3G信令測試的挑戰(zhàn)、需求和解決方法

1 .3G信令測試所面臨的挑戰(zhàn)

　　信令測試是無線網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和優(yōu)化最基本和最重要的手段。同GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)相比，UMTS/TD-SCDMA信令的復(fù)雜程度和對系統(tǒng)資源的要求都有了很大的提高，這也對信令測試設(shè)備的軟、硬件性能提出前所未有的挑戰(zhàn)，主要包括以下幾個(gè)方面：

　　挑戰(zhàn)1：如何實(shí)現(xiàn)對基于ATM承載的高速信令協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和分析？

　　對信令協(xié)議的實(shí)時(shí)捕獲、處理和分析是3G測試系統(tǒng)的基本要求。由于3G RAN網(wǎng)絡(luò)接口采用ATM作為承載協(xié)議，其高層信令消息需分段為ATM信元來進(jìn)行傳送，這就要求3G信令測試設(shè)備能夠?qū)�AAL-2、AAL-5 PDU進(jìn)行實(shí)時(shí)的信元重組，以實(shí)現(xiàn)對高層信令消息地實(shí)時(shí)解析。一般需要通過專門的FPGA芯片組來實(shí)現(xiàn)該功能，這在一定程度上增加了信令測試設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本。

　　挑戰(zhàn)2：如何實(shí)現(xiàn)對高速3G信令流量的捕獲和海量數(shù)據(jù)的存儲、分析？

　　對高速3G信令流量的捕獲和海量數(shù)據(jù)的保存是對信令測試設(shè)備的另一個(gè)主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。要對3G商用網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)RNC進(jìn)行完整的信令監(jiān)測，其信令流量可能高達(dá)10～20Mb/s。這對于測試設(shè)備的捕獲能力和存儲能力都是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。由于3G信令的龐大數(shù)據(jù)量，它也給網(wǎng)絡(luò)工程師的數(shù)據(jù)分析工作帶來很大的困難。在3G商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)較長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集過程可能會生成上百GB（甚至TB級）的信令數(shù)據(jù)量。這就要求3G測試設(shè)備能夠提供一種對海量信令數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢索和高效處理的方法。

　　挑戰(zhàn)3：如何實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜的Iub接口數(shù)據(jù)的處理和分析？

　　在3G網(wǎng)絡(luò)中，最復(fù)雜的接口要屬Iub接口。Iub接口的協(xié)議棧非常復(fù)雜，尤其是基于AAL2的無線控制信令，其協(xié)議棧為ATM/AAL2/FP/MAC/RLC/RRC/NAS。要對高層RRC和NAS消息進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼分析，需要完成一系列的實(shí)時(shí)PDU重組過程（包括AAL2和RLC PDU的重組）。此外，還需要實(shí)現(xiàn)對TFI表格的自動配置，即能夠自動識別各個(gè)邏輯通道的傳輸塊（TB）大小和個(gè)數(shù)。這些復(fù)雜的處理過程對信令測試軟件的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

　　挑戰(zhàn)4：如何實(shí)現(xiàn)對3G系統(tǒng)端到端信令鏈路的全面覆蓋？

　　全面的3G系統(tǒng)測試對網(wǎng)絡(luò)端到端的覆蓋提出了很高的要求，往往需要同時(shí)連接Iub、Iu-CS、Iu-PS、Iur、Gn和Gi等各個(gè)接口。由于軟切換的存在和鏈路的負(fù)荷分擔(dān)，測試設(shè)備還需要能夠同時(shí)連接多個(gè)NodeB（甚至RNC）的所有接口鏈路。實(shí)際的測試鏈路需求往往是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而不斷增加的，可能要求從幾個(gè)STM-1(或E1）鏈路平滑擴(kuò)展到幾十個(gè)STM-1（或E1）鏈路。這就要求測試設(shè)備在監(jiān)測鏈路的容量方面，具有很強(qiáng)的可伸縮性，能夠提供對眾多高速信令鏈路的支持能力。

　　挑戰(zhàn)5：如何提供對多用戶實(shí)時(shí)操作平臺的支持？

　　由于不同的網(wǎng)絡(luò)工程師對同一個(gè)3G數(shù)據(jù)源通常有不同的分析處理需求，例如，一組用戶可能需要對某個(gè)路測呼叫進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，而另外一組用戶可能需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作。這就要求3G測試系統(tǒng)能在體系結(jié)構(gòu)上能提供多用戶操作環(huán)境，即不同用戶能對同一硬件平臺進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)時(shí)操作、數(shù)據(jù)存儲和分析。這也有利用充分發(fā)揮3G信令測試設(shè)備的硬件投資效率。

