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1、M N o Lo G Y o F T ELEc lo N s G S M 网络监测系统 A b i s接口信令 的解码研究与实现 陈 慧 重庆邮电大学通信网测试技术工程研究中心硕士研究生 张治中重庆邮电大学通信网测试技术工程研究中心教授 随着近几年中国通信行业的迅速发展、 网络不断成 熟和网络承载业务量的不断增加， 基站需要配置更多的 无线载波和小区，因此配置也越来越复杂， 基于站址 站群优化变得越来越困难1 】 。 为了优化 G S M G P R S网络 ， 对 A b i s 接口进行监测具有独特的优势。A b i s 接口定义 为基站子系统的两个功能实体基站控制器( B S C ) 和
2、基站 收发信台( B T s ) 之间的通信接口， 用于 B T S 与 B S C之间 的远端互连。该接口支持所有向用户提供的服务， 并支 持对 B T S 无线设备的控制和无线频率的分配 12 1。由于 A b i s 接口包含了大量的数据信息，包括基站或者 B S C 对异常状态提供的解释信息和所有 U m接口的测量报 告( 包括上行 和下行 ) ， 在 A b i s 接 口能够抓取所有用户 业务， 因此通过解析该接口的数据可以识别更高级别的 网络问题 ， 对改善 网络服务质量具有重要 的意义。 G S M 网络监测系统 ，主要是针对 A b i s 接 口进行监 测， 通过监测更快锁
3、定网络的运行状况 ， 从而提高网络 运行的效率。模块化的设计使得整个监测系统分工明 确， 且各个模块的功能独立， 耦合度小 ， 可以很好地提高 整个系统的稳定性 。 A b i s 接 口解码模块是整个监测 系统 2 0 1 3翠 1 2 第 i 2鞠现代电信科技 ii i 嗣- ， 耍断 势接监终高键 域 眦 ；l耋血m 莒 R ：= ： 的基础 ， 本文主要针对 A b i s 接口协议栈， 介绍了接 口消息解码的设计思想， 提出了 G S M网络监测系统 A b i s 接口解码模块设计的总体方案， 为整个监测系 统的研究提供必要的基础。 1 Ab i s接口概述 A b i s 接 口
4、是 B T S与 B S C之间的接 口，遵循 G S M规范 0 8 5 X系列的要求。A b i s 接口只能算是一 种内部接口， 不同设备供应商的 B S C设备和 B T S 设 备还不能实现互通。 根据协议模型可以将 A b i s 接口上的信令划分 为三层f 3 ( 如图 1 所示 ) 。 第一层是基于硬件的底层驱动程序，接收和发 送数据至传送的物理链路； 第二层协议是基于 D信 道链路接人规程( L A P D) 的， 为第三层各实体间实现 端对端的可靠信息传送 ； 第三层为基站收发器模块 ( B T S M) 层， 主要负责控制 B T S 的一些操作。从无线 资源管理( R
5、R ) 层来的消息要发送到移动台( M S ) ， 必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就 是 B T S M中的数据请求消息； 同样， 从 M S 来的第三 层要发送到 B T S ，也必须要以一定的消息类型来发 送， 这个消息类型就是 B T S M中的数据指示消息。 B T S M中第三层协议的消息按照 B T S的处理方 式可以分为两类 ： 一是透明消息： B T S只负责该类消息的转发， 不 会对消息做任何解释， 更不会改变消息内容； 二是不透明消息： 消息只在 B S C和 B T S 之间传 送， B T S 根据消息发起相应的动作或消息作为一次 B T S 动作的结果。
6、Ab i s 接 口 图 1 A b is接口协议模型 2 GS M 网络监测系统的总体设计 对于 G S M网络监测系统的研究与开发， 主要包 括数据采集、 数据存储、 A b i s 接 口协议栈解码、 协议 分析等功能。总体架构如图2 所示。 为了对网络数据进行分析， 数据采集系统对原 始信令数据进行捕获， 然后对该信令数据进行预处 理， 包括时间排序加消息 I D， 并以一定的格式保存 至消息缓存区。由一个协议栈解码器负责总体的调 度，主控程序先把消息缓冲区中的原始数据交给最 底层的协议解码， 逐层取出上层， 交给对应的协议解 码器进行解码并提取呼叫详细记录( C D R ) 合成模块
7、 所需要的关键信息；解码模块处理完后 ，便调用 C D R合成模块来进行相关的 C D R合成 ；结合 C D R 合成结果， 统计分析模块将会进行统计并出表， 同时 为给上层应用处理提供条件，将出表的结果以文件 的形式保存在磁盘中； 最后将合成结果显示出来， 还 解 码 模 块 厂 具 体 字 段解 码 结 果 结 粟 显 L AP B TS 不 D解 M解 模 码 器 码 器 块 规 计 分 析 秧 捷卜 固 ! 曼 图2 信令监测系统总体架构 M 融 0 G Y o F T E s 原整个通信流程供用户查看，以实现对该接口数据 的监测。 本文主要对 A b i s 接口 信令监测系统中的
8、解 码模块进行研究， 提出更有效的解码方法。 现 3 Ab i s接 口解码模块的设计与实 在 A b i s 接口信令监测系统中， 协议解码模块的 调用是 G S M网络监测系统其他模块分析的首要步 骤。解码主要是将信令二进制流中的数据解析成为 具有一定意义的字段信息，供 C D R合成模块调用。 解码模块的设计思想是由一个协议栈解码器负责总 体的调度 ，主控程序先把消息缓冲区中的原始数据 交给最底层的协议解码， 逐层取出上层， 交给对应的 协议解码器进行解码来完成整条消息的解析。 具体设计是对于接 口协议栈的每一层协议 ， 以 动态链接库( D L L ) 的形式， 提供解码程序模块 ，
