摘要：為使UTRAN接入CN,3G的標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP定義了UTRAN與CN之間的接口,稱為Iu接口。該接口用于傳送無(wú)線接入承載管理信息和用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶用戶的支持。該接口為開放標(biāo)準(zhǔn)接口。在3GPPR99和R4版本中,Iu接口采用ATM承載。隨著IP技術(shù)的發(fā)展,傳輸網(wǎng)絡(luò)正逐漸向IP體制演變,從R5版本后,Iu接口也引入了IP承載方式,包括IPv4和IPv6兩種協(xié)議。本文對(duì)基于IP的Iu接口進(jìn)行了剖析,并提出了核心網(wǎng)側(cè)Iu接口的一種實(shí)現(xiàn)方案。
　　關(guān)鍵詞：Iu接口;SCTP;M3UA;SCCP;RANAP;IuUP
　　
　　1Iu接口協(xié)議研究
　　1.1Iu接口定位
　　Iu接口作為CN與UTRAN之間唯一的通信渠道,在3G系統(tǒng)中的定義如圖1所示。
　　
　　Iu接口核心網(wǎng)側(cè)分為3個(gè)域:Iu-CS(電路交換域)、Iu-PS(分組交換域)和Iu-BC(廣播域),一個(gè)CN可以與若干個(gè)RNC(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器)連接。Iu-CS為電路域MSC與RNC之間的接口,實(shí)現(xiàn)電路域AMR語(yǔ)音、可視電話流媒體業(yè)務(wù)的支持;Iu-PS為分組域SGSN與RNC之間的接口,實(shí)現(xiàn)分組域數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的支持;Iu-BC實(shí)現(xiàn)小區(qū)廣播功能。Iu-CS和Iu-PS是完全獨(dú)立的2部分,分別定義了不同的協(xié)議棧,二者之間不存在接口關(guān)系。Iu-CS和Iu-PS采用相同的協(xié)議架構(gòu),從傳輸層次上分為傳輸網(wǎng)絡(luò)層和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層;從功能上分為控制面和業(yè)務(wù)面。Iu-BC只有一個(gè)平面,同時(shí)包含控制面信
　　息和用戶面信息。
　　1.2IP體制下Iu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)
　　如圖2所示,在IP體制下,Iu-CS和Iu-PS的控制面協(xié)議由SCTP(StreamControlTransportProtocol)、M3UA(SS7MessageTransferPart3UserAdaptationLayer)、SCCP(SS7SignallingConnectionControlPart)和RANAP(RadioAccessNetworkApplicationPart)構(gòu)成。Iu-CS用戶面協(xié)議由UDP、RTP(Real-TimeTransportProtocol)和IuUP(UserPlane)構(gòu)成,Iu-PS用戶面協(xié)議由UDP、GTP-U和IuUP構(gòu)成。
　　
　　1.2.1控制面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
　　RANAP是Iu接口的信令協(xié)議,包含所有針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層的控制消息,通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)層提供的無(wú)連接服務(wù)和面向連接服務(wù)進(jìn)行傳輸。Iu接口信令協(xié)議主要包括RAB管理、MS移動(dòng)性管理、尋呼和NAS(NonAccessStratum)消息透明傳遞等功能。RANAP的功能通過(guò)各種基本過(guò)程(EP)實(shí)現(xiàn),每個(gè)功能包含一個(gè)或多個(gè)EP。從消息的傳送方式上看,基本過(guò)程可以分為
　　2類:面向連接型和無(wú)連接型。前者在屬于特定UE的專用信令連接上傳送,后者在公共的信令連接上傳送。
　　基本過(guò)程從應(yīng)答方式上分為3類:
