议到期时间、协议带宽；

·用户账务信息：用户账户余额、是否欠费、付费类型；

·用户状态（AAA）：用户账号状态、用户绑定信息、用户是否在线、AAA配置带宽；

·提速状态：用户提速信息，提速状态；

· 用户在线状态：用户是否在线；

·用户认证信息：用户最后一次认证时间、认证结果、最后一次认证失败原因（跟用户在线状态、端口绑定状态、AAA用户状态关联）。

（2）拨号超时（错误678、651）故障定位诊断

拨号超时故障自诊断流程如图13所示，共涉及3个诊断“原子”功能。

图13 拨号超时故障自诊断流程

（3）用户密码认证错误定位诊断

用户认证故障自诊断流程如图14所示，共涉及3个诊断“原子”功能。

图14 用户认证故障自诊断流程

（4）网速卡顿故障定位诊断

网速卡顿故障自诊断流程如图15所示。

（5）“频繁掉线”故障定位诊断

掉线故障自诊断流程如图16所示。

3.3.4 快速故障处理

在快速故障定位的基础上，集中的支撑体系平台可通过系统间接口交互进行集约化快速故障处理，在端到端监测基础上实现故障修复和管控。常用基本排障措施如下：

图15 网速卡顿故障自诊断流程

图16 掉线故障自诊断流程

· 设备端口重启；

· 用户付费状态同步；

· 用户账号解绑、下线，重置密码；

· 签约带宽与配置带宽同步，配置带宽调整。

在反向操作过程中，需通过严格的网络安全配置、操作认证流程、分权分域规则保障各系统和网络安全。

4 关键问题解决

4.1 IPTV/OTT机顶盒内置软探针部署

网络探针可以部署在用户侧、网络侧、视频源侧。部署在用户侧的软探针性能最好，但难度也较大，首先需要适配各个厂商的IPTV/OTT机顶盒，其次还要做到让用户无感知的便捷部署。对于用户侧软探针的部署思路如下：由于现网客户端机顶盒业已部署，因此只能考虑采用服务器更新方式为终端机顶盒部署探针。实践可采用和机顶盒厂商ROM进行版本集成分发，利用升级服务器统一进行版本升级的方式完成机顶盒软探针快速部署。

4.2 接入端口数据采集指标的完整性保证

由于接入层端口的速率、衰减、噪声容限等关键指标的采集需通过SNMP（simple network management protocol，简单网管协议）实现。对于在线用户可实时采集，若用户不在线则无法实时获取数据。

可通过以下方法保障接入端口数据采集指标的完整性。

· 加大数据采集的频度。经实测，若每天对每个用户轮询采集8次，则当月覆盖用户率可以达到97%以上。

· 提升号线系统中账号与设备、端口的对应关系准确性，以确保账号能对应上相应的端口数据。

4.3 大数据应用分析的引入

端到端、多系统、实时、轮询、迭代的数据采集使各项功能的实现更加准确，也使后续的功能扩展成为可能。面对长期积累下来的海量数据，利用大数据手段，对数据进行合理的归类、迭代、去冗，实现对网络、业务、用户3个层面的数据统计分析成为必然选择。

在实际应用中，大数据分析结合GIS（地理信息系统）信息，可以通过表格、图形等多种方式呈现全网、分区域、分小区、分客户类型的多维度的网络业务质量情况，支撑运维、建设、市场等工作。

5 结束语

在互联网业务应用和技术发展的大背景下，运营商网络智能化被赋予更多的内涵和外延，构建“基于业务的端到端的智能网络管道”和“基于用户体验的智能运维体系”是运营商网络发展的必由之路。

以业务应用体验为聚焦点，构建“用户+网络+应用”三位一体的宽带智能运维支撑体系，在纵向上覆盖从业务平台到家庭侧的端到端网络，横向上充分利用各类已部署支撑系统，并辅以数据建模、PC客户端软探针、家庭网关软探针、终端App等创新手段，实现跨专业、跨网络、跨平台的数据共享、整合及联动。这对电信运营商来说既是从流程、组织到技术手段上的有益创新，也是对未来网络智能化运营的积极探索。

基于该研究成果的宽带服务智能运维系统已在南方某省运营商现网部署并测试应用，实践证明，该系统能够切实提升网络运维工作的效率和智能化水平。在当前宽带提速及业务应用快速发展的背景下，具有现实参考意义。当前研究成果和实践集中于解决“运维智能化”问题，为更好地聚焦和服务用户业务，基于用户对各类业务体验容忍基线的调研和模拟，采用动态数据建模方法进行“业务体验量化评测”将是下一步的研究方向。

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Construction of an intelligent maintenance system of intensive broadband service

CAI Chao1,YUAN Lin2,ZHANG Xina2
1.China Information Technology Designing Consulting Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450007,China 2.Chongqing Branch of China United Network Communication Co.,Ltd.,Chongqing 400042,China

With the spreading of broadband acceleration strategy and the quick development of streaming media such as IPTV/OTT,a higher quality of experience on the services of telecom operators need to be satisfied.The current maintenance system and method is operating on different levels and segments,which is lack of interactive functions and cooperation.Therefore,a new method is required to satisfy the network maintenance work in the new developing environment.A new method was proposed to construct the intelligent maintenance system of the intensive broadband service.With this method,it is able to achieve the end-to-end quality monitoring and automatic self-diagnosis functions.The method will benefit the services of telecom operators and will improve the efficiency and intelligence of telecom operators.

broadband network,quality monitoring,automatic self-diagnosis,intelligent maintenance

TN915

10.11959/j.issn.1000-0801.2017016