（通信与信息系统专业论文）tdscdma网络测试仪imae1数据采集卡的开发与研究.pdf

摘要 摘要 我国提出的3 g 标准t d s c d m a 技术近年来得到了飞速的发展，基于该标准 的网络及终端设备已经进入试商用阶段。现阶段，t d s c d m a 测试设备是最薄弱 的环节。因此，研制具有自主知识产权的t d s c d m a 移动通信网络测试仪，完善 t d s c d m a 产业链具有非常重要的意义。 t d s c d m a 网络测试仪是网络运行维护的重要支撑设备之一。t d s c d m a 测 试仪主要完成i u 、i u r 和i u b 接口信令的采集、统计、分析以及仿真等功能。现阶 段，在n o d e b 侧i u b 接口数据一般采用i m ae 1 和a t m 两种传输方式。因此i m a e 1 数据采集卡对t d s c d m a 网络测试仪实现功能必不可少。 本课题来源于国家8 6 3 重大课题“t d s c d m a 网络测试仪 ，针对t d s c d m a 网络测试仪对t d s c d m a 接入网i u b 接口i m ae 1 传输的数据采集，提出了基于 嵌入式系统方式的板级数据采集处理系统的设计方案，根据i u b 接口数据采集卡功 能需求，提出了基于p o w e r p c 系列的网络处理器硬件实现模型，并给出了设计实 现过程，主要包括硬件和软件部分设计与实现，硬件设计部分设计了硬件总体功 能框图，进行各个子模块的设计。软件部分介绍了驱动层模块的设计和应用层软 件的详细设计实现过程。 在完成基本功能基础上，研究了当前仪表智能化的特点，提出了具有自适应能 力的网络参数自动扫描功能的设计方案，并结合i m a 协议和a t m 协议处理模块 的特点，给出了其解决方案。针对软硬件协同交互工作需求，设计并实现了软硬 件联机协议技术。最后探讨了板卡时钟同步技术，给出了多块采集卡协同工作时 的时钟同步和后期分布式仪表的时钟同步技术解决方案。 完成系统设计后，对数据采集卡硬件和软件进行调试、验证。结果表明，i m a e 1 数据采集卡完全能够达到现场测试的要求。最后一部分对论文进行了总结，并探 讨了未来工作的方向。 关键词：t d s c d m a 网络测试仪，i m a e l 数据采集，m p c 8 2 8 0 ，自动扫描，i u b 接口 重庆邮电大学硕士论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t r e c e n t l y , t h et d s c d m at e c h n o l o g yo f3 gs t a n d a r d sh a sb e e nr a p i d l yd e v e l o p e d i nc h i n a t h en e t w o r ka n dt e r m i n a l se q u i p m e n to ft d - s c d m a s y s t e mh a se n t e r e dt h e c o m m e r c i a lt r i a ls t a g e a tp r e s e n t ，t h et d s c d m at e s te q u i p m e n ti st h ew e a k e s tl i n k t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pt h et d - s c d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k a n a l y z e r t oc o n s u m m a t et d s c d m a i n d u s t r yc h a i n t h et d s c d m an e t w o r k sa n a l y z e ri so n eo fi m p o r t a n ts u p p o r te q u i p m e n t sf o r t d s c d m an e t w o r ko p e r a t i o na n dm a i n t a n c e ，w h i c hi sm a i n l yw o r k i n go nc o l l e c t i o n ， s t a t i s t i c s ，a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nf o rt h ei n t e r f a c ec e l lo fi u , i u ra n di u b t h ei m ae1 a n da t mt r a n s m i s s i o na r ei n c l u d e di nt h ei u bi n t e r f a c e t h e r e f o r e ，t h ei m a - e1d a t a c o l l e c t i o nc a r di si n d i s p e n s a b l ef o rt