　　①CLASS1:有應(yīng)答(成功/失敗)。本類型基本過(guò)程包含成功應(yīng)答和失敗應(yīng)答。“失敗”是指過(guò)程執(zhí)行失敗并收到對(duì)端失敗應(yīng)答或者定時(shí)器超時(shí)而未收到應(yīng)答;
　　②CLASS2:無(wú)應(yīng)答。本類型基本過(guò)程總被假定為成功執(zhí)行;
　　③CLASS3:多應(yīng)答(1個(gè)或多個(gè)應(yīng)答)。本類型基本過(guò)程包含多個(gè)應(yīng)答。
　　1.2.2控制面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
　　SCCP為CN和RNC之間的傳輸信令提供通道,SCCP支持多個(gè)用戶部分,其中包含RANAP。在Iu接口上SCCP提供0類無(wú)連接業(yè)務(wù)和2類面向連接業(yè)務(wù)。無(wú)連接型EP通過(guò)0類業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn),面向連接型EP通過(guò)2類業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。M3UA由IETFSIGTRAN(信令傳輸工作組)提出,對(duì)SS7的MTP3消息進(jìn)行適配。M3UA支持任何SS7的MTP用戶部分(如SCCP等),通過(guò)M3UA使得MTP的用戶部分可以實(shí)現(xiàn)在IP上等同于在SS7上的無(wú)縫操作。SCTP由IETFSIGTRAN提出,用于在低層不保證可靠傳輸?shù)腎P網(wǎng)絡(luò)上,通過(guò)自身的證實(shí)和重發(fā)機(jī)制保證用戶數(shù)據(jù)在2個(gè)SCTP端點(diǎn)間無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)地可靠傳輸,是一種可靠的通用傳輸層協(xié)議。采用此協(xié)議可以保證Iu接口控制面信令M3UA的可靠性、完備性和正確性。
　　1.2.3用戶面協(xié)議
　　IuUP(用戶平面)位于Iu接口用戶平面的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層,用來(lái)傳輸和無(wú)線接入承載捆綁的用戶數(shù)據(jù)。IuUP有2種運(yùn)行模式:透明模式和支持模式。在透明模式下,高層應(yīng)用要求IuUP只傳輸用戶數(shù)據(jù)而無(wú)其他特殊要求,協(xié)議不進(jìn)行任何成幀和控制操作,只在高層和傳輸層之間透明地傳輸用戶數(shù)據(jù),例如CS域的可視電話和PS域的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。支持模式目前只定義了預(yù)定義SDU(ServiceDataUnit)大小一種模式,用戶平面按照預(yù)先定義的大小分段用戶數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)段,并完成用戶數(shù)據(jù)的過(guò)程控制(如初始化、速率控制等),例如CS域的AMR(自適應(yīng)多速率聲碼器)話音業(yè)務(wù)。
　　2核心網(wǎng)側(cè)Iu接口實(shí)現(xiàn)方案
　　2.1業(yè)務(wù)處理流程
　　2.1.1CS域業(yè)務(wù)處理流程
　　CS域業(yè)務(wù)處理流程如下:
　　①CS域終端用戶通過(guò)控制面完成位置更新、TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)分配和鑒權(quán)認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)終端的入網(wǎng)注冊(cè);
　　②CN側(cè)RANAP向RNC發(fā)送RAB指派請(qǐng)求(RadioAccessBearerASSIGNMENTREQUEST),包括RAB的各項(xiàng)參數(shù)和用戶平面信息,同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)IuUP的實(shí)例;
　　③RNC根據(jù)RAB指派請(qǐng)求中的參數(shù)建立無(wú)線信道,劃分RAB子流,分配RFCI(RABsubFlowCombinationIndicator),根據(jù)BindingID(IP地址和UDP端口號(hào))和業(yè)務(wù)相關(guān)信息,創(chuàng)建IuUP實(shí)例;
