（通信与信息系统专业论文）tdscdma系统中用于node+b的uu接口控制平面信令分析软件.pdf

摘要 摘要 中国移动通信迅速发展，移动用户对通信业务的种类和质量的要求不 断提高，我国从2 0 0 5 年开始陆续开始建设3 g 移动通信网络。国外的 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 都有成熟的用于实验、建网和测试的测试设备， 但是我国自主开发的t d s c d m a 第三代移动通信系统还缺乏相应的网络 测试设备。在我国大规模组建t d s c d m a 网络的环境下，移动运营商在 网络规划和建设过程中需要对新进入的通信设备进行有效的网络中信令 测试，同时还需要定期测试一系列关键参数，从而根据网络环境的变化对 设备进行优化，保证网络运行在最佳状态。另一方面由于网络中节点设备 功能的多样化直接导致了网络所采用的通信设备来源于不同的设备生产 商，所以需要有严格按照工程标准的信令测试仪器对不同生产商的通行设 备的公共接口进行检测，实现互连互通和故障检测。针对上述情况，本课 题进行了t d s c d m a 系统信令检测仪表的研制和开发，这对t d s c d m a 网络的建设和完善我国的3 g 产业都具有现实意义。 本文详细介绍了作者在参与t d s c d m a 信令测试仪课题中，实现的 通过i u b 接口用户平面完成空中接口协议信令分析功能的软件模块。首先 介绍了仪表软件部分的总体设计方案。然后具体介绍了t d l - s c d m a 网络 系统空中接口控制平面m a c 、r l c 、r r c 以及i u b 接口用户平面f p 等相 关协议的信令内容，描述方法和具体格式。对第三带移动通信系统的无线 网络层协议普遍采用的a s n 1 编码方式也做了较深入的介绍。接着介绍了 用于确定i u b 接口上a a l 2 类承载与传输信道映射关系的程序算法，该映 射关系提供了解码模块所需的必要信息。随后详细阐述了各个协议的解码 功能模块的设计方案和关键算法。紧接着描述了各个协议解码模块间的关 系和软件的调度算法。最后结合实际数据分析了解码过程，并演示了软件 的运行结果。 关键词：移动通信，t d s c d m a ，i u b 接口，空中接口，信令分析 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t t h em o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yi su n d e r t a k i n gar a p i dg r o w t h r e c e n t l yi nc h i n a a sar e s u l t ，t h ev a r i e t i e sa n dq u a l i t i e so f t e l e c o m m u n i c a t i o n s e r v i c e s a r ef a ra w a yf r o mm e e t i n gt h e ：u s e r s n e e d s t h e r eh a v eb e e n 诅 n o r e a n dm o r e3 gm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks e t t i n g u pi nc h i n as i n c e 2 0 0 5 w c d m aa n dc d m a 2 0 0 0a b r o a db o t ho w n d e v e l o p e dt e s t i n g e q u i p m e n tt oe x p e r i m e n t ，s e t u p ，a n dr e l e v a n tt e s t s h o w e v e r ，t h e t h i r d g e n e r a t i o no ft d s c d m as y s t e md e v e l o p e d b yu so w ni s s t i l l i nl a c ko f r e l e v a n tn e t w o r kt e s t i n ge q u i p m e n t s u r r o u n d e db yt h i s b i ge n v i r o n m e n t w h e r eq u a n t i t i e so ft d - s c d m an e t w o r ka r eb u i l tu p ，m o b i l ee n t r e p r e n e o u r h a v et o c a r r yo u tv a l i ds i g n a l l i n gt e s t i n g t o w a r d sn e wi n c o m i n gf a c i l i t i e s m e a n w h i l e ，t h e yh a v et ot e s ts e r i e so fk e yd i g i t so na