h et d s c d m an e t w o r k sa n a l y z e r t h i sp r o j e c to ft h et d - s c d m an e t w o r k sa n a l y z e ri s s u p p o r t e db yn a t i o n a l8 6 3 p r o g r a m s f o rc o l l e c t i n gi m ae1d a t ao fi u bi n t e r f a c e ，t h ed e s i g no fb o a r d l e v e ld a t a c o l l e c t i o ns y s t e m ，t h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fi u bi n t e r f a c ed a t ac o l l e c t i o nc a r di s g i v e n , a n dh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o nm o d e li sp r o p o s e db a s e do nm p c 8 2 8 0p r o c e s s o r c h i p t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs y s t e mi si n t r o d u c e dw h i c hi sm a i n l yi n c l u d i n g h a r d w a r ea n ds o f t w a r e i nh a r d w a r ed e s i g n i n g ，t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h eo v e r a l l f r a m e w o r ka n dt h e m a i n l yf u n c t i o nm o d u l e a r e m a i n l yi n t r o d u c e d i ns o f t w a r e d e s i g n i n g , t h er e a l i z a t i o no fd r i v e r sa n da p p l i c a t i o na r em a i n l yi n t r o d u c e d i na d d i t i o n ，t h ep r e s e n ti n t e l l i g e n ti n s t r u m e n tf e a t u r ei sr e s e a r c h e d ，a n dt h ed e s i g n a n dr e a l i z a t i o nf u n c t i o no ft h en e t w o r ks e l f - a d a p t a t i o nw h i c hi ss u i t a b l ef o rt h em o d e m t i m ec o m m u n i c a t i o nr e q u i r e m e n ti sp r e s e n t t h e n ，t h ed e s i g no fo n - l i n es o f t w a r ea n d h a r d w a r ea g r e e m e n tt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d f i n a l l y , t h ec a r dc l o c ks y n c h r o n i z a t i o n t e c h n o l o g yi se x p l o r e d ，i tg i v e st h es o l u t i o nf o rt h es y n c h r o n i z a t i o na m o n gd i f f e r e n t c a r d sa n dd i f f e r e n td i s t r i b u t e da n a l y z e r s t h ew h o l ed e b u g g i n ga n dv e r i f i c a t i o np r o c e s si sa l s oi n t r o d u c e d ，t h er e s u l ts h o w t h a ti m a eld a t ac o l l e c t i o nc a r dc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so ff i e l dt e s t i n g f i n a l l y , t h e c o n c l u s i o na n dt h ed i r e c t i o no ff u t u r ew o r ka r ea r r a n g e