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TD-SCDMA网络测试仪NBAP协议仿真软件设计
易晟 张治中
2010-03-23 00:00:00 来源:[重庆邮电学院学报]

摘要 研制具备Iub接口NBAP协议仿真功能的TD-SCDMA网络测试仪,有助于主动模拟网络性能和分析网络故障。提出了软件设计中模块定义和代码实现的新方案。ASN.1工具采用的是OSS公司推出的编译器和运行程序库。NBAP协议数据单元的编码和解码性能可靠、稳定。经过测试,该NBAP协议仿真功能符合实际测试的要求。

0、引言

  中国移动通信最近几年持续快速增长,2001年超过美国成为世界上第一大2G移动用户市场,2003年移动终端数量超过了固定电话数量。预计到2010年,该数值将上升到7.3亿,届时,每2个中国人就拥有一部移动终端。3G无线技术的商用化不仅是通信技术革新的必然结果,而且是市场推广和收入增长的必需品[1]。因此无论是从发展中国人自己的无线通信技术,还是满足潜在的客户需求,在全国范围内乃至部分外国地区组建一个大的TD-SCDMA网络已经成为不可阻挡的趋势。TD-SCDMA采用多用户检测、软件无线电和智能天线等多项先进技术[1-2],承载语音、视频、IP包和多媒体等多种业务,网络结构必然十分复杂,同以前的GSM网络和CDMA网络相比,没有了可以借鉴的实际网络模型,运营商将承受前所未有的压力,迫切需要一种智能的、高效的网络测试仪表来成功应对TD-SCDMA网络出现的各种问题。研制出具有自主知识产权的TD-SCDMA网络测试仪,对TD-SCDMA产业链的快速成型和高效低廉地组建3G商用网具有重要的推动作用。

  协议仿真是在网络性能监测基础上的进一步发展,它的应用使得运营商可以根据将来建设网络的实际特点,有重点、分专项进行网络性能的仿真模拟测试。目前,国内外通信仪表制造商对协议仿真都十分重视,泰克、安立公司推出的仪表除了信令分析功能外,都有部分的协议模拟功能。但主要针对WCDMA或CDMA2000标准,而且因为协议仿真要模拟实际网络中的大部分功能,开发内容多、技术难点大,到目前为止,都没有推出十分完善的产品。本文中我们针对协议仿真中构造二进制消息和发送消息触发完整流程等基本问题,对NBAP(Node B application part)协议中消息的编码和解码技术及在此基础上的流程仿真做了探索性的研究,提出了软件设计中模块定义和代码实现的方案以及实际开发中遇到的个别困难的解决方法。实践证明,这一方案是可行的,能够满足实际开发的需求。

1、NBAP协议仿真功能结构

  1.1 TD-SCDMA网络测试仪功能简介

  如图1所示,TD-SCDMA网络测试仪可以对TD-SCDMA无线接入网、TD-SCDMA核心网、GSM网中几乎所有接口(Iub,Iur,IuCS,IuPS,Nc,Nb,Mc,C/D/E/G/Gr/MSCS-SCP,Gn/Gp,Gi,A等)进行监测。TD-SCDMA网络测试仪具备实时解码、业务统计、呼叫追踪、网络及业务分析、协议仿真、物理层指示等功能。其中,协议仿真功能是本文中我们讨论的重点。

  BTS:基站

  MSC Server:移动交换中心服务器

  SMS-SC:短消息服务服务中心

  HLR:归属位置寄存器

  SGSN:服务GPRS支持节点

  PSTN:公共交换电话网

  BSC:基站控制器

  SLR:发送响度当量

  PCU:分组控制单元

  VLR:拜访位置寄存器

  SCP:服务控制点

  GGSN:网关GPRS支持节点

  RNC:无线网络控制器

  ISDN:综合业务数字网

  MGW:媒体网状

  STP:信令转接点

  AuC:鉴权中心

  Node B:3G基站

图1 3G移动通信网络接口

Fig.1 3G mobile communication network interface

  1.2 Iub接口NBAP协议仿真功能结构

  1.2.1 Node B协议栈的模块规划

  Node B到RNC的接口为Iub,Node B到UE间的接口为Uu。如图2所示,Node B协议栈[2]整体可以分为Node B管理配置模块、NBAP协议实现模块、传输承载处理模块、手机数据处理模块和空中接口信道处理模块。其中Node B管理配置模块完成逻辑运行和维护,NBAP协议实现模块负责对Iub接口的信令消息的处理,手机数据处理模块处理小区数据业务和手机信息,传输承载处理模块主要完成Iub接口信令和数据的承载,空中接口信道处理模块完成Uu接口上数据业务的发送和接收。

  1.2.2 NBAP协议的功能

  由图2可见,NBAP协议处在横向无线网络层和纵向控制平面的交叉部分。概括的说:NBAP协议是无线移动信令的核心,是UE接入UTRAN及后续核心网的控制枢纽。其功能定义如下[3]

  1)小区配置管理。允许CRNC管理在Node B中的小区配置信息。

  2)公共传输信道管理。允许CRNC管理在Node B中的公共传输信道配置。

  3)系统信息管理。允许CRNC调度在小区中广播的系统信息。

  4)资源事件管理。允许Node B向CRNC通知该Node B中的资源状态。

  5)配置校准。允许CRNC和Node B核对和强制它们共有的无线资源具有同样的配置信息。

  6)公共资源的测量。CRNC触发Node B对公共无线资源进行测量,同时还允许Node B报告测量结果。

  7)无线链路管理。允许CRNC使用Node B中的专用资源来管理无线链路。

  8)无线链路监视。允许CRNC报告无线链路的失败和恢复状况。

  9)专用资源的测量。允许CRNC在Node B中发起专用资源的测量,同样还允许Node B报告所测量的结果。

  10)物理共享信道管理。允许CRNC在Node B中管理属于共享信道(USCH/DSCH)的物理资源。

  11)下行功率时隙校正。允许Node B根据UE侧的下行干扰电平对每一个时隙中的传输功率应用一个相应的偏移量来进行功率校正。

  12)一般错误情况的报告。报告一般错误情况的功能。

  13)小区同步。允许通过Uu接口实现小区或Node B之间的同步。

  14)信息交互。允许CRNC和Node B之间进行信息交互,同时允许Node B报告所请求的信息。

图2 基于Node B协议栈的模块规划

Fig.2 Module definition based on Node B protocol stack

  NBAP的功能由NBAP的过程来实现,包括公共过程和专用过程。此2类过程可以使用分开的信令链路。NBAP公共过程主要是与指定UE不相关的过程,或者只是为指定UE请求Communication Context初始化的过程。公共过程也包含逻辑O&M过程。专用过程是与一个指定的Node B Communication Context相关联的过程。这个Node B Communication Context通过Node B Communication Context ID来标识。表1[3]展示NBAP的功能和NBAP过程的映射关系。

表1 NBAP功能和基本过程间的映射关系

Tab.1 Mapping relations between NBAP function and NBAP elementary procedure。

  1.2.3 Iub接口仿真模块的设计

  根据Node B的协议内容和Node B协议栈的划分原则,如图3所示,整个Iub接口信令软件系统可以分为如下的几个模块。

图3 Iub接口仿真软件模块间关系

Fig.3 Relationship between modules of simulation software in Iub interface

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