（计算机应用技术专业论文）无线网络前台测试中事件合成技术的研究与设计.pdf

a b s t r a c t w j t ht h ef a p i dd c v e l 印m c n to fw i r c l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h e l a r g e s c “eb u i l d i n go fw i r e l c s sn e t w o f k ，c a r r i e ra n de q u i p m c n tv e n d o r a r ep a y i n g m o r ea t t e n t i o nt od r i v et c s tt e c h n o l o g y d r i v ct e s tf o rw i r e l e s sn c 押o r kh a sa c c e s s t 0w j r e l e s sn e t w o r kb yt l l ep m f e s s i o n a le q u i p m e n t b yu s i n gv 0 i c es c n ，i c e ，d a t a s e r v i c e0 ri n t e m c ts e r v i c ea n de t c ，i to b t a i n ss j g i l a l i n gm e s s a g ea n do t h e r p a r a m e t e r so fn c t w o r kr e a i t i m e l y w h i c hp f o v i d e se x a c ta n d c r c d 拓l ei n f 0 珊a t i o n t 0b c n c f i tm a i n t e n a n c e ，叩t i m i z a t i o na n dd e b u to fn e t w o r k ho r d c rt o0 b t a i nc m c i a ls t a t i s t i c a ld a t ao fn e t w o r kp e r f o m a n c c ，s i 弘a l i n g s y n t h c s i st e c h n o l o g yi sa p p l i c dt o 锄a l y z ec a l le v e n t ，s u c ha sc a l ld r o pa n di n c a l l s u c c e s s t h ca l g o r i t h mo fe v e n t 孤a l y z i n gi si n n e x i b l e 试h 缸d c o d cw a yi nc u r r e n t s o f t w a r c ，t l l u sn e t w o r kt e s t e rc a nn o tn e x i b l yr e v i s eo rc v c na d dn e wa l g o r i t h i i lb y t h e m s e l v c s n i sp a p c rp r o p o s e sa nu s c r - d e f i d ee v c n ts y n t h e s i st e c h n o l o g yt om e e t t h en e c d0 fa n a l y z i n gn e 仰0 r kp c r f b 哪a n c c ，s oi tw o u l db eav a l u a b l er e s e a r c h s u b j e c to fd r i v et e s t t a k i l l gc d m a 2 0 0 0 ，w h i c hi so n eo f3 gc e l l u l a rw i t e l e s sc o m m u i l i c a t i o n t e c h n 0 1 0 9 i e s m ，a sab a c k g r o u n d ，t l l i sp a p e rg i v e sa ni n t r o d u c t i o no fi t sn e t w o r k s t n l c t u r e ，a 打j n t e m l c ep f o t o c o la n dm o b n cs t a t i o n a n da l s od i s c u s s e sd r i v ct e s t 肌dt h ea l g o r i t h mo fc a nc v e n ta n a l y s i sa t l e n 昏h f u n h e 皿o r e ，t h cp r i n c i p l ea i i dt e c h n o l o g yo fc v e n ts y n t h e s i sa r es t u d i e da n d a n a l y z e di n t h i sp a p e r f i r s t l y ，t h ep a p e rm a k e sad i s s e r t a t i o n0 nt h en a t u r eo f e v