有線IP城域網絡可視化質量監控系統的建設與運用研究

謝海華

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司鹽城分公司，江蘇 鹽城 224001）

有線IP城域網絡可視化質量監控系統的建設與運用研究

謝海華

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司鹽城分公司，江蘇 鹽城 224001）

建設可運營、可管理的寬帶IP城域網的運營已成為有線電視運營商網絡建設的重點。文章主要介紹了如何建設一套可視化的網絡質量監控系統，來實現對有線IP城域網運行質量進行長時間監控，并幫助運營商感知用戶的使用體驗、快速實現故障定位、提升服務質量。

IP城域網；可視化；質量監控；關鍵業績指標；關鍵質量指標

隨著國家“三網融合”政策的推進以及有線網絡自身發展的需要，近年來各級有線網絡都先后建成了自己的寬帶城域網并投入了實際運營，在網的專網用戶、寬帶用戶、互動用戶數量急劇增加，與此同時，用戶的報修與投訴也有了很大幅度的增長，有線IP城域網絡的運營管理面臨前所未有的挑戰[1]。因此，如何使IP網絡運行質量直觀化、可視化，如何實時監控并及時為有效提升IP網絡承載的可靠性提供事實依據，已成為眾多有線網絡運營者關注的焦點。

1 有線IP城域網絡運行中存在的主要問題

1.1 缺乏快速故障定位手段

目前有線IP城域網的維護工作主要是由各維護站人員進行，而問題多發在接入側，如入戶線或網絡路由問題、用戶反應上網慢等，主要的處理方法或是遠程電話指導用戶操作，或派人現場處理，不僅溝通與時間成本高、對現場人員要求高，而且對接入、承載、出口、不同網段也缺乏快速界定的手段，用戶網絡恢復經常需要較長時間，從而影響用戶使用，導致抱怨頻頻。

1.2 用戶實際使用體驗無法感知

目前對網絡的有效監控和管理更多地集中在從匯聚到出口的網絡，而沒有端到端的質量評估手段，對用戶實際使用體驗關注較少，容易出現匯聚到出口的網絡很好，但是可能由于應用層面的域名系統（Domain Name System，DNS）或超文本傳輸協議（HyperText Transfer Protocol，HTTP）響應慢、網內網間時延大、帶寬利用率低等問題導致用戶上網質量下降、用戶體驗很差。

1.3 網絡質量無法度量

目前對網絡的管理主要通過網管軟件進行，網管軟件主要是對網絡的拓撲、告警、配置進行管理，更多的關注是網絡是否此時出現異常。對階段性的指標，沒有考量手段，對網絡整體的質量水平沒有數據進行評定和支撐，無法對網絡層面和應用層面質量進行度量。

1.4 主動運維能力不足

許多網絡問題經常是在用戶投訴后才得以發現，從而嚴重影響了廣電網絡的服務品質。隨著互動、流媒體等新業務的不斷開展，對運維的要求也更高，特別是流媒體業務對網絡質量的變化非常敏感，這就更需要對用戶體驗、對網絡質量進行長期實施監控，對趨勢發展進行分析、提前預防問題發生，做到主動運維。

1.5 無法全程網管與控制

很多地市以下級有線IP城域網絡主要直接面向用戶，與直接面向出口的上級數據網絡之間由于管理權限限制，由上而下不透明、無法及時把握上級網絡設備及總互聯網出口的運行狀況。許多時候雖懷疑某些故障與省級網絡或出口有關系，但缺乏相應的手段和數據支撐[2]。

2 有線IP城域網絡可視化質量監控系統的建設目標

有線IP城域網絡可視化質量監控系統的建設目標，是要實時、不間斷對IP城域網網絡質量和互聯網業務質量、互動電視頁面服務質量進行測試與評估，通過部署在網絡中的軟件、硬件探針實時采集網絡及業務性能數據，并將網絡和業務性能數據和測試結果運算成相應的關鍵業績指標（Key Performance Indicator，KPI）和關鍵質量指標（Key Quality Indicators，KQI），并以豐富的圖表形式在客戶端展現指標的運算結果，便于運維人員直觀識別網絡性能的劣化、可快速判斷出網絡故障并為進一步的網絡優化與擴容提供依據。

