CN100442702C - 实现调制解调器信号故障分析的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现调制解调器信号故障分析的方法及装置。本发明主要是通过对捕获的包含MODEM(调制解调器)协商失败信号的IP网络报文进行转换，并还原出相应的MODEM信号，然后，再通过反复分析还原出的MODEM信号确定MODEM信号的故障所在。由于本发明可以将MODEM信号还原成WAVE(波形)文件保存在计算机上以反复进行故障分析，从而提高了定位问题的效率，有效克服了现有技术中在现场分析主观性大，故障现象难于把握，对问题定位人员技术要求高等问题。而且，本发明的实现使得当出现故障时，不再需要技术人员出差到现场进行故障分析，有效节约了故障分析的成本，缩短了解决问题的时间。

Description

实现调制解调器信号故障分析的方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种实现调制解调器信号故障分析的方法及装置。

背景技术

目前，在PSTN(公共交换电话网)网络中，用户为了接入IP(互联网协议)网络，用户侧的计算机必须通过MODEM(调制解调器)拨号以后上网，而在网络侧，同样有一个设备实现MODEM的功能，调制解调数据后与用户侧的计算机通信，网络侧的设备称为NAS(接入服务器)，简单的组网结构如图1所示，PSTN下的电话用户可以通过MODEM访问互联网。

近年来，NGN(下一代网络)的发展相当迅速，它是无线与有线融合和三网合一的最优解决方案。NGN网络是以分组网为核心，如图2所示，与传统的PSTN用户一样，NGN下的语音用户同样通过MODEM拨号接入分组网，图2中画了两个IP网络，实际上可以是同一个网络。

在图2所示网络中，PC设备在拨号上网过程中依次包括：

(1)MODEM对计算机的二进制信号进行调制；

(2)在AMG/IAD(接入媒体网关/综合接入设备)和MODEM之间传送调制后的模拟信号，AMG/IAD对这个调制后的模拟信号进行采样，量化和编码，生成PCM(脉冲编码调制)信号，并以G.711A或者G.711μ的方式进行打包，打包时长一般选择10毫秒或20毫秒；

(3)所述的数据包在IP网络中传送，当TMG(中继媒体接入网关)收到G.711A或者G.711μ的包以后，再还原成PCM信号；

(4)所述的PCM信号通过PSTN网络传送到NAS设备，并由NAS设备上的MODEM芯片实现计算机侧的MODEM相反的功能，即将二进制信号解调出来。

从IP网络到用户侧的处理过程则为上述过程的逆过程。

在IAD/AMG和TMG之间，G.711A或G.711μ数据封装在RTP(实时传输协议)包中，与语音数据一样进行传递，所以叫做VBD(话带数据模式)方式，VBD方式有两种类型：一种是没有冗余的，净荷类型为0或8；另一种是有冗余的，净荷类型一般为96，也可以是其他值，可以通过SDP协议进行动态协商，本文档中以96为例。

对于PSTN网络用户拨号上网，由于每个用户都占用一条固定的64Kbps的时隙，因此，通常情况下MODEM信号不会出现问题。但是，对于NGN下的用户拨号上网，则由于其需要经过网关设备AMG/IAD和TMG的处理，必将因为网关设备的处理和分组网络的时延，抖动和丢包等原因导致MODEM信号出现时延较大、变形或失真等问题。

当NGN网络的语音用户通过MODEM拨号上网后，出现MODEM信号变形失真，导致用户不能上网的情况时，则需要通过反复拨号，以及听MODEM发出的声音进行相应的故障分析，以定位问题点。

具体的故障分析测试步骤如下：

(1)通过PC机拨号上网，听MODEM发出的声音；

(2)如果MODEM协商失败，则执行步骤(3)；如果上网正常，则断开连接，重新执行步骤(1)以确定问题所在；

(3)判断MODEM协商失败的阶段，如果能确定，则执行步骤(4)，如果不能确定，则重复执行步骤(1)，直至确定出相应的问题点；

(4)进行故障分析，测试过程结束。

由上述现有技术提供的方案可以看出，由于需要通过反复拨号实现故障分析，而且完全依靠测试人员的听觉来判断故障点，因此，随意性较大，对测试分析人员的技术要求较高。而且，通常异常情况都是出现在实际运营的网络上，如果出现问题就派技术人员出差解决，则解决问题的周期长，且成本较高。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种实现调制解调器信号故障分析的方法及装置，从而使得针对调制解调器信号的故障分析过程变得更为方便，且成本较低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种实现调制解调器信号故障分析的方法，包括：