d k e yw o r d s ：t d - s c d m an e t w o r k sa n a l y z e r , d a t ac o l l e c t i o no fi m ae 1 ，i u bi n t e r f a c e ， m p c 8 2 8 0 ，a u t o s c a n n i n g i i i 重庆邮电大学硕士论文 i v 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 2 0 0 2 年1 0 月2 5 日，中国第三代移动通信频谱规划方案出台，为t d s c d m a 标准划分了1 8 8 0 - 1 9 2 0 m h z 、2 0 1 0 2 0 2 5 m h z 及补充频段2 3 0 0 , - - 2 4 0 0 m h z ，共计 1 5 5 m h z 频率的非对称频段，t d s c d m a 获得国家政策方面的强劲支持。随着 t d s c d m a 第三代移动通信系统相关技术在中国飞速发展，基于该标准的网络及 终端设备已经研制成功，并已经进入商用测试阶段。虽然t d s c d m a 技术和产品 正在不断成熟，但由于t d s c d m a 系统相对传统的g s m 系统，网络接口和协议 更加复杂，在物理层和网络层运用了多项新的技术，这些新技术的应用必然会给 网络建设和运营带来新的挑战；另外，3 g 的业务更加复杂，业务种类繁多，除了 传统的语音业务以外，各种数据业务比如图像、文本、流媒体、c s p s 等等都承载 在了同一个网络上，业务的实现也异常复杂。如何尽快地缩短这两者之间的差距， 并在网络运营成本和服务质量之间寻求有效的平衡是所有3 g 运营商都需要面对 的课题。解决这些问题的一个关键因素就是如何完善3 g 测试技术【l 】。现阶段，国 际上传统的通信测试仪表厂商虽然已经推出了成熟的3 g 网络测试仪，但都是基于 c d m a 2 0 0 0 和或w c d m a 两种标准的，而且价格也十分昂贵，同时针对 t d s c d m a 标准进行多协议、多业务测试的配套仪表一直处于滞后、甚至是空白 的境地。研发具有我国自主知识产权的系列t d s c d m a 移动通信网络测试仪表， 向市场推出成熟的产品，对于完善t d 产业化链，保障整个第三代移动通信的建网 和运行的顺利进行，有着重大的意义，必将产生重大的经济和社会效益。 本课题来源于国家8 6 3 重大课题“t d s c d m a 网络测试仪”项目。t d s c d m a 网络测试仪主要完成i u ，i u r ，i u b 接口信令的采集、统计、分析以及仿真等功能， 本课题研究的i u b 口的i m ae 1 数据采集将具有非常重要的意义。 1 2 国内外研究状况 互联网和移动通信技术的不断更新，推动着通信测试仪器向前发展，第三代 数字移动通信的提出，进一步加速了测试设备的快速发展，为满足第三代数字移 动通信的需要，国内外现在有许多公司在研发关于第三代数字移动通信的测试设 重庆邮电大学硕士论文 备，这些设备包括频谱分析仪、无线通信综测仪、信令分析仪、数字调制信号发 生器等。关于第三代移动通信的大部分测试设备都比较成熟，品种也比较齐全。 国外的主要设备有泰克( t e k t r o n i c ) 的3 0 8 6 频谱分析仪，h p 公司的h pe 4 4 0 6 a 系列发射机测试仪，美国安捷伦( a g i l e n t ) 无线综合测试仪和中档频谱分析仪等。 国内生成的主要设备有北京中创信测科技股份有限公司研发的q s z 0 7 系列七 号信令测试仪；重庆重邮东电通信有限公司的c y d d 9 0 0n g n 网络测试仪；福光 电子的w c d m a 信令分析仪( n e t h a w k3 ga n a l y z e r ) ，用来分析3 g u m t s 网络协 议的工具。柳州达迪通信设备有限公司生产的数据通信测试分析仪、2 m 无码测试 仪等等，这些产品也在国内被广泛采用。 第三代移动通信系统t d s c d m a 由于起步较晚，相应的测试设备也较少，尤 其是信令分析仪。产品主要以国外的为主，现在比较通用信令分析仪是t e k t r o n i c k 1 2 9 7 和k 1 2 0 5 ，其中k 1 2 9 7 用于测试i s o o s i 的七层模型中的从第2 层到第7 层的信令协议，集监测，模拟仿真，一致性测试等多种测试功能于一身，可模拟 无线接入网设备、核心网设备等多项功能。在t d s c d m a 系统的开发过程中起着 非常重要的作用。此设备在大唐移动公司内部得到了广泛的应用，主要用于信令 流程的测试工作【2 1 。日本安立公司日前也推出了t d s c d m a 全面解决方案，包括 m g 3 7 0 0 a 矢量信号发生器、m s 8 6 0 9 m s 8 6 0 8 a 数字移动无线测试仪、m t 8 8 2 0 b 无线电通讯测试仪、m d 8 4 7 0 a 信令应用测试仪。 