因此，建成后有線IP城域網絡可視化質量監控系統，將主要包括以下幾個功能模塊：（1）網絡質量長期監控。能夠對鹽城IP城域骨干網絡的運行狀況進行實時、長期的監控，對網絡質量（時延、抖動、丟包率）作出準確的評估。（2）業務質量長期監控。能夠對鹽城IP城域骨干網絡提供的寬帶和互動電視業務的質量進行實時、長期的監控，及時發現問題，為客戶改善業務質量提供依據。（3）故障定界。當鹽城IP城域骨干網絡或業務出現問題時，通過運維軟探針可以做到對故障進行快速定界，方便網絡運維人員定位解決問題。（4）圖形化展示。以豐富的圖表形式將采集的網絡和業務性能數據和測試結果（KPI，KQI）在客戶端展現出來，便于運維人員直觀識別網絡性能的優劣狀態[3]。

3 IP城域網絡可視化質量監控系統的部署

某地市有線IP城域網的核心路由器、交換機等全部采用華為系列中高端產品，均內置網絡質量分析（Network Quality Analyzer，NQA）功能與數據外聯接口，通過定制開發的可視化質量監測系統，可以很方便地完成從S9300交換機到地市出口路由器間每一段網絡鏈路質量的長期監控與統計（包括時延、抖動、丟包等指標）、建立指標告警閾值、對指標異常進行預警并呈現出直觀的網絡質量拓撲圖，網絡的主動運維和故障定界。

同時配套部署內置運維軟探針（探測系統客戶端，安裝在用戶電腦或運維人員便攜機上）或外置硬探針（專用探測硬件+軟件一體機，安裝在各節點機房），用來對網絡路徑連通性、對網絡質量、對HSI（高速上網業務）指標（如DNS解析時延、HTTP首包到達、下載時延、下載速度等）進行檢測。通過網絡層及業務層各項指標的檢測，實現對問題進行分界分責、提高故障定位效率。

完成IP城域網絡可視化質量監控系統部署的有線IP城域網拓撲圖及探測示意如圖1所示，根據現狀網絡拓撲，分別部署內置探針（路由器及交換機啟用NQA）、外置硬探針、內置運維軟探針。虛線路徑為終端用戶到互聯網路徑和終端到互動電視路徑，可分應用層和網絡層面進行質量評估和監控。帶箭頭實線路徑為NQA之間網絡鏈路路徑，用以對業務承載網絡進行質量評估和監控。系統支持對多種業務的監測，如上網業務、VOIP業務、流媒體業務（騰訊視頻、愛奇藝等）、VPN業務、互動電視業務等，可充分滿足日后業務發展需求。只需要網絡和探針可達，IP城域網絡可視化質量監控系統就可通過帶內或帶外方式集中管理各種類型的探針、集中呈現數據結果、下發管理策略。

4 IP城域網絡可視化質量監控系統的運行與效果

4.1 網絡質量的長期監測

利用現有匯聚層到出口側設備內置的NQA功能與定制的監測系統軟件，IP城域網絡可視化質量監控系統能夠集中對IP網絡業務層面和網絡層面的質量指標進行長期監控，實現網絡路徑的拓撲可視、網絡性能告警可視，清晰掌握匯聚到互聯網出口每段網絡質量。

網絡質量長期監測支持端到端性能監控，主要測試指標為UDP測試（包括UDP時延、UDP抖動、UDP丟包率等，主要用于內置NQA功能的有線骨干網絡部分長期監測）、ICMP測試（平均往返時延、丟包率等，主要用于沒有NQA功能的接入側EPON與ONU等網元部分監測，以及不在當地管理范圍內的核心路由器以上部分的監測如出口路由器等），監測結果可以日、周、月、年為單位，并綜合成KPI性能指標并形成波形圖、矩陣圖等，同時通過閾值的設定實時反映各項KPI指標的越限情況并進行告警，達到質量可視、服務滿足度可視。這樣通過自下而上的層層匯聚，管理人員便可以直觀了解網絡和應用質量，如果發現問題再由上而下進行分析。以直觀的波形圖方式展示，供運維人員分析。