r r a n g e dd a t e si no r d e rt o d e a lw i t hs u r r o u n d i n gc h a n g e sa n dp r o m i s et h eb e s ts t a t u so ft h en e f w o r k i t s e l f o nt h eo t h e rh a n d ，v a r i e t i e so ff u n c t i o n si nn o d ee q u i p m e n td i r e c t l y l e a dt od i f f e r e n ts o u r c e so ft e l e c o m m u n i c a t i o nf a c i l i t i e s t h e r e f o r e ，s t a n d a r d s i g r i 魏l i n gt e s t i n ge q u i p m e n t sa r er e q u b r e dt ot e s tt h ep u b l i ci n t e r f a c e so ft h o s e f a c f f i t i e sm a n u f a c t u r e db yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s t h i si st oh e l pm u t u a l i n t e r a c t sa n db r e a k d o w nd e t e c t i o n a c c o r d i n gt oi n f o r m a t i o na b o v e ，t h i s t h e s i si st ow o r ko na n a l y s i sa n dd e v e l o p m e n to ns i g n a l l i n gd e t e c t i o n f a c i l i t i e si nt d s c d m as y s t e m ，w h i c hd e v o t e sal o tt ot h eb u i l d u po f t d s c d m an e t w o r ka n dp e r f e c to f3 gi n d u s t r y as o f l w a r em o d u l ei nw h i c hi u bi n t e r f a c ea n du s e rp a n e la r em a d eu s eo f t oa c c o m p l i s hu ui n t e r f a c es i g n a l l i n ga n a l y s i s w i l lb ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i s f i r s t l y , t h ed e s i g ni d e aa n dm a i nf u n c t i o n so ft h ei n s t r u m e n tw i l lb et a l k e d a b o u t s e c o n d l y , t h e r ew i l lb ed e t a i l e dp a r a g r a p h sp r e s e n t i n gs i g n a l l i n g “i n f o ， d e s c r i b i n gm e t h o d sa n dc o n c r e t ef o r m a t so fr e l a t i v ea g r e e m e n t sl i k et h eu u i n t e r f a c ec o n t r o n lp a n e lm a c ，r l c ，r r ca n di u bi n t e r f a c eu s e rp a n e lf pi n t h es t y s t e m t h es e n t e n c e sa l s og i v ea ni n - d e p t hp r e s e n t a t i o na b o u ta s n 1 e n c o d e p o p u l a r l ya p p l i e d i n w i r e l e s sn e t w o r k l a y e r o f m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h i r de r a t h i r d l y , p r o g r a ma l g o r i t h mu s e d t oi n s u r et h ec o m p l i c a t e dm u t u r a lr e l a t i o no f a a l 2b e l o n g i n gt oi u bi n t e r f a c e i i t h i sr e l a t