一種基於Petri網的簡訊網關性能分析與優化方法

2023-05-24 12:49:01

專利名稱：一種基於Petri網的簡訊網關性能分析與優化方法
技術領域：
本發明涉及移動通信領域，尤其涉及一種基於Petri網的簡訊網關性能分析與優 化方法。
背景技術：
移動通信的個人化、移動性和網際網路自由化特點深刻地改變著大眾的生活、工作 和休閒方式，成為大眾不可或缺的工具。目前根據簡訊網關系統業務開展的特點簡訊網關 可以分為夢網網關、國際簡訊網關、匯接網關、互聯互通網關三大簡訊匯接網關，包括北 京、上海、廣州集團公司建設中央MISC、行業網關、國際簡訊網關各省建設本地夢網網關和 互聯互通網關。以本地夢網網關為例，簡訊網關內部結構或者設計方案都為此廠商的產品，稱為 簡訊網關ISMG(Internert Short Message Gateway)。簡訊網關已經得到了中國移動入網 許可，並在中國移動現網中有這廣泛地應用，目前ISMG簡訊網關系列產品在中國移動以下 項目中提供服務北京移動簡訊息網關；上海移動簡訊息網關，建設容量1000條/秒；天津 移動簡訊息網關；廣州移動簡訊息網關，建設容量1000條/秒；西藏移動簡訊息網關；四川 移動簡訊息網關，建設容量1000條/秒；其他應用北京移動CMCC-CUNIC0M點對點互通網 關、天津移動CMCC-CUNIC0M點對點互通網關、西藏移動移動CMCC-CUNIC0M點對點互通網 關、中國移動國際短消息網關、北京移動本地短消息網關等等。ISMG在以上各個節點運行穩定，成功的為中國移動夢網網關、國際互通網關的組 網提供了真正高效的、大容量的、穩定的、7*24的在線電信級服務，得到了中國移動客戶的 一致認可。簡訊網關的業務流程包括與不同的外部網元的接口和交互過程。其中包括步驟SP (Service Provider)給移動用戶發送簡訊，與sp連接的內部模塊為smsICP， 在此將判斷下發的mt目的手機號碼是否是本地網關的，如果是外地網關的，則轉發 到FwdGateway，通過它轉發到相應的手機號碼所屬網關，如果是本地的，則下發到與 DSMP (Data Service Management Platform)月艮務器相連的 dsmpProxy 模塊；SP接入的ISMG向其接入的DSMP發起鑑權計費請求，內部表現為dsmpProxy將收 到的信息中部分信息發送給DSMPserver ；DSMP對SP的業務、計費用戶和目的用戶、定購關係進行鑑權，並對該業務進行批 價；接入地ISMG (Internet Short Message Gateway)在接收到 DSMP 返回的鑑權批價 響應後，判斷計費類型，目前計費類型可以為免費、按條、包月收取和包月查詢。生成未經 過確認的計費話單，然後把簡訊以及該簡訊的計費信息前轉給歸屬地ISMG，如果鑑權失敗， 將生成失敗狀態報告返回給sp，如果成功，則進行下一步業務處理流程，即進行安全檢查；歸屬地ISMG將信息內容發送給國家安全檢查伺服器進行安全檢查，如果檢查通 過，才能下發該條簡訊，也即此條mt (Mobile Terminate)，如果不通過(內容不健康或者違反國家法規)則不能下發此mt，並且生成失敗狀態報告給發送此mt的sp。安全檢查通過的mt將被被下發到歸屬地ISMG接入的簡訊中心 SMSC(ShortMessage Center)也即smc，與smc相連的是smsProxy模塊，在此處將判斷目 的手機號碼是否為神州行用戶，如果是，在需要實時向G-SCP(GateWay ServiceControl Point)發送計費請求，扣費成功則下發，扣費失敗轉入異常處理，如果不是神州行用戶，則 直接下發到smc ；返回狀態報告給sp的為mostore模塊，在此需要說明的是mostore本身並不直接 與sp相連，而是通過smsICP與sp連接的，但是此處為了研究的方便，將存儲上發到sp的 簡訊的mostore與smsICP分開。隨著業務發展的要求，簡訊網關網絡優化顯得越來越重要，需要不斷提高簡訊網 關系統的性能。