圖1 IP城域網絡可視化質量監控系統部署與探測流程示意

4.2 業務質量的長期監控

業務質量的長期監控主要通過外置探針完成。在外置探針上，以服務等級協議（Service-Level Agreement，SLA）方式下發HTTP測試例對用戶使用較多或反映問題較多的網站、互動電視首頁等進行實時的、長期的監測，或同樣以SLA方式下發Flash視頻測試例對視頻網站進行實時監控，通過對比分析不同網站或同一網站不同時間監測獲得數據的對比、分析，即可快速判斷出終端用戶在上某個網站或觀看視頻時的用戶體驗效果、發現網際互聯的瓶頸所在以便有針對性地向出口供應商提出改善要求等。業務質量長期監控的測試指標主要包括HTTP測試指標（包括DNS解析時間、HTTP首包到達時間、HTTP文本頁面下載時長、HTTP完整頁面下載時長、HTTP下載速度等）、Flash測試指標（如Flash首包到達時間、Flash播放速度與下載速率匹配度等）。

在本項目中，出口側共部署硬件探針2個，分別監測寬帶業務和互動電視業務，均可在應用層和網絡層面進行質量評估和長期監控，同時還可作測試高速互聯網訪問（High Speed Internet access，HSI）及網絡質量的內部參考點、協助故障定界、定位。

拓撲告警可視效果如圖2所示。

圖2 IP城域網絡可視化質量監控系統監測效果示意

4.3 故障定位

通過對安裝在用戶或運維人員電腦中的軟探針、安裝在中心機房的2個外置探針以及部分設備中的內置探針NQA配合使用，我們以測試套的方式下發測試例，起到對網絡故障分段定界的作用。互動電視業務通過互動電視接入側的運維軟探針，進行互動電視首頁連接質量檢測，掌握用戶訪問互動電視首頁連接速度。寬帶接入業務與終端通過在運維人員的筆記本或用戶的電腦上安裝運維軟探針，可靈活地對網絡路徑連通性進行檢測，對網絡質量、HSI高速上網業務指標等進行檢測，并配合故障定界，協助故障定位。

如當用戶投訴訪問某個HTTP資源時體驗很差，首先通過查看部署在地市路由器出口的硬件探針監控看該測試點的KPI指標是否有明顯劣化，若有明顯劣化（比如測試失敗、完整頁面下載時長過長等），則問題為地市出口問題（可能互聯帶寬出現資源擁塞所導致）或者地市出口之上的問題。若在此點的KPI指標沒有明顯劣化，則在接入層引入運維軟探針（安裝在用戶電腦或運維人員便攜機上），對網絡路徑連通性進行檢測，對網絡質量、HSI高速上網業務進行檢測，把軟探針上的測試指標和出口路由器處硬探針的測試指標進行對比，若軟探針的測試結果較差，則說明是接入層到核心路由器之間的網絡有問題，然后再結合NQA網絡分段測試指標，最終找到出問題的網段。其流程示意圖如圖3所示。

5 結語

通過IP城域網絡可視化質量監控系統的建設，有線網絡運營商可以實現對IP網絡和業務端到端可視化運維，運維人員周期性地收集網絡性能和業務品質數據，可有效支撐IP網絡評估優化，滿足網絡運維未來演進的需要。通過對數據的分析，運維人員還可將其中的趨勢內容挖掘出來，對潛在的故障點和薄弱環節進行預判斷，使運維人員可以提前感知終端用戶的業務體驗程度，預先判斷業務是否會發生劣化，并提前解決由此帶來的一系列問題，從而提高運營效率，減少終端用戶投訴，提高客戶忠誠度，并降低運維成本，增強市場的競爭力。

圖3 HIS問題排查示意

[1] 胡治國，田春岐，杜亮，等.IP網絡性能測量研究現狀和進展[J].軟件學報，2017（1）：105-134.

[2] 林義勇，盧艷.IP網絡狀態參數可視化與質量評估系統設計與實現[C].襄陽：全國信號和智能信息處理與應用學術會議專刊，2016.

[3] 王健.一種IP網絡鏈路質量監測定位的設計方案[J].山東通信技術，2014（4）：23-25.

Study on construction and application of visual quality monitoring system for CATV’s IP metropolitan area network

Xie Haihua
（Jiangsu Broadcasting Cable Information Network Co., Ltd., Yancheng Branch, Yancheng 224001, China）

The construction of operational and manageable broadband IP metropolitan area network has become the key point of CATV operators’ network construction. This paper introduces how to construct a visual quality monitoring system for CATV’s IP metropolitan area network, to realize the long time monitoring of the network’s running quality, and help the CATV operators to perceive the user experience, rapidly realize the fault location and improve the quality of service.

IP metropolitan area network; visual; quality monitor; key performance indicator; key quality indicators

謝海華（1975— ），男，江蘇濱海人，高級工程師，碩士；研究方向：計算機網絡技術，數字電視技術。