2 .3G網(wǎng)絡(luò)測試需求和應(yīng)用

　　在3G網(wǎng)絡(luò)部署和實(shí)施的生命周期中，根據(jù)不同階段的測試需求和應(yīng)用，3G信令測試主要可分為：3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驗(yàn)證測試、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和故障診斷測試、3G業(yè)務(wù)質(zhì)量和性能測試、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測試。

　　2.1 3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驗(yàn)證測試

　　在3G網(wǎng)絡(luò)的安裝、部署階段，使用信令測試儀表來監(jiān)測3G各接口是解決設(shè)備之間互連互通問題的主要手段。3GPP在設(shè)計(jì)3G規(guī)范時(shí)，就注意到需要解決“在GSM系統(tǒng)中BSS系統(tǒng)之間互不兼容”的問題，并制定了明確的UTRAN接口規(guī)范。這種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)雖然便于運(yùn)營商可以更加自由地選擇不同廠家的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但也使設(shè)備之間接口協(xié)議的復(fù)雜程度大大增加。為了保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互操作性，就必須對各接口協(xié)議進(jìn)行嚴(yán)格的測試，通過測試儀表的協(xié)議解碼和分析功能，來驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對3G協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一致性和完整性。

　　2.2 3G網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和故障診斷測試

　　對網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行快速診斷并降低網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)間是3G信令測試系統(tǒng)的主要用途之一。當(dāng)3G系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，需要使用測試設(shè)備接入關(guān)鍵的信令鏈路監(jiān)測點(diǎn)，并進(jìn)行協(xié)議測試和分析。通常來說，3G網(wǎng)絡(luò)故障主要可分為兩大類：無線接入網(wǎng)（UTRAN）側(cè)故障或核心網(wǎng)側(cè)（CN）故障。由于3G RAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議同2G系統(tǒng)相比有了較大的變化，因此比較容易出現(xiàn)問題；而3G核心網(wǎng)同2G系統(tǒng)基本相同，因此出現(xiàn)問題的概率相對比較小。由于Iub和Iu接口是3G RAN中最重要的測試接口，一般來說需要同時(shí)對這兩個(gè)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和關(guān)聯(lián)性分析。如果Iub接口的數(shù)據(jù)是經(jīng)過加密的，那么還必須通過Iu接口來提取密鑰，自動對Iub消息進(jìn)行解密。常見的3G網(wǎng)絡(luò)故障主要包括：網(wǎng)絡(luò)接入故障、話務(wù)指標(biāo)問題、功率控制問題、切換問題、漫游問題、手機(jī)終端和3G網(wǎng)絡(luò)的配合問題等。

　　2.3 3G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量和性能測試

　　對于3G網(wǎng)絡(luò)來說，豐富、高質(zhì)量的移動業(yè)務(wù)是取得商用成功的關(guān)鍵要素。3G網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)類型十分豐富，從語音業(yè)務(wù)、可視電話、MMS、WAP到流媒體等，幾乎覆蓋了電路交換和分組交換領(lǐng)域的所有可用業(yè)務(wù)。然而，如何保證這些業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量卻是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的重要課題。一方面，由于3G無線鏈路環(huán)境的復(fù)雜性，使得在3G上傳輸?shù)倪@些業(yè)務(wù)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更加難以掌控；另一方面，2G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的不斷優(yōu)化，其服務(wù)質(zhì)量已經(jīng)十分優(yōu)良，用戶習(xí)慣性的希望作為第三代移動通信技術(shù)的3G，其所提供的服務(wù)質(zhì)量至少應(yīng)能同2G網(wǎng)絡(luò)相媲美。3G的業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量和性能測試包括：語音質(zhì)量測試、可視電話質(zhì)量測試、數(shù)據(jù)和增值業(yè)務(wù)質(zhì)量測試等。