發明內容
為解決現有技術中需要對簡訊網關進行性能分析與優化的難題，本發明提供了一 種基於Petri網的簡訊網關性能分析與優化方法。所述方法包括，系統mt建模，系統mo建模和負載均衡的技術。所述系統mt建模，建立的Petri網，其中庫所P = {pi :sp,p2 :ISMG,p3 :ICP,p4 DSMP, p5 :Fwd, p6 :smmc, p7 smsProxy, p8 :SCP, p9 :smc, pll :mostore, pl2 手機}；變遷 T ={tl :mostore轉發到sp, tl2 :sp從外地網關接入轉發到ISMG, tl3 :sp通過本地接入的 轉發簡訊到smsICP，t2 處理轉發，t3 處理sp業務，t4 鑑權計費，t5 :Fwd轉發mt到外地 網關，t6 安全檢查，t7 與scp連接的業務處理，t8 與簡訊中心連接的業務處理，t9 實時 扣費，tlO:下發到手機}。所述系統mo建模，建立的Petri網，其中庫所P = {p0 手機pi :SMC，p2 smsProxy, p3 :SCP，p4 :Fwd, p5 :ISMG, p6 :Mostore, p7 :SP}；變遷 T = {tl 手機通過基站 轉發本地簡訊中心SMC或者發送到外地網關，t2:業務處理(路由選擇到所屬的網關，t3 業務處理(分析是否本地和神州行用戶)，t4 實時扣費，t5 ISMG接收到本地mo轉發到 Mostore, t6 :Fwd連接外地網關轉發到SP，XI :Mostore通過smsICP連接SP轉發本地mo)。Petri網模型是由狀態機、標識圖、和自由選擇網(FC)組成的簡單模型，取M(p) > =1，即在Pi放多於一個標識，其結構是靈活的。ISMG軟體設計採用了負載均衡的技術，可以根據系統的硬體資源，任意定義ISMG 軟體各功能模塊對資源的使用和佔用份額。不僅優化了整個硬體和網絡資源的配置，還會 提高可用性，不會因為某個模塊的故障，而使得整個主機的資源被消耗殆盡死機，或是造成 其它功能模塊也不能正常提供服務。極大的提高了系統的穩定性、可用性。整個ISMG系統就要對一些主要的業務模塊採用負載均衡的技術，這就需要考慮 如何達到最佳配置的問題。對於一個典型的信息系統來說，而且就實際意義來講，時間效率當然是最為重要 的，也就是說一條簡訊通過網關的時間指標是最為關鍵的，本發明通過建立的時間Petri 網模型來分析如何在系統中配置業務模塊來達到最快的處理，也就是說系統性能是通過時 間指標來確定的。
時間延時Petri網可表示為其中PN是(N = (P，T，F)是一個Petri網，R是P的子集，R是一個陷阱當且僅 當R興O並且R'是'R的子集.R是極小陷阱若且唯若H興0)，且H的非空真子集都不 是陷阱)中的Petri網，r是變遷的延時時間。時間延時Petri網是給每一個變遷設定一 個延時時間r，當該變遷起火後(fire)，經過時間延時r後才發生，即標記(token)從輸入 庫所輸出到輸出庫所中。定義時間網是一個元組6 (P，T，B，F，M0)，其中(1)P = {PI, P2…，Pm}是位置的非空有限集；(2)T = {Tl，T2.，Tn}是轉移的非空有限集；(3)B:PXT —N是後向關聯方程；(4)F:TXP —N是前向關聯方程；(5)M0是初始標識(P，T，B, F，M0)組成基本Petri網)；(6)SI 是靜態時間間隔，Vt6T，SI，t T，SI(t) = [SEFT(t)，SLFT(t)]。其中， SEFT(t)是t使能後的最早引發時間，SLFT(t)是使能t後的最晚引發時間。


圖1是現有簡訊網關從SP下發簡訊到手機的流程圖
圖2是本發明Petri網mt模型1 ；
圖3是本發明Petri網mt模型2 ；
圖4是本發明mo流圖5是本發明Petri網mo模型1 ；
圖6是Petri網mo模型2 ；
圖7是本發明Petri網mo模型3 ；
