TD-SCDMA測(cè)試儀中Iub接口CDR的合成方案

引言

隨著有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA商用網(wǎng)測(cè)試日趨完成，大規(guī)模的3G網(wǎng)絡(luò)即將在全國(guó)各地組建，作為組網(wǎng)的重要支撐技術(shù)，測(cè)試儀的開(kāi)發(fā)顯得非常重要。

對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行快速診斷并降低網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)間是3G信令測(cè)試系統(tǒng)的主要用途之一。當(dāng)3G系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，需要使用測(cè)試設(shè)備接入關(guān)鍵的信令鏈路監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行協(xié)議測(cè)試和分析。通常來(lái)說(shuō)，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(universal mobile telecommuniCAtion system，UMTS)網(wǎng)絡(luò)故障主要可分為2大類(lèi)：UMTS的陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)(UMTS terrestrial radio access network，UTRAN)側(cè)故障和核心網(wǎng)(core network，CN)側(cè)故障。由于3GPP R4(Release 4)UTRAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議同GSM系統(tǒng)相比有了較大變化，因此比較容易出現(xiàn)問(wèn)題;而R4核心網(wǎng)和GSM系統(tǒng)基本相同，因此出現(xiàn)問(wèn)題的概率相對(duì)較小。由于Iub和Iu接口是UTRAN中最重要的測(cè)試接口，一般來(lái)說(shuō)需要同時(shí)對(duì)這2個(gè)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和關(guān)聯(lián)性分析[1-3]。

若要有效地診斷3G網(wǎng)

絡(luò)故障，網(wǎng)絡(luò)工程師需要對(duì)UMTS各接口和相關(guān)協(xié)議有較全面和深入的理解，這樣才能迅速找到存在的問(wèn)題，并對(duì)其中的關(guān)鍵字段進(jìn)行分析。所有這些工作，都離不開(kāi)一臺(tái)具備全面解碼、呼叫跟蹤和統(tǒng)計(jì)功能的3G信令測(cè)試設(shè)備的配合。

CDR(call data record)在PSTN中表示呼叫數(shù)據(jù)記錄，現(xiàn)在延伸意思為一個(gè)完整的流程，CDR合成是上述功能的基礎(chǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中消息按信令流程進(jìn)行歸類(lèi)，并用索引方式把這些消息聯(lián)系到一起，然后才便于完成諸如呼叫跟蹤和呼損統(tǒng)計(jì)等高級(jí)功能[4-5]。

我們?cè)诒疚闹袑⒁?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/TD-SCDMA">TD-SCDMA UTRAN中Iub接口間的各個(gè)協(xié)議的CDR合成，多協(xié)議關(guān)聯(lián)為例，對(duì)CDR合成的方法進(jìn)行描述。該方法同樣實(shí)用于WCDMA系統(tǒng)。

1、Iub接口中的信令消息

圖1為Iub接口中協(xié)議的關(guān)系圖。Iub接口協(xié)議棧包含3個(gè)協(xié)議平面，分別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制平面、傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面和用戶(hù)平面，分別對(duì)應(yīng)3個(gè)協(xié)議的信令流程，即NBAP(Node B application part，Node B應(yīng)用部分)、ALCAP(access link control application protocol，接入層鏈路控制應(yīng)用協(xié)議)、Iub FP(frame protocol)消息[6]。FP所承載的協(xié)議包括無(wú)線資源控制(radio resource control，RRC)，包數(shù)據(jù)集中協(xié)議(packet data convergence protocol，PDCP)等。這3個(gè)協(xié)議有著緊密的聯(lián)系，當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(radio network controller，RNC)發(fā)起傳輸信道管理或者無(wú)線連接管理相關(guān)過(guò)程的時(shí)候，是通過(guò)NBAP協(xié)議的相關(guān)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如Common Transport Channel Setup，Radio Link Setup，Radio Link Addition等。但同時(shí)需要對(duì)用戶(hù)平面鏈路進(jìn)行分配或刪除，在Iub接口上，用戶(hù)數(shù)據(jù)(FP)通過(guò)ATM結(jié)構(gòu)中的AAL2傳送，此時(shí)需要建立控制機(jī)制，ALCAP定義了與用戶(hù)面建立、釋放傳輸承載的方式，因此需要ALCAP協(xié)議來(lái)完成這些操作。一般情況下，如果不涉及到用戶(hù)平面時(shí)，Iub接口中就只有NBAP過(guò)程的消息。當(dāng)涉及到用戶(hù)平面的時(shí)候，情況要復(fù)雜得多[7]。