i o no f f e r sn e c e s s a r yi n f o m a t i o nr e q u i r e db yd e c o d em o d u l e f o r t h l y , d e s i g np l a n sa n dc o r ea l g o r i t h mo fd e c o d ef u n e t i o nm o d u l e si ne a c h a g r e e m e n tw i l lb ed e s c r i b e d f i f t h l y , t h er e l a t i o na m o n ge a c hd e c o d em o d u l e a n dd i s p a t c ha l g o r i t h m so f s o f t w a r ea r ec a r e f u l l yl i n e d f i n a l l y , t h ed e c o d i n g p r o c e s sw i l lb ea n a l y s e di nc o m b i n a t i o no fr e a ld a t aa n dt h ef i n a lo p e r a t i n g r e s u l tw i l lb ed e m o n s t r a t e d k e yw o r d s ：t d s c d m a ，m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n ，l u bi n t e r f a c e ，u u i n t e r f a c e ，s i g n a l l i n ga n a l y s i s n l 重庆邮电大学硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖 逝电去堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 0 签字日期：。7 年，月y 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全7 解重庆邮壹太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阕。本人授权重废塑电太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者躲彳邗 签字日期：夕4 d 7 年月弘 导师签名： 缈讧 ， 1 日 签字日妇：多o 年6 月日 n 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 随着人们物质文化水平的提高，对移动通信业务的数量和质量的需求越 来越大。目前的2 g 系统在容量和业务提供能力方面均不能满足社会的巨大 需求，因此第三代移动通信系统( 简称3 g 系统) 应运而生。w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是3 g 系统的3 个主要标准，其中t d s c d m a 是我国首次提出的国际通信标准，与w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 一起成为i m t 的正式成员【1 1 。t d s c d m a 是我国具有自主知识产权的3 g 系统，它是 一种采用t d d ( 时分双工) 模式和智能天线技术的公众陆地移动通信系统， 也是唯一采用s c d m a ( 同步c d m a ) 和l c r ( 低码片速率) 技术的3 g 系统，同时采用了多用户检测、软件无线电、动态信道分配等一系列新技 术。t d s c d m a 系统特别适合在城市人口密集地区提供高密度大容量话 音、数据和多媒体业务。系统可以单独运营，也可以与其他技术配合使用 1 2 。 中国未来的3 g 通信网络对于移动运营商和设备开发商既提供了巨大 的市场，也提出了严峻的挑战网络建设及网络优化将是运营商面临的首 要任务运营商在扩展移动通信网初期必然遇到新建网络设备的调试和参 数设置的问题。同时，由于通信业务的新增、用户数量的增长，运营商需 要对已经建成的网络进行优化。另一方面，设备开发商在设备的通用性方 面需要傲到与其他厂商的设备实现互连互通，这就需要一个严格按照网络 标准的中间测试设备来进行测试，进而调整和统一不同厂商的设备问的接 口差异。面对上述两方面的问题，其关键在于分析在网络中传送的信令消 息，通过信令分析找出关键参数，定位网络中的故障节点所在位置。这就 需要相关的通信测试仪表，即信令分析仪。 通信铡试仪表作为尖端的高科技产品直接反映了一个国家的通信技术 水平，世界通信强国都具有很强的通信测试仪表的研发能力和推广能力。 据美国f r o s t & s u l l i v a n 市场研究公司的统计，目前全球通信测试仪器年销 售额已达6 0 亿美元，并正以两位数的数度增长。