圖8是本發明多業務處理模塊mt的p/t圖9是本發明實施例第一種方案示意圖10是本發明實施例第二種方案示意圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發明實施例的方案，下面結合附圖和實施 方式對本發明實施例作進一步的詳細說明。首先，參照圖1是本發明方法中從SP下發簡訊到手機的流程示意圖，從SP下發短 信到手機的流程，包括與不同的外部網元的接口和交互過程。主要包括以下步驟步驟101，SP給移動用戶發送簡訊，與sp連接的內部模塊為smsICP，在此將判 斷下發的mt目的手機號碼是否是本地網關的，如果是外地網關的，則轉發到FwdGateway， 通過它轉發到相應的手機號碼所屬網關，如果是本地的，則下發到與DSMP伺服器相連的 dsmpProxy 模塊；步驟102，SP接入的ISMG向其接入的DSMP發起鑑權計費請求，內部表現為 dsmpProxy將收到的信息中部分信息發送給DSMPserver ；步驟103，DSMP對SP的業務、計費用戶和目的用戶、定購關係進行鑑權，並對該業務進行批價；步驟104，接入地ISMG在接收到DSMP返回的鑑權批價響應後，判斷計費類型，目前 計費類型可以為免費、按條、包月收取和包月查詢。生成未經過確認的計費話單，然後把短 信以及該簡訊的計費信息前轉給歸屬地ISMG，如果鑑權失敗，將生成失敗狀態報告返回給 sp，如果成功，則進行下一步業務處理流程，即進行安全檢查；步驟105，歸屬地ISMG將信息內容發送給國家安全檢查伺服器進行安全檢查，如 果檢查通過，才能下發該條簡訊，也即此條mt，如果不通過(內容不健康或者違反國家法 規)則不能下發此mt，並且生成失敗狀態報告給發送此mt的sp。步驟106，安全檢查通過的mt將被被下發到歸屬地ISMG接入的簡訊中心SMSC也 即圖中所示的smc，與smc相連的是smsProxy模塊，在此處將判斷目的手機號碼是否為神州 行用戶，如果是，在需要實時向G-SCP發送計費請求，扣費成功則下發，扣費失敗轉入異常 處理，如果不是神州行用戶，則直接下發到smc ；步驟107，返回狀態報告給sp的為mostore模塊，在此需要說明的是mostore本身 並不直接與sp相連，而是通過smsICP與sp連接的，但是此處為了研究的方便，將存儲上發 到sp的簡訊的mostore與smsICP分開。參照圖2是本發明Petri網mt模型1和圖3Petri網mt模型2 ；其中P代表庫所， 在這裡代表各種通過一定操作後的信息所在地。T代表變遷，在這裡代表操作或者說是業務 處理過程。F代表庫所到變遷的方向流，為了更清晰的表現出建模後的p/t系統，在F上加 上了區別F的標記。建立的Petri網，其中庫所P = {pi :sp, p2 :ISMG, p3 :ICP，p4 :DSMP，p5 :Fwd, p6 :smmc, p7 smsProxy, p8 SCP, p9 :smc, pll :mostore, pl2 手機}；變遷T = {tl :mostore轉發到sp，tl2 :sp從外地網關接入轉發到ISMG，tl3 :sp 通過本地接入的轉發簡訊到smsICP，t2 處理轉發，t3 處理sp業務，t4 鑑權計費，t5 :Fwd 轉發mt到外地網關，t6 安全檢查，t7 與scp連接的業務處理，t8 與簡訊中心連接的業務 處理，t9 實時扣費，tlO 下發到手機}。參照圖4是本發明mo流圖，包括步驟步驟401，手機用戶MS將簡訊息提交給其歸屬的SMC，SMC根據簡訊的目的號碼將 簡訊路由到歸屬地ISMG，與smc連接的是smsProxy模塊，故此smsProxy接收到屬於自己網 關的簡訊mo ；步驟402，在smsProxy處理過程中，對於神州行用戶，需要實時向G-SCP發送計費 請求，計費成功則轉入下一步轉發流程，即根據mo中SP信息判定SP所屬網關，如果目的SP 接入地為本地網關，則將mo轉發給Mostore，否則通過前轉給目的SP的接入地ISMG ；步驟403，smsISMG接收外地ISMG轉過來的mo，並且將mo轉給Mostore以便遞交 給目的SP;步驟404，Mostore存儲所有的mo，通過smsICP連接SP，根據不同的mo的自己的 目的SP將mo遞交給相應的SP。參照圖5本發明Petri網mo模型1，建立的Petri網如圖3_10( 二)所示，其中庫 所 P = {p0 手機 pi :SMC, p2 smsProxy, p3 :SCP，p4 :Fwd, p5 :ISMG, p6 :Mostore，p7 :SP}；
