席 兵，韓盈盈

(重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)測試技術(shù)工程研究中心，重慶400065)

TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)SGs接口解碼方案研究

席 兵，韓盈盈

(重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)測試技術(shù)工程研究中心，重慶400065)

以TD-LTE網(wǎng)絡(luò)信令反查系統(tǒng)為研究背景，分析了SGs接口功能及SGsAP協(xié)議特點，在此基礎(chǔ)上提出了一種符合常規(guī)測試規(guī)范的SGsAP協(xié)議解碼模塊的設(shè)計方案。此方案重點研究利用方法封裝、插件式設(shè)計思想實現(xiàn)SGsAP協(xié)議的簡單解碼和詳細(xì)解碼等功能。結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)信令反查系統(tǒng)中測試驗證該方案。測試結(jié)果表明，解碼準(zhǔn)確有效，這為實現(xiàn)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)SGs接口監(jiān)測提供了重要依據(jù)。

SGs接口;SGsAP協(xié)議;TD-LTE網(wǎng)絡(luò);信令反查;協(xié)議解碼

隨著TD-LTE國際標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的部署和運營也得到不斷推進和發(fā)展。TD-LTE系統(tǒng)呈現(xiàn)統(tǒng)一、扁平的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，且是基于全IP的分組交換系統(tǒng)，不支持傳統(tǒng)的電路交換業(yè)務(wù)［1］。就基于電路域的短消息業(yè)務(wù)(Short Message Service，SMS)而言，在運營商提供的服務(wù)中僅次于語音業(yè)務(wù)，所以必須解決TD-LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)短消息業(yè)務(wù)互通的問題。目前主要有4種方案可以解決上述問題:雙模雙待手機方案、SMS over SGs接口方案、SMS over IMS方案及SMS over PS方案［2］。為了減少MME和SSC的接口復(fù)雜度，減少建設(shè)成本，提高經(jīng)濟效益，現(xiàn)網(wǎng)采用SMS over SGs接口方案，但目前針對此接口的監(jiān)測方案［3-4］尚處于開發(fā)研究階段。本文的主要研究內(nèi)容是根據(jù)Gs接口協(xié)議和SGs接口SGsAP(SGs Application Part)協(xié)議規(guī)范［5-6］進行解碼并以可視化界面顯示解碼結(jié)果，以實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)的信令反查功能，進而完善TDD -LTE網(wǎng)絡(luò)接口監(jiān)測覆蓋面。

1 SGs接口短消息業(yè)務(wù)傳輸流程

SGs接口是移動性管理實體(Mobility Management Entity，MME)和移動服務(wù)中心(Mobile Service Center，MSC)之間的接口，3GPP規(guī)范中明確規(guī)定了當(dāng)TD-LTE終端駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)時，可直接通過SGs接口實現(xiàn)短消息業(yè)務(wù)的收發(fā)工作［7-8］。而MSC則是實現(xiàn)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)SMS互通的轉(zhuǎn)接點。在融合網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)SMS過程［9］如圖1所示。

圖1 融合網(wǎng)絡(luò)中SMS工作流程圖

首先，終端UE附著時，在attach request消息中攜帶“聯(lián)合EPS/IMSI附著”指示，MME收到UE的請求后，從收到的GUTI或從缺省的LAI中解析出MSC號碼，并向此MSC發(fā)起位置更新請求，MSC將該UE標(biāo)記為已完成附著，并保存MME的IP地址等相關(guān)消息，即MSC完成UE的SGs關(guān)聯(lián);再者，MSC向HLR 進行位置更新并將該用戶的TMSI等信息發(fā)送給MME，從而在MME中建立SGs關(guān)聯(lián);最后MME再將TMSI及LAI等信息在attach accept消息中轉(zhuǎn)發(fā)給UE，完成UE的聯(lián)合附著。由于通過MSC接入到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的SMS傳輸方式不變，此處不再累述。

2 SGsAP協(xié)議的解碼實現(xiàn)

2.1 解碼模塊設(shè)計

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，不斷有新的協(xié)議產(chǎn)生，而這些實現(xiàn)90%需要現(xiàn)有協(xié)議來承載，所以為了避免協(xié)議模塊重復(fù)開發(fā)，同時也為了提高代碼的可靠性、可重用性和可維護性，本文采用插件式設(shè)計方案實現(xiàn)SGsAP協(xié)議的解碼。解碼設(shè)計框架如圖2所示。