对于本课题的i m a e 1 数据采集卡是t d s c d m a 网络测试仪中的四块采集卡 之一，主要用于t d s c d m a 接入网部分i u b 接口的i m ae 1 数据采集，目前，主 要有美国s b s 科技有限公司w a n i c1 0 0 0l i n e 系列高性能网络监测适配器，有4 端 口w a n i c1 0 0 4 和8 端口w a n i c1 0 0 8 。w a n i c1 0 0 4 1 0 0 8 网络监测系列产品利用 反向多路复用a t m ( i m a ) 技术，在广域网中实现对t 1 e 1 网络监测。它是一款单 槽p c i 卡，支持无干扰t 1 e 1t a p 系统，使网络管理者更容易控制高密度连接的网 络。w a n i c1 0 0 4 适配器监测多达4 个t 1 e 1 全双工连接，w a n i c1 0 0 8 适配器则 可监测多达8 个t 1 e 1 全双工连接。两款监测适配器均支持i m a 和t c 监测。用 户可以配置和监测多达8 个i m a 组或者t c 连接。但是，此系统的i m a e 1 采集 卡是d s x 1 接口，需要配置相应的t 1 e 1 端口监测接头连接测试网络，而且只有 单一接口产品，难以实现对整个t d s c d m a 网络的监测，单个适配器成本也较高。 2 第一章绪论 1 3 本文研究内容及论文结构 本课题需要了解t d s c d m a 接入网的网络结构，并分析i u b 接口协议的特点， 了解其底层协议基础，结合t d s c d m a 传输网络结构，设计相应的网络采集模型， 根据网络采集模型，建立硬件框架功能图，提出了基于m p c 8 2 8 0 网络处理器开发 的i m a e 1 数据采集卡设计方案，通过扩展网络处理器功能电路，实现对 t d s c d m a 网络中i m ae 1 数据进行采集和仿真功能。然后，对板卡系统的几个 关键技术进行了研究，并实现了软硬件联机协议技术和自动扫描技术，给出了时 钟同步技术的解决方案。本文的结构如下： 第一章绪论。介绍了课题的研究背景和主要研究内容。 第二章i u b 接口协议基础。首先介绍了t d s c d m a 网络的结构，并从协议解 码效率上，分析了i u b 接口协议的特点，提出了一种软硬件处理协议的划分方案。 然后介绍了硬件部分处理的几种协议。 第三章i m a e 1 数据采集卡总体概述。简单介绍了t d s c d m a 网络测试仪功 能，并给出了采集卡的功能需求。然后建立了i u b 接口的硬件采集模型，并根据模 型特点，选择系统实现方案。 第四章i m a e 1 数据采集卡的设计与实现。主要进行硬件和软件部分设计与 实现，硬件设计部分主要是根据前面分析得到的实现方案，确定了具体的硬件功 能框图，进行各个子模块的设计。软件部分介绍了驱动层模块的设计和应用层软 件的详细设计过程。 第五章数据采集卡关键技术研究。主要讨论了为扩展测试仪表自适应能力的 通道参数自动扫描技术、软硬件联机协议技术和时钟同步技术方面的研究与实现。 第六章调试与验证。通过建立相应的调试平台，给出了软硬件调试流程图， 并详细验证了系统的主要功能和关键子模块的功能。 第七章总结了本文所做工作，并讨论了进一步研究的方向。 重庆邮电大学硕士论文 4 第二章i u b 接口协议基础 第二章i u b 接口协议基础 2 1t d s c d m a 网络结构 第三代移动通信系统的出现是与人们对更高比特速率的数据业务和更好的频 谱利用率的迫切需求分不开的。第三代移动通信系统将提供能全球接入和全球漫 游的广泛业务。第三代移动通信系统将适应各种无线环境，从城区到郊区，从丘 陵地区到山区，微蜂窝，微微蜂窝和室内环境向任何人，在任何时间，任何地方 提供业务。3 g p p 所采用的网络结构是通用移动通信系统( u m t s ) ，如图2 1 所 示。它主要由三部分组成，无线接入网( u 凡蝌) 、用户终端( u e ) 和核心网( c n ) f 3 】。 c n i u u r a n 一一 u u l i e i 爪a n ：移动通信系统无线接入网 u m t sr a d i oa c c e s sn e t w o r k c n ：核心网 c o r en e t w o r k l i e ：用户终端 u s e re q u i p m e n t 图2 1u m t s 的网络结构 2 1 1 陆地无线接入网( i 瓜a n ) u t r a n ( u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，陆地无线接入网) 是一 种全新的接入网，是u m t s 最重要的一种接入方式，适用范围最广。u t r a n 由一 组通过i u 接口连接到核心网的无线网络子系统( r n s ) 组成。一个r n s 由一个无线 网络控制器( r n c ) 和一个或多个n o d eb 组成。n o d eb 通过i u b 接口连接到r n c 。 在u t r a n 内，无线网络子系统内的r n c s 可通过i u r 进行连接。i u 和i u r 接 口是逻辑接口。r n s 负责它范围内的蜂窝所需资源。u t r a n 结构如图2 2 所示。 ： ：一j 图2 2u t r a n 的结构【3 】 重庆邮电大学硕士论文 2 1 2i u b 接口【3 1 i u b 接口是r n c 与n o d eb 之间的逻辑接口，用来传输r n c 和n o d e b 之间的 控制信令，以及来自无线接口的公共传输信道和专用传输信道数据流。 i u b 接口是分层的结构，每个高层实体控制多个低层实体。i u b 接口主要管理 i u b 接口的传输资源，n o d e b 逻辑o & m 操作，传输o & m 信令，系统信息管理， 专用信道控制，公共信道告知，定时和同步管理等等。 i u b 接口的a t m 协议主要有a a l 2 和a a l 5 ，s a a l ( s s c o p 、s s c f u n i ) 、 a l c a p 三部分。a a l 2 和a a l 5 是a t m 适配层协议，完成数据适配的功能，即 把高层的数据结构表示成a t m 信元，并提供相应的运行和管理功能，都采用了 i t u t 标准定义。它们的主要区别是，a a l 5 用于非实时的面向连接和无连接的数 据传输；a a l 2 是为可变比特数据传输而设计的，主要用于传输话音业务。s a a l 有s s c o p 和s s c f u n i 两部分协议组成。 2 2t d s c d m a 的传输网 t d s c d m a 网络近期和中远期的发展可分成r 4 、r 5 、r 6 三个阶段。各个不同 阶段的业务承载协议、接口以及业务容量等各有不同，i u b 网络接口从e 1 演进至 g e f e ，i u c s 接口从s t m - n g e 演进至g e ，i u p s n b c _ m g i 接口从g e 演进成 g e 1 0 g e 。因此，t d s c d m a 传送网建设也应该根据3 g 不同的技术应用阶段，选 择合适的技术进行。下面讨论基于r n c 端采用1 5 5 m b s 接口，而在n o d eb 端，可 以采用多个i m ae 1 或者1 5 5 m b s 接口【川。 n o d eb 采用多个i m a e 1 接口 从目前2 g 无线系统的应用来看，基站上联速率为一个或几个2 m b s ，在3 g 建 设的初期阶段，n o d eb 与r n c 之间的连接速率仍然为e 1 或多个e 1 。但这时e 1 并不 是t d me 1 ，而是a t mi m ae 1 。n o d eb 将提供多个e 1 成组的i m a 接口，通过统计 复用提高带宽的利用率。i m a 就是反向复用a t m 技术，i m a 协议栈分为物理层 和a t m 信元层。假设所有的信元要通过3 个e 1 链路传送，采用循环复用技术，将 所有信元按照罗宾环顺序在3 个链路上分配，然后再进行i c p( 即i m 的控制协 议) 封装。通过这样的封装，可以实现端口捆绑，由i c p 字节来说明各链路之间 的关系，实现了多个e 1 端口的捆绑，实现了通道资源的共享。 第一种选择是由r n c 提供信道化的s t m 1 接口。接入层和汇聚层s d h 设备只 需将i m ae 1 进行透传。由r n c 内置的a t m 处理功能来完成i m a 的终结。采用信道 6 第二章i u b 接口协议基础 化的s t m 1 接口，可以有效减少了r n c 侧e l 接口的数量和投资费用，而且不用对 现网进行改造。这种方式在建网初期最适合使用，不用对s d h 设备做较大改造， 仅提供透传功能。如图2 3 所示： x l n8 图2 3 组网方式一( r n c 提供信道化s t m 1 接口) 第二种选择是只有汇聚节点m s t p 具有i m ae 1 处理能力，接入层s d h 只需 将i m ae 1 透明传输，汇集传送至汇聚层节点。在汇聚节点( 或者靠近r n c 的节点) ， 具有a t m 交换能力的模块对接入层上传来自多个n o d ebi m ae 1 电路进行处理， 业务通过v c 1 2 进入a t m 处理板卡，进行统计复用汇聚成v c 4 ，通过非信道化 的s t m 1 接口与r n c 相接。这样，在全网中只需要通过少量汇聚节点配置的m s t p 提供a t m 处理卡，即可实现a t m 数据处理功能，通过在汇聚节点的统计复用大 大提高带宽的利用率。这种方式不要求所有的传输节点具有i m ae 1 处理能力，现 网的设备不用全部改造，有利于节省建设投资，而且很容易扩容，因此具有较好 的经济性和扩展性，能够满足现阶段的3 g 传输接入需求。如图2 4 所示： 图2 4 组网方式二( r n c 提供非信道化s t m 1 ( a t m ) 接口) 第三种选择是接入层每个m s t p 都具有i m ae 1 的处理能力，直接将来自 n o d eb 的i m ae 1 解封装进行处理后统计复用到v c 4 ，在各n o d eb 间构成一个 容量为v c 4a t mv pr i n g ，与r n c 通过s t m 1 接1 2 1 相连。这种方式前期投资较 大，至少在建网初期目前还不适合使用。