国际上著名的通信测试 仪表研发公司如泰克、安利、安捷伦都有用于w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 标准 重庆邮电大学硕士论文 成熟的信令测试产品，针对t d s c d m a 标准的产品尚在起步阶段( 3 ，。但 是国内设备厂商和运营商在使用国外仪表的过程中不仅面临价格昂贵，功 能复杂，测试操作不便等问题，同时还将在设备升级和人员培训上进行更 多的后续投入 、 综上所述，在我国即将大规模建设t d s c d m a 网络的情况下，针对我 国自主知识产权的通信标准研发出相应的信令测试仪表己追在眉睫。所以 本课题的研究具有学术和经济两方面的实际意义。 1 2t d s c d m a 信令测试仪概述 t d s c d m a 测试仪表软件部分的研发目标是：为设备研发商研制设备 提供协议监测和协议仿真平台；为t d s c d m a 组网提供强有力的测试手 段，包括通信质量监测，故障定位和分析，验收测试，性能分析等：通过 对原始信令数据进行网络参数统计处理后得到系统的完备的统计数据，这 些数据反映了网络情况和用户行为。从而为t d s c d m a 网络的运行、维 护和优化提供了强有力的检测依据 1 2 1t d s c d m a 移动通信系统的网络结构 t d s c d m a 网络系统结构与标准化组织3 g p p 指定的u m t s 网络结构 一致，其主要分为用户设备( u e ) 、核心网( c n ) 和接入网( u t r a n ) 三部分。核心网部分按照业务类型的不同又细分为电路交换域( c s ) 、分 组交换域( p s ) 和业务应用域 终端 接入丹 棱心碍 井部月终 图1 1u m t s 结构示意图 2 第一章绪论 终端与接入网之间的接口是u u 接口。接入网和核心网之间通过i u 接 口相连。具体来说接入网电路交换业务通过i u c s 接口与核心网的电路交 换域相连；分组数据业务通过i u p s 接口与核心网的分组交换域相连。业 务应用域包含登记位置寄存器( h l r ) 和业务控制点( s c p ) ，它们为电路 交换域和分组交换域的设备提供终端的入网登记、业务申请、计费等信息。 核心的电路交换域和分组数据域，分别通过网关连接到p s t n 或i n t e r n c t 网络i4 1 核心网主要处理u m t s 内部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及 与外部其他网络的连接和路由选择。3 g 核心网的演进经过了r 9 9 、r 4 、 r 5 等三个版本，当前普遍采用的是r 4 版本，其结构如图1 2 所示i 5 1 图1 2 核心网结构 r 4 版本的核心网分为电路域、分组域和业务应用域电路域为用户提 供“电路型业务”，或提供相关信令连接的实体，其包含的网元设备有： 移动业务交换中心服务器( m s cs c r v e r ) 、m g w ( 媒体网关) 、拜访位置寄 存器( v l r ) 、网关移动业务交换中心( g m s c ) 分组域为用户提供分组 数据业务，其包含的网元设备有：业务g p r s 支持节点( s g s n ) 、网关g p r s 支持节点( g g s n ) 业务应用域的网元设备有：鉴权中心( a u c ) 、归属 位置寄存器( h l r ) 、短消息中心( s c ) 和设备标识寄存器( e i r ) 。业务 应用域的网元设备供电路域和分组域共同使用 u m t s 无线接入网络( u t r a n ) 由若干个通过i u 接口连接到c n 的无 重庆邮电大学硕士论文 线网络子系统( r n s ，r a d i o n e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成，它们用于管理3 g 网络中的接入网资源，提供用户设备接入核心网的机制6 ，7 1 。其中一个r n s 包含一个r n c 和一个或多个n o d eb ，如图1 3 所示。 c n 图1 3 接入网结构 r n c 分配和控制与之相联或相关的n o d eb 的无线资源，决定u e 的切 换，用合并分离功能支持不同n o d eb 之间的宏分集n o d eb 应该可以支 持f d d 模式、t d d 模式或者以上两个模式都支持。并且，对t d d 模式下 的一个小区来说，应该支持码片速率为3 8 4 m e h i p s 或者1 2 8 m e h i p s 的 一种。在r n s 内部，n o d eb 和r n c 之间的接口是i u b 接口，n o d eb 与 u e 之间的接口是u u 接口，不同的s r n s 中的r n c 通过i u r 接口相连。 n o d eb 支持u e 与r n c 之间消息的透明传递【8 】 1 2 2t d s c d m a 信令测试仪功能设计 为了满足运营商在网络的组建、维护和优化等方面的需要，t d s c d m a 信令测试仪具有如下功能： 协议分析( 解码 ；协议分析为用户提供监测范围内链路消息的实时监 测，支持按照协议栈层次结构方式显示协议解码结果，支持按照呼叫流程 对消息排序，并可对不识别的消息、离散的消息进行分类统计。