WCDMA網(wǎng)絡(luò)Iub接口智能猜測配置技術(shù)的研究*

鄔麗芬 ，張治中 ，代 琦

（重慶郵電大學 a.通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點實驗室；b.重慶光纖通信技術(shù)重點實驗室，重慶 400065）

1 引言

WCDMA是3G技術(shù)中應用最為廣泛的無線接入技術(shù)，擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈條、全球覆蓋的網(wǎng)絡(luò)、高速便捷的上網(wǎng)方式以及多樣的增值應用[1]。截至2009年8月13日，全球WCDMA用戶數(shù)已經(jīng)突破4.17億，共290家運營商在120個國家部署了WCDMA網(wǎng)絡(luò)，占全球3G商用網(wǎng)絡(luò)的72.8%，其中超過94%的商用WCDMA運營商已經(jīng)完成或者正在進行下一代的技術(shù)升級[2]。隨著WCDMA系統(tǒng)的大力開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模組建，用戶期待已久的3G業(yè)務正以全新的技術(shù)和應用形式呈現(xiàn)在用戶面前。面對著期望值較高的廣大用戶，網(wǎng)絡(luò)運營維護工作也將面臨嚴峻的考驗，作為組網(wǎng)技術(shù)的重要支撐，WCDMA網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)的研究和開發(fā)能夠為WCDMA網(wǎng)絡(luò)的組建、維護、優(yōu)化和安全提供可靠的依據(jù)。

Iub接口作為WCDMA網(wǎng)絡(luò)重要的接口之一，其監(jiān)測模塊的研究在WCDMA網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測中占有不可或缺的地位。而在Iub接口信令監(jiān)測中，其核心環(huán)節(jié)便是進行聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集并解碼，實時分析出相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，從而為WCDMA網(wǎng)絡(luò)運維及優(yōu)化提供指導[3]。在對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解碼前需要對解碼所需而又無法提前獲取的部分鏈路參數(shù)進行智能猜測配置，得到二類適配（AAL2）鏈路參數(shù)、五類適配 （AAL5）鏈路協(xié)議棧信息、Path ID與VPI/VCI映射關(guān)系是Iub接口信令監(jiān)測中最為重要的步驟。筆者將主要針對這些鏈路參數(shù)如何配置進行研究分析。

2 Iub接口概述

Iub接口是連接Node B與RNC的接口，用來傳輸RNC和Node B之間的信令及無線接口數(shù)據(jù)[4]。圖1為Iub接口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，其中圖1a為用戶平面協(xié)議棧，圖1b為控制平面協(xié)議棧。

Iub接口的協(xié)議棧在水平方向分為兩個功能層，即無線網(wǎng)絡(luò)控制層和傳輸網(wǎng)絡(luò)控制層，分別由無線網(wǎng)絡(luò)控制平面、傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面和用戶平面組成。傳輸網(wǎng)絡(luò)層傳輸兩類信息：一類是無線資源管理和呼叫控制信息，另一類是話音和數(shù)據(jù)信息。為了高速且有效地傳送這些信息，傳輸網(wǎng)絡(luò)層目前普遍采用異步傳輸模式（ATM），其中控制面采用AAL5，用于承載控制面的數(shù)據(jù)業(yè)務，用戶面采用AAL2，用于傳輸用戶面的話音實時應用業(yè)務[5]。

3 智能猜測配置方案總體設(shè)計

智能猜測配置主要的功能是實現(xiàn)Iub接口協(xié)議棧部分鏈路參數(shù)配置，具體包括AAL2鏈路公共傳輸信道參數(shù)配置、AAL5鏈路信道參數(shù)配置、Path ID和VPI/VCI映射關(guān)系匹配。參數(shù)配置完成，調(diào)度者將依次調(diào)用各協(xié)議按照配置參數(shù)對原始數(shù)據(jù)信息進行解碼，提取各協(xié)議與合成相關(guān)的參數(shù)并保存，供合成模塊使用，以實現(xiàn)信令的完整監(jiān)測。智能猜測配置流程如圖2所示。

