WCDMA网络Iub接口智能猜测配置技术的研究*
2010-03-14邬丽芬张治中
邬丽芬 ，张治中 ，代 琦
（重庆邮电大学 a.通信网与测试技术重点实验室；b.重庆光纤通信技术重点实验室，重庆 400065）
1 引言
WCDMA是3G技术中应用最为广泛的无线接入技术，拥有成熟的产业链条、全球覆盖的网络、高速便捷的上网方式以及多样的增值应用[1]。截至2009年8月13日，全球WCDMA用户数已经突破4.17亿，共290家运营商在120个国家部署了WCDMA网络，占全球3G商用网络的72.8%，其中超过94%的商用WCDMA运营商已经完成或者正在进行下一代的技术升级[2]。随着WCDMA系统的大力开发，网络的大规模组建，用户期待已久的3G业务正以全新的技术和应用形式呈现在用户面前。面对着期望值较高的广大用户，网络运营维护工作也将面临严峻的考验，作为组网技术的重要支撑，WCDMA网络监测技术的研究和开发能够为WCDMA网络的组建、维护、优化和安全提供可靠的依据。
Iub接口作为WCDMA网络重要的接口之一，其监测模块的研究在WCDMA网络监测中占有不可或缺的地位。而在Iub接口信令监测中，其核心环节便是进行联网数据采集并解码，实时分析出相关的网络性能参数，从而为WCDMA网络运维及优化提供指导[3]。在对网络数据解码前需要对解码所需而又无法提前获取的部分链路参数进行智能猜测配置，得到二类适配（AAL2）链路参数、五类适配 （AAL5）链路协议栈信息、Path ID与VPI/VCI映射关系是Iub接口信令监测中最为重要的步骤。笔者将主要针对这些链路参数如何配置进行研究分析。
2 Iub接口概述
Iub接口是连接Node B与RNC的接口，用来传输RNC和Node B之间的信令及无线接口数据[4]。图1为Iub接口协议栈结构，其中图1a为用户平面协议栈，图1b为控制平面协议栈。
Iub接口的协议栈在水平方向分为两个功能层，即无线网络控制层和传输网络控制层，分别由无线网络控制平面、传输网络控制平面和用户平面组成。传输网络层传输两类信息：一类是无线资源管理和呼叫控制信息，另一类是话音和数据信息。为了高速且有效地传送这些信息，传输网络层目前普遍采用异步传输模式（ATM），其中控制面采用AAL5，用于承载控制面的数据业务，用户面采用AAL2，用于传输用户面的话音实时应用业务[5]。
3 智能猜测配置方案总体设计
智能猜测配置主要的功能是实现Iub接口协议栈部分链路参数配置，具体包括AAL2链路公共传输信道参数配置、AAL5链路信道参数配置、Path ID和VPI/VCI映射关系匹配。参数配置完成，调度者将依次调用各协议按照配置参数对原始数据信息进行解码，提取各协议与合成相关的参数并保存，供合成模块使用，以实现信令的完整监测。智能猜测配置流程如图2所示。
采集卡捕获到的数据通过Iub接口消息筛选后，保存在消息缓存中，查找当前数据的公共配置信息。如果没有，智能猜测模块将从消息缓存中取出消息后逐条逐层次进行解码尝试，获得AAL2和AAL5链路的配置参数并填写到信道配置表中。参数确定后，解码器从信道配置表中读取配置信息，对采集到的每条消息调用协议进行正确解码，从而获得每帧数据的帧信息和呼叫信息。解码完成后，进行呼叫合成，合成模块从ALCAP分配DCH信道过程中提取 Path ID/CID（Cnnnection Identification），根据合成过程匹配Path ID和VPI（Virtual Path Identification）/VCI（Virtual Channel Identification）的映射关系，并将此关系填写到Path ID-VPI/VCI对应关系表中，根据用户的需要进行显示。
4 智能猜测配置分析与实现
4.1 AAL2链路猜测配置
AAL2链路协议栈包括帧协议（FP）、媒质接入控制（MAC）协议、无线链路控制（RLC）协议和无线资源控制（RRC）协议，主要功能是用于发送Uu接口用户平面的语音、分组数据和控制平面的信令数据，从而实现Uu接口的信令和用户数据在Node B以透明方式传送给RNC端。为了从Iub接口中获取到RRC消息以分析UE和RNC间的信令交互，必须按照FP，MAC，RLC协议规定的编码方式，对这几层的协议数据单元（PDU）进行一系列的重组[6]。重组过程中，首要的问题是确定前向接入信道（FACH）、随机接入信道（RACH）、寻呼信道（PCH）的数据帧对应的2类承载。AAL2链路猜测配置算法，将网络中采集到的Iub接口数据遍历各个公共传输信道，在AAL2链路协议栈中进行逐层猜测分析，从而得到各信道猜测配置结果，然后对这些结果进行判决，将满足判决条件的结果写入配置文件。算法实现流程如图3所示。
按照数据到达时间顺序，将待猜测数据帧逐一遍历RACH，FACH和PCH这3种信道分别进行FP层解码尝试，根据传输格式指示（TFI）的值和对应的 TFS，猜测数据帧的帧长度，并与数据帧实际长度进行比较，如果帧长度范围正确，构建MAC PDU，将 MAC PDU、对应的传输信道类型、TFS等参数上传给MAC层进行猜测；取得MAC PDU的长度和该PDU对应的传输信道类型，对TCTF字段进行校验，确定各个公共传输信道具体映射到哪种逻辑信道，RLC属于何种模式。构建RLC PDU对数据范围进行判断，如果正确，将RLC PDU、该PDU对应的逻辑信道类型、RLC模式等参数上传给RLC层进行猜测。