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變遷T = {tl 手機通過基站轉發本地簡訊中心SMC或者發送到外地網關，t2 業 務處理(路由選擇到所屬的網關，t3 業務處理(分析是否本地和神州行用戶)，t4 實時扣 費，t5 :ISMG接收到本地mo轉發到Mostore，t6 :Fwd連接外地網關轉發到SP，XI :Mostore 通過smsICP連接SP轉發本地mo)參照圖6Petri網mo模型2，考慮信息的迴轉，即在p7到p0加了一個變遷和兩條 弧，表示上面已經介紹到的mt轉發即從SP下發簡訊到手機的過程。參照圖7是本發明Petri網mo模型3，Petri網模型是由狀態機、標識圖、和自由 選擇網(FC)組成的簡單模型，取M(p) >= 1，即在pi放多於一個標識，其結構靈活的。參照圖8是本發明多業務處理模塊mt的p/t圖，對網關系統(ISMG)進行mt流程 性能分析，由於下發流程的分支的多樣性，故此我們採用典型流程，即對一般情況下即沒有 意外情況時下發流程進行分析，包括以下步驟步驟801，本地SP通過本地ICP下發mt簡訊；步驟802，mt簡訊目的手機屬於本地網關，故此發給本地DSMP ；步驟803，簡訊通過鑑權和計費處理後，進行安全檢查；步驟804，成功通過安全檢查，發給smsProxy ；步驟805，smsProxy業務處理模塊判斷用戶為非神州行用戶，直接發下發到簡訊 中心(SMC)，再下發到用戶手機。上述步驟，都是單一處理模塊，沒有考慮負載均衡和業務分擔時候的時間效率。考慮tl 從SP連接ICP到成功下發簡訊到ICP的時間；t2 :ICP處理業務，判斷是否屬於本地網關，並且成功發送簡訊到DSMP時間；t3 在DSMP向dsmp伺服器請求鑑權和計費處理和轉發到安全檢查模塊smmc的時 間；t4 在smmc發送簡訊內容到安全檢查服務中心進行安全檢查以及返回處理結果 的時間並且加上轉發簡訊到smsProxy的時間總和；t5 在smsProxy處理神州行扣費問題和轉發到簡訊中心(smc)的時間；t6 從簡訊中心(smc)下發簡訊到手機的時間。故此非多處理模塊時候整個mt下發時間為Tl = tl+t2+t3+t4+t5+t6。參照圖9是本發明實施第一種方案，從SP下發簡訊到手機所需要時間為T2 = r3+r4+r6+r8+r9+rll由於採用負載均衡技術，有了三個ICP同時處理業務，即同樣的簡訊下發，可以同 時下發到三個ICP，連接和處理能力都是相同的，故此處理時間為原來一個ICP時候的1/3， 故此r3 = l/3*tl ；同理可得r4在表示從ICP到DSMP的分支時候r4 = l/2*t2，於是T2 = l/3*tl+l/2*t2+t3+t4+t5+t6參照圖10是本發明實施例第二種方案，採用兩個ICP，三個DSMP和兩個連接外地 網關向外轉發簡訊FwdGateway模塊的模型來進行分析。當採用兩個ICP和三個DSMP處理 模塊時候，從SP下發簡訊到手機所需時間為T3 = r3+r4+r6+r8+r9+rll = l/2*tl+l/3*t2+t3+t4+t5+t6由於DSMP鑑權和扣費時間較長(因為目前DSMP服務中心控制業務過多，故此返 回結果延遲較長)，而通常由於處理的延時，從ICP轉發到DSMP的時間就會延時，基本上平均ICP處理轉發時間tl = l/2*t2所以Tl > T2，所以在配置多業務處理模塊時候，同樣的模塊數目，由於延時的不 同，第一種方案比第二種方案效率低。以上對本發明實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式
