本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及第三代移动通信系统(3G)的信令测试技术。

目前市场上的3G测试仪表主要是针对无线部分的频谱分析仪、无线综合测试仪、3G测试信号源，以及信令分析仪等，其信令分析仪主要是针对CDMA2000和WCDMA的，而作为3G的三大主流标准之一的TD-SCDMA系统，目前还没有相应的信令测试仪表和相关测试方法，因此，有必要开发基于TD-SCDMA系统的3G移动网Iu、Iub和Iur接口信令监测的信令仪表，对三接口协议栈进行解析，提取有关参数，便于移动通信网维护人员解决网络维护、优化工作中的实际问题。
并且现有的信令分析仪中，消息解码和最后显示是紧密耦合的，在解码过程中，直接把解码的结果输出到显示界面，也就是说，如果要修改软件界面，必须到解码模块的动态链接库中去修改，这种紧耦合不利于系统软件的维护和升级。

本发明所要解决的第一个问题是提供一种应用于TD-SCDMA移动通信网络的信令测试仪及其信令测试方法，能实现对TD-SCDMA系统的监视、统计、网络优化、呼叫跟踪和仿真测试等功能。
本发明所要解决的第二个问题是克服现有信令分析仪中软件的维护和升级不方便的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本信令测试仪的总体结构为工控机结构，数据采集卡通过PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连)总线与工控机交互数据，负责原始物理层数据流的采集。通信采用PCI总线接口，通信缓冲区利用双口RAM(Random-access Memory，随机访问存储器)实现，应用双口RAM在接口之间建立一个较大容量的缓冲区，可以在任何时候向双口RAM的任一存储单元读写数据，不需相互等待，可以全速运行。本发明的体系结构采用模块化结构，主要包括以下模块：主控模块：控制和调用其他功能部件，从数据采集接口读取信令消息、管理消息数据、显示消息解码结果及统计分析结果，并完成程序中线程的调度；数据采集模块：连接在待测试的TD-SCDMA系统的Iu、Iub和Iur接口上，采集被测对象物理层中的信令消息；消息解码模块：通过消息数据解码动态链接库负责对接收到的消息解码，包括详细解码和初步解码；消息统计分析模块：通过消息统计分析动态链接库对数据采集模块中的消息按照协议类别和消息类型进行分类统计，为网络优化提供决策参考；消息过滤处理模块：针对TD-SCDMA移动通信网Iu、Iub和Iur接口协议栈的特点，对ATM适配层2AAL2(ATM Adaptation Layer type 2-)、ATM适配层5AAL5(ATM Adaptation Layer type 5-)、网络控制层和无线网络层提供消息过滤功能；消息特征分析模块：通过消息特征分析动态链接库对解码的消息进行分析并提取与呼叫相关的参数；数据后台存储模块：负责在后台不影响实时分析速度的情况下，把采集到的消息数据存储到磁盘上，存储模块置于主控模块中，由主控程序控制。
上述所有模块部件间采用松耦合，即各模块功能独立，消息解码、统计、过滤等与显示过程独立，可以减少相互之间的依存，与界面相关的操作在主控模块中实现，与其他功能模块无关，这样的模块化结构有利于软件的移植和修改。
本发明还提供一种TD-SCDMA系统信令测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，数据采集部件采集TD-SCDMA系统Iu、Iub和Iur接口中的信令消息；步骤2，对采集到的信令消息数据进行信元的定界、拆分与重组处理，然后存入在通信缓冲区；步骤3，数据后台存储部件在后台对这些处理后的信令消息数据存盘，同时完成对信令消息数据的初解码；步骤4，对初解码的结果进行详细解码；步骤5，对经解码后的消息数据按照协议类别和消息类型进行分类统计；针对TD-SCDMA移动通信网Iu、Iub和Iur接口协议栈的特点，对AAL2、AAL5、网络控制层和无线网络层进行消息过滤处理；对消息解码模块解码后的消息进行特征分析并提取与呼叫相关的参数；步骤6，界面显示线程通知主控部件显示初解码、详细解码、及统计分析的结果。
本发明提供的信令测试仪，克服了现有信令分析测试仪中软件维护和升级不方便的缺陷；并且能够针对TD-SCDMA系统中接口协议栈的特点，从接口的信令中提取无线网络层中与无线资源管理有关的参数、与移动管理有关的参数，和与呼叫管理有关的参数，对这些网络参数进行统计处理后，得到基站子系统的完备的统计数据，这些数据对制定无线网络资源优化措施提供数据支持，有利于解决网络优化工作中网络覆盖，信道拥塞，无线参数设置等不合理等问题。
