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1、终端通信问题诊断方法研究及应用【摘 要】针对当前终端通信问题定位方法和故障解决手段的不足， 提出了一种采集终端底层信令数据并结合核心网络层信令数据联合定位 终端通信问题的方法。提出了终端上的抓包分析技术，可实现终端无线信 令和IP信令的联动分析；调用终端驱动层功能，开发并实现了终端通信 问题自动诊断应用模块。与现有方法相比，该方法最大限度缩短了用户终 端通信问题定位和修复的时间，有效避免了用户将终端问题转化为网络问 题从而产生恶意投诉，提升了用户对网络的感知。【关键词】智能终端 通信问题 抓包自动诊断 远程修复1引言随着终端智能化趋势越来越明显，终端功能的复杂度不断提高，随之 引发的终端与网络
2、的配合性问题越来越突出，这些问题直接影响着客户感 知水平。据iResearch预测，未来几年中国智能手机的年出货量将保持30% 以上的增速，到2015年，智能手机年出货量将达2. 5亿。随着终端上网 用户的日益增多，上网投诉也日渐增多。2012年3月广东省基础通信类用 户投诉分析表明，智能机客户的投诉诉求非常强烈，典型智能机品牌如苹 果、宏达和三星等终端的万用户投诉比值排名前三。现有的终端通信问题诊断方法如下：（1）利用市场上已有的360手机卫士、金山手机卫士等软件，开展流量监控、垃圾文件管理、进程管理等功能，针对监控到的异常事件开展 一键优化;（2）利用 Rsupport 公司提供的 Rem
3、oteCall for Mobile,通过 3G、 Wi-Fi或者USB远程连接来达到远程维修的目的，实现简单的远程查看手 机状况、安装杀毒软件，并能进行远程系统设置、系统升级、系统备份与 恢复、网络设置、软件安装和卸载、数据和文件的管理等，实现终端问题 的一键式修复。方法（1）基于终端应用层数据进行了初级的LOG日志分析，方法（2） 借助人工经验进行终端远程连接及问题修复，但均无法更深层地诊断出终 端与网络兼容性问题。2终端通信问题诊断新方法本方案所要解决的关键技术问题在于，提供终端底层信令数据与网络 信令抓取及联动分析手段，实现终端通信问题自动诊断、远程控制和一键 式修复。2. 1终端底层
4、信令抓取技术（1）无线抓包原理无线信令的抓取，是采用无线芯片（通讯处理器）在调试模式下输出 相应的无线信令信息。通常无线芯片只针对操作系统输出必要的信息，从 操作系统的层面看，无线芯片被封装成RIL （Repairable Item List,可 修理项目表）层，主流的手机操作系统已经把RIL层定义为标准的无线接 口层；无线芯片的提供商有高通、联芯科技等，按照3GPP的协议标准， 各个厂家允许在芯片内部有不同的命名、处理标准，而处理数据到达第三 方时要求有统一的接口。因此，RIL层也分为操作系统RIL层及芯片厂家RIL层。Android系统RIL结构如图1所示：在系统中，厂商提供的RIL层负责
5、驱动芯片，并把芯片映射到系统的 标准设备中。在不同的操作系统下，映射的设备名称不同，在Windows Mobile 下映射为 COMx,在 Android 下映射为/dev/ttyUSBx,在 iPhone 下 映射为/dev/baseband-debug-x 设备。在应用处理器中，RIL层通过驱动程序把通讯处理器映射成为一个标 准的COM设备。抓取空口信令是通过标准的函数读取COM或者/dev设备获 取空口信令的数据文件，后续解码出3GPP定义的信令。无线信令抓包直 接读取通讯处理器通过COM 口返回的调试信息。(2) IP抓包原理无论是Windows Mobile系统、Android系统还
6、是iOS系统，都支持标 准的Socket编程，基于Socket标准中RAW_SOCKET的跨平台操作特性进 行终端IP数据包的抓取。不过这种跨平台的抓包技术所抓的数据不全， 会随机丢弃部分数据。为保证数据的完整性，本方案针对操作系统特有的 功能进行抓包。按照平台的统一性，Windows Mobile系统属于Windows系 列的系统，采用的是微软的抓包技术；而Android, iOS都是属于Unix系 列，具有Unix的特性，这两个操作系统可以使用同一种抓包技术。本方案基于Android/iOS研究并实现了基于BPF接口的抓包方法，所 采用的过滤参数为空，抓取所有经过协议栈的网络数据。IP抓包
7、设计实现 流程如图2所示:系统要求抓包按照应用程序进行过滤，因此抓包过程中要求获取对应 的应用程序信息。在Unix下，管理运行的程序采用/proc文件系统或者类 似的机制进行管理，应用程序运行后，在/proc文件系统下生成应用程序 的所有详细信息，包括程序打开了哪些文件、使用了哪些系统资源，最直 接的是采用轮询的方式查询/proc文件系统下的信息。2. 2端到端信令联动定位分析基于端到端信令透视的终端通信问题诊断方法研究的总体思路为：(1) 从“端”上发出的信令，经过BSC网元后到达“管”，经过不同层次 的协议封装后能够还原原始信令；(2)从“管”经过的信令到达“云”端 时，经过协议拆封后还原