采集卡捕獲到的數(shù)據(jù)通過Iub接口消息篩選后，保存在消息緩存中，查找當前數(shù)據(jù)的公共配置信息。如果沒有，智能猜測模塊將從消息緩存中取出消息后逐條逐層次進行解碼嘗試，獲得AAL2和AAL5鏈路的配置參數(shù)并填寫到信道配置表中。參數(shù)確定后，解碼器從信道配置表中讀取配置信息，對采集到的每條消息調(diào)用協(xié)議進行正確解碼，從而獲得每幀數(shù)據(jù)的幀信息和呼叫信息。解碼完成后，進行呼叫合成，合成模塊從ALCAP分配DCH信道過程中提取 Path ID/CID（Cnnnection Identification），根據(jù)合成過程匹配Path ID和VPI（Virtual Path Identification）/VCI（Virtual Channel Identification）的映射關(guān)系，并將此關(guān)系填寫到Path ID-VPI/VCI對應關(guān)系表中，根據(jù)用戶的需要進行顯示。

4 智能猜測配置分析與實現(xiàn)

4.1 AAL2鏈路猜測配置

AAL2鏈路協(xié)議棧包括幀協(xié)議（FP）、媒質(zhì)接入控制（MAC）協(xié)議、無線鏈路控制（RLC）協(xié)議和無線資源控制（RRC）協(xié)議，主要功能是用于發(fā)送Uu接口用戶平面的語音、分組數(shù)據(jù)和控制平面的信令數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)Uu接口的信令和用戶數(shù)據(jù)在Node B以透明方式傳送給RNC端。為了從Iub接口中獲取到RRC消息以分析UE和RNC間的信令交互，必須按照FP，MAC，RLC協(xié)議規(guī)定的編碼方式，對這幾層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）進行一系列的重組[6]。重組過程中，首要的問題是確定前向接入信道（FACH）、隨機接入信道（RACH）、尋呼信道（PCH）的數(shù)據(jù)幀對應的2類承載。AAL2鏈路猜測配置算法，將網(wǎng)絡(luò)中采集到的Iub接口數(shù)據(jù)遍歷各個公共傳輸信道，在AAL2鏈路協(xié)議棧中進行逐層猜測分析，從而得到各信道猜測配置結(jié)果，然后對這些結(jié)果進行判決，將滿足判決條件的結(jié)果寫入配置文件。算法實現(xiàn)流程如圖3所示。

按照數(shù)據(jù)到達時間順序，將待猜測數(shù)據(jù)幀逐一遍歷RACH，F(xiàn)ACH和PCH這3種信道分別進行FP層解碼嘗試，根據(jù)傳輸格式指示（TFI）的值和對應的 TFS，猜測數(shù)據(jù)幀的幀長度，并與數(shù)據(jù)幀實際長度進行比較，如果幀長度范圍正確，構(gòu)建MAC PDU，將 MAC PDU、對應的傳輸信道類型、TFS等參數(shù)上傳給MAC層進行猜測；取得MAC PDU的長度和該PDU對應的傳輸信道類型，對TCTF字段進行校驗，確定各個公共傳輸信道具體映射到哪種邏輯信道，RLC屬于何種模式。構(gòu)建RLC PDU對數(shù)據(jù)范圍進行判斷，如果正確，將RLC PDU、該PDU對應的邏輯信道類型、RLC模式等參數(shù)上傳給RLC層進行猜測。

根據(jù)MAC層傳送的數(shù)據(jù)提取出RLC模式，送往該模式進行猜測解碼分析，最終返回SN，對SN進行校驗。如果同一信道解碼的SN順序遞增1，則判定猜測配置正確，保存預配置猜測成功結(jié)果。

