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TD-SCDMA测试仪中Iub接口CDR的合成方案

TD-SCDMA测试仪中Iub接口CDR的合成方案

引言

  随着有中国自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA商用网测试日趋完成,大规模的3G网络即将在全国各地组建,作为组网的重要支撑技术,测试仪的开发显得非常重要。

  对网络故障进行快速诊断并降低网络中断时间是3G信令测试系统的主要用途之一。当3G系统发生故障时,需要使用测试设备接入关键的信令链路监测点,并进行协议测试和分析。通常来说,通用移动通信系统(universal mobile telecommuniCAtion system,UMTS)网络故障主要可分为2大类:UMTS的陆地无线接入网络(UMTS terrestrial radio access network,UTRAN)侧故障和核心网(core network,CN)侧故障。由于3GPP R4(Release 4)UTRAN的网络结构和协议同GSM系统相比有了较大变化,因此比较容易出现问题;而R4核心网和GSM系统基本相同,因此出现问题的概率相对较小。由于Iub和Iu接口是UTRAN中最重要的测试接口,一般来说需要同时对这2个接口进行数据采集和关联性分析[1-3]。

  若要有效地诊断3G网
络故障,网络工程师需要对UMTS各接口和相关协议有较全面和深入的理解,这样才能迅速找到存在的问题,并对其中的关键字段进行分析。所有这些工作,都离不开一台具备全面解码、呼叫跟踪和统计功能的3G信令测试设备的配合。

  CDR(call data record)在PSTN中表示呼叫数据记录,现在延伸意思为一个完整的流程,CDR合成是上述功能的基础,对网络中消息按信令流程进行归类,并用索引方式把这些消息联系到一起,然后才便于完成诸如呼叫跟踪和呼损统计等高级功能[4-5]。

  我们在本文中将以TD-SCDMA UTRAN中Iub接口间的各个协议的CDR合成,多协议关联为例,对CDR合成的方法进行描述。该方法同样实用于WCDMA系统。

  1、Iub接口中的信令消息

  图1为Iub接口中协议的关系图。Iub接口协议栈包含3个协议平面,分别是无线网络控制平面、传输网络控制平面和用户平面,分别对应3个协议的信令流程,即NBAP(Node B application part,Node B应用部分)、ALCAP(access link control application protocol,接入层链路控制应用协议)、Iub FP(frame protocol)消息[6]。FP所承载的协议包括无线资源控制(radio resource control,RRC),包数据集中协议(packet data convergence protocol,PDCP)等。这3个协议有着紧密的联系,当无线网络控制器(radio network controller,RNC)发起传输信道管理或者无线连接管理相关过程的时候,是通过NBAP协议的相关过程来实现,比如Common Transport Channel Setup,Radio Link Setup,Radio Link Addition等。但同时需要对用户平面链路进行分配或删除,在Iub接口上,用户数据(FP)通过ATM结构中的AAL2传送,此时需要建立控制机制,ALCAP定义了与用户面建立、释放传输承载的方式,因此需要ALCAP协议来完成这些操作。一般情况下,如果不涉及到用户平面时,Iub接口中就只有NBAP过程的消息。当涉及到用户平面的时候,情况要复杂得多[7]。


  图1 Iub接口协议关系图 
Fig.1 Relation graph of Iub interface


  
        RNC在以下2种情况下将涉及到用户平面的操作:一种是对小区的公共传输信道做操作的时候;另一种是为UE提供专用信道的时候。在对传输信道做操作的过程中,用户平面只有FP同步消息,不会有RRC消息。当RNC涉及到对UE操作时候,需要先在RNC和UE之间建立一个无线连接(RRC连接),建立过程大致如下:UE先向RNC请求建立RRC连接,RNC收到请求后根据具体情况选择是否为该UE建立专用信道。如果要建立专用信道(dedicated channel,DCH),RNC将通过NBAP协议请求建立无线链路或者重配置无线链路,Node B成功应答后,RNC将通过ALCAP协议分配DCH所需的AAL2链路,成功分配后RNC通过前向接入信道(forward access channel,FACH)发送RRC建立成功消息。如果不需要为该UE建立专用信道,那么就没有上述NBAP和ALCAP过程,RNC将直接通过FACH发送RRC建立成功消息,该消息将指示UE只能

通过公共传输信道传输所有的消息给RNC。图2显示了Iub接口中可能会出现的消息种类。




  图2 Iub接口中所包含消息
Fig.2 Messages in Iub interface


  
        至此,可归纳出Iub接口的流程大致有4类:


  ①纯NBAP过程;

  ②NBAP过程+ALCAP过程+FP(公共传输信道,同步消息);