圖1　Iub接口協(xié)議關(guān)系圖

Fig.1 Relation graph of Iub interface

RNC在以下2種情況下將涉及到用戶(hù)平面的操作：一種是對(duì)小區(qū)的公共傳輸信道做操作的時(shí)候;另一種是為UE提供專(zhuān)用信道的時(shí)候。在對(duì)傳輸信道做操作的過(guò)程中，用戶(hù)平面只有FP同步消息，不會(huì)有RRC消息。當(dāng)RNC涉及到對(duì)UE操作時(shí)候，需要先在RNC和UE之間建立一個(gè)無(wú)線連接(RRC連接)，建立過(guò)程大致如下：UE先向RNC請(qǐng)求建立RRC連接，RNC收到請(qǐng)求后根據(jù)具體情況選擇是否為該UE建立專(zhuān)用信道。如果要建立專(zhuān)用信道(dedicated channel，DCH)，RNC將通過(guò)NBAP協(xié)議請(qǐng)求建立無(wú)線鏈路或者重配置無(wú)線鏈路，Node B成功應(yīng)答后，RNC將通過(guò)ALCAP協(xié)議分配DCH所需的AAL2鏈路，成功分配后RNC通過(guò)前向接入信道(forward access channel，F(xiàn)ACH)發(fā)送RRC建立成功消息。如果不需要為該UE建立專(zhuān)用信道，那么就沒(méi)有上述NBAP和ALCAP過(guò)程，RNC將直接通過(guò)FACH發(fā)送RRC建立成功消息，該消息將指示UE只能

通過(guò)公共傳輸信道傳輸所有的消息給RNC。圖2顯示了Iub接口中可能會(huì)出現(xiàn)的消息種類(lèi)。

圖2　Iub接口中所包含消息

Fig.2 Messages in Iub interface

至此，可歸納出Iub接口的流程大致有4類(lèi)：

①純NBAP過(guò)程;

②NBAP過(guò)程+ALCAP過(guò)程+FP(公共傳輸信道，同步消息);

③NBAP過(guò)程+ALCAP過(guò)程+FP(DCH，包括同步消息和RRC消息);

④RRC過(guò)程(公共信道傳輸，共享信道傳輸)。

其中②和③可以歸為一類(lèi)處理。不難看出，Iub接口的CDR合成可先按NBAP，ALCAP，F(xiàn)P，RRC消息合成，然后再進(jìn)行多協(xié)議的關(guān)聯(lián)。雖然RRC是在FP之上的，但一個(gè)RRC流程的消息可能會(huì)出現(xiàn)在多個(gè)FP里面，所以這里將兩者進(jìn)行了區(qū)分。

2、Iub接口CDR合成基本原理和實(shí)現(xiàn)算法

下面以上節(jié)中流程類(lèi)型③(NBAP過(guò)程+ALCAP過(guò)程+FP)的消息合成進(jìn)行詳細(xì)介紹，因?yàn)檫@是最復(fù)雜的一類(lèi)，對(duì)該類(lèi)型

的CDR合成方法包含了其它3種類(lèi)型的CDR合成方法。具體又以移動(dòng)發(fā)起呼叫(mobile oriented call，MOC)為例(見(jiàn)圖3)，對(duì)RRC建立連接，以及怎樣實(shí)現(xiàn)NBAP，ALCAP，F(xiàn)P，RRC的消息合成，多協(xié)議關(guān)聯(lián)等基本原理進(jìn)行了描述。

圖3　MOC消息流前面部分

Fig.3 Message flow.of MOC

如圖3所示，虛線上面消息流程為RRC建立過(guò)程部分，也將是CDR合成的主要部分。首先UE通過(guò)RACH隨機(jī)接入信道發(fā)送rrcConnectionRequest消息請(qǐng)求建立RRC連接，該消息中包含IMSI/TMSI和建立原因參數(shù)，RNC收到請(qǐng)求后發(fā)起無(wú)線鏈路建立請(qǐng)求intiatingMessage Id-radioLinkSetup(如果已經(jīng)建立了無(wú)線鏈路，將發(fā)起無(wú)線鏈路資源重配置請(qǐng)求)，NodeB通過(guò)successfulOutcome ID-radioLinkSetup確認(rèn)請(qǐng)求后，RNC將為UE分配DCH專(zhuān)用信道，即調(diào)用ALCAP協(xié)議分配AAL2鏈路來(lái)承載DCH，DCH經(jīng)過(guò)同步后，所有該UE的RRC消息將在該DCH上傳輸。成功分配后，RNC發(fā)起rrcConnectionSetup建立RRC連接，NodeB通過(guò)rrcConnectionSetupComplete確認(rèn)，至此，RRC建立成功，NAS(Non-Access Stratum，非接入層)消息將通過(guò)RRC消息封裝發(fā)送到RNC，再經(jīng)過(guò)Iu接口發(fā)送到MSC。

對(duì)Iub接口的各協(xié)議關(guān)聯(lián)方法說(shuō)明如下(參見(jiàn)圖3各連接箭頭的指示，暫不考慮NAS消息的合成)：

●NBAP消息關(guān)聯(lián)：同一過(guò)程的NBAP消息用消息中Transaction ID參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，涉及同一個(gè)UE的不同NB·AP過(guò)程之間的消息用Id-CRNC-CommunicationContextID參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