附图说明
图1所示为UMTS系统结构框图图2所示为TD-SCDMA信令分析仪体系结构框图图3所示为本信令分析仪模块化体系结构中各线程之间的关系图4所示为从数据采集接口送入通信缓冲区的消息格式图5所示为经消息粗解码后的数据输出格式图6所示为经消息详细解码后的数据输出格式具体实施方式下面结合附图描述本发明的具体实现方式。
附图1为通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile TelecommunicationsSystem)体系结构。主要由核心网CN(Core Network)、通用地面无线接入网UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)和UE用户设备(UserEquipment)等三个部分组成，其中，CN和UTRAN之间是Iu接口，Iu也是一个开放接口，它将系统分成用于无线通信的UTRAN和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两部分，一个核心网可以和几个无线网络控制器RNC相连，而任何一个RNC和核心网之间的Iu接口可以分成三个域：电路交换域(Iu-CS)、分组交换域(Iu-PS)和广播域(Iu-BC)。
Iub接口是无线网络控制器RNC(Radio Network Controller)与Node B之间的接口，用来传输RNC和Node B之间的信令及无线接口的数据，主要功能为管理Iub接口的传输资源、Node B逻辑操作维护、传输操作维护信令、系统信息管理、专用信道控制、公共信道控制和定时以及同步管理。
Iur接口是两个RNC之间的逻辑接口，用来传送RNC之间的控制信令和用户数据。Iur接口也是一个开放接口，它的主要功能是支持具体的RNC之间的移动性、支持公共信道业务、支持专用信道业务和支持系统管理过程。
信令测试仪接在Iu、Iub和Iur接口上进行ATM适配层、传输网络层和无线网络层上信令的测试分析，由图1可见，无论哪个接口都与UTRAN相关。
信令测试仪的接口部分就接在UTRAN的物理层之上，采集接口中的信令消息并完成信元的定界、拆分与重组。采集的消息经处理后放在“原始消息”的缓冲区，初步解码结果放在结果缓冲区，详细解码即解出信元头部虚通道标识VPI(Virtual Path Identifier)、虚信道标识VCI(Virtual ChannelIdentifier)和净荷部分每个字节甚至比特代表的具体含义。
本发明采用模块化结构，主控模块作为中央控制部件，根据从各接口读取的数据和用户的操作请求，控制和调用其他功能模块，完成程序中线程的调度。各模块采用动态链接库的方式，不涉及具体的程序界面的编写，这样有利于程序各个模块之间的松耦合。
如图2示出了本发明信令分析仪的体系结构框图，主要由以下功能模块构成：数据采集模块：连接在TD-SCDMA系统的Iu、Iub和Iur接口上，采集接口中的信令消息，并完成信元的定界、拆分与重组，采集的消息经处理后放在“原始消息”的缓冲区。本模块部件中的数据采集卡通过PCI总线与工控机连接相互交互数据，通信缓冲区利用双口RAM实现，在接口之间建立一个较大容量的缓冲区，均可以在任何时候向双口RAM的任一存储单元读写数据，不需相互等待。数据采集模块采集以下信令消息：①数据采集模块采集Iub接口中的呼叫标识、呼叫状态、呼叫持续时间、建立原因和质量QoS等级、临时移动用户识别码TMSI(Temporary MobileSubscriber Identity、控制无线资源控制器CRNC的标识(id号)、无线网络临时身份S-RNTI(Radio Network Temporary Identity)、服务无线网络控制器SRNC(Serving Radio Network Controller)标识、位置区域编码、CN域等信令消息，②采集Iu接口中的呼叫编号、会话状态(激活/结束)、服务类型、域标识(PS/CS/BC)、国际移动用户标识IMSI(International MobileSubscriber Identity)、TMSI、位置区域编码/服务区域标识、路由区域编码、建立时间、IP地址、上行/下行包数目，拒绝原因等信令消息。
消息解码模块：具体包括Iur\Iu\Iub接口消息解码模块，通过消息数据解码动态链接库负责对接收到的消息解码。