遍歷MAC和FP完畢后，相同VPI/VCI/CID的為一組對預配置猜測成功結(jié)果進行判決，如果猜測成功消息數(shù)/（猜測成功消息數(shù)+猜測失敗消息數(shù)）×100%≥90%，則判定為猜測配置成功，將判決結(jié)果寫入配置文件，不同公共傳輸信道對應的2類承載即可確定。

4.2 AAL5鏈路協(xié)議棧識別

Iub接口協(xié)議棧無線網(wǎng)絡(luò)控制平面和傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面分別對應2個協(xié)議的信令流程，即Node B應用部分（Node B application part，NBAP）和接入層鏈路控制應用協(xié)議 （Access Link Control Application Protocol，ALCAP）消息[7]。當RNC發(fā)起傳輸信道管理或者無線連接管理時，是通過NBAP協(xié)議的相關(guān)過程來實現(xiàn)的。ALCAP是專門針對AAL2連接的信令協(xié)議，負責AAL2點到點連接的建立、釋放和維護。AAL5鏈路猜測的目的是實現(xiàn)NBAP以及ALCAP對應的VPI/VCI/CID信息的自動配置。猜測流程如圖4所示。

按照數(shù)據(jù)到達時間順序，將待猜測數(shù)據(jù)按照SSCOP協(xié)議格式進行猜測解碼，解碼結(jié)果送到上層NBAP嘗試解碼，如果解碼結(jié)果正確，根據(jù)NBAP消息類型判斷當前端口上下行方向，并將信道配置VPI/VCI/CID，方向分析結(jié)果填到信道配置表格中。如果解碼錯誤，則進行ALCAP解碼嘗試；如果解碼正確，根據(jù)ALCAP消息類型，判斷當前端口上下行方向，并將信道配置VPI/VCI/CID，方向分析結(jié)果填到信道配置表格中，同時提取出ALCAP ERQ消息中的Path ID/CID的值。

4.3 Path ID與VPI/VCI映射關(guān)系的匹配

在Iub接口信令監(jiān)測中，AAL2鏈路分配是由ALCAP協(xié)議來完成的，ALCAP通過建立ERQ消息中Path ID/CID來指明分配的AAL2鏈路，Path ID和ATM VPI/VCI是一種映射關(guān)系，在信令測試過程中必須知道Path ID與VPI/VCI的映射關(guān)系，才能進行呼叫詳細記錄合成等深入的信令監(jiān)測和協(xié)議分析工作。Path ID與VPI/VCI映射關(guān)系的確定，可以采用Hash表遍歷操作來實現(xiàn)。

首先設(shè)計兩個類，分別為REF和Match。REF表作為參考對象，以作為關(guān)鍵字，包含VPI/VCI表1（以為關(guān)鍵字）；Match表以為關(guān)鍵字，包含VPI/VCI表2（以為關(guān)鍵字）和Path ID表（以為關(guān)鍵字）。

同時，設(shè)置兩個猜測成功表：成功的Path ID表，以作為關(guān)鍵字，用于存儲猜測成功的Path ID表項，其內(nèi)容為；成功的VPI/VCI表，以作為關(guān)鍵字，用于存儲猜測成功的VPI/VCI表項，其內(nèi)容為。兩個表的關(guān)鍵字互為內(nèi)容，這樣就形成了Path ID表和VPI/VCI表的映射關(guān)系。在猜測完成后，進行協(xié)議解碼時，通過在配置文件中查找2個表格，就能確定出映射關(guān)系。

通過觸發(fā)ALCAP ERQ消息，從ALCAP ERQ中獲取所需的Path ID/CID，通過觸發(fā)AAL2消息，獲取所需VPI/VCI/CID；

在1個定時觸發(fā)周期內(nèi)，以為關(guān)鍵字逐個遍歷Match表中Path ID表項，以某一表項值為參照，遍歷查找REF表。如果REF表中能找到=，且中有，則把值對應的所有值與對應的所有取交集保存到REF表中；如果中無，則把Match表中的值拷貝到REF中；如果REF表中找不到=，則操作錯誤，刪除Match表中的項。