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

  ④RRC过程(公共信道传输,共享信道传输)。

  其中②和③可以归为一类处理。不难看出,Iub接口的CDR合成可先按NBAP,ALCAP,FP,RRC消息合成,然后再进行多协议的关联。虽然RRC是在FP之上的,但一个RRC流程的消息可能会出现在多个FP里面,所以这里将两者进行了区分。

  2、Iub接口CDR合成基本原理和实现算法

  下面以上节中流程类型③(NBAP过程+ALCAP过程+FP)的消息合成进行详细介绍,因为这是最复杂的一类,对该类型




的CDR合成方法包含了其它3种类型的CDR合成方法。具体又以移动发起呼叫(mobile oriented call,MOC)为例(见图3),对RRC建立连接,以及怎样实现NBAP,ALCAP,FP,RRC的消息合成,多协议关联等基本原理进行了描述。



  图3 MOC消息流前面部分
Fig.3 Message flow.of MOC


  
        如图3所示,虚线上面消息流程为RRC建立过程部分,也将是CDR合成的主要部分。首先UE通过RACH随机接入信道发送rrcConnectionRequest消息请求建立RRC连接,该消息中包含IMSI/TMSI和建立原因参数,RNC收到请求后发起无线链路建立请求intiatingMessage Id-radioLinkSetup(如果已经建立了无线链路,将发起无线链路资源重配置请求),NodeB通过successfulOutcome ID-radioLinkSetup确认请求后,RNC将为UE分配DCH专用信道,即调用ALCAP协议分配AAL2链路来承载DCH,DCH经过同步后,所有该UE的RRC消息将在该DCH上传输。成功分配后,RNC发起rrcConnectionSetup建立RRC连接,NodeB通过rrcConnectionSetupComplete确认,至此,RRC建立成功,NAS(Non-Access Stratum,非接入层)消息将通过RRC消息封装发送到RNC,再经过Iu接口发送到MSC。


  对Iub接口的各协议关联方法说明如下(参见图3各连接箭头的指示,暂不考虑NAS消息的合成):

  ●NBAP消息关联:同一过程的NBAP消息用消息中Transaction ID参数进行关联,涉及同一个UE的不同NB·AP过程之间的消息用Id-CRNC-CommunicationContextID参数进行关联。

  ●ALCAP消息关联:一个流程的ACLAP消息可通过OSAID和DSAID参数进行关联。

  ●RRC消息关联:同一过程的RRC消息可通过RRC Transaction ID进行关联,同一个UE的RRC消息可通过I·MSI/TMSI进行关联。在公共传输信道中的RRC消息可以根据MAC中UEID来区分是否属于同一个UE。

  Iub接口的多协议关联如下(参见图3各连接箭头的指示):

  ●NBAP消息和RRC消息关联:TDD模式中通过Time Slots和User Codes进行关联,FDD模式下通过Scrambling code进行关联。

  ●NBAP消息和ALCAP消息关联:通过NBAP消息中的BindingID参数值与ALCAP的ERQ消息中的SUGR参数值相等的方法进行关联。

  ●ALCAP消息和RRC(DCH中的)消息关联:通过承载RRC消息中DCH信道的VPI/VCI/CID与ALCAP的ERQ消息中的PathID(VPI/VCI经过换算等于PathID),ChannelID(CID=ChannelID)进行关联。

  按照上述先对各个协议进行合成,然后协议之间进行合成,协议间合成按一定的时间周期进行,最后得到的结果便是所需的Iub接口CDR信息。
3、Iub接口CDR合成算法分析

  该CDR合成算法主要是根据一些关键参数进行查找、匹配来确定是否属于同一个消息流程,因此在这个过程中,需要一些临时存储方式来保存没有匹配到的消息,在内存分配上比较复杂,涉及动态分配内存。另外,该合成算法涉及大量的查找、匹配,所以需要建立许多方便查找的索引,比较好地建立索引方法显得至关重要,但是建立这些索引也是要耗费时间的,所以根据具体情况应使用具体的索引建立方法,我们在设计过程中除了平衡二叉树以外也曾采用其它索引建立方法,比如二叉树,哈希表等。



  协议间合成是定期执行的操作,时间周期的长短选择也将影响合成的效率。如果间隔时间太短,每关联一次完成的流程很少,同时也耗费了时间;时间太长了缺乏实时性。而我们采用的是多线程的方式单独用一个线程来完成多协议关联,效果非常好。图4为该方法应用到TD-SCDMA网络测试仪中的执行结果。


  图4 结果显示
Fig.4 Result display


  
       4、结束语


  通过对Iub接口各消息流程的深入分析和研究,结合Iu接口,使用C++语言进行编码测试,能很好地达到CDR合成的效果,实现多协议乃至多接口间的协议关联。该程序模块已经应用到重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室TD-SCDMA网络测试仪中,效果

良好。

the king of nerds
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