　　2.4 3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測試

　　近年來，通過信令測試來進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化已經(jīng)越來越受到運(yùn)營商的青睞和重視。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測試同故障診斷測試存在較大的差別，它具有幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：1）它屬于一種預(yù)防性維護(hù)方式，在開始網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)并不一定存在明顯的問題；2）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化一般不是針對某個(gè)或某幾個(gè)終端進(jìn)行信令分析；3）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化通常需要收集大量數(shù)據(jù)，然后通過對一系列關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）的統(tǒng)計(jì)，來分析網(wǎng)絡(luò)中存在的潛在問題。由于這些問題可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降，工程師正是通過優(yōu)化這些指標(biāo)來不斷提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。4）對長期采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析，對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工作效率也是非常重要的。

3 .安捷倫3G信令測試解決方案

　　3.1 安捷倫信令測試儀的主要優(yōu)點(diǎn)

　　安捷倫信令分析儀測試平臺（SART）是針對2G/2.5G/3G無線網(wǎng)絡(luò)（包括GSM/GPRS/UMTS、TD-SCDMA和IS95/CDMA-1x/CDMA2000）測試需求設(shè)計(jì)的全新解決方案，它可以快速全面地對無線、有線和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種信令分析和業(yè)務(wù)測試。諸多關(guān)鍵特性（例如硬件過濾、自動配置、多接口呼叫/數(shù)據(jù)會話跟蹤以及內(nèi)建的統(tǒng)計(jì)功能等）可有效幫助客戶確認(rèn)和找出故障，即時(shí)發(fā)現(xiàn)影響客戶滿意度的潛在問題。安捷倫信令分析儀的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

　　• 分布式處理能力，每個(gè)信令測試硬件（DNA）都可以通過以太網(wǎng)互連，所有這些DNA都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的時(shí)間同步，通過一臺分離的控制主機(jī)（PC或服務(wù)器）來控制這些DNA，從而構(gòu)成一個(gè)具有很強(qiáng)伸縮性的信令測試系統(tǒng)�？刂浦鳈C(jī)可以自動將多個(gè)DNA測試儀所采集的信令數(shù)據(jù)合并起來，從而對UMTS各接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。

　　• 大容量的信令測試能力，一臺計(jì)算機(jī)所控制的測試系統(tǒng)最多可以同時(shí)支持32對STM-1鏈路或252對E1 ATM鏈路或512條64Kb/s SS7鏈路。

　　• 多端口的呼叫跟蹤能力，可以在UMTS的多個(gè)接口（包括Iub、Iu、Iur、Gn、Gi等）之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)性呼叫跟蹤分析。

　　• 多用戶（Multi-User）支持，可提供多用戶信令測試系統(tǒng)，包括多用戶服務(wù)器和客戶端。多用戶服務(wù)器直接連接DNA測試硬件，通過它將DNA采集的信令數(shù)據(jù)發(fā)布到不同的客戶端信令分析儀；每個(gè)客戶端的操作相互獨(dú)立，可進(jìn)行各種實(shí)時(shí)的信令分析。一臺多用戶服務(wù)器最多可同時(shí)支持30個(gè)客戶端。由于同一套測試硬件支持多個(gè)用戶并行操作，使得測試儀的硬件得到最充分的利用，大大提高投資效益。

　　• 呼叫管理器（Call Manager），通過SQL技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的呼叫管理功能，長時(shí)間的呼叫跟蹤記錄（CDR）可以直接被輸入測試系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)庫中，并可自動建立呼叫記錄同原始信令數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。用戶只需要很短的時(shí)間就可以在海量數(shù)據(jù)中（可能達(dá)到上百G）查找到一個(gè)特定的呼叫，并可對其進(jìn)行詳細(xì)的消息序列解碼分析。

　　3.2 安捷倫3G測試平臺的應(yīng)用場景

　　安捷倫3G信令測試平臺可支持十分廣泛的應(yīng)用場景，包括：故障診斷、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化到業(yè)務(wù)質(zhì)量分析等。由于DNA支持非常靈活的連接方式和軟硬件組合結(jié)構(gòu)，因此3G網(wǎng)絡(luò)工程師可在不同應(yīng)用場景下，采用不同的DNA連接和配置模式，最方便、有效地開展各項(xiàng)測試工作。

　　3.2.1 使用DNA作為便攜式信令測試儀表

　　當(dāng)用戶需要一臺便攜式3G信令測試儀表的時(shí)候，安捷倫公司的DNA是一個(gè)非常好的選擇。一臺DNA的體積十分小巧，本身的重量只有2公斤，卻最多可以連接8對E1接口或4對STM-1接口。用戶既可以通過筆記本電腦，用普通網(wǎng)線連接DNA的控制端口進(jìn)行本地測試，也可以通過局域網(wǎng)絡(luò)同DNA連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。每個(gè)DNA具有兩個(gè)以太網(wǎng)控制接口，如果用戶需要擴(kuò)展連接更多的測試接口，只需將多個(gè)DNA級聯(lián)，這樣可構(gòu)成一個(gè)菊花鏈的結(jié)構(gòu)，最多可級聯(lián)8個(gè)DNA。便攜式信令測試儀可以支持全面的信令解碼分析、統(tǒng)計(jì)和呼叫跟蹤功能。