A、抓取包含有协商失败的调制解调器MODEM信号的数据包；

B1、获取所述数据包中的符合预定净荷类型的实时传输协议RTP报文；

B2、根据所述的RTP报文进行MODEM信号的还原处理，获得还原后的MODEM信号；

C、对还原后的MODEM信号进行故障分析。

所述的步骤A包括：

采用抓包工具在接入媒体网关AMG/综合接入设备IAD与中继媒体网关TMG间抓取任意IP数据包。

所述的步骤B2包括：

B21、确定获取报文中的净荷，并根据净荷的序列号依次组成相应的净荷链表；

B22、根据所述的净荷链表中的数据进行MODEM信号的还原处理，获得相应的MODEM信号。

所述的步骤B21包括：

B211、保存各个符合预定净荷类型的RTP报文对应的基于不同用户的识别信息和净荷类型信息；

B212、根据保存的基于不同用户的识别信息将同一用户对应的RTP报文的净荷根据其序列号组成对应的净荷链表。

所述的识别信息包括：

源IP地址、目的IP地址、源用户数据报协议UDP端口号和目的UDP端口号信息。

所述的步骤B211包括：

将各个符合预定净荷类型的RTP报文对应的基于不同用户的识别信息及净荷类型信息以波形文件名链表的方式保存，所述的波形文件名链表中的波形文件名包括所述的识别信息和净荷类型信息。

本发明还提供了一种还原调制解调器信号的装置，包括：

会话链表生成模块：对抓取的数据包进行扫描，识别出其中的符合预定净荷类型的RTP报文，并保存该报文的识别信息；

RTP净荷处理模块：对抓取的数据包进行二次扫描，根据保存的识别信息识别出基于同一用户的RTP报文的净荷；

净荷链表生成模块：将所述的同一用户的净荷依次组成净荷链表；

MODEM信号生成模块：根据净荷类型将所述净荷链表中的数据还原为MODEM信号，获得相应的波形文件。

所述的还原调制解调器信号的装置还包括：

用户接口模块：用于获取待转换的从AMG/IAD与TMG间抓取任意IP数据包的抓包文件名。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过将MODEM信号还原成WAVE(波形)文件，可以保存在计算机上反复分析，提高定位问题的效率，从而有效克服了现有技术中在现场分析主观性大，故障现象难于把握，对问题定位人员技术要求高等问题。

而且，本发明的实现使得当出现故障时，不再需要技术人员出差到现场进行故障分析，有效节约了故障分析的成本，缩短了解决问题的时间。

另外，本发明为基于windows平台开发，可以运行在windows 98，windows 2000和windows xp等操作***上，因此，借助现有设备即可应用，推广使用起来十分方便。

附图说明

图1为PSTN用户通过MODEM拨号上网的示意图；

图2为NGN用户通过MODEM拨号上网的示意图；

图3为按RFC2198方式冗余的RTP数据包的结构示意图；

图4为本发明所述的方法流程图；

图5为本发明所述的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是通过对捕获的包含MODEM协商失败信号的IP网络报文进行转换，并还原出相应的MODEM信号(即波形文件)，然后，再通过反复分析还原出的MODEM信号确定MODEM信号的故障所在，以提高解决MODEM故障问题的效率。

在进行MODEM信号还原处理过程中，主要是对捕获的包中的RTP报文中的符合预定净荷类型的报文进行还原处理，并最终获得相应的MODEM信号对应的波形文件。为准确获取捕获包中相应净荷类型的RTP报文，首先需要对RTP报文的格式进行了解。下面将以RFC2189方式冗余的RTP数据包为例，对RTP报文的格式进行说明。

如图3所示，RTP报文中的前12个字节是RTP头，PT表示净荷类型，如果是冗余包则为96，当然也可以是其他值，需要在呼叫建立的过程中通过SDP(会话描述协议)协商确定，从第13个字节开始，全部称为RTP净荷。但是，对于冗余包方式，真正的净荷不是这样，RFC 2198中，以block表示所携带的信息，block的头按时间由远到近排列，block头之后，才是真正的净荷；

