TD-SCDMA測試儀中Iub接口CDR的合成方案

引言

隨著(zhù)有中國自主知識產(chǎn)權的第三代移動(dòng)通信標準TD-SCDMA商用網(wǎng)測試日趨完成，大規模的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(kāi)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(shí)間是3G信令測試系統的主要用途之一。當3G系統發(fā)生故障時(shí)，需要使用測試設備接入關(guān)鍵的信令鏈路監測點(diǎn)，并進(jìn)行協(xié)議測試和分析。通常來(lái)說(shuō)，通用移動(dòng)通信系統(universal mobile telecommuniCAtion system，UMTS)網(wǎng)絡(luò )故障主要可分為2大類(lèi)：UMTS的陸地無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )(UMTS terrestrial radio access network，UTRAN)側故障和核心網(wǎng)(core network，CN)側故障。由于3GPP R4(Release 4)UTRAN的網(wǎng)絡(luò )結構和協(xié)議同GSM系統相比有了較大變化，因此比較容易出現問(wèn)題;而R4核心網(wǎng)和GSM系統基本相同，因此出現問(wèn)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(lái)說(shuō)需要同時(shí)對這2個(gè)接口進(jìn)行數據采集和關(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(wèn)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(kāi)一臺具備全面解碼、呼叫跟蹤和統計功能的3G信令測試設備的配合。

CDR(call data record)在PSTN中表示呼叫數據記錄，現在延伸意思為一個(gè)完整的流程，CDR合成是上述功能的基礎，對網(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(gè)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(shí)用于WCDMA系統。

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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制平面、傳輸網(wǎng)絡(luò )控制平面和用戶(hù)平面，分別對應3個(gè)協(xié)議的信令流程，即NBAP(Node B application part，Node B應用部分)、ALCAP(access link control application protocol，接入層鏈路控制應用協(xié)議)、Iub FP(frame protocol)消息[6]。FP所承載的協(xié)議包括無(wú)線(xiàn)資源控制(radio resource control，RRC)，包數據集中協(xié)議(packet data convergence protocol，PDCP)等。這3個(gè)協(xié)議有著(zhù)緊密的聯(lián)系，當無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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，比如Common Transport Channel Setup，Radio Link Setup，Radio Link Addition等。但同時(shí)需要對用戶(hù)平面鏈路進(jìn)行分配或刪除，在Iub接口上，用戶(hù)數據(FP)通過(guò)ATM結構中的AAL2傳送，此時(shí)需要建立控制機制，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。當涉及到用戶(hù)平面的時(shí)候，情況要復雜得多[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：一種是對小區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RNC涉及到對UE操作時(shí)候，需要先在RNC和UE之間建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)連接(RRC連接)，建立過(guò)程大致如下：UE先向RNC請求建立RRC連接，RNC收到請求后根據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)議請求建立無(wú)線(xiàn)鏈路或者重配置無(wú)線(xiàn)鏈路，Node B成功應答后，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，FACH)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，FP，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 )出現在多個(gè)FP里面，所以這里將兩者進(jìn)行了區分。

2、Iub接口CDR合成基本原理和實(shí)現算法

下面以上節中流程類(lèi)型③(NBAP過(guò)程+ALCAP過(guò)程+FP)的消息合成進(jìn)行詳細介紹，因為這是最復雜的一類(lèi)，對該類(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RRC建立連接，以及怎樣實(shí)現NBAP，ALCAP，FP，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(xiàn)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，RNC收到請求后發(fā)起無(wú)線(xiàn)鏈路建立請求intiatingMessage Id-radioLinkSetup(如果已經(jīng)建立了無(wú)線(xiàn)鏈路，將發(fā)起無(wú)線(xiàn)鏈路資源重配置請求)，NodeB通過(guò)successfulOutcome ID-radioLinkSetup確認請求后，RNC將為UE分配DCH專(zhuān)用信道，即調用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，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MAC中UEID來(lái)區分是否屬于同一個(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)，FDD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參數值與ALCAP的ERQ消息中的SUGR參數值相等的方法進(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一些關(guān)鍵參數進(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)存儲方式來(lái)保存沒(méi)有匹配到的消息，在內存分配上比較復雜，涉及動(dòng)態(tài)分配內存。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(shí)間的，所以根據具體情況應使用具體的索引建立方法，我們在設計過(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)議間合成是定期執行的操作，時(shí)間周期的長(cháng)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)也耗費了時(shí)間;時(shí)間太長(cháng)了缺乏實(shí)時(shí)性。而我們采用的是多線(xiàn)程的方式單獨用一個(gè)線(xiàn)程來(lái)完成多協(xié)議關(guān)聯(lián)，效果非常好。圖4為該方法應用到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試儀中的執行結果。

圖4　結果顯示

Fig.4 Result display

4、結束語(yǔ)

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

良好。

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