根据MAC层传送的数据提取出RLC模式，送往该模式进行猜测解码分析，最终返回SN，对SN进行校验。如果同一信道解码的SN顺序递增1，则判定猜测配置正确，保存预配置猜测成功结果。
遍历MAC和FP完毕后，相同VPI/VCI/CID的为一组对预配置猜测成功结果进行判决，如果猜测成功消息数/（猜测成功消息数+猜测失败消息数）×100%≥90%，则判定为猜测配置成功，将判决结果写入配置文件，不同公共传输信道对应的2类承载即可确定。
4.2 AAL5链路协议栈识别
Iub接口协议栈无线网络控制平面和传输网络控制平面分别对应2个协议的信令流程，即Node B应用部分（Node B application part，NBAP）和接入层链路控制应用协议 （Access Link Control Application Protocol，ALCAP）消息[7]。当RNC发起传输信道管理或者无线连接管理时，是通过NBAP协议的相关过程来实现的。ALCAP是专门针对AAL2连接的信令协议，负责AAL2点到点连接的建立、释放和维护。AAL5链路猜测的目的是实现NBAP以及ALCAP对应的VPI/VCI/CID信息的自动配置。猜测流程如图4所示。
按照数据到达时间顺序，将待猜测数据按照SSCOP协议格式进行猜测解码，解码结果送到上层NBAP尝试解码，如果解码结果正确，根据NBAP消息类型判断当前端口上下行方向，并将信道配置VPI/VCI/CID，方向分析结果填到信道配置表格中。如果解码错误，则进行ALCAP解码尝试；如果解码正确，根据ALCAP消息类型，判断当前端口上下行方向，并将信道配置VPI/VCI/CID，方向分析结果填到信道配置表格中，同时提取出ALCAP ERQ消息中的Path ID/CID的值。
4.3 Path ID与VPI/VCI映射关系的匹配
在Iub接口信令监测中，AAL2链路分配是由ALCAP协议来完成的，ALCAP通过建立ERQ消息中Path ID/CID来指明分配的AAL2链路，Path ID和ATM VPI/VCI是一种映射关系，在信令测试过程中必须知道Path ID与VPI/VCI的映射关系，才能进行呼叫详细记录合成等深入的信令监测和协议分析工作。Path ID与VPI/VCI映射关系的确定，可以采用Hash表遍历操作来实现。
首先设计两个类，分别为REF和Match。REF表作为参考对象，以
同时，设置两个猜测成功表：成功的Path ID表，以
通过触发ALCAP ERQ消息，从ALCAP ERQ中获取所需的Path ID/CID，通过触发AAL2消息，获取所需VPI/VCI/CID；
在1个定时触发周期内，以
采用同样的方法，继续查找Match表中
5 现场验证
通过室外现场实测可采集到大量的Iub接口消息，送由智能猜测配置模块进行现场验证，仿真结果如图5、图6所示。
由图5可见，当VPI/VCI/CID为1/100/10、端口组为0时对应的公共传输信道为上行链路RACH信道，TFS为<1，168>，<1，360>，<1，240>；当 VPI/VCI/CID 为 1/100/11、端口组为1时对应的公共传输信道为下行链路PCH信道，TFS 为<0，240>，<1，240>；当 VPI/VCI/CID 为 1/100/13、端口组为1时对应的公共传输信道为下行链路FACH 信 道 ，TFS 为 <0，168>，<1，168> ，<2，168> ，<3，168>。智能猜测配置模块实现了AAL2链路公共传输信道参数的配置。
由图5同样可以看出，当VPI/VCI/CID为1/51/0、端口组为0和1时分别对应上行链路NBAP协议、下行链路NBAP协议；当VPI/VCI/CID为1/52/0、端口组为0和1时分别对应上行链路ALCAP协议、下行链路ALCAP协议。智能猜测配置模块实现了AAL5链路信道的配置。由图6可以看出，猜测结果中有一组Path ID和VPI/VCI映射关系为<4-1/100>。通过网络测试仪解码验证，图6中AAL2中确实存在这种对应关系。智能猜测配置模块实现了Path ID和VPI/VCI映射关系的匹配。由此可见，本文中的智能猜测配置算法是有效可行的。
6 小结
通过对Iub接口协议栈的深入分析与研究，提出一种WCDMA网络Iub接口智能猜测配置算法。该监测方法已应用到WCDMA集中监测系统中，现场测试表明采用本算法对于正在运行的网络，不必重启Node B就可以对Iub接口部分链路参数进行配置，而且可以根据实际情况灵活修改配置结果的判决规则，降低了复杂程度和错误率，极大地提高了网络信令监测和分析的准确度和效率，对WCDMA网络信令实时监测具有重要意义。
[1]李鹏飞.产业链日趋完善WCDMA蓄势待发[J].电信技术，2008（11）：19-22.
[2]郭晓峰.数据显示全球WCDMA用户破4亿市场份额达72%[EB/OL].[2010-04-20].http：//tech.qq.com/a/20091015/000317.htm.
[3]程方，张治中.移动通信系统演进及3G信令[M].北京：电子工业出版社，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，李扬.Iub接口信令流程合成方法及系统：中国，101174990A[P].2007-10-30.
[7]杜西亚，张治中.TD-SCDMA网络的Iu-CS接口监测方法研究[J].电视技术，2010，34（1）：91-95.
