Iub 口基于AAL2無線控制信令協(xié)議配置參數(shù)獲取方案*

宋光秀，張治中，王 瑋

（1.重慶郵電大學通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點試驗室重慶400065；2.重慶郵電大學移動通信重點實驗室重慶400065）

1 引言

在UTRAN網(wǎng)絡(luò)中，Iub接口基于AAL2的無線控制信令協(xié)議棧是最為復雜的，其協(xié)議棧由低層到高層依次為ATM/AAL2/FP/MAC/RLC/RRC/NAS。要對高層RRC（無線資源控制）和NAS（非接入層）消息進行實時解碼分析，需要完成低層協(xié)議的解碼以及一系列的實時PDU重組過程（包括AAL2和RLCPDU的重組）。這其中最為重要的是協(xié)議配置參數(shù)的正確獲取，即FP（幀協(xié)議）、MAC（媒體接入控制）、RLC（無線鏈路控制）協(xié)議分析所需要的解碼配置參數(shù)[1～4]，如FP層傳輸信道類型和TFI（傳輸格式指示）表格的自動配置。在UTRAN實際網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測中這些參數(shù)大部分可以從NBAP（NodeB應(yīng)用部分）和RRC協(xié)議獲取[5,6]，需實現(xiàn)NBAP和RRC協(xié)議的關(guān)聯(lián)功能。另外由于公共信道的建立過程是監(jiān)測儀表無法捕捉到的，因此同時需要對公共信道上的信道參數(shù)進行智能猜測。

目前Iub接口基于AAL2的無線控制信令協(xié)議方面的相關(guān)研究主要有：

[7]對Uu接口RLC和MAC協(xié)議的格式和封裝過程以及Iub接口FP幀結(jié)構(gòu)進行了分析和研究，但并未分析各層協(xié)議配置參數(shù)的來源。

·參考文獻[8]詳細分析了Iub接口RLC協(xié)議的信令解碼，并根據(jù)解碼后的RLC消息頭進行信令消息的組裝，這是其中的難點，實現(xiàn)了RLC層信令分析和上層PDU重組。

·參考文獻[9]提出了Iub接口公共傳輸信道類型的自動識別方法，能夠快速、準確地判斷出某一NodeB所支持的所有公共傳輸信道的ATM承載參數(shù)。但并未研究專用信道上的協(xié)議參數(shù)來源。

本文將從NBAP和RRC協(xié)議是如何進行關(guān)聯(lián)來指示低層協(xié)議解碼參數(shù)和公共信道上信道類型識別兩個方面分別進行研究，利用Hash技術(shù)進行關(guān)鍵信息查找等的優(yōu)點，提出一種Iub口基于AAL2無線控制信令在公共信道和專用信道上協(xié)議配置參數(shù)的獲取方案，并結(jié)合實際探討了本方案的實現(xiàn)過程，為Iub接口無線控制信令的解碼、CDR合成、統(tǒng)計等功能提供支撐。

2 Iub接口監(jiān)測功能總體設(shè)計

根據(jù)相關(guān)測試規(guī)范要求，對Iub接口無線控制信令的分析，需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集到協(xié)議分析的過程，協(xié)議關(guān)聯(lián)模塊作為難度較大的一塊，可作為獨立程序考慮。由于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測中無法監(jiān)測到指示公共信道上信道參數(shù)的控制信令，因此此處需增加協(xié)議參數(shù)自動識別模塊。Iub接口無線控制信令監(jiān)測總體設(shè)計如圖1所示。

其中，采集機配置一張或者多張信令采集卡，主要完成原始信令數(shù)據(jù)采集、采集卡管理等，并將消息保存在磁盤陣列中。消息同時送到解碼器、參數(shù)自動識別模塊和多協(xié)議關(guān)聯(lián)模塊，參數(shù)自動識別模塊和多協(xié)議關(guān)聯(lián)模塊產(chǎn)生相關(guān)的解碼配置信息，供解碼器查詢。具體到Iub口基于AAL2的無線控制信令，參數(shù)自動識別模塊需實現(xiàn)公共信道上信道參數(shù)的智能配置[7]，多協(xié)議關(guān)聯(lián)模塊主要實現(xiàn)AAL2→ALCAP（接入鏈路控制應(yīng)用協(xié)議）→NBAP→RRC的協(xié)議內(nèi)關(guān)聯(lián)和協(xié)議間關(guān)聯(lián)，從而獲取專用信道上NBAP和RRC對FP、MAC、RLC低層協(xié)議的指示信息。