解码函数写在动态链接库中，各动态链接库函数编写完成后，解码模块中的各个动态链接库共同合成消息解码模块，通过主控程序调用此动态链接库达到解码功能，消息数据解码包括详细解码和初步解码。
消息统计分析模块：提供无线网络层和无线网络层各协议类别和消息分类统计，完成各种统计结果的分析功能，为网络优化提供决策参考。通过消息统计分析动态链接库对数据采集模块中的信令数据按照AAL类型、协议类别和消息类型进行分类统计，统计用户关心的参数。具体包括：①AAL2和AAL5参数统计，用户部分特殊项统计，在数据采集模块中提取AAL中的VPI、VCI以及AAL2中的信道标识符CID(Channel Identifier)值，进行统计分析。②门限统计，在数据库中设置统计的上限和下限值，采集到的原始信令数据与系统所设置的上限和下限值进行比较，对超出设定值范围的数据进行处理，在送到显示器显示时以其他颜色标记，突出显示。③呼叫统计功能，使用呼叫跟踪来评价呼叫统计如呼叫成功率、最大/最小呼叫建立时间、最大/最小呼叫时长等。
数据后台存储模块：把采集到的消息数据存储到磁盘上，将统计分析的结果、每条消息的详细解码结果转化为文本文件进行保存，信令数据转化为.dat文件进行保存，便于形成日后的使用记录和进行历史数据分析。
消息过滤处理模块：针对3G移动通信网Iu、Iub和Iur接口协议栈的特点，对AAL2、AAL5、传输网络层和无线网络层提供的消息进行过滤，包含分层显示过滤、项目显示过滤、通道显示过滤等。分层显示过滤即是指过滤出用户关心的那一层协议和消息；项目显示过滤即只显示某些项目(如图5所示)；通道显示指的是只显示某一或某些通道的消息解码，这样，既可以查看某一特定类型的消息，还可以让解码显示窗口只显示某种类型或仅含某种成分的消息。
消息特征分析模块：消息特征分析模块对上述采集模块中各接口采集到的信令消息进行特征分析，通过消息特征分析动态链接库对解码的消息进行分析并提取与呼叫相关的参数。此模块提供Iub、Iur和Iu接口的呼叫跟踪，提供对某一呼叫完整的信令过程的跟踪，能够对指定呼叫的所有相关信令流程进行关联。
消息特征分析模块还能提供群功能、过滤功能、网络优化功能、呼叫跟踪功能、多协议功能、告警功能。
①群功能：提供与某条消息相关的所有消息；②过滤功能：用户用特殊参数定义呼叫跟踪，例如在Iu接口中定义路由区域编码、IMSI号、主叫被叫号码、服务类型、域等。③多协议功能：一些范围里的呼叫可以在不同协议之间进行跟踪。④告警功能：辨别收到的消息编码的错误，在消息观察窗口中以不同的颜色显示出来，可以方便快捷地查找正确编码的消息。
主控模块完成程序中线程的调度，从硬件读取信令消息、消息数据的管理、消息解码结果的显示、统计分析结果的显示等等。主控模块与其他各功能模块之间的关系是控制与被控制关系，主控模块根据从数据采集模块读取的数据和用户的操作请求，调用其他功能模块，各功能模块接受主控模块提供的相关参数，根据TD-SCDMA系统的接口特点，对相关消息进行解码、过滤、统计、分析处理，把运算结果返回给主控模块，主控程序再把结果显示给用户，各个功能模块不负责与用户界面有关的任何操作。
信令分析仪消息接口解码部件开始不断接收数据采集部件从现场采集的信令消息数据，并把这些数据存储在通信缓冲区中，数据后台存储部件在后台对这些信令消息数据存盘，同时完成对接收到的信令消息数据的初解码，并显示解码结果，在初解码后，用户可以对已经解码过的消息进行详细解码。消息过滤和统计分析等功能模块独立于解码模块，解码之前，主控模块可以调用其他模块，预先实现其他过滤、统计分析等功能。
本信令分析仪还能对信令消息数据进行离线分析，这时信令分析仪处理的数据是以前保存在硬盘上的信令消息数据，相对于现场测试来说，在信令分析仪启动时，省去了硬件故障测试的步骤，在进行数据离线分析时，先从文件中读出所有信令消息产生的时间区间，然后用户从这个区间中选择一个区段，信令分析仪开始读取该区段中的数据，进行分析。
本发明采取多线程结构实现本信令测试仪各模块之间的协作关系，图3所示为本发明模块化体系结构中各线程之间的关系，主要线程包括数据采集线程，初分析线程，数据存盘线程和结果显示线程。采取了这种多线程结构是为了最大限度的减少消息实时统计分析时系统可能出现的性能瓶颈问题。数据采集线程负责从硬件接收数据，为了在高速率时不丢包，这个线程被设置为一个高优先级的线程，该线程的作用是从硬件接收信令消息数据，把接收到的消息数据以一定的格式存放到消息大缓冲区中，消息大缓冲区中消息数据的组织方式见图4，图4中的数字表示该字段所占的比特，其中消息长度字段表示SD-PDU数据部分加上首信元头部的长度，单位为字节；通道号指消息来自哪个通道；时间标签表示收到消息的时间，精确到毫秒；SD-PDU数据部分表示收到的实际信令消息数据，存储的是字节数。