设备支持 用户设置灵活的过滤条件，并可保存设置条件。支持对条件进行合理的逻 辑组合。 第一章绪论 呼叫跟踪：呼叫跟踪提供对某一呼叫完整信令过程的跟踪，从而协助 用户分析网络实体之间信令配合问题或网络异常。能够对指定呼叫的所有 相关信令流程进行关联，包括多段( 无线接入网、核心网部分各部分) 、 多协议( i s u p 、m a p 过程等) 关联，能够将m o b i l er a d i oi n t e r f a c el a y e r3 消息、i s u p 、b i c c m a p 、c a p 、r a n a p 、r r c 、n b a p 等协议进行关 联。设备具备同时跟踪多个用户号码呼叫的能力 业务统计及分析：业务统计及分析是为了掌握业务分布和业务发展情 况，包括从业务类型、局向中继群、号段、时间、运营商、国家等角度 的分析。可以为业务发展规划提供决策依据：可辅助对经营对手的营销策 略作出快速反应，适时推出对策，并对实施效果进行评估 网络异常分析：网络异常分析包括超频用户分析、超长超频用户分析、 超短超频用户分析、异常短信用户分析等。 网络分析和优化：侧重于对网络和业务运行质量的分析，包括网络覆 盖、容量、质量各方面。监测设备的网络分析数据维度包括：本地网、局 向、局点、中继、链路组、链路、网元类型、业务类型、主被叫号码、运 营商。时间粒度可以为5 分钟、1 5 分钟、3 0 分钟、l 小时等。 协议仿真：提供用户可编程测试和自动编程测试两种仿真测试功能。 除了提供3 g p p 系列要求的各种测试用例外( 自动编程测试) ，用户还能够 通过编写自己的脚本文件来编写用户自己的测试用例( 用户可编程测试) 。 1 2 3 仪表设计方案 测试仪采用专用工控机，在硬件结构上采用p c i 结构。多个基于p c i 总线的数据采集卡( 规程板) 将满足测试仪多链路、多通道的数据采集要 求这些数据采集板卡主要包括s t m 1 、e l 、e 1i m a 、i p 等四种数据类 型的板卡它们分别用于相应的信号线路上的数据采集，并提取数据包中 封装的a t m 信源及i p 数据包，随后按规定的格式通过p c i 总线上传给软 件部分进行处理 一 软件部分一个主控平台组装多个独立功能模块的结构。这样主控平台 和功能模块都是各自独立的，使仪表的软件功能能够针对不同的网络体系 和用户要求进行灵活的组装。同时，采用这种结构当软件需要进更新时能 够仅对相应程序模块进行修改，使软件具有继承性，提高了程序编写效率 1 9 , 1 0 】。软件部分的总体设计方案将在后续章节详细介绍。 软硬件之间通过驱动程序进行通信。接口卡插在主机的p c i 总线扩展 重庆邮电大学硕士论文 槽内，当接口卡上的数据准备好或有故障时，将产生硬件中断请求；驱动 程序响应此中断，并发送消息( 或信号) 给系统软件；系统软件( 接口模 块) 收到此消息后读取数据或进行故障处理。相反，如果系统软件要向接 口卡发送指令和数据，也首先将指令和数据发给驱动，由驱动指示接口卡 进行相应操作，或准备接收数据；驱动程序还应向系统软件返回指令执行 结果软硬件间的基本接口方式如图1 4 所示： t h c * 女 一一“ 请求捐恳 接 接口卡 口 p 龠令驱动 命令消息 模 j m p c 8 2 8 0 c块 系统 i 查询 应替消息 总 软件 线 r a m 数据读写 数据读写 数 i l o b u t i e rl、 据 il 缓 存 1 3 论文内容 图1 4 软硬件接口方式原理图 1 3 1 国内外研究现状 在第三代移动通信( 3 g ) 测试仪表方面，目前出现的产品主要是由国 外老牌和新兴的仪表厂商推出的，如安捷伦，泰克、罗德斯瓦茨、安立、 n e t h a w k 等，这些厂商推出的仪表主要是针对无线部分的频谱分析仪、无 线综合测试仪、3 g 测试信号源，以及信令分析仪等。这些测试仪都是针对 c d m a 2 0 0 0 或w c d m a 标准的。并未定位于t d s c d m a 的测试。而且主 要功能是针对协议的解码和一些3 g 标准中定义的网络指标的统计，这些 厂商的产品相对比较成熟，已经能够批量提供。 国内方面，测试仪生产厂商如中创信测，据悉也在积极筹备3 g 测试仪 表的研发工作但至今为止，国内3 g 测试仪表研发尚无成熟的产品进入 市场 6 第一章绪论 1 3 2 论文的主要研究内容 论文对获取t d s c d m a 网络空中接口控制平面信令的方式和获取信令 后的数据分析方法进行了讨论。提出了一种从基站的用户平面获得完整的 空中接口信令的方法，从而使本测试仪在不采用复杂，昂贵的无线接收装 置的情况下能够完整的获取空中接口的信令消息。同时也具体阐述了空中 接口控制平面上的m a c 、r l c 、r r c 等协议的信令分析方法，完成了上 述协议的数据测试功能。 1 4 论文结构 本文共分八章，各章的内容安排如下： 第一章介绍了3 g 移动通信网发展及t d s c d m a 信令分析仪的研究现 状，阐明了t d s c d m a 信令测试仪的研发具有十分重要的理论和实际价 值。另外还介绍了测试仪的总体设计方案，提出了本文的研究内容。 第二章描述了t d s c d m a 网络结构，介绍了t d 。