TD-SCDMA測試儀中Iub接口CDR的合成方案

引言

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

對網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行快速診斷并降低網(wǎng)絡(luò)中斷時間是3G信令測試系統(tǒng)的主要用途之一。當(dāng)3G系統(tǒng)發(fā)生故障時，需要使用測試設(shè)備接入關(guān)鍵的信令鏈路監(jiān)測點，并進(jìn)行協(xié)議測試和分析。通常來說，通用移動通信系統(tǒng)(universal mobile telecommuniCAtion system，UMTS)網(wǎng)絡(luò)故障主要可分為2大類：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)問題;而R4核心網(wǎng)和GSM系統(tǒng)基本相同，因此出現(xiàn)問題的概率相對較小。由于Iub和Iu接口是UTRAN中最重要的測試接口，一般來說需要同時對這2個接口進(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題，并對其中的關(guān)鍵字段進(jìn)行分析。所有這些工作，都離不開一臺具備全面解碼、呼叫跟蹤和統(tǒng)計功能的3G信令測試設(shè)備的配合。

CDR(call data record)在PSTN中表示呼叫數(shù)據(jù)記錄，現(xiàn)在延伸意思為一個完整的流程，CDR合成是上述功能的基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)中消息按信令流程進(jìn)行歸類，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)計等高級功能[4-5]。

我們在本文中將以TD-SCDMA UTRAN中Iub接口間的各個協(xié)議的CDR合成，多協(xié)議關(guān)聯(lián)為例，對CDR合成的方法進(jìn)行描述。該方法同樣實用于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個協(xié)議平面，分別是無線網(wǎng)絡(luò)控制平面、傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面和用戶平面，分別對應(yīng)3個協(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個協(xié)議有著緊密的聯(lián)系，當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)控制器(radio network controller，RNC)發(fā)起傳輸信道管理或者無線連接管理相關(guān)過程的時候，是通過NBAP協(xié)議的相關(guān)過程來實現(xiàn)，比如Common Transport Channel Setup，Radio Link Setup，Radio Link Addition等。但同時需要對用戶平面鏈路進(jìn)行分配或刪除，在Iub接口上，用戶數(shù)據(jù)(FP)通過ATM結(jié)構(gòu)中的AAL2傳送，此時需要建立控制機(jī)制，ALCAP定義了與用戶面建立、釋放傳輸承載的方式，因此需要ALCAP協(xié)議來完成這些操作。一般情況下，如果不涉及到用戶平面時，Iub接口中就只有NBAP過程的消息。當(dāng)涉及到用戶平面的時候，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平面的操作：一種是對小區(qū)的公共傳輸信道做操作的時候;另一種是為UE提供專用信道的時候。在對傳輸信道做操作的過程中，用戶平面只有FP同步消息，不會有RRC消息。當(dāng)RNC涉及到對UE操作時候，需要先在RNC和UE之間建立一個無線連接(RRC連接)，建立過程大致如下：UE先向RNC請求建立RRC連接，RNC收到請求后根據(jù)具體情況選擇是否為該UE建立專用信道。如果要建立專用信道(dedicated channel，DCH)，RNC將通過NBAP協(xié)議請求建立無線鏈路或者重配置無線鏈路，Node B成功應(yīng)答后，RNC將通過ALCAP協(xié)議分配DCH所需的AAL2鏈路，成功分配后RNC通過前向接入信道(forward access channel，F(xiàn)ACH)發(fā)送RRC建立成功消息。如果不需要為該UE建立專用信道，那么就沒有上述NBAP和ALCAP過程，RNC將直接通過FACH發(fā)送RRC建立成功消息，該消息將指示UE只能

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

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：

①純NBAP過程;

②NBAP過程+ALCAP過程+FP(公共傳輸信道，同步消息);

③NBAP過程+ALCAP過程+FP(DCH，包括同步消息和RRC消息);

④RRC過程(公共信道傳輸，共享信道傳輸)。

其中②和③可以歸為一類處理。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RRC流程的消息可能會出現(xiàn)在多個FP里面，所以這里將兩者進(jìn)行了區(qū)分。

2、Iub接口CDR合成基本原理和實現(xiàn)算法

下面以上節(jié)中流程類型③(NBAP過程+ALCAP過程+FP)的消息合成進(jìn)行詳細(xì)介紹，因為這是最復(fù)雜的一類，對該類型

的CDR合成方法包含了其它3種類型的CDR合成方法。具體又以移動發(fā)起呼叫(mobile oriented call，MOC)為例(見圖3)，對RRC建立連接，以及怎樣實現(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建立過程部分，也將是CDR合成的主要部分。首先UE通過RACH隨機(jī)接入信道發(fā)送rrcConnectionRequest消息請求建立RRC連接，該消息中包含IMSI/TMSI和建立原因參數(shù)，RNC收到請求后發(fā)起無線鏈路建立請求intiatingMessage Id-radioLinkSetup(如果已經(jīng)建立了無線鏈路，將發(fā)起無線鏈路資源重配置請求)，NodeB通過successfulOutcome ID-radioLinkSetup確認(rèn)請求后，RNC將為UE分配DCH專用信道，即調(diào)用ALCAP協(xié)議分配AAL2鏈路來承載DCH，DCH經(jīng)過同步后，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rrcConnectionSetupComplete確認(rèn)，至此，RRC建立成功，NAS(Non-Access Stratum，非接入層)消息將通過RRC消息封裝發(fā)送到RNC，再經(jīng)過Iu接口發(fā)送到MSC。

對Iub接口的各協(xié)議關(guān)聯(lián)方法說明如下(參見圖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UE的不同NB·AP過程之間的消息用Id-CRNC-CommunicationContextID參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

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

●RRC消息關(guān)聯(lián)：同一過程的RRC消息可通過RRC Transaction ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同一個UE的RRC消息可通過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來區(qū)分是否屬于同一個UE。

Iub接口的多協(xié)議關(guān)聯(lián)如下(參見圖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Time Slots和User Codes進(jìn)行關(guān)聯(lián)，F(xiàn)DD模式下通過Scrambling code進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

●NBAP消息和ALCAP消息關(guān)聯(lián)：通過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)過換算等于PathID)，ChannelID(CID=ChannelID)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

按照上述先對各個協(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、匹配來確定是否屬于同一個消息流程，因此在這個過程中，需要一些臨時存儲方式來保存沒有匹配到的消息，在內(nèi)存分配上比較復(fù)雜，涉及動態(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時間的，所以根據(jù)具體情況應(yīng)使用具體的索引建立方法，我們在設(shè)計過程中除了平衡二叉樹以外也曾采用其它索引建立方法，比如二叉樹，哈希表等。

協(xié)議間合成是定期執(zhí)行的操作，時間周期的長短選擇也將影響合成的效率。如果間隔時間太短，每關(guān)聯(lián)一次完成的流程很少，同時也耗費了時間;時間太長了缺乏實時性。而我們采用的是多線程的方式單獨用一個線程來完成多協(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

通過對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++語言進(jìn)行編碼測試，能很好地達(dá)到CDR合成的效果，實現(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)與測試技術(shù)重點實驗室TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測試儀中，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第三代移動通信系統(tǒng)、信令及實現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2003.

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

[5]　劉偉.張治中.TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測試儀IP數(shù)據(jù)采集卡的研制[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(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.