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随着LTE商用网络建设进程的加快,网络监测将为网络部署和运营维护提供重要支撑,为实现网络状态监控、业务质量评估、故障定位和性能优化提供可靠依据。LTE网络具有数据传输速率更高、系统容量更大、网络架构IP化等特点,这对LTE网络监测平台的数据采集技术也提出了更高要求。实现高速海量的IP数据采集将为LTE网络测试仪的信令采集与分析奠定重要基础。
本文以LTE网络监测为背景,针对目前IP数据采集卡采集性能不能满足网络需求且价格昂贵等现状问题,从千兆线速IP数据采集卡的开发着手,对高速IP链路数据采集技术进行了研究。
本文的研究重点是IP数据采集卡的Windows软件平台设计与实现。在全FPGA架构的硬件平台基础上,提出了软件设计方案,包括WDM驱动程序、API函数动态链接库和MFC界面应用程序。WDM驱动程序主要完成对数据采集卡的全局配置、过滤配置、统计和告警配置,以及将采集数据从板卡内存搬移至主机内存等工作。驱动程序的数据采集处理采用了零拷贝技术,定义了特定的环形链表内存管理结构和复合包的数据封装格式,采用灵活的包缓存分配策略,提出了一种基于轮询和读写索引号控制机制,与FPGA层进行交互,保证应用程序能够快速地接收并处理采集到的数据。
API接口函数为应用程序和驱动程序通信搭建了桥梁,将与访问硬件相关的代码按功能封装为动态链接库,界面应用程序可以通过调用API函数接口实现对数据采集卡的控制。
界面应用程序基于MFC对话框模式进行开发,呈现可视化、易操作、全程管理的友好测试界面,使用户能够直接通过界面控件连接设备、配置参数、访问内存、启动和停止采集,并获取实时的统计告警信息。
测试应用结果表明IP数据采集卡能够实现对千兆线速IP链路短包和长包数据的采集和正确过滤,并且有效减少了收包过程中对计算机CPU的占用率,解决了高速网络数据采集系统存在的“中断淹没”和丢包率急剧上升问题,达到了预期效果。
该IP数据采集卡已通过泰尔实验室权威测试,并已应用于多省市运营商的网络监测系统中,能够很好地满足现网采集需求,作为LTE网络测试仪的重要部件,具有良好的适用性和应用价值。