e n ta n dp r o p o s e st w om o d e l sf o fe v c n ta n a l y s i sf r o mm od i 胁r c n tp o i n t so f a n a l y z i n gv i e w n a m e ly e v c n ts t a t em 8 c h i n em o d e lw j t ht h ec h a r a c t e r i s t i co f c o n d i t i o n j t a t ea n de v e n tt r i g g e rp r o c e s sm o d e lw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co f 】h e n t ( b n d i t i o n s e c o n d l y ，t h ep a p e rp r 0 p o s e st w 0t e c t l n i c a lm e t h o d so n 也cb a s c o ft h et w om o d e l s n a m e l y ，s t a t ej u d g c m e n tm e t h o db a s e do ns t a t cd e s i g np a t t e m a n dt r i g g e rp r o c c s sj u d g e m e n tm c t h o db a s e d ( ：o m p o s i t ed e s i g p a t t e r n a c c o r d i n gt ot h ee v e n ts y t h e s i sm c t h o d sp r o p o s e di nt h ep a p e r ，t w ot y p e so f s c r i p t a r ci n t r o d u c e da n da i l a l y z e dt o h e l p c v c n t s y t h e s i s t oo b t a i nt h e c h a r a c t e r i s t i c so ff l c x i b i l i t y u s c r - d e f i n ea n dr c a l - t i m c l a s t l y t h ed e s i g ni d e a so f e v ts y n t h e s i se n g i n ea r ep r c s e n t c da sw e ua sj t sa r c h i t e c t u r e f l e x i b l eu s c r - d e f i n ee v e n ts y n t h e s i st e c h n o l o g yt a k e sa c c o u n to ft h ep r a c t i c a l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 s i t u a t i o o fd r i v et e s ta n dh a v e a b i l i t yo fa p p l y i n gt os i g n a h n ga n a l y s i sa n d s u p e r v i s i o n0 fd i v e r s i f i c dt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t c m k e yw o r d s ： d r i v et c s t ；e v e n ts y n t h c s i s ；c a l le v e n t ；s i g l l a l i n gm e s s a g e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 课题背景 第1 章绪论 移动通信是近几年通信各领域中发展最快的领域之一，在系统技术层面 上，第二代数字移动通讯系统( 2 g ) 和第二代半移动通信技术( 2 5 g ) 已经发展完 全成熟，而第三代移动通信技术也得到不断的完善，大规模的商用在即。在 通讯技术不断发展和升级的过程中，用户要求各个运营商能够提供更多的业 务种类和更好的服务质量，而网络质量的稳定是语音、数据顺利传输的必要 保证。因此，网络性能测试分析和优化已成为运营商的工作重点。为了准确 地获得当前网络的性能，目前主要使用以下两种类型方式来测试网络的性能； 无线网络及交换网络测试分析的仪器、软件，如路测软件和信令分析软件等 和各系统供应商提供的o m c 系统。 其中前台测试，也叫路测，是网络优化中最基本、最重要的手段。由于 路测从无线侧获得网络的性能状况，网络的关键性能指标大多数可以通过路测 来获得。这种以移动终端为出发点的测试方法，是最贴近用户实际使用情况 的测试方法。在网络优化中对于路测数据的分析，是发现网络问题的重要手 段，也是日常优化工作的一个重要组成部分。通过对空中接口信令的分析可 以得到呼叫失败、拥塞、掉话、切换失败等事件，再结合网络拓扑结构、地 理信息和f r 性能参数等数据可以定位出网络问题，普查小区的无线覆盖，分 析干扰来源，衡量网络业务质量等等。