協(xié)議參數(shù)配置模塊需產(chǎn)生的信息[8,9]主要如表1所示。

由于特定網(wǎng)絡(luò)的無線模式一般都是確定的，如中國聯(lián)通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)為FDD，故無線模式手動配置。

3 公共信道參數(shù)配置實現(xiàn)

公共信道上參數(shù)的配置是通過參數(shù)自動識別模塊來實現(xiàn)的。對于公共信道，只能通過對采集的數(shù)據(jù)進行逐層的猜測分析，最終確定公共傳輸信道的VPI（虛路徑標識）、VCI（虛通道標識）、CID（信道標識）、TBS（傳輸塊集合）等參數(shù)，生成配置表。底層板卡將AAL2類型的數(shù)據(jù)做完SAR（分割和重組）后形成FP幀，通過采集程序送往參數(shù)自動識別模塊，自動識別模塊設(shè)計如圖2所示。

（1）FP層猜測處理

根據(jù)FP幀頭里的FT字段值進行判斷，如果FT=1，為控制幀，消息被送往FP解碼模塊，提取控制幀類型，根據(jù)控制幀類型判定該端口上下行方向。并根據(jù)控制幀消息出現(xiàn)的特性初步確定該幀對應(yīng)的VPI、VCI、CID通道上該方向上數(shù)據(jù)對應(yīng)傳輸信道的類型范圍。

根據(jù)FP幀頭里的FT字段值進行判斷，如果FT=0，為數(shù)據(jù)幀。如果該信道雙向上都曾經(jīng)出現(xiàn)過數(shù)據(jù)幀，可以判定該信道為DCH信道。如果該信道上只單向上有數(shù)據(jù)，暫時無法判定該信道類型。

從配置表中讀取和該數(shù)據(jù)VPI、VCI、CID相匹配的配置信息，如果已經(jīng)得知信道類型，直接送去解碼。如果已經(jīng)知道獲取該數(shù)據(jù)端口對應(yīng)上下行方向，可確定該信道該方向?qū)?yīng)的信道類型范圍。下行方向可確定為FACH、PCH、DSCH；上 行方向 可確定 為RACH、USCH（TDD）、CPCH（FDD）。如果配置表中沒有對應(yīng)的信道的信息，先假定上下行方向。例如，端口0假定為上行，端口1假定為下行。按照這個假定條件往下進行猜測，如果發(fā)現(xiàn)猜測不對，將該方向反過來重新進行猜測。

表1 協(xié)議參數(shù)配置項

對于下行傳輸信道FACH、PCH、DSCH，由于FACH和PCH的頭部長度都是4個字節(jié)，DSCH是6個字節(jié)，因此可以通過頭部CRC校驗初步區(qū)分出DSCH。由于FACH和PCH的頭部長度都是4 byte，無法通過頭部校驗區(qū)分出來。對于上行傳輸信道，由于RACH、USCH、CPCH都是4個字節(jié)頭部長度，無法通過頭部校驗區(qū)分。

根據(jù)各傳輸信道對應(yīng)的TBS和FP數(shù)據(jù)塊的長度，選擇該傳輸格式集中一個常用的TF將FP數(shù)據(jù)塊進行分割，在選擇TF時可以根據(jù)當前的FP幀長度進行初步選擇，將分割后的TB送往MAC解碼。參考FP幀結(jié)構(gòu)，傳輸信道TBS。

（2）MAC層猜測處理

根據(jù)傳輸信道和邏輯信道的映射關(guān)系，按照各邏輯信道對應(yīng)的MAC幀格式解碼MAC幀。

（3）RLC層猜測處理

根據(jù)各邏輯信道對應(yīng)的RLC模式，按照RLC各模式對應(yīng)的幀格式解碼RLC。并根據(jù)數(shù)據(jù)情況進行分片重組。

（4）RRC層猜測分析

將RLC層處理完成的數(shù)據(jù)提交給RRC，進行RRC解碼，如果解碼正確，說明FP層選取的TF是正確的。否則，重新選擇TF，按照上述流程繼續(xù)猜測，直到所有配置都猜測出來。通過以上猜測步驟，可以獲取信道配置表中的公共信道的VPI、VCI、CID、TBS等參數(shù)。得到公共信道上的參數(shù)后即可從配置中讀取識別結(jié)果，完成公共信道上的解碼分析。