如图2 5 所示： 图2 5 组网方式三( 接入层m s t p 均提供i m ae 1 处理能力) 7 重庆邮电大学硕士论文 n o d eb 采用a t m1 5 5 m 接口 在高业务区节点地区，n o d eb 也可以直接提供a t ms t m 1 接口上联，通过 接入层m s t p 设备提供a t ms t m 1 的接入并上传至r n c 。这对传输设备并没有 特殊要求，a t m 处理基本上在r n c 与n o d eb 完成，传统s d h 就可以满足需求。 由于s d h 不能提供a t m 汇聚，采用s t m 1 c 4a t m 将占用大量的v c 4 资源， 尽管这些v c - 4 的平均利用率很低。从目前容量看，相当长的时间n o d eb 上行接 口仍以多个e 1 为主。如图2 6 所示： 警隧 靠k 图2 6 组网方式四( n o d eb 采用a t m1 5 5 m 接口) 总体说来，运营商目前的优选方案是n o d eb 采用n x i m a - e 1 方式。在3 g 传 输网建设初期，考虑到充分利用现有资源，可利用s d h 网络透传n o d eb 的 n x l m a e 1 ，在汇聚层或者接入r n c 的汇聚结点处汇聚成信道化的s t m 1 接口， 对现网的s d h 不需要进行大规模的改造，有利于节省投资。随着网络的发展和3 g 的深入建设，为了提高带宽利用率可在数据量较大的地区对相应的汇聚环进行 m s t p 改造，以增加a t m 统计复用功能，此时可通过汇聚节点内置a t m 卡实现 v p r i n g 来进行业务量的统计复用和汇聚，节省汇聚和骨干层的带宽，同时减少 r n cs t m i ( a t m ) 接1 ：2 1 数量。 2 3t d s c d m ai u b 接口协议解析 从t d s c d m a 无线接入网的数据承载方式来看，i u ，i u b ，i u r 的协议结构基 本相同，图2 7 给出了i u b 接口协议结构。 从图2 7 横向来看可分为无线网络层和传输网络层。无线网络层规定与n o d e b 操作相关的程序。由无线网络控制平面( n b a p ) 和无线网络用户平面( f p ) 组成。 传输网络层，当前主要采用a t m 传输，规定了在n o d e b 和r n c 之间建立网络连 接的程序，分为信令承载层、数据承载层和物理层等子层。 从图2 7 纵向来看又可分为无线网络控制平面、用户平面和传输网络控制平 面。 无线网络控制面包括应用协议n b a p 及用于传输这些应用协议的信令承载。 8 第二章i u b 接口协议基础 用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载。用户发送和接收的所 有信息( 如语音和数据) 是通过用户面来进行传输的。 传输网络控制平面包括用户数据里的数据承载和应用协议里的信令承载。传 输网络的用户面在控制面里的应用协议先进行信令处理，这一信令处理通过 a l c a p 触发数据面的数据承载的建立。并非所有类型的数据承载的建立都需通过 a l c a p 。如果没有a l c a p 的信令处理，就无需传输网络控制面，而应用预先设 置好的数据承载。 无线 网络层 传输 网络层 无线网络层 控制平面 传输网络 用户平面 控制平面 n o d e b 应用部冠 要 啊 oc 忑 跨 分( n b a p ) z全 nzn 习 zz 习 叶1 习 喇 哨 - 口勺勺 alcap q 2 6 3 0 2 sscfunisscfunl sscop s s c o p a a l t y p e 5aaltype5aaltype2 atm 物理层 一。一- 一一- i 图2 7i u b 接1 ：3 协议结构 3 1 一般来说，数据采集的目的是对线路上较高级的信令及其数据进行收集、分 析和处理，而对底层协议不大关心。特别对于像网络测试仪这样的设备来说，对 接近物理层一端数据往往希望硬件进行初步的分类和处理，以使得送入软件分析 的数据相对简化，节省运算量。即网络测试仪的硬件部分处理偏底层的数据，软 件部分处理偏上层的数据。而具体以哪一层为分界线则和网络测试仪的用途有关。 下面讨论t d s c d m a 网络测试仪在i u b 接口数据采集软硬件处理功能划分。 图2 7 中的无线网络及其以上层，是t d s c d m a 网络测试仪分析网络状况所 必须的，不能交由硬件部分处理。对于传输网络层来说，显然，其中的物理层数 据是测试仪软件部分不关心的，交由硬件处理比较合适。夹在其中的只剩下 s s c f u n i ，s s c o p ，a a l ，a t m 等几个层次。 由于a t m 是特殊的面向连接的协议，不提供任何确认机制。虽然a t m 提供 9 重庆邮电大学硕士论文 了从a a l 0 到a a l 5 多种类型的适配层协议，但没有一种钆地支持简单的点到点 的可靠传输，于是在a a l 层定义的s s c o p 层实现此功能，s s c o p 用于控制信令， 不做数据传输。根据t d s c d m a 规范，一条n b a p 消息可能用s s c o p 层或者 s s c o p 以上层承载。所以，对于i u b 比较合适的分法是在s s c o p 及其以上层次由 软件处理，在a a l 及其以下层次由硬件处理。