圖2 SGsAP協(xié)議解碼設(shè)計框架圖

解碼的目標(biāo)是把信令二進制流中的數(shù)據(jù)翻譯為有邏輯意義的信息，供協(xié)議分析模塊調(diào)用。首先，從緩沖區(qū)中取出原始數(shù)據(jù)送入SGsAP協(xié)議解碼模塊，通過解碼接口(簡單解碼接口和詳細(xì)解碼接口)分別調(diào)用相應(yīng)解碼模塊。由圖2可知，SGsAP協(xié)議解碼分兩種:基礎(chǔ)解碼和詳細(xì)解碼。基礎(chǔ)解碼是指分析原始PDU數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵信息和上層SDU信息并為上層的呼叫合成解碼、消息概要解碼提供支持，使上層協(xié)議分析不必再重新解碼。而詳細(xì)解碼是對原始數(shù)據(jù)逐字節(jié)逐比特的解碼，并生成一些解釋說明信息。詳細(xì)解碼的作用是為上層詳細(xì)解碼提供服務(wù)。最后，解碼結(jié)果都將發(fā)送給顯示界面以供用戶查閱。其中詳細(xì)解碼結(jié)果通過函數(shù)封裝后在顯示界面上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)代表的詳細(xì)信息;簡單解碼結(jié)果則用于消息過濾和顯示;合成解碼封裝后用于呼叫詳細(xì)記錄(Call Detail Record，CDR)的合成。

2.2 SGsAP協(xié)議簡單解碼的實現(xiàn)

SGsAP協(xié)議簡單解碼是上層協(xié)議分析和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)接口監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從采集卡捕獲到的原始數(shù)據(jù)，保存在消息緩存區(qū)中，添加文件頭、cap頭等預(yù)處理后獲取協(xié)議消息ID、開始時間、結(jié)束時間等信息，通過簡單解碼接口調(diào)用簡單解碼函數(shù)，完成簡單解碼過程。

2.2.1 簡單解碼原理分析與實現(xiàn)

在3GPP中規(guī)定了SGs接口共有25種消息類型(如尋呼請求消息、重置消息等)，首先根據(jù)消息類型進行分類處理，再根據(jù)各消息簡單解碼需顯示的關(guān)鍵字段逐步解碼。下面以尋呼請求消息為例，進一步解釋簡單解碼原理。

SGsAP協(xié)議層的第一個字節(jié)代表消息類型SGsAP Message Type。本方案定義了以消息類型SGsAP_Msg-Type為索引的一維函數(shù)數(shù)組SDecMsgTypeFun［］，改進了之前3G監(jiān)測系統(tǒng)中使用的宏定義消息類型，并用switch開關(guān)語句匹配的方案，如此不僅節(jié)省了代碼空間，降低了內(nèi)存占用率，提高了運行效率，更便于代碼測試和性能維護。

2.2.2 SGsAP協(xié)議簡單解碼結(jié)果驗證

根據(jù)信令反查系統(tǒng)設(shè)計要求，SGsAP協(xié)議簡單解碼部分只需根據(jù)消息類型分別提取SGsAP的IMSI、TMSI、IMEI、LAC等消息關(guān)鍵字段，并將字段封裝到解碼結(jié)構(gòu)體中，以供信令反查時準(zhǔn)確、快速地定位消息，并顯示消息流程。簡單解碼結(jié)果界面如圖3所示。

圖3 SGsAP協(xié)議簡單解碼示意圖(截圖)

與wireshark的解碼結(jié)果(見圖4)相對比，均提取源和目的IP地址、消息類型、時間戳等，且兩者數(shù)據(jù)相同，則可推知SGsAP協(xié)議在信令反查中依據(jù)消息類型進行解碼，其結(jié)果是完全正確的，從而驗證本方案的可行性。

圖4 wireshark對SGsAP協(xié)議簡單解碼截圖(截圖)

2.3 SGsAP協(xié)議詳細(xì)解碼的實現(xiàn)

2.3.1 詳細(xì)解碼原理分析與實現(xiàn)

在信令反查系統(tǒng)中，詳細(xì)解碼根據(jù)信令結(jié)構(gòu)對各層各關(guān)鍵字進行指針的移動和取值操作，再由3GPP協(xié)議規(guī)范定義將其所代表的的含義以中英文方式描述出來并以界面形式展現(xiàn)出來。詳細(xì)解碼設(shè)計方案具體如圖5所示。

圖5 SGsAP協(xié)議詳細(xì)解碼流程圖

當(dāng)下層SCTP協(xié)議解碼結(jié)果獲得的上層SDU信息是SGs接口數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)送入詳細(xì)解碼函數(shù)SGsAP_ fdecode()進行逐字節(jié)逐比特翻譯。如果數(shù)據(jù)長度正確，則移動指針解出消息類型，根據(jù)協(xié)議規(guī)定提取消息中的關(guān)鍵字段。此關(guān)鍵字段可以分為必備固定元素、條件可選元素和任選元素，分別調(diào)用關(guān)鍵字段解碼函數(shù)，進行相應(yīng)的解碼實現(xiàn)。

詳細(xì)解碼接口函數(shù)聲明如下:

參數(shù)說明:pData，待解碼消息數(shù)據(jù)首指針;nBitLen，解碼數(shù)據(jù)長度，以比特(bit)為單位;pContext，解碼參數(shù)，為各協(xié)議所需求的不同的解碼參數(shù);pDetail，詳細(xì)解碼結(jié)果;ppSduInfo，上層協(xié)議信息。關(guān)鍵字段簡單解碼函數(shù)與詳細(xì)解碼函數(shù)的主要區(qū)別是后者不必知道各協(xié)議模塊是什么結(jié)構(gòu)，每解出一個詳細(xì)解碼項，詳細(xì)解碼函數(shù)只需要調(diào)用公共模塊中的輔助函數(shù) FillTreeBuf向pDatail指向的結(jié)果中添加詳細(xì)解碼結(jié)果。

2.3.2 詳細(xì)解碼結(jié)果驗證

在信令反查系統(tǒng)中SGsAP協(xié)議詳細(xì)解碼結(jié)果和wireshark對SGsAP協(xié)議的解碼如圖6、圖7所示，經(jīng)過結(jié)果對比可得出解碼完全正確。詳細(xì)解碼邏輯上是一棵樹，為了表示結(jié)點的層次關(guān)系，給每個詳細(xì)解碼結(jié)點分配一個編號，用這個編號來表示結(jié)點之間的父子關(guān)系。

圖6 SGsAP協(xié)議詳細(xì)解碼示意圖(截圖)

圖7 wireshark對SGsAP協(xié)議詳細(xì)解碼截圖(截圖)

詳細(xì)解碼每個結(jié)果項中，內(nèi)容有字段名、字段值、解釋、掩碼等。BitMask用來詳細(xì)表示某個詳細(xì)解碼結(jié)果項對應(yīng)的二進制bit的有效數(shù)據(jù)，因為不是所有的解碼項都是字節(jié)。為了便于表示，把這些內(nèi)容用如下函數(shù)sprintf(NText，"%s|%d||%s"，pszsgsap IMSIText［0］［nlang］，identityDigit，DumpMLDB(pDec，1，text，0，3，0))組成格式化的字符串，再添加到輔助函數(shù)中。

3 結(jié)束語

針對現(xiàn)網(wǎng)中缺乏此接口的監(jiān)測方案，本文創(chuàng)新性地提出了TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)SGsAP協(xié)議解碼模塊設(shè)計的總體方案。此方案的創(chuàng)新點在于:1)簡單解碼和詳細(xì)解碼模塊采用并行線程，可以獨立執(zhí)行、互不干擾，從而提高解碼效率;2)根據(jù)配置文件寫入的協(xié)議ID號和下層解碼獲取的SDU來判斷上層協(xié)議類型，改進了原來通過端口判斷協(xié)議并將其以協(xié)議判別函數(shù)IsMe()固化到代碼中的處理方法，這不僅提高了解碼模塊的可移植性、靈活性，更減少代碼間的耦合性。將此方案應(yīng)用于LTE網(wǎng)絡(luò)信令反查系統(tǒng)中，最終測試結(jié)果表明，該設(shè)計方案具有可行性，從而填補了SGs接口監(jiān)測方案空白的現(xiàn)狀，對研究LTE網(wǎng)絡(luò)中其他協(xié)議也具有指導(dǎo)和推廣意義。

［1］程鴻雁.LTE核心網(wǎng) EPC融合演進解決方案［J］.電信技術(shù)，2013(4):30-33.

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［9］蓋劍，盧玢鑫，趙瑞.LTE網(wǎng)絡(luò)中SGs接口短消息容災(zāi)方式研究［J］.電子世界，2013(16):130.

Decoding Scheme of SGs Interface in TDD-LTE Network

XIBing，HAN Yingying
(Communication Network Testing Technology Research Center，Chongqing University of Postsand Telecommunications，Chongqing 400065，China)

Based on the TD-LTE network signaling anti-check system，the functions of SGs interface and SGsAP protocol features are analyzed.Based on the research，a kind of design scheme of the SGsAP protocol decoding module lined with conventional test specification is proposed.Usingmethods encapsulation and plug-in design concept，how to achieve the simple decoding and detailed decoding functions of SGsAP protocol is focused on.Finally，the scheme is applied to the signaling anti-check system for testing.Test results show that decode accurately and validly，which provides an important basis for SGs interfacemonitoring in the TD-LTE network monitoring system.

SGs interface;SGsAP protocol;TD-LTE network;signaling anti-check;protocol decoding

TN929.23

A

?? 京

2014-05-04

【本文獻信息】席兵，韓盈盈.TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)SGs接口解碼方案研究［J］.電視技術(shù)，2014，38(23).

國家新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)重大專項(2012ZX03005008);重慶高校創(chuàng)新團隊建設(shè)計劃項目(KJTD201312)

席 兵(1972—)，副教授，主研光通信與網(wǎng)絡(luò);

韓盈盈(1989—)，女，碩士生，主研通信網(wǎng)測試技術(shù)。