图中的13到16字节为一个block的头，最开始的位为标志位，为1表示后面还有冗余包，为0表示后面没有冗余包，即为当前包；

block PT表示这个block头所指向的净荷的净荷类型；这里这个block表示的意思是后面还有其他的block，本block为冗余block，净荷类型为7；

timestamp offset表示该block相对于该RTP包的timestamp(时间戳)的偏移量；

block length表示这个block净荷的长度，为14；

接着的一个block标志位为0，表示这个block为当前block，它的时间戳就是RTP的时间戳，长度就是这个RTP包的净荷长度减去各个冗余block的头和block的净荷的剩余部分。

因为MODEM信号一般都是以G.711A或G.711μ打包，所以block PT就是8或者0。

本发明所述的方法的具体实现过程如图4所示中，主要包括以下步骤：

步骤41：利用抓包工具sniffer或者ethereal(现有的两种常用的抓包工具)，在IAD/AMG和TMG之间的任意位置抓包，即在IAC/AMG和TMG间获取任意的数据报文；

该步骤所采用抓包工具以及相应的抓包方式均为成熟的技术，故在本发明中不作具体限定；

抓包人员可以是电信局维护人员或者是设备厂家的技术支持人员等；

步骤42：将抓到的报文还原成MODEM协商信号的wave(波形)文件；

以获取预定净荷类型为96并且按RFC2198方式冗余的RTP包为例，对该步骤的具体处理过程作进一步说明：

步骤421：用户输入需要转换的CAP文件(即在IAD/AMG和TMG之间的任意位置抓取的数据包的文件名)，同时输入按RFC2198方式冗余的预定的净荷类型96(以96为例子，也可以为其他值)；

步骤422：对所述的CAP文件的每个报文进行扫描，根据用户输入的净荷类型识别符合条件的RTP报文的包，提取源和目的IP地址及UDP端口号，提取动态净荷类型(96)和附加头的净荷类型等信息；

步骤423：采用MODEM信号波形文件名链表保存所述冗余包的基于不同用户的识别信息，以及相应的RTP净荷类型信息，所述波形文件名包含所述的识别信息；

所述识别信息包括源IP地址、目的IP地址、源UDP端口号、目的UDP端口号，所述的RTP净荷类型信息包括RTP净荷类型和附加头净荷类型；

步骤424：将所述的RTP净荷根据所述的识别信息划分生成基于不同用户的净荷链表，在所述的净荷链表中，根据序列号对相应的RTP净荷进行排序保存；

步骤425：根据所述的净荷链表中保存的净荷数据进行MODEM信号的还原处理，获取相应的MODEM信号波形文件。

步骤43：根据还原后的包含有MODEM协商失败信号的波形文件确定MODEM协商过程中的问题；

具体可以通过设备自动分析波形文件确定问题点，也可以由人工主观听觉感受或观察波形是否失真变形等定位MODEM协商过程中的问题。

由于所述的波形文件保存于设备中，因此，可以反复分析从而准确定位MODEM协商过程中的问题，与现有技术相比优点显而易见。

基于上述方法，本发明还提供了一种还原MODEM信号的装置，该装置的具体实现方式如图5所示，具体包括：

用户接口模块：

用于与用户进行交互获取需要还原为MODEM信号的cap文件，即接收用户输入的需要进行还原处理的cap文件名和含有冗余包的RTP净荷类型；另外，用户接口模块还可以在当MODEM信号生成模块生成相应的MODEM信号波形文件后，输出所述的波形文件，例如，打印所述波形文件，或显示所述波形文件，等等。

会话链表生成模块：

用于对用户接口模块获取的cap文件进行扫描，并根据用户输入的净荷类型识别cap文件中符合预定净荷类型的RTP报文，并提取所述RTP报文的基于不同用户的识别信息，即源IP地址和UDP(用户数据报协议)端口号，目的IP地址和UDP端口号，同时，还需要保存相应的净荷；

以预定净荷类型为包含有冗余包的RTP净荷类型为例，会话链表生成模块对通过用户接口模块获取的抓包工具抓取的每个报文进行扫描，看是否含有冗余数据的RTP报文(目前以净荷类型96表示该RTP报文为按RFC 2198方式冗余的包)，如果是，则将该RTP报文的源IP地址，目的IP地址，源UDP端口号，目的UDP端口号，以及RTP净荷类型和block(块)净荷类型(即净荷类型信息)等信息保存到MODEM信号波形文件名链表中，以供二次扫描生成净荷链表用；