s c d m a 信令测试仪 的软件部分的总体设计方案。 第三章介绍了空中接口的m a c 、r l c 、r r c 和n o d eb 用户平面的f p 等协议。详细描述了各个协议的信令内容、格式以及现在比较通行的a s n 1 编码方法。 第四章接着介绍了用于确定l u b 接口上a a l 2 类承载与传输信道映射 关系的一种算法，该映射关系为空中接口的协议分析模块提供了其所需的 必要信息。 第五章详细阐述了空中接口各个协议和f p 协议的解码功能模块的设计 方案和关键算法。 第六章描述了f p 协议详细设计方案和调用空中接口协议功能模块的方 法 第七章结合实际数据分析了解码过程，并演示了软件的运行结果。 第八章对本文进行了总结。 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 信令测试仪软件设计方案 2 1 软件结构 t d s c d m a 网络测试仪器的软件部分主要分为主控模块和众多的软件 功能模块。主控模块是核心模块，它通过程序接口调用功能模块完成相应 的功能。这样主控模块可以按照客户需要灵活的对部分模块进行添加、修 改、删除设计出符合客户要求的信令测试仪。主控模块的功能主要包括： 提供软硬件接口、负责内存管理、数据存取、调度控制功能模块以及实现 人机交互等。，功能模块是指能够实现与网络中的协议相关的信令分析、参 数统计、消息合成等功能的程序模块。本软件包括如下几个功能模块：初始 化模块、配置模块、数据读写模块、接口模块、粗解码模块、详细解码模 块、协议解码模块，消息过滤模块、呼叫合成模块、呼叫追踪模块和统计 分析模块。 除了这些模块外，系统软件还包括其它一些辅助模块，比如帮助系统、 文件管理( 测试数据文件、配置文件、日志文件等) 等，这些将主要借助 于w i n d o w s 本身的系统功能完成，这里不再详述。 2 2 主要功能模块间的相互关系 构成测试软件的众多功能模块之间主控模块是核心，主控模块统一控 制和调用其它所有的模块，并处理返回结果；响应来自其它模块的消息， 并根据需要控制主程序窗口显示。接口模块是系统软件与接口卡通信的枢 纽，它将不同接口卡的驱动统一为相同的接口形式，系统软件与接口卡的 一切通信必须通过此模块来实现。租解码模块、详细解码模块和协议解码 模块构成三级解码结构，如图2 1 所示 第二章t o - s o d g 信令测试仪软件设计方案 粗解码： 详细解码： 协议解码： 卜a t m 相关及传输网络层+ 1 卜无线网络层- - q 州a s 及应用层叫 liliil 图2 1 三级解码结构示意图蜘 其中枢解码模块( 简单解码) 面向所有消息数据，生成数据索弓 ，提 取基本信息( 通道类型、消息类型、协议栈结构等) ，保存粗解码结果， 送主程序在粗解码窗口显示。详细解码模块( 完全解码) 按接口封装为子 模块，面向单个消息。对消息数据协议栈逐层进行解码，精确到比特位。 按用户要求对指定消息进行，详细解码需调用协议解码结果。需要详细解 码时，主控模块首先判断消息属于哪个接口，然后调用相应接口的详细解 码子模块。协议解码模块则按协议封装为子模块，是解码的最小单元。对 该协议p d u 逐个字段进行解码，精确至比特位，并能根据需要进行字段 信息查询。它也是解码、消息过滤和呼叫合成的基础。 剩下的呼叫合成模块是追踪功能和统计功能实现的基础。呼叫合成模 块把消息按呼叫归类，并增加或者修改相应呼叫的状态。该模块需调用解 码模块的功能，合成结果将修改数据索引 主控模块与各个功能模块之问的结构关系如图2 2 所示 9 重庆邮电大学硕士论文 阻j 坦! 也j 2 3 数据处理流程 图2 2 网络测试仪软件结构图 如前所述，根据被测试的网络接口的数据类型将通过对应的数据采集 卡采集信令数据而后被采集的数据将被硬件传送到输入输出缓存中等 待软件部分读取。软件部分通过“数据读取”过程从输入输出缓存中读 取数据，在该过程中还将为这些信令消息分配i d 和绝对时间标签，最后 数据将按一定的格式保存在数据缓存区中。存储于缓存区中的数据将首先 进行粗解码，在粗解码过程中将对数据进行分类，并为该条数据生成一个 索引，索引的内容包含该消息单元在缓存中的位置及其长度、类别，协议 栈结构，各层协议p d u 位置( 由指针地址描述) 及长度等重要信息。粗 解码过程还将提取消息数据的一些最基本的信息，并将其保留在内存中或 以文件形式保存在硬盘上。数据索引与缓存中的数据一对应，后续的协 议解码、呼叫合成、呼叫追踪、统计分析等功能都将通过此索引找到待处 理的数据，并将处理结果送到显示单元。数据缓存区中的数据则根据要求 保存到数据文件中，相应索引也要进行更新。具体的数据处理流程如图2 ，3 o 第二二章t d _ s c 0 姒信令测试仪软件设计方案 所示 图2 3 数据处理流程 2 4 软件工作流程 仪表的监测软件有两种使用模式：现场测试和离线分析! 在“现场测 试”模式下，测试数据来自接口卡；而在“离线分析”模式下，测试数据 来自“现场测试”模式下保存的数据文件。下面分别介绍两种模型下仪表 系统软件的工作流程。 2 4 1 软件的工作流程 现场测试模式下，网络测试仪的的工作流程如图2 4 所示。 