9、分析 原始的协议数据单元( P D U ) ， 提取该 P D U所包含的 关键信息和上层服务数据单元( S D U) 信息， 根据上 层 S D U信息， 再调用对应协议的解码器完成相关解 码 。 解码器通过主控程序进行调用，主控程序首先 通过枚举文件， 将所有协议的解码器进行加载， 同时 为每个解码器增加一个观察者列表，解码结果将可 以通过观察者函数进行回调。 如果解码器并不存在， 则主控程序在返回结果中检测后直接将本条数据的 解码终止。 通过递归解码， 解码结果将通过链表的方 式存放起来， 用于合成调用。根据 A b i s 接口协议栈 的结构，需要设计两个解码器，即 L A P D解码
10、器和 B T S M解码器。该接口解码器的调用流程如图 3 所 示 。 图 3 A b i s 接 口协议栈解码器调用过程 3 1 L AP D解码器 的设计 在 G S M中， L A P D是 B T S 与 B S C之间传送信令 的数据链路规程， 其目的是使用 D信道通过用户一 网络接口在第三层各实体间传送信息， 是 Q 9 2 1 规 范的一个子集。根据 G S M规范的定义， B S C与 B T S 之间的信令接 口应遵循 L A P D规程。L A P D作为一 个点对多点的通讯协议， 采用的是帧结构， 如图4所 示 。 由帧结构可以看出， L A P D帧以 8 个 比特的标
11、 识域开头和结尾，且标识域的值恒为 0 x 7 E 。采用 “ B i t S tu ff i n g ”技术以确保帧分隔符标志的位模式不 会出现在帧的数字字段。帧中头标志后面的起始两 个字节为地址域， 地址域的格式如表 1 所示， 具体字 段有服务访问点标识符 ( S A P I ) ； 命令 响应( C R) 位，表示帧是命令还是响应；地址字段扩展( E A 0 ) 位， 表示是否是地址最后八位字节； 终端终点标识符 ( 1 E I ) ； E A 1 与 E A 0 相同。 标识域 地址域 控制域 信 息域 F CS 标识域 1 6 1 6 “ 可 变 1 6 图4 L A P D帧结构
12、 墨 警 望 婴 翌 堡 重 R 二 ： 二 表 1 地址域具体 字段格式 1 2 3 4 5 6 7 8 S A P ( 6 b i t S ) C R E A O T E l( 7 b 1 t s ) E A I 地址域的后面是控制位，控制位用于识别帧的 类型， 其中有三种控制域格式被定义： I 帧格式， S 帧 格式， u帧格式。 I 帧和 s 帧占用两个字节， 而 u帧 占用一个字节， 信息域为可选部分。 通过检查所传输 帧数据的完整性 ， 帧校验序列( F c s ) 可以进行高级 别的物理差错控制， 占用 l 6比特。 图 5 L AP D解码流程 L A P D解码流程如图 5
13、所示 ，按照 L A P D的帧 格式， 逐个解析， 提取出关键字段的值留给下一个模 块即 C D R合成模块使用，然后判断是否存在信息 帧。 若存在则说明需要进行进一步解码， 提取上层信 息； 若不存在， 则结束解码。L A P D解码以动态链接 库( D L L ) 的形式进行封装作为 L A P D解码器， 通过 主控程序统一调度 ，提取出上层 S D U ，判断上层 Q 竺 2 o l3 S D U是否存在，存在则开始调用 B T S M解码器完 成后续解码， 若不存在则解码结束。 3 2 B T S M 解码器的设计 通过主控程序调用完 L A P D解码器后 ，且在 上层 S D
14、U存在的前提下， 将提取出的上层 S D U即 B T S M净荷作为 B T S M解码器的解码起点，开始进 行后续解码。 由于消息类型实现功能的差异性，要将 B T S M 消息分为四个消息组： 无线链路层管理、 专用信道管 理、 公共信道管理和T R X管理消息阎 。 其中每个消息 组包含了多个不同的消息类型，而具体的消息类型 则是由多个信息元素( I E ) 组成的。由于信息元素 I E 的通用性， 所以本解码器将具体的信息元素 I E解码 函数封装，在解析具体的消息类型时通过判断该消 息类型中所包含的所有信息元素来逐一调用该封装 函数， 完成整个 B T S M消息的解码 。 具体解
15、码流程 如下图 6所示 。 由图 6可 知 ， B T S M 解 码 器是 从 Me s s a g e d i s c r i m in a t o r ( 消息识别器) 开始解析， 根据协议规范该 字节的前 7比特用来描述该消息属于哪个消息组， 后一个比特表示该消息为透传还是非透传。解析完 此字节后开始解析下一个字节 即 Me s s a g e t y p e ( 消息 类型) ， 判别消息类型， 然后根据具体消息类型中的 信息元素来调用对应的信息元素封装函数来进行解 码。 由于一个消息类型可能包含几个信息元素， 所以 解析完一个信息元素则进行判断是否还有未解析 的， 如果存在未解析的信息元素则继续返回调用， 否 则解码结束。信息元素解码的过程中存在三种可能 性， 即必备 、 可选和任选， 根据具体条件具体判断是 否需要解析该信息元素。B T S M解码以动态链接库 ( D L L ) 的形式封装， 当需要进行 B T S M解码时直接 调用其 D L L来完成解码 。 4解码结果验证与分析 解码模块是整个监测系统的一部分，在整个监