　　④RNC的IuUP通過(guò)類型為14的PDU(ProtocolDataUnit)向CN發(fā)送Initialisation(包括IuUP版本號(hào)、RFCI、SDU大小等);
　　⑤CN對(duì)這些參數(shù)和業(yè)務(wù)支持能力進(jìn)行確認(rèn),向RNC發(fā)送InitialisationACK;
　　⑥RNC向CN發(fā)送RAB指派響應(yīng)(RABASSIGNMENTRESPONSE),其中包含RNC的業(yè)務(wù)面IP和UDP端口號(hào)。完成連接建立,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)通信。
　　2.1.2PS域業(yè)務(wù)處理流程
　　PS域業(yè)務(wù)處理流程如下:
　　①PS域終端用戶通過(guò)控制面完成MS的GPRS附著、PTMSI分配和鑒權(quán)認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)PS域終端用戶的入網(wǎng)注冊(cè);
　　②CN側(cè)RANAP向RNC發(fā)送RAB指派請(qǐng)求,包括RAB參數(shù)(如TEID、上下行速率、誤碼率、GTP開始序號(hào)等),同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)IuUP的實(shí)例;
　　③RNC根據(jù)RAB指派請(qǐng)求中的參數(shù)建立無(wú)線信道,向SGSN發(fā)送RAB響應(yīng)(包括RNC的IP和TEID)。完成GTP隧道建立,實(shí)現(xiàn)分組業(yè)務(wù)通信。
　　2.2方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　Iu接口的實(shí)現(xiàn)涉及到多種協(xié)議、多種編碼方式(如RANAP的ASN.1PER、SCCP的F/V/O指針編碼等)及協(xié)議間的交互流程。基于上述研究,方案采用模塊化設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。
　　
　　系統(tǒng)分為6個(gè)子系統(tǒng):維護(hù)子系統(tǒng)、RANAP子系統(tǒng)、SCCP子系統(tǒng)、M3UA子系統(tǒng)、SCTP子系統(tǒng)和IuUP子系統(tǒng)。圖中虛線部分為核心網(wǎng)中與Iu接口之間存在交互關(guān)系的功能模塊。
　　2.2.1維護(hù)子系統(tǒng)
　　維護(hù)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)Iu接口的維護(hù)和管理,維護(hù)子系統(tǒng)本身并不是Iu接口協(xié)議的功能實(shí)體,但維護(hù)子系統(tǒng)是保證整個(gè)Iu接口運(yùn)行的支撐部分,完成其他子系統(tǒng)的初始化、參數(shù)配置和Iu接口運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。
　　2.2.2RANAP子系統(tǒng)
　　RANAP子系統(tǒng)負(fù)責(zé)ASN.1PER編解碼、協(xié)議數(shù)據(jù)合法性處理、流量控制、尋呼、復(fù)位、安全模式控制、遷移、用戶面資源指派和NAS消息承載等。本子系統(tǒng)是Iu接口控制面與高層處理(CC&MM和SGSN)的接口層,是Iu接口對(duì)外功能的表現(xiàn)部分。RANAP子系統(tǒng)根據(jù)注冊(cè)實(shí)例的ID確定其服務(wù)對(duì)象(CS或者PS),實(shí)現(xiàn)Iu-CS和Iu-PS在邏輯上的分離。采用實(shí)例注冊(cè)方式,RANAP子系統(tǒng)支持多個(gè)RNC的接入,而且根據(jù)需要,可以實(shí)現(xiàn)Iu-CS和Iu-PS物理上的分離與合并。實(shí)例ID對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。
　　
　　2.2.3SCCP子系統(tǒng)