　　3.2.2 使用DNA構(gòu)建全面的3G信令網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)

　　使用安捷倫信令測試平臺可以對2G/2.5G/3G網(wǎng)絡(luò)各接口進(jìn)行全面的覆蓋，通過IP網(wǎng)絡(luò)可方便地將多個(gè)DNA和控制主機(jī)連接起來，從而形成一個(gè)完整的信令監(jiān)測系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)中的故障進(jìn)行端到端的分析，主要包括以下幾個(gè)方面：

　　對3G呼叫進(jìn)行端到端的跟蹤和分析，包括Iub、Iu、Iur、Gn、Gi等接口進(jìn)行全面的關(guān)聯(lián)分析；

　　對一個(gè)3G終端的移動過程進(jìn)行追蹤，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的覆蓋或切換問題；

　　對2G/3G網(wǎng)絡(luò)間的切換和配合進(jìn)行分析。

　　安捷倫信令測試平臺之所以適合于構(gòu)建3G信令網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵因素是其對多用戶操作的支持能力。它允許多個(gè)用戶同時(shí)操作信令測試平臺，對不同接口進(jìn)行實(shí)時(shí)的呼叫跟蹤、解碼和統(tǒng)計(jì)功能。每個(gè)用戶都可以得到自己期望的信令數(shù)據(jù)，進(jìn)行自己需要的操作而不會干擾到別的用戶，就好像自己獨(dú)享測試儀平臺一樣。

　　3.2.3 優(yōu)化3G UMTS網(wǎng)絡(luò)

　　要進(jìn)行3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，首先需要從網(wǎng)絡(luò)中采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)。安捷倫3G信令測試設(shè)備可以在3G網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)接口上同時(shí)采集數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)流的方式將信令數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地存儲到磁盤中。安捷倫信令測試平臺可提供安全、完整的3G數(shù)據(jù)采集，以及對海量數(shù)據(jù)的快速分析能力，具體包括以下方面：

　　支持分離的大容量存儲系統(tǒng)：安捷倫3G信令測試平臺可直接將信令數(shù)據(jù)存儲到外部的磁盤陣列上，而不僅僅局限于測試儀本身的硬盤。

　　呼叫管理器（Call Manager）：它可大大提高網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和呼叫分析的效率。當(dāng)信令分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，呼叫管理器會將所有呼叫記錄（CDR）存儲到一個(gè)數(shù)據(jù)庫中。這樣，用戶可以通過SQL的方式，非常快速的從成千上萬的呼叫中找到自己需要查找的呼叫。用戶還可以基于呼叫管理器中的CDR，開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化應(yīng)用程序。

　　豐富的KPI統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目：安捷倫3G測試系統(tǒng)通過呼叫跟蹤和統(tǒng)計(jì)功能，提供了各種UMTS網(wǎng)絡(luò)的KPI參數(shù)。用戶可以通過這些KPI指標(biāo)來分析網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量情況，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。

4 .結(jié)束語

　　由于3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度復(fù)雜性，3G網(wǎng)絡(luò)的開通、維護(hù)和優(yōu)化將面臨著許多新的困難和挑戰(zhàn)。通過3G信令測試，可以有效地解決不同廠家設(shè)備之間的互聯(lián)互通問題，快速診斷網(wǎng)絡(luò)故障和降低網(wǎng)絡(luò)修復(fù)時(shí)間，對各種3G業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行有效的評估，優(yōu)化3G網(wǎng)絡(luò)的性能。安捷倫科技公司是最早進(jìn)入中國信令分析儀市場的領(lǐng)導(dǎo)廠商，其用戶數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)測試經(jīng)驗(yàn)一直處于領(lǐng)先地位。目前，安捷倫信令分析儀在全國各個(gè)電信運(yùn)營商和3G設(shè)備廠家都有廣泛應(yīng)用，它在3G技術(shù)上始終能夠提供最新的技術(shù)和最合適的測試手段。