●ALCAP消息關(guān)聯(lián)：一個(gè)流程的ACLAP消息可通過(guò)OSAID和DSAID參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

●RRC消息關(guān)聯(lián)：同一過(guò)程的RRC消息可通過(guò)RRC Transaction ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同一個(gè)UE的RRC消息可通過(guò)I·MSI/TMSI進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在公共傳輸信道中的RRC消息可以根據(jù)MAC中UEID來(lái)區(qū)分是否屬于同一個(gè)UE。

Iub接口的多協(xié)議關(guān)聯(lián)如下(參見(jiàn)圖3各連接箭頭的指示)：

●NBAP消息和RRC消息關(guān)聯(lián)：TDD模式中通過(guò)Time Slots和User Codes進(jìn)行關(guān)聯(lián)，F(xiàn)DD模式下通過(guò)Scrambling code進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

●NBAP消息和ALCAP消息關(guān)聯(lián)：通過(guò)NBAP消息中的BindingID參數(shù)值與ALCAP的ERQ消息中的SUGR參數(shù)值相等的方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

●ALCAP消息和RRC(DCH中的)消息關(guān)聯(lián)：通過(guò)承載RRC消息中DCH信道的VPI/VCI/CID與ALCAP的ERQ消息中的PathID(VPI/VCI經(jīng)過(guò)換算等于PathID)，ChannelID(CID=ChannelID)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

按照上述先對(duì)各個(gè)協(xié)議進(jìn)行合成，然后協(xié)議之間進(jìn)行合成，協(xié)議間合成按一定的時(shí)間周期進(jìn)行，最后得到的結(jié)果便是所需的Iub接口CDR信息。

3、Iub接口CDR合成算法分析

該CDR合成算法主要是根據(jù)一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行查找、匹配來(lái)確定是否屬于同一個(gè)消息流程，因此在這個(gè)過(guò)程中，需要一些臨時(shí)存儲(chǔ)方式來(lái)保存沒(méi)有匹配到的消息，在內(nèi)存分配上比較復(fù)雜，涉及動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存。另外，該合成算法涉及大量的查找、匹配，所以需要建立許多方便查找的索引，比較好地建立索引方法顯得至關(guān)重要，但是建立這些索引也是要耗費(fèi)時(shí)間的，所以根據(jù)具體情況應(yīng)使用具體的索引建立方法，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中除了平衡二叉樹(shù)以外也曾采用其它索引建立方法，比如二叉樹(shù)，哈希表等。

協(xié)議間合成是定期執(zhí)行的操作，時(shí)間周期的長(zhǎng)短選擇也將影響合成的效率。如果間隔時(shí)間太短，每關(guān)聯(lián)一次完成的流程很少，同時(shí)也耗費(fèi)了時(shí)間;時(shí)間太長(zhǎng)了缺乏實(shí)時(shí)性。而我們采用的是多線程的方式單獨(dú)用一個(gè)線程來(lái)完成多協(xié)議關(guān)聯(lián)，效果非常好。圖4為該方法應(yīng)用到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀中的執(zhí)行結(jié)果。

圖4　結(jié)果顯示

Fig.4 Result display

4、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Iub接口各消息流程的深入分析和研究，結(jié)合Iu接口，使用C++語(yǔ)言進(jìn)行編碼測(cè)試，能很好地達(dá)到CDR合成的效果，實(shí)現(xiàn)多協(xié)議乃至多接口間的協(xié)議關(guān)聯(lián)。該程序模塊已經(jīng)應(yīng)用到重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀中，效果

良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]　3GPP TS 25.401 V5.9.0.UTRAN overall descrIPtion [EB/OL].(2003-09-20)[2006-05-30].http：//WWW.3gpp.org/ftp/Specs/2004-09/Rel-5/25_series/25401-590.zip.

[2]　3GPP TS 25.430 V4.4.0.UTRAN Iub Interface：General Aspects and Principles [EB/OL].(2002-09-18)[2006-05-30].http：//WWW.3gpp.org/ftp/specs/2004-09/Rel-4/25_series/25430-490.zip.

[3]　李小文，李貴勇，陳賢亮，等.TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)、信令及實(shí)現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[4]　張毅.鮮繼清.TD-SCDMA信令測(cè)試軟件設(shè)計(jì)方案[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2003，15(1)：32-34.

[5]　劉偉.張治中.TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀IP數(shù)據(jù)采集卡的研制[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005，17(6)：853 856.

[6]　3GPP TR 25.931 V4.4.0.UTRAN functions，examples on signalling procedures[EB/OL].(2002-06-18)[2006-05-30].http：//WWW.arib.or.jp/IMT-2000/V310Sep02/S3g/R99/25/25931-370.pdf.

[7]　ITU-T Q2630.1.AAL type 2 signalling protocol-Capability Set 1[EB/OL].(1999-12-20)[2006-05-30].http：//WWW.itu.int/rec/T-REC-Q.2630.1/en.