TD-SCDMA测试仪中Iub接口CDR合成的方法

通信

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威廉希尔官方网站，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威廉希尔官方网站重点实验室TD-SCDMA网络测试仪中，效果
良好。
参考文献：
[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，李贵勇，陈贤亮，等.TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现[M].北京：人民邮电出版社，2003.
[4]　张毅.鲜继清.TD-SCDMA信令测试软件设计方案[J].重庆邮电学院学报(自然科学版).2003，15(1)：32-34.
[5]　刘伟.张治中.TD-SCDMA网络测试仪IP数据采集卡的研制[J].重庆邮电学院学报(自然科学版).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.

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