在传输网络控制面内，与传输网络 用户面协议一对应。传输网络用户面的各连接都是由控制面信令控制的。无线 网络用户面底层承载为a a l 2 ，适合传送实时性强的话音数据。所以该协议栈为电 路域的接口协议。如果是分组域，则承载就是a a l 5 。其他用到的a a l 还包括a a l o 和a a l l ( 如r n c 实现电路仿真业务c e s ) 1 6 1 1 7 j 。 2 4i u b 硬件处理协议基础 2 4 1e 1 通信基础嘲9 1 在e 1 信道中，8 b i t 组成一个时隙( t s ) ，由3 2 个时隙组成了一个帧( f ) ， 1 6 个帧组成一个复帧( m f ) 。在一个帧中，t s 0 主要用于传送帧定位信号( f a s ) 、 c r c - 4 ( 循环冗余校验) 和对端告警指示，t s l 6 主要传送随路信令( c a s ) 、复 帧定位信号和复帧对端告警指示，t s l 至t s l 5 和t s l 7 至t s 3 1 共3 0 个时隙传送 话音或数据等信息。我们称t s l 至t s l 5 和t s l 7 至t s 3 1 为“净荷”，t s 0 和t s l 6 为“开销”。如果采用带外公共信道信令( c c s ) ，t s l 6 就失去了传送信令的用途， 该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为t s l 至t s 3 1 ，开销只有t s 0 。 由p c m 编码中e 1 的时隙特征可知，e 1 共分3 2 个时隙t s 0 t s 3 1 。每个时隙 为6 4 k ，其中t s 0 为被帧同步码，s i ，s a 4 ，s a 5 ，s a 6 ，s a 7 ，a 比特占用，若系统运用了 c r c 校验，则s i 比特位置改传c r c 校验码。t s l 6 为信令时隙，当使用到信令( 共 路信令或随路信令) 时，该时隙用来传输信令，用户不可用来传输数据。 g 7 0 3 中规定了e 1 链路具有两种接口模式，非平衡的7 5o h m ，平衡的1 2 0o h m 2 种接口。 2 4 2i m a 概述【1 1 l i m a 原理介绍 i m a ( i n v e r s em u l t i p l e x i n gf o ra t m ) ，即a t m 反复用技术，实现宽窄带网络一 体化，在窄带网络接口( 如e l t 1 链路接口) 上实现a t m 宽带业务。i m a 的工作 1 0 第二章i u b 接口协议基础 过程可以分成两部分：首先是把一个a t m 信元流以信元为基础，反向复用到多个 低速物理连接上传输，这是反向复用阶段；然后是在远端把不同物理连接上传输 的信元流还原成单一的信元流，这是解复用阶段。i m a 是支持高速a t m 信元流的 一种实用方法。对多媒体用户的接入，利用现有链路( 尤其是2 m b i t s 链路) 进行 a t m 传输等应用创造了条件。 i m a 层是处于传输会聚子层( t c 层) 和a t m 层之间添加的一个子层，i m a 子层是物理层的一部分，它对a t m 层和更高层信号提供透明传送。 图2 8 显示了i m a 的基本工作原理。信号的流向是从左边流向右边，在发送 方向上，从a t m 层接收到的信元流以信元为基础，被分配到i m a 组中的多个物 理链路上，在不同物理链路上以循环方式的形式排列，当没有信元从a t m 层过来 时，需要进行信元速率解耦，即插入填充信元；而在接收方向，从不同物理链路 上接收到的信元，以信元为基础，被重新组合成与初始信元流一样的信元流。 _ 圈口 单信元流 i m a 组链路l 口 i m a 组 八 p h y p h y 八 k 链路2 囹、 p h yp h y r o k n 环 r o b i n 环 链路3 一 i，j p h y p h y v v i 囹口 恢复的单一信元流 图2 8a t m 反向复用与解复用示例1 8 】 i m a 帧结构 由于各个传输物理链路上可能有不同的传输时延，为了保证信元的正确恢复， 定义了i m a 控制协议( i c p ) ，i c p 的控制单元是i m a 帧，i c p 信元是i m a 帧的一 种o a m 信元，它含有i m a 组以及对应链路的信息，用于完成链路和i m a 组的建 立、维护和管理。 i m a 帧定义为i m a 组中各物理链路上的标识为0 - m 1 的m 个连续信元。在 m 个信元中，有一个是i c p 信元，m 的值可以是3 2 ，6 4 ，1 2 8 或2 5 6 。各个链路 的i c p 信元发送时，其相互间必须有偏移量，偏移的信元数可编程。i m a 组内所 有链路的i m a 帧必须对齐，即必须同时发送，链路间可能存在传输时延差异，在 接收端，这种对齐将遭到破坏，因此需要有链路时延同步机制，用于恢复这种对 齐。在i m a 帧内的i c p 信元之间，若无a t m 层传来的信元，则需要插入填充信 元，此功能由i m a 层实现。在接收侧的i m a 层，填充信元将会被丢弃。在i m a 帧的帧格式中，发送侧对i m a 组中的所有链路上的i m a 帧进行排序，以保证接收 侧i m a 帧按顺序接收。