　　SCCP子系統(tǒng)完成對(duì)RANAP子系統(tǒng)的承載和透明傳遞。SCCP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本無(wú)連接類業(yè)務(wù)(即0類無(wú)連接業(yè)務(wù),不需要消息按順序傳遞)對(duì)RANAP子系統(tǒng)中無(wú)連接EP的支持,基本面向連接類業(yè)務(wù)(即2類有連接業(yè)務(wù))完成對(duì)RANAP子系統(tǒng)中面向連接EP的支持。SCCP子系統(tǒng)由面向連接控制(SCOC)、無(wú)連接控制(SCLC)和路由控制(SCRC)3個(gè)功能模塊共同完成。本子系統(tǒng)中SCCP尋址方式采用SSN尋址方式。
　　2.2.4M3UA子系統(tǒng)
　　M3UA子系統(tǒng)完成對(duì)SCCP的承載。M3UA子系統(tǒng)由發(fā)送消息處理、接收消息處理、路由關(guān)鍵字管理和AS/ASP維護(hù)4個(gè)功能模塊組成。M3UA子系統(tǒng)中ASP(ApplicationServerProcess)采用IPSP(IPServerProcess)模式,尋址采用DPC+OPC尋址方式。
　　2.2.5SCTP子系統(tǒng)
　　SCTP子系統(tǒng)完成對(duì)M3UA的承載。在本方案中,基于效率考慮,SCTP與M3UA采用緊耦合方式實(shí)現(xiàn),二者之間通過(guò)原語(yǔ)通信。根據(jù)3GPP建議,CN側(cè)的SCTP和M3UA為服務(wù)器端。SCTP子系統(tǒng)通過(guò)原始套接字(協(xié)議號(hào)為0x84)方式完成與TCP/IP協(xié)議棧的通信。
　　2.2.6IuUP子系統(tǒng)
　　IuUP子系統(tǒng)完成用戶面的功能。對(duì)于透明式,完成數(shù)據(jù)透明傳輸;對(duì)于支持模式,完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的封裝、解封裝和校驗(yàn),同時(shí)完成IuUP實(shí)例的初始化、校時(shí)、速率控制、差錯(cuò)事件處理和幀分類等控制功能,實(shí)現(xiàn)CN與RNC之間的業(yè)務(wù)通信。
　　2.3方案實(shí)現(xiàn)流程
　　Iu接口作為服務(wù)器端,完成初始化,等待RNC的通信請(qǐng)求。實(shí)現(xiàn)流程如下:
　　①作為服務(wù)器端啟動(dòng)SCTP和M3UA,建立SCTP偶聯(lián)
　　②激活M3UA的ASP和AS(ApplicationServer);
　　③進(jìn)行SCCP協(xié)議測(cè)試和服務(wù)定位;
　　④完成RANAP協(xié)議復(fù)位和恢復(fù);
　　⑤接收RNC發(fā)起的SCCP層的CR(ConnectRequest)消息,凈荷為RANAP初始化UE(UserEquipment)消息;
　　⑥SCCP子系統(tǒng)響應(yīng)CC(ConnectConfirm)消息,同時(shí)把承載的初始化UE消息發(fā)送給RANAP子系統(tǒng);
　　⑦RANAP子系統(tǒng)解碼后,把NAS和相關(guān)信息綁定到一個(gè)CID(CallID)通知SGSN或者CC&MM;RANAP子系統(tǒng)接收CC&MM或者SGSN特定CID的NAS,通過(guò)直傳消息發(fā)送給RNC;
　　⑧IuUP子系統(tǒng)接收到請(qǐng)求,創(chuàng)建實(shí)例并進(jìn)入服務(wù);
　　⑨通信結(jié)束后,RANAP子系統(tǒng)發(fā)起IuRelease,同時(shí)刪除IuUP實(shí)例。
　　3結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)對(duì)Iu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)、功能和工作流程的分析,提出了同時(shí)支持Iu-CS和Iu-PS的核心網(wǎng)側(cè)Iu接口解決方案。該方案采用邏輯獨(dú)立的功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)Iu-CS和Iu-PS,使核心網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式更加靈活,既可以采用分布式也可以采用集中式,具有良好的可配置性和移植性。該設(shè)計(jì)方案已經(jīng)應(yīng)用到具體的工程項(xiàng)目中,取得了良好的效果。

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