4 專用信道參數(shù)獲取方案

專用信道參數(shù)是由RRC和NBAP來共同指示的，其中NBAP無線鏈路建立或無線鏈路的重配置消息中攜帶了FP層的TBS，RRC的連接建立或無線承載建立消息中攜帶了MAC層CT字段有無、RLC層RLC模式和LI的比特長度。根據(jù)RRC建立的信道可分為兩種情況：第一種為RRC建立在公共信道上；第二種為RRC建立在專用信道上，如圖3所示。下面將對這兩種情況進行詳細分析。

4.1 RRC建立在公共信道

NBAP和RRC分別基于AAL5、AAL2。AAL5中的PathID和AAL2中的VPI/VCI是一種映射關(guān)系。本方案采用了一種鏈路標識與虛路徑和虛通道映射關(guān)系的自動識別方法[10]，通過對網(wǎng)絡(luò)中一定數(shù)量的實時數(shù)據(jù)進行分析，快速生成PathID與VPI/VCI的映射關(guān)系表，其實現(xiàn)方法此處不再詳述。在一次呼叫過程中，涉及到RRC、NBAP、ALCAP等各協(xié)議的多個過程，各個過程之間通過一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系相互聯(lián)系。本方案建立了3個哈希表：

·m_AlcapInfoHash，以PathID和CID為key，當ALCAP收到建立請求消息時，對此哈希表進行添加操作；

·m_NBAPInfoHash，以Bindingid為key，NBAP消息需通過協(xié)議內(nèi)關(guān)聯(lián)實現(xiàn)以BindingID為一組將信息保存到此哈希表；

·m_RRCInfoHash， 以Time Slot、User Code或Scrambling Code為key，RRC收到的是CCCH Connection Setup消息時，將RB信息保存到此哈希表中。

查找過程如下：根據(jù)AAL2中的VPI、VCI，通過遍歷VPI、VCI與PathID的關(guān)聯(lián)表，得到對應(yīng)的PathID；通過PathID和ALCAP的CID，遍歷m_AlcapInfoHash哈希表查找對應(yīng)的ALCAP；通過sugr即Bindingid遍歷NBAPInfoHash，查找相應(yīng)的NBAP；TDD模式下，根據(jù)NBAP中Time Slot和User Code遍歷m_RRCInfoHash，查找到相應(yīng)的RRC，F(xiàn)DD模式下通過Scrambling Code查找到相應(yīng)的RRC。

此情況下，F(xiàn)P層的無線模式、上下行方向是通過參數(shù)自動識別模塊的配置獲取。傳輸信道類型為DCH，傳輸格式集可根據(jù)上下行方向從NBAP DCH SpecificInformation讀取相應(yīng)的傳輸格式集，Payload CRC校驗是否存在則由NBAP參數(shù)payloadCRC_PresenceIndicator來指示。若為DCH集，DCH信道個數(shù)即為TFI個數(shù)。

MAC層無線模式、上下行方向、傳輸信道類型由FP通過解碼器之間的接口傳遞上來。此時為專用信道，還需進一步確定CT字段的有無?？蓮纳鲜鲞^程中查找到的RRC中RB Information的logicalChannelIdentityPresent知道，如果logicalChannelIdentityPresent=1，則MAC具有CT字段。

RLC層根據(jù)FP和MAC底層傳遞上來的上下行方向、傳輸信道類型、傳輸信道ID、邏輯信道ID讀取獲得相應(yīng)的RLC模式和LI的比特長度。

4.2 RRC建立在專用信道

RRC建立在專用信道上與建立在公共信道上協(xié)議參數(shù)的獲取方法相比，F(xiàn)P層TFS從NBAP的RadioLink Reconfig Request中讀取，關(guān)聯(lián)過程同上。而MAC和RLC層的參數(shù)來源卻大不相同，以圖3為例，第15條消息中FP的解碼信息是第8條消息NBAP來指示的，而此時MAC和RLC的解碼信息是通過建立在公共信道上的第6條信息“RRC：CCCH RRC Connection Setup”和第12條消息“RRC：DCCH Radio Bearer Setup”指示，且專用信道上的RRC對公共信道上的RBInfo進行了更新和補充。即專用信道上和公共信道上的RRC需實現(xiàn)關(guān)聯(lián)才能正確讀取參數(shù)。此處將重點分析這種情況下的協(xié)議關(guān)聯(lián)關(guān)系，參考圖4。