图2 9 是i m a 帧结构示意图。 重庆邮电大学硕士论文 - a t m + t m t mfl c p 2ff a 刑fi c h 种rt 聊f- c 阳l i n k 0 m - l32l0m 132lom 132lo 一r ”i 啪ia i m | f r 棚1 l l c p la i ma i ma i m a i m 卜1 i c p 0a r m f l i f l i n k l f 爿瑚 t mi l f 2 f t mf t ml c p l ma 1 mf 伽i c l 0 t ml i n k 2 r 厂i ；订帧l 的i c p 信元 f 填充信元r 石司a t m 层信元 图2 9i m a 帧结构示意图【8 j 数据补偿缓存( d c b ) 各链路的时延不同以及i c p 信元的插入，将会导致接收端的信元到达顺序与 发送顺序不同。接收端为了以正确的顺序恢复原始信元流，需要使用时延同步措 施。时延补偿缓存方法是：分配给每链路一个d c b ，当某链路有信元达到时，便 存入该链路的d c b 。这样，具有最大时延链路的d c b 数据最少；反之，具有最小 时延的d c b 数据最多。我们最大时延减去最小时延后的差值称为差分时延。 当i m a 组启动时，各链路通过比较计算差分时延。到达的信元在d c b 中排 队，直到具有最大时延链路的相应信元到达。当所有d c b 中都有信元时，就向 a t m 层提交数据。这样，d c b 的深度基本上维持在一个恒定值( 补偿信元和i c p 信元的插入会引起瞬时波动) 。 图2 1 0d c b 信元状态瞵j 如图2 1 0 所示，一个有三条链路的i m a 组，b u f f e r 中非阴影部分表示已经填 充了信元，阴影部分表示未填充信元。i m a 组的差分时延是一个信元，l i i l k 0 ，2 的时延最小，l i n k l 的时延最大。对d c b 每读写一次，其指针就增加，指针到了 d c b 的底部就环回。最大的时延差就是i m a 组中写指针的最大值和最小值的差。 a t m 论坛规范要求i m a 设备应能最少吸收和平滑处理2 5 m s 的差分时延。对于一 些实时应用，如语音，差分时延大于2 0 0 m s 可能会对业务造成影响。 1 2 第二二章i u b 接口协议基础 传输时钟 i m a 标准提供了两种传输时钟选项，默认模式。普通i m a 应用的是c t c 模 式( 公共传输时钟) ，即组中的所有链路由相同的时钟源产生。 i t c 模式( t h ei n d e p e n d e n tt r a n s m i tc l o c k ) 在i m a 协议中是一个有效的选项， 在这个模式中，组中的每一链路都可以是独立的时钟。i m a 组中的帧在接收端被 重组和进行平滑处理。 2 4 3a t m 协议简介1 2 】【1 3 l a t m 俗称异步转移模式，作为b i s d n 的核心技术，已经由i t u t 于1 9 9 2 年规定为b i s d n 统一的信息转移模式。a t m 技术克服了电路模式和分组模式的 技术局限性，采用光通信技术，提高了传输质量，同时，在网络节点上简化操作， 使网络时延减小，而且采取了一系列其它技术，从而达到了b i s d n 的要求。 a t m 是一种电路交换和分组交换思想结合的产物。它是一种基于异步时分复 用的高效传输，交换，通信方式。a t m 把信元( c e l l ) 作为复用与交换的基本单 位。a t m 信元采用5 3 字节的固定长度，其中4 8 字节为数据，另附加5 字节作为 信头。在信元交换过程中，主要是参照信头的内容对信元进行处理。信元头内容 在u n i 和n n i 中略有不同，如图2 1 1 所示。 v p i v c l v c i v c i盯c l p 砸c a 1 咖信元u 蛆佰兀结构n n i 佰兀绢嗣 图2 1 1a t m 信元 在i t u t 的1 3 2 1 建议中定义的b i s d n 协议参考模型，它包括三个面：用户 面、控制面和管理面。而在每个面中又是分层的，分为物理层、a t m 层、丸地层 ( a t m 适配层) 和高层。如图2 1 2 所示。 协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能： 用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制 功能，如流量控制、差错控制等； 控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼 叫和连接的建立、监视和释放； 1 3 重庆邮电大学硕士论文 管理平面：包括层管理和面管理，其中层管理采用分层结构，完成与各协议 层实体的资源和参数相关的管理功能。同时层管理还处理与各层相关的o a m 信息 流；面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作 用。 图2 1 2a t m 协议参考模型 各层还可细分为几个子层，又是分层的，分为物理层、a t m 层、a a l 层和高 层。各层的功能