重庆邮电大学硕士论文 图2 4 现场测试模式下的软件工作流程 1 2 韧始化与配置阶段 数据采集和辍解码阶段 数据分析阶段 第二章t d s c d m a 信令测试仪软件设计方案 总的来说，该工作流程可分为三个阶段：初始化与配置阶段、数据采 集和粗解码阶段以及数据分析阶段。 初始化与配置 初始化部分首先检查软件用户是否合法；如果合法则继续检查硬件接 口卡的类型是否支持、驱动是否安装等；接下来检查软硬件是否处于正常 工作状态，是否需要进行故障恢复，如果一切正常则系统进入配置过程。 本测试仪的配置包括两方面：数据采集配置和测试分析配置。数据采 集配置包括对接口卡接口类型、厂家、插槽位置及驱动的设置和管理、对 监测接口的设置( u n i n n i 类型、v p i v c i 范围等) 以及其他接口卡配置 信息；测试分析配置包括对测试结果显示模式、粗解码显示内容、过滤和 呼叫追踪条件、统计内容等。这些配置信息都将以配置文件的形式保存起 来，默认情况下，下次系统启动时将采用原配置文件。数据采集配置还将 对照原配置文件检查接口卡类型是否一致测试分析配置也可以在数据分 析阶段进行修改。 上述过程如果没有故障，则该软件进入等待状态。如果有故障，要向 用户标明故障原因；如果用户非法，则终止运行。 数据采集和粗解码 在等待状态下，用户有两种选择：如果用户选择“启动测试”，则系统 进行现场测试工作模式；如果用户选择“打开数据文件”，则系统进入离 线分析工作模式。本节属第一种情况 启动测试后，系统软件通知硬件开始采集数据。当数据准备好时，接 口卡通过中断告知驱动，驱动收到中断后向软件发送“数据到达”消息， 来通知系统软件来读取数据。读取数据的函数也由驱动提供 软件接收到的数据首先要添加一些识别信息( 分配i d 、时间标签处理 等) ，这些信息连同测试数据本身作为一个整体放置在数据缓冲区( 数据 缓存) 中，这些功能都在数据读取过程中完成。数据缓冲区中的新数据首 先经过一个粗解码过程，它负责为测试数据生成索引，索引包含测试数据 的类别、协议栈结构、各层协议p d u 的长度和存贮位置等信息，后续的数 据分析将直接面向此索引进行。租解码过程还将提取消息数据的一些最基 本的信息。通常只需给出协议栈各层协议和消息类型i 租解码结果保留在 内存中或以文件形式保存在硬盘上，并在粗解码显示窗口显示为增加系 统的抗抗毁性和实现离线分析，缓存区的数据将自动保存为多卷数据文 件。数据保存在后台自动完成。数据文件采用二进制格式，并带有自定义 的文件头。其中包含必要的配置信息，比如接口类型、网络配置等，即通 重庆邮电大学硕士论文 过读取这些数据文件应能基本完整再现测试场景。 数据分析 ， 本阶段主要完成数据分析、处理与结果显示。粗解码后的数据将根据 用户的需要再对特定的数据记录或消息进行详细解码，即给出协议栈各层 比特值及各字段含义，并在详细解码显示窗口显示。 接下来用户可以根据需要对数据进行过滤，呼叫追踪和统计分析等。 2 5 小结 本节介绍了整个t d s c d m a 信令测试软件的软件设计方案。详细介绍 了软件在监测环境下的大致工作流程，数据处理方式，以及与硬件之间的 数据接口和通信方式。在测试软件的设计过程中我们采用了面向对象的设 计思想，每个协议都有对应的协议分析模块，同时按照功能划分还有不同 的功能模块。在本节以图的形式清晰的描述了软件的组成模块以及模块之 间的相互关系 第三章空中接口控制平面和l u b 接口用户平面相关协议 第三章空中接口控制平面和iu b 接口用户平面相关协议 3 1 空中接口 在前面已经介绍了，u m t s 系统分为核心网、u t r a n 和用户设备三部 分，本节要介绍的是u t r a n 与用户设备之间的接口：u u 接口，也叫做空 中接口。这里我们主要介绍空中接口的协议栈结构以及空中接口控制平面 的相关协议。 3 1 1 空中接口协议栈结构 3 g p p 协议规范规定t d s c d m a 的u u 无线接口分为三个协议层，最底 层是物理层( p h y s i c a l l a y e r ，p h y ) l i p h y ，位于物理层之上的协议层 称为数据链路层( d a t al i n kl a y e r ，d l l ) l 2 和网络层( n e t w o r kl a y e r ， n l ) l 3 。 数据链路层l 2 被划分为几个子层。在控制平面上，数据链路层l 2 包 含两个子层，即媒体接入控制( m e d i u ma c c e s sc o n t r o l ，m a c ) 协议 ( l 2 ，m a c ) 和无线链路控制( r a d i ol i n kc o n t r o l ，r l c ) 协议( l 2 r l c ) 。 在用户平面上，数据链路层l 2 除了m a c 和r l c 两个子层外，还存在两 个与特定业务有关的协议：分组数据会聚协议( p a c k e td a t ac o n v e r g e n c e p r o t o c o l ，p d c p ) ( l 2 p d c p ) 和广播多播控制( b r o a d c a s t m u l t i e a s tc o n t r o l ， b m c ) 协议( l 2 b m c ) l 。 