在大量分析的基础上通过对系统参数 的调整，使系统性能得到逐步改善，达到现有的系统配置下提供最优的服务 质量。 网络优化分析过程是一个对不同技术领域的数据进行综合分析和整理过 程，它是以网络优化工程师对通信系统的知识理论和实际经验为基础的。特 别是分析中必不可少的信令事件分析耗费了网络优化人员大量的精力和时 间，降低了网络优化工作的效率。基础理论和实际经验不足的网络优化人员 往往难以把握好信令分析。如何汲取优化专家多年来在无线网络优化上的宝 贵经验，提高路测数据分析的自动化成为网络优化分析软件今后的发展趋势。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 研究的目的和意义 移动通信网络是一个动态的网络。由于话务密度分布不均匀、频率资源 紧张、网络配曼未达最佳并且不断变化，使得现有网络的服务质量不尽如人 意，巨额的投资并没有得到最理想的收益。这些都要求运营商不断对网络进 行调整，以便优化资源配置，合理地调整网络的参数，使网络达到最佳的运 行状态，这就是移动通信网络优化要达到的目标。开放式的智能化测试优化 软件需要提供给网络优化人员一个方便强大的接口，来完成二次数据的分析 处理功能，网络测试优化人员通过这种接口能够根据自己的理论知识和测试 优化经验对所关心的空中接口信令数据和r f 性能参数进行有效的整理和分 析，从而提取出有价值的信息来定位网络问题。 1 3 国内外研究现状 路测分析软件获得信令事件采取的方式是依据空中接口信令规范对实时 采集的原始信令数据进行消息解码，获得不同信道和不同类型的消息，再参 照移动终端和基站之间的消息流程判断出掉话、软切换、呼叫成功、前释放 等信令事件。 目前国内信令分析测试软件提供了事件分析判断和数据统计，而它们的 定义通过硬编码设定于软件之中，缺少了开放接口让网络测试优化工程师根 据之自己的需求定义事件，查询数据。目前业界领先的a c t i x 公司在此基础上 又提供了一种二次数据处理脚本，这种方式采用j s c r i p t 解释型语言对路测数 据进行计算和判断，用户需利用该脚本语言编写程序对需要关心的数据进行 计算处理，得到所需的结果。然而这种通用解释型脚本实现的数据分析仍然 具有如下缺点： 缺少信令事件流程的自定义支持，即用户不能根据自己的经验进行事件合 成定义，而只能对数据进行简单的计算和统计。 缺少数据分析实时性支持。因为在无线网络路测的过程中测试移动台需要 同基站进行大量的信令交互，若测试需要甚至要同时支持多台移动台的并行 测试。这对事件合成和数据处理的性能要求很高，难以达到实时的分析，转 而只能在测试后对路测数据进行后处理。 缺少r f 性能参数的联合分析支持。r f 性能参数是网络分析中一个非常 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 重要的分析数据。它有效地满足网络优化分析中的实际需要。 如何提供给网络测试和优化人员一个友好的开放式接口来自定义事件并 判断事件分析网络问题，同时又要保证事件合成的可靠、高效和实时性，成 为前台测试分析中的一个难点。 1 4 本文所做的工作及结构安排 本文结合无线网络前台测试的实际情况提出了自定义事件合成技术在无 线网络测试中的应用，并对呼叫事件进行深入研究，探讨事件合成相关技术， 最后提出自定义事件合成引擎的框架设计。整个论文分为七个部分： 第一章，绪论，介绍课题的选题背景、意义、技术研究现状，最后对 本文的工作及结构安排进行概要介绍。 第二章，c d m a 2 0 0 0 蜂窝移动通信系统，将该网络作为前台测试事件 合成技术的依托背景，对其系统及其组网结构进行简单介绍，重点描述了空 中接口协议层次、呼叫过程中移动台和基站之间的信令交互、移动台呼叫状 态迁移三个部分。 第三章，无线网络前台测试，首先对前台测试进行了介绍和分析，总 结了前台测试的优点和缺点，然后对前台测试中所需设备进行了简单介绍， 最后根据网络性能分析的特点对前台测试的内容和方法进行阐述。 第四章，呼叫事件判定，首先阐述了c d m a 前台测试中数据采集的方 式，接着讨论了呼叫事件判定中信令消息分析的过程。重点阐述了测试中丢 失消息对事件判定结果的影响，并引入第二章中移动台呼叫状态来辅助呼叫 事件判断，最后给出了呼叫事件自动化判断的实现流程。 第五章，事件合成原理和技术，首先对测试过程中事件合成原理的进 行了深入探讨，接着提出两种事件分析模型：事件状态机模型和事件触发流 程模型，最后根据这两种模型及无线网络测试特点提出了各自的事件合成技 术方法，其中分别引入了两种设计模式。 第六章，事件合成引擎设计，首先阐述了设计的思路，接着就事件触 发条件的自定义问题，给出了两种脚本技术的解决方案，并详细对比了它们 的优缺点。最后基予一种脚本技术，提出自定义事件合成引擎的系统设计方 案。 总结与展望，对论文所做的主要工作进行说明和总结，并对课题及相关 技术的进一步发展进行分析、展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 移动台：即移动终端。 无线接入网：位于移动台及核心网之间，完成无线信号的处理，无线 协议的终结，起到连接移动台及核心网的作用。 核心网：提供网络侧鉴权、公网接口等等功能，主要分为电路交换域 及分组数据交换域。 