所述的波形文件名链表的每个节点中，同时生成一个有上述信息的波形文件名，比如：

文件名10.40.0.101_13108-10.10.1.194_34960 PT96 G711A.wav，表示源IP为10.40.0.101，源UDP端口号13108，目的IP为10.10.1.194，目的端口号为34960，动态净荷类型为96，MODEM信号的编码方式为G.711A。

RTP净荷处理模块：

用于将波形文件名链表中的数据基于不同的用户分别区分出来，以便于净荷链表生成模块的应用；

仍以净荷类型为96为例，该模块用于将RTP报文里的当前编码数据和冗余的编码数据识别出来；具体为：对CAP文件进行二次扫描，对于每个包，判断是否与MODEM信号波形文件名链表中的各个节点的域(即所述识别信息)符合，如果符合，则确定为同一用户的净荷信息，进而判断RTP冗余包的个数，把当前净荷和冗余净荷分别识别出来，供净荷链表生成模块使用。

净荷链表生成模块：

用于将当前编码数据(当前净荷)和冗余编码数据(冗余净荷)***到净荷链表里，以减少网络损伤对MODEM信号的影响；

将RTP净荷处理模块识别出来的数据按RTP头里的sequence number(序列号)编号，即当前净荷的sequence number为RTP头的sequencenumber，最后一个冗余包的为sequence number减1，之前的一个为sequence number减2，依次类推，根据sequence number把各个净荷分别***到净荷链表中。

MODEM信号生成模块：

用于将净荷链表的数据转换为MODEM信号的波形文件，并对其中的丢包等进行补偿；

即当二次扫描cap文件结束后，每个会话的净荷链表都已经生成了，因此可以按照净荷类型对各个链表的数据进行MODEM信号的还原，得到各个会话的MODEM信号波形文件。

利用上述本发明提供的装置便可以将抓取的cap包还原为MODEM信号的波形文件，从而便于维护人员利用还原后的MODEM信号进行故障分析确定问题所在。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1、一种实现调制解调器信号故障分析的方法，其特征在于，包括：

A、抓取包含有协商失败的调制解调器MODEM信号的数据包；

B1、获取所述数据包中的符合预定净荷类型的实时传输协议RTP报文；

B2、根据所述的RTP报文进行MODEM信号的还原处理，获得还原后的MODEM信号；

C、对还原后的MODEM信号进行故障分析。

2、根据权利要求1所述的实现调制解调器信号故障分析的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

采用抓包工具在接入媒体网关AMG/综合接入设备IAD与中继媒体网关TMG间抓取任意IP数据包。

3、根据权利要求1所述的实现调制解调器信号故障分析的方法，其特征在于，所述的步骤B2包括：

B21、确定获取报文中的净荷，并根据净荷的序列号依次组成相应的净荷链表；

B22、根据所述的净荷链表中的数据进行MODEM信号的还原处理，获得相应的MODEM信号。

4、根据权利要求3所述的实现调制解调器信号故障分析的方法，其特征在于，所述的步骤B21包括：

B211、保存各个符合预定净荷类型的RTP报文对应的基于不同用户的识别信息和净荷类型信息；

B212、根据保存的基于不同用户的识别信息将同一用户对应的RTP报文的净荷根据其序列号组成对应的净荷链表。

5、根据权利要求4所述的实现调制解调器信号故障分析的方法，其特征在于，所述的识别信息包括：

源IP地址、目的IP地址、源用户数据报协议UDP端口号和目的UDP端口号信息。

6、根据权利要求4所述的实现调制解调器信号故障分析的方法，其特征在于，所述的步骤B211包括：

将各个符合预定净荷类型的RTP报文对应的基于不同用户的识别信息及净荷类型信息以波形文件名链表的方式保存，所述的波形文件名链表中的波形文件名包括所述的识别信息和净荷类型信息。

7、一种还原调制解调器信号的装置，其特征在于，包括：

会话链表生成模块：对抓取的数据包进行扫描，识别出其中的符合预定净荷类型的RTP报文，并保存该报文的识别信息；

RTP净荷处理模块：对抓取的数据包进行二次扫描，根据保存的识别信息识别出基于同一用户的RTP报文的净荷；

净荷链表生成模块：将所述的同一用户的净荷依次组成净荷链表；

MODEM信号生成模块：根据净荷类型将所述净荷链表中的数据还原为MODEM信号，获得相应的波形文件。

8、根据权利要求7所述的还原调制解调器信号的装置，其特征在于，该装置还包括：

用户接口模块：用于获取待转换的从AMG/IAD与TMG间抓取任意IP数据包的抓包文件名。

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