网络层l 3 由无线资源控制( r a d i or e s o u r c e ：c o n t r o l ，r r c ) ( l 3 r r c ) 协议组成，它属于控制平面网络层l 3 还包括其他非接入层( n a s ) 的 网络层协议，如呼叫控制、移动性管理、短消息业务等，因为它们对u t r a n 是透明的，即u t r a n 对其信息不进行任何处理，不属于空中接口部分， 此处不作介绍。图3 1 是无线接口u u 的协议结构示意图。 重庆邮电大学硕士论文 p d c p b m c m a c 图3 1 空中接口协议栈结构 在上图中的每个方块代表一个协议的实例。在层与层之间的界面上， 用圆圈表示端到端的通信业务接入点( s e r v i c ea c c e s sp o i n t 。s a p ) 从图 中可以看到，m a c 和p h y 之闯的s a p 提供传输信道；r l c 和m a c 之阈 的s a p 提供逻辑信道；网络层向上提供通用控制( g e n e r a lc o n t r o l ，g c ) 、 通告( n o t i f i c a t i o n ，n t ) 和专用控制( d e d i c a t e d c o n t r o l 。d c ) 业务接入点 s a p 。传输信道和逻辑信道都是u e n o d eb r n c 之间的信道。传输信道下 层的信道是物理信道，物理信道是u e n o d eb 之间的信道 p h y 层是由一系列上下行链路物理信道组成，p h y 层通过传输信道向 m a c 层提供业务。传输信道以数据的传输方式为特征，它指示数据是以 何种方式以及何种特征进行传输的。 m a c 层通过逻辑信道向r l c 层提供业务。逻辑信道以发送数据的类型 为特征，它指示传输的数据是何种类型的 r l c 层通过s a p 向上层提供业务s a p 指示了r l c 层处理数据的方 式，如是否使用自动重复请求a r q 功能在控制平面，r l c 层向上提供 的业务被称为信令无线承载，r r c 层使用信令无线承载来传输信令。在用 户平面，r l c 层向上提供的业务称为无线承载，但不在p d c p 和b m c 协 议层面上使用，与业务相关的协议层p d c p 或b m c 或其他高层用户平面 功能( 如语音编码) 使用r l c 层提供的业务传输数据。r l c 协议以三种 1 6 第三章空中接口控制平面和l u b 接口用户平面相关协议 模式一一透明模式、非确认模式和确认模式进行操作。 分组数据会聚协议( p d c p ) 仅对分组交换p s 域业务存在。它的主要 功能是报头压缩。p d c p 向上提供的业务称为无线承载。 广播多播控制协议( b m c ) 用于在空中接口上传递由小区广播中心产 生的消息。b m c 向上提供的业务称为无线承载。 无线资源控制( r r c ) 层通过s a p 向上层提供业务。在u e 侧，高层 协议使用r r c 提供的业务：在u t r a n 侧，i u 的无线接入网应用部分( r a n a p p l i c a t i o np a r t ，r a n a p ) 使用该业务。所有高层信令( 移动性管理， 呼叫控制、会话管理等等) 都被封装在r r c 消息中在空中接口上传输， 称为透明传输。r r c 层和所有低层协议之间都有控制接口，r r c 层在控制 接口上的传输，称为透明传输。r r c 层和所有低层协议之间都有控制接口， r r c 层通过控制接口来配置低层协议体参数，其中包括物理信道、传输信 道和逻辑信道的参数；r r c 层也能用这些控制接口命令低层执行测量；同 时，低层通过控制接口向r r c 报告测量结果和错误信息f ”j 。 3 2m a c 协议功能及信令结构 m a c 子层位于空中接口的数据链路层，这里将首先介绍m a c 层的组 成实体及功能，然后介绍m a c 层提供的服务，最后介绍m a c 层的在不同 信道下的信令结构。 1。 3 2 1m a c 协议实体的构成及功能 m a c 子层由m a c b 、m a c c s h 、m a c d 等三个实体组成。实体的名 称如下：m a c b 实体，负责处理广播信道( b c h ) 数据信息；m a c c s h 实体，负责处理：寻呼信道( p c h ) 、前向接入信道( f a c h ) 、随机接入信 道( r a c h ) 、下行链路共享信道( d s c h ) 、上行链路共享信道( u s c h ) 等信道的数据信息；m a c - d 实体，负责处理：专用传输信道( d c h ) 的 数据信息。逻辑信道到传输信道的映射取决于r r c 对复用的配置。m a c 控制s a p 用于将控制信息传送给每个m a c 实体 m a c 子层的功能有：逻辑信道和传输信道之间的映射m a c 子层负 责把逻辑信道映射到适当的传输信道上；根据瞬时的源速率为每个传输信 道选择适当的传输格式。在r r c 子层指配的传输格式组合集中，u e 将根 据速率为每一个激活的传输信道选择合适的传输格式传输格式的控制保 1 7 重庆邮电大学