2 2 2 基站子系统简介 基站子系统( b a s es t a t i o ns y s t c m ，简称b s s ) 位于移动台( m s ) 及核心网( c n ) 之间，完成无线信号的处理，无线协议的终结，起到连接移动台及核心网的 作用。基站子系统( b s s ) 由两部分组成：基站控制器( b a s es t a t i o nc o n t f o l l e r ， 简称b s q 、分组控制功能单元( p a c k e tc o n t r o lf u n c t i o n ，简称p c f ) 、互通功 能单元( i n t e n o r k i n gf 吼c t i o n ，简称1 w f ) 及基站收发信机( b a s et r 触s c e i v c r s t a t i o n ，简称b t s l 。 2 2 3 交换子系统简介 交换子系统由移动交换中心( m o b i l cs w i t c hc 蚰t c r ，简称m s c ) 、位置归 属寄存器( h o m el o c a lr e g i s t e r ，简称h l r ) 、拜访位置寄存器( s t o rl 0 c a l r e g i s t e r 简称v l r ) 、鉴权中心( a u 也c n t i c a t i o c c t e r 简称a u c ) 以及短消息 中心( s h o nm e s s a g ec t c r ，简称s m c ) 等实体构成，主要负责链路域的数据 交换。 移动交换中心( m s c ) 是完成对位于其服务区域内的普通话音业务 进行控制、交换的功能实体： 拜访位置寄存器( v l r ) 。主要用于存储和更新漫游到该v l r 服务区 域的移动台，的用户数据，如最新的位置区和功能配置表等，当用户 漫游访问到v l r 的覆盖区域时，v u t 将调用h u t 下载用户的数据 信息。v u t 还在数据库中存储呼叫建立所必需的信息以供m s c 检索。 一个v u t 可负责一个或多个m s c 区域： 归属位置寄存器( h l r ) ，提供相关业务功能用户信息的存储和管理 功能，包括为具有普通语音业务的移动用户进行开户、注销、业务的 授权和撤消等，同时协助完成用户的呼叫和业务操作； 鉴权中心( a u c ) 。是一个管理与移动台相关的鉴权信息的功能实体。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 完成对移动用户的鉴权，存储移动用户的鉴权参数，并能根据 m s c 厂v u t 的请求产生、传送相应的鉴权参数，a u c 中的用户鉴权参 数，a u c 中的用户鉴权可以采用加密的方式存放： 短消息中心( s m c ) ，作为交换子系统中的一个相对独立的业务实体， 和m s c 、h l r 等其它实体配合，完成用户短消息的接收、存储和转 发。保存用户相关的短消息的数据。 2 2 4 分组数据交换子系统简介 分组数据交换子系统主要负责为用户提供i n t 唧e t 网以及提供w a p 服务 等在内的分组数据交换。分组数据服务节点( p k c td i g i t a ls w i t c hn o d c ，简称 p d s n ) 作为b s s 和m 网络之间的接入网关，提供简单口和移动i p 的接入， 使得移动用户可以访问局域网。p d s n 同时作为a a a ( a u t h e n t i c a t i o n ， a c c o u n t i n g ，a u t h o r i z a t i o ns e r v e r ) 服务器的客户端，完成计费信息的获取。 a a a 是鉴权、计费、授权服务器，采用r a d i u s 服务器方式。对用户脚 本文件信息进行鉴权认证，完成数据服务授权，实现计费功能 2 3 空中接口协议 2 3 1 协议层次结构 i s 2 0 0 0 是3 g 无线传输候选协议之一一c d m a 2 0 0 0 的空中接口( u m ) 协议，该协议所定义的接口在c d m a 系统内的位置如图2 1 所示，即移动台 ( m s ) 与基站( b s ) 之间的接口。本章将对i s - 2 0 0 0 的协议结构进行简单介绍，并 为信令事件合成技术的研究和设计提供必需的背景知识。 图2 2 表示了i s 2 0 0 0 协议的通用结构。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 f 、，o i c s r v 胁协 丁 s 口 “m 口佃p h y i 叫u - l _ d 口砒s - t ) u p p r 7 1i 怒 1 l - y r - l 飞篇s l a n - n a l a c 3 帕n 州n gl a c l s u h i - y r n 吲 s l m a c s u b l ”r s r b p j t m u x - n da o ss u b i - y r 竹。 馈竹 c 。m 帕“c “。m 。竺眦! ”b i - y m 。竺p 舨8 u b 。- y r 11 tttt7 吖”c ，品h 垆”一e c hc 昌h 晶氛嘶h r 申h 晶氛肺叮洲二盔 p h y k 耐 - 、 l - y r p h y i c l y 忙o d l n q - n dm o d u i 叭i o n ) l， 图2 2i s 加o o 协议的通用结构 c d m a 2 0 0 0 空中接口协议按照i s 0 o s i 参考模型的分层化思想划分，可 以分为3 个层次。 