采用同樣的方法，繼續(xù)查找Match表中表項的下一項，直到REF表中只剩一個值，則當前的與唯一的值便是一組猜測成功的映射關(guān)系。把猜測成功的與分別存入成功的Path ID表和VPI/VCI表中，刪除REF表中內(nèi)容，即可得到Path ID與VPI/VCI的映射關(guān)系。

5 現(xiàn)場驗證

通過室外現(xiàn)場實測可采集到大量的Iub接口消息，送由智能猜測配置模塊進行現(xiàn)場驗證，仿真結(jié)果如圖5、圖6所示。

由圖5可見，當VPI/VCI/CID為1/100/10、端口組為0時對應的公共傳輸信道為上行鏈路RACH信道，TFS為<1，168>，<1，360>，<1，240>；當 VPI/VCI/CID 為 1/100/11、端口組為1時對應的公共傳輸信道為下行鏈路PCH信道，TFS 為<0，240>，<1，240>；當 VPI/VCI/CID 為 1/100/13、端口組為1時對應的公共傳輸信道為下行鏈路FACH 信 道 ，TFS 為 <0，168>，<1，168> ，<2，168> ，<3，168>。智能猜測配置模塊實現(xiàn)了AAL2鏈路公共傳輸信道參數(shù)的配置。

由圖5同樣可以看出，當VPI/VCI/CID為1/51/0、端口組為0和1時分別對應上行鏈路NBAP協(xié)議、下行鏈路NBAP協(xié)議；當VPI/VCI/CID為1/52/0、端口組為0和1時分別對應上行鏈路ALCAP協(xié)議、下行鏈路ALCAP協(xié)議。智能猜測配置模塊實現(xiàn)了AAL5鏈路信道的配置。由圖6可以看出，猜測結(jié)果中有一組Path ID和VPI/VCI映射關(guān)系為<4-1/100>。通過網(wǎng)絡(luò)測試儀解碼驗證，圖6中AAL2中確實存在這種對應關(guān)系。智能猜測配置模塊實現(xiàn)了Path ID和VPI/VCI映射關(guān)系的匹配。由此可見，本文中的智能猜測配置算法是有效可行的。

6 小結(jié)

通過對Iub接口協(xié)議棧的深入分析與研究，提出一種WCDMA網(wǎng)絡(luò)Iub接口智能猜測配置算法。該監(jiān)測方法已應用到WCDMA集中監(jiān)測系統(tǒng)中，現(xiàn)場測試表明采用本算法對于正在運行的網(wǎng)絡(luò)，不必重啟Node B就可以對Iub接口部分鏈路參數(shù)進行配置，而且可以根據(jù)實際情況靈活修改配置結(jié)果的判決規(guī)則，降低了復雜程度和錯誤率，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)信令監(jiān)測和分析的準確度和效率，對WCDMA網(wǎng)絡(luò)信令實時監(jiān)測具有重要意義。

[1]李鵬飛.產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善WCDMA蓄勢待發(fā)[J].電信技術(shù)，2008（11）：19-22.

[2]郭曉峰.數(shù)據(jù)顯示全球WCDMA用戶破4億市場份額達72%[EB/OL].[2010-04-20].http：//tech.qq.com/a/20091015/000317.htm.

[3]程方，張治中.移動通信系統(tǒng)演進及3G信令[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]3GPP TS 25.432 V7.1.0-2007，UTRAN Iub interface:signaling transport（release 7）[S].2007.

[5]KARLANDER B，NADAS S.AAL2 switching in the WCDMA radio access network[EB/OL].[2010-05-20].http：//www.ericsson.com/about/publications/review/2002_03/files/2002033.pdf.

[6]戴斌，李揚.Iub接口信令流程合成方法及系統(tǒng)：中國，101174990A[P].2007-10-30.

[7]杜西亞，張治中.TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的Iu-CS接口監(jiān)測方法研究[J].電視技術(shù)，2010，34（1）：91-95.