公共信道上的RRC消息和專用信道上RRC消息無法直接建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要通過NBAP和ALCAP協(xié)議建立關(guān)聯(lián)，由于DCCH Radio Bearer Setup是建立在之前NBAP建立的VPI=3、VCI=33、CID=51信道上，第8條NBAP消息和第12條RRC消息的關(guān)聯(lián)如下：

·FDD模式下，NBAP通過消息1.RadioLink Setup Request中攜帶的UL DPCH Information RL SetupRqstFDD中包含的UL Scrambling Code Number字段與RRC消息6.RRC Connection Setup中攜帶的UL Channel Requirement中包含的Scrambling Code進行關(guān)聯(lián)，可將NBAP和RRC公共信道上的消息關(guān)聯(lián)到一起；

·TDD模式下，NBAP通過消息2.RadioLink Setup Request中攜帶的UL DPCH Information→UL Timeslot Information→Time Slot、UL DPCH Information→UL Timeslot Information→UL Code Information→TDD Channelisation Code參數(shù)與RRC消息1.RRC Connection Setup中攜帶的Uplink DPCH Info→Timeslots and Codes→Timeslot Number和Channelisation Code進行關(guān)聯(lián)，可將NBAP和RRC公共信道上的消息關(guān)聯(lián)到一起。

通過ALCAP協(xié)議3.ERQ消息中攜帶的Connection Element ID中的AAL2 PathID，CID與RRC專用信道VPI、VCI、CID關(guān)聯(lián)，可建立起ALCAP和RRC專用信道上信令消息的關(guān)聯(lián)。再通過NBAP和ALCAP的關(guān)聯(lián)，可最終將RRC公共信道信令→NBAP無線鏈路建立→ALCAP鏈路建立→RRC專用信道上信令整個關(guān)聯(lián)起來。

5 實測數(shù)據(jù)及結(jié)果驗證

本方案已成功應(yīng)用于某公司信令測試儀表中，通過實際數(shù)據(jù)驗證，能夠快速、自動識別各公共傳輸信道的傳輸承載參數(shù)，準確地從NBAP和RRC獲取專用信道上協(xié)議配置參數(shù)，從而可以進行完整深入的信令監(jiān)測和協(xié)議分析，為Iub口基礎(chǔ)解碼和CDR的完整呈現(xiàn)提供有效的支撐，應(yīng)用結(jié)果如圖5所示。

6 結(jié)束語

Iub接口公共信道上通過猜測模塊可正確獲取基于AAL2的無線控制信令協(xié)議配置參數(shù)，專用信道上則需要利用Hash技術(shù)，通過協(xié)議內(nèi)和協(xié)議間關(guān)聯(lián)，從NBAP和RRC協(xié)議中提取協(xié)議配置參數(shù)。本方案符合TD-SCDMA/WCDMA無線信令監(jiān)測分析儀表技術(shù)規(guī)范，利用本方案可實現(xiàn)Iub口基于AAL2的無線控制信令協(xié)議參數(shù)的正確解碼，實現(xiàn)Iub接口基于流程圖直觀顯示的自動關(guān)聯(lián)，并進行流程分析，在WCDMA/TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測方面有著不可或缺的作用。

參考文獻

1 3GPP TS 25.426 V 7.1.0.UTRAN Iur and Iub interface data transport&transport signalling for DCH data streams,2006

2 3GPP TS 25.427 V7.5.0.UTRAN Iur_Iub interface user plane protocol for DCH data streams,2006

3 3GPP TS 25.321 V7.3.0.Medium access control(MAC)protocol specification,2006

4 3GPP TS 25.322 V7.2.0.Radio link control(RLC)protocol specification,2006

5 3GPP TS 25.433 V7.3.0.UTRAN Iub interface NBAP signalling,2006

6 3GPP TS 25.331 V7.3.0.Radio resource control(RRC)protocol specification,2006

7何藝，雒江濤，張治中.TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測試儀中Uu接口的信令分析.重慶郵電大學學報（自然科學版），2007，19（1）

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9雒江濤，張治中.Iub接口公共傳輸信道類型的自動識別方法.中國，CN1859435，2006-06

10夏韃，張治中，雒江濤.鏈路標識與虛路徑和虛通道映射關(guān)系的自動識別方法.中國，CN101272582，2008-09