第一层协议，即物理层( p h y s i c a lk y e r ) 。它详细定义了c d m a 2 0 0 0 移 动台和基站的无线空中接口参数，主要包括c d m a 系统定时规定、频率参数、 射频输出参数、编码、扩频等调制参数，各种反向和前向物理信道结构规范， 以及其他的物理层规范。这一层的制定主要与空中无线传输特性有关1 1 5 l 。 第二层协议，即媒体接入子层( m a cs u b l a y e r ) 和链路接入控制子层( l a c s u b l a y c r ) 。它们实现包括高速度多媒体业务在内的电路和分组型业务的支持。 其中，m a c 子层提供了两点主要功能： 1 ) “尽力传送”功能，它由信令无线突发协议( s r b p ) 和无线链路协议( r l p ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第加页 流程。 i s 2 0 0 0 第三层协议中，有几类比较重要的控制信令流程，如m s 起呼、 m s 被呼、呼叫挂断、m s 前释放、软切换等等。下面列举几个简单的呼叫事 件流程，m s 起呼消息流程的例子如图2 3 所示。 呼叫建立是指移动台发起一个呼叫或者响应一个呼叫的过程，在这个过 程当中涉及到建立一个业务信道。分为移动台起呼和移动台被呼两种建立方 式。 假设a 和b 为网络中的用户，现在a 需要与b 进行语音通讯，则a 需 要首先发起呼叫，其中m s a 表示a 所使用的移动台。其语音业务起呼流程 如图2 3 所示。 图2 3 语音业务起呼消息流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 1 ) m s a 向b s 发送发起消息( 0 r i g i i i a t j o nm e s s a g e ) ，请求通信服务。 ( 2 ) b s 向m s - a 发送确认消息( b sa c ko r d e r ) 后向m s c 发送服务请求( c m s e w i c er e q u e s t ) 。 ( 3 ) m s c 完成对m s a 的鉴权等一系列工作后向b s 发送指配请求 ( 舡s i 弘m e n tr e q u e s t ) 允许m s a 的呼叫请求。 ( 4 ) b s 收到支配请求消息后向m s “发送信道指配消息( c h 皿n e l a s s i g 姗e n tm e s s a g e ) 。 ( 5 ) m s a 收到信道指配消息后，m s a 向b s 发送业务信道前缀；而b s 也向m s a 发送空业务数据，这样做的目的是为了捕获业务信道。 ( 6 ) b s 向m s a 发送确认消息( b sa c ko r d c r ) ，而m s a 也会向b s 发送 确认消息( m s - a a c ko r d e r ) 。 ( 7 s 向m s a 发送服务连接消息。 f 8 ) m s a 向b s 发送服务连接完成消息。 ( 9 ) b s 与m s a 的业务信道建立起来后，b s 再向m s c 发送指配完成 ( a s s i 粤脚e lc 伽p l e t e ) 。 ( 1 0 ) 最后m s c 发送会发送回铃音给m s a 。 a 完成语音业务起呼消息流程后建立了与m s c 相应业务通信连接，这时 m s c 需要根据a x 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 4 。1 移动台初始化状态 在该状态，移动台首先选择一个系统。若所选系统是一个c d m a 系统， 移动台将捕获并与c d m a 系统同步。若所选系统是一个模拟系统，移动台开 始模拟模式的操作。图2 5 展示了移动台初始化状态的几个过程，分别由下 列子状态组成： 系统确定子状态一在该子状态，移动台选择使用哪个系统a 导引信道获得子状态一在该子状态，移动台获得c d m a 系统的导引 信道。 同步信道获得子状态一在该子状态，移动台获得c d m a 系统的系统 配置和定时信息。 定时改变子状态一在该子状态，移动台将其时钟与c d m a 系统的时 钟同步。 开机或任何其它状态开机或任何其它状态 移动台空闲状态 图2 5 移动台初始化状态图 有状态转变 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l l 页 薹善= | 薹霉墓鼋鹱霎岫蓦藿譬p g 臻匿 篓麓， 冀篓j ? 一；一霍一一鼎攀醛霪? i 蓦萎l 鐾点鐾墨耋斋醋引i 事自# i 鲋! | | l i i | j i j ：i l 目 籍；i | 囊l ，l z q ! j l 目= 摹 i 赞e f 赢l | i l i i g | ! i 噩# 自 e i ! ；o ；| i “i r i ! i e ；一河；l 蠢! 享耋l 篓；呈车； 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 第3 章无线网络前台测试 3 1 前台测试介绍 前台测试，也就是路测( d t ，d r i v ct e s t ) ，是指