8、成业务信令，发送到SP； (3)根据“端”发出的 原始信令，在“管”、“云”中找到原始信令，通过信令回溯可以计算出信 令经过“管”、“云”的时差，找出网络性能瓶颈等性能指标；(4)从“端” 发出的信令，查找“管”、“云”中对应的信令，未找到对应信令的，可判 断出信令丢失的地点。(1) 在节点1上的抓包数据，找出异常信令的前一条信令A,并找出 属于信令A的源IP、目的IP,如果是TCP信令，还需要找出源端口、目 的端口以及TCP Sequence Number,并确定信令A的抓包时间；(2) 分析Gb 口抓包数据时，先按照信令A的时间节点，找到信令A的源IP和目的IP；(3)根据信令A的Sequ
9、ence Number确认手机发送的信令在Gb 口上的位置；(4)从Gb 口上的后续信令分析异常情况下Gb数据的状态，通过该 状态判断问题节点以及异常的主要原因。2. 3终端远程控制方案远程控制是客户端(操作端)通过网络向服务器(被控端)发送命令, 服务器接收命令后解释命令并执行相应的动作，把结果通过网络反馈到客 户端。远程控制执行流程（见图4）：（1）客户端发送“用户点击（x, y）”；（2）服务器接收“用户点击（x, y）”，执行模拟用户点击动作；（3）执行结果通过TCP发送到客户端，客户端接收执行结果；（4）客户端定时截取服务器的桌面，通过网络发送到客户端，并在 客户端上显示。在远程控制
10、中，所有的数据都通过网络传输，客户端负责响应用户操 作，并把用户的操作解释为命令，通过网络发送到服务器；服务器解释并 执行用户操作后，返回操作结果，呈现采用对服务器的屏幕截图。2.4通信问题诊断方案终端通信问题处理流程如下（见图5）：（1）通过终端远程控制功能，实现专业人员可远程控制，并修复终 端问题；（2）连接终端后后台开启健康体检，检测的指标包括：当前网络类 型、是否激活数据业务、接入点配置参数、网关参数、短信中心参数、彩 信中心参数、信号强度、程序异常崩溃次数、Wi-Fi配置参数及状态、主 流网页是否可达；（3）调用后台专家经验库，针对检测的异常事件进行诊断，开展进 程分析及优化；（4）
11、根据诊断结果，关联匹配专家库解决方案，自动开展终端问题 修复，进一步引导用户体检以确定问题;(5) 终端功能测试验证，实现终端通信问题的闭环管理。以终端网络问题诊断为例，自动定位网络问题的流程如下(见图6)：(1) 检测APN配置是否正确：是否配置APN接入点，接入点配置是 否正确等；(2) 在APN参数配置正确的情况下，让终端主动PING 一些厂家的WAP 网站，例如 wap. baidu. com；(3) 通过PING指令，可以检测网络是否异常，针对PING出现丢包, 网络时延大于1 000ms,可以初步判定为网络问题；(4) 进一步通过TRACERT指令，实现在终端与故障WAP网站之间，
12、 定位到存在延时异常的某一跳数；(5) 排除网络连接故障的情况下，检测终端信号强度，判断终端信 号强度是否小于-90dBm,进一步定位通信问题。3技术方案对比本技术方案为现有的终端通信问题诊断及解决提出了一种终端底层 信令数据与网络信令抓取及联动分析手段，实现终端通信问题自动诊断、 远程控制和一键式修复。相比于现有的解决终端问题机制，本方案具有以 下优点：(1)传统方式只能够通过解析用户投诉内容，查询用户相关网络属 性。若网络侧正常，则告知用户为“终端问题”，请用户自行“换机换卡” 测试，排除故障。而本方案提出终端信令与网络信令联动的“端到端”分 析，通过抓取手机信令，结合网络信令进行联动分析
13、，实现更准确、快速 地定位终端故障及投诉原因。(2) 本方案创新了终端通信问题自动诊断应用功能，实现不需要用 户参与的终端故障自动诊断流程，挖掘终端内在的网络故障，提升用户网 络感知。(3) 本方案基于IP网络，能实现终端远程控制及一键式修复。参考文献：1 刘志新.抓包工具在深圳联通移动分组网维护中的应用J.移 动通信，2011 (12).2 宁泽功.终端抓包ethereal使用手册Z. 2007.3 一江水.Android系统手机端抓包方法EB/0L. (2012-04-08). http： /www. cnblogs. com/rootq/archive/2012/04/08/2438262. html.4 王瑞峰.3G智能终端信令风暴的理论研究与优化实践EB/0L.(2011-11-08). http： /www. mscbsc. com/bbs/thread-297524-1-1, html.5 尚楠，余银凤.基于IP承载的3G信令网研究J.广东通信技 术，2007 (7).