對本發明進行 了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的系統及方法；同時，對於本領域的 一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有致變之處，綜上所 述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
一種基於Petri網的簡訊網關性能分析與優化方法，其特徵在於，包括系統mt建模，系統mo建模和負載均衡技術。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述系統mt建模，建立的Petri網，其中 庫所 P = {pi :sp, p2 :ISMG, p3 :ICP, p4 :DSMP, p5 :Fwd, p6 :smmc, p7 :smsProxy, p8 :SCP， p9 :smc, pll :mostore, pl2 手機}；變遷 T = {tl :mostore 轉發到 sp, tl2 :sp 從外地網關 接入轉發到ISMG，tl3 :sp通過本地接入的轉發簡訊到smsICP，t2 處理轉發，t3 處理sp業 務，t4 鑑權計費，t5 :Fwd轉發mt到外地網關，t6 安全檢查，t7 與scp連接的業務處理， t8 與簡訊中心連接的業務處理，t9 實時扣費，tlO 下發到手機}。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述系統mo建模，建立的Petri網，其 中庫所 P = {p0 手機 pi :SMC, p2 :smsProxy, p3 :SCP，p4 :Fwd, p5 :ISMG, p6 :Mostore，p7 SP}；變遷T = {tl 手機通過基站轉發本地簡訊中心SMC或者發送到外地網關，t2 業務處 理(路由選擇到所屬的網關，t3 業務處理(分析是否本地和神州行用戶)，t4 實時扣費， t5 :ISMG接收到本地mo轉發到Mostore，t6 :Fwd連接外地網關轉發到SP，XI :Mostore通 過smsICP連接SP轉發本地mo)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述Petri網模型是由狀態機、標識圖、 和自由選擇網(FC)組成的簡單模型，取M(p))= 1，即在pi放多於一個標識，其結構是靈活 的。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法在ISMG(InternetShort Message Gateway)軟體設計採用了負載均衡的技術，可以根據系統的硬體資源，任意定義 ISMG軟體各功能模塊對資源的使用和佔用份額，優化硬體和網絡資源的配置。
6.根據權利要求1-5所述的方法，其特徵在於，所述方法通過建立的時間Petri網模型 來分析如何在系統中配置業務模塊來達到最快的處理，也就是說系統性能是通過時間指標 來確定的。
全文摘要
本發明公開了一種基於Petri網的簡訊網關性能分析與優化方法。所述方法包括，系統mt建模，系統mo建模和負載均衡的技術。Petri網模型是由狀態機、標識圖、和自由選擇網(FC)組成的簡單模型，取M(p)＞＝1，即在p1放多於一個標識，其結構是靈活的。本發明通過建立的時間Petri網模型來分析如何在系統中配置業務模塊來達到最快的處理，也就是說系統性能是通過時間指標來確定的。同時ISMG(Internet Short Message Gateway)軟體設計採用了負載均衡的技術，可以根據系統的硬體資源，任意定義ISMG軟體各功能模塊對資源的使用和佔用份額。優化整個硬體和網絡資源的配置。
文檔編號H04W28/08GK101854604SQ20091008094
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者潘維民 申請人:北京郵電大學