初分析线程负责对接收到的原始信令消息进行解码并把解码后的结果存放在初解码结果缓冲区中，初分析线程现场提取需要实时解码的部分，显示给用户。如图5所示为初解码后的数据格式，初解码解出原始信令消息中的消息编号、偏移地址、时间标签、VPI、VCI、AAL类型、CID、L3协议类别、L3消息类型、L4协议类别、L4消息类型、特征字段，存入初解码结果缓冲区，图中的数字表示该字段所占的字节数，其中特征字段的规定和Layer3，传输网络层L3、Layer4，无线网络层L4的规定如下：AAL类型——指示ATM信元在传输网络层的信令承载适配层类型；L3协议类别/L3消息类型——指示信元经过传输网络层按何种协议格式进行拆装，对Iu-CS协议模型而言，可能是特定服务的面向连接协议SSCOP(Service Specific Connection Oriented Protocol)，特定业务协调功能-SSCF(Service specific co-ordination function)，消息传输部分(宽带)-MTP3b(Message transfer part(broadband))，信令连接控制部分-SCCP(Signalling Connection Control Part)，相应地，L3消息类型字段即显示的是SCCP用户的某一具体消息；也可能是访问链路控制应用部分SSCOP-SSCF-MTP3b-ALCAP(Access Link Control Application Part)，则L3消息类型字段显示的就是最后一个协议中的消息类型；如果信令是经过AAL2承载，并通过该层的用户平面，L3协议类别则可能是RRC或其他Iu接口功能，L3消息类型即指的是完成相应功能的核心消息；对Iub协议模型而言，可能是SSCOP(或-SSCF)，相应地，L3消息类型字段即显示的是SSCOP(或SCCF)协议中的协议数据单元的类型；也可能是SSCOP-SSCF-ALCAP，则L3消息类型字段即显示的是最上层协议中的协议数据单元的类型或消息类型；对用户平面而言，与Iub类同；对Iur协议模型而言，协议类别为SSCOP-SSCF-MTP3b-SCCP以及SSCOP-SSCF-MTP3b-ALCAP，情况与Iub类同；若信令先按照IP流控制传输协议IP-SCTP(Stream Control Transmission Protocol)，SS7 MTP3用户适配层-M3UA(SS7 MTP3-User Adaptation Layer)，而后分别走的SCCP及STC-ALCAP，则L3消息类型分开表示；Iur在传输网络用户平面的信令走势与Iu类同。L4协议类别/L4消息类型——指示信元经过无线网络层封装时的协议类别/消息类型。对Iu-CS协议模型而言，则是无线接入网应用协议RANAP或Iu用户平面帧协议Iu UP，L4消息类型即指的是完成相应功能的核心消息；对Iub协议模型而言，则是Node B应用协议NBAP或Iub用户平面帧协议IubUP，L4消息类型即指的是完成相应功能的核心消息；对Iur协议模型而言，协议类别则是无线网络子系统应用部分RNSAP(Radio Network SubsystemApplication Part)，或Iur UP(Iur用户平面帧协议)，L4消息类型即是完成该层相应功能的核心消息；特征字段——根据解码实际情况，对一些核心消息中用户所关心的字段的提取，如地址(或号码)信息、操作说明(如路由申请、鉴权、位置更新)等，如没有则填空。
对应的详细解码输出格式，如图6所示，总的原则是分层解码、逐渐细化、求大弃小、错位显示。
分层解码：根据数据封装的顺序和层次，按ATM适配层、传输网络层、无线网络层的层次逐层进行解码，并分别用各类标题表示层次关系。
逐层细化：在每一层中根据不同的协议类别和字段划分，对每个字节乃至某些特殊的比特进行解释。
求大弃小：对于解码过程中遇到无法处理或处理难度过大的数据，可以先置之一边，并将未处理的数据显示处理(如图6中“无法识别的数据”)。
错位显示：让详细解码显示比较有层次感，便于用户快速查找到所关心的数据。
界面显示线程负责通知主程序显示初解码的内容，界面显示线程首先判断当前有没有可以显示的内容，如果有，就向主程序发送界面显示的消息。
后台存盘线程负责在后台把消息大缓冲区中的原始消息数据存储在磁盘上，用于减少内存消耗，将来也可根据这些数据做离线分析。由于磁盘操作相对于内存操作来说，比较费时间，为了软件的整体性能，可以采取后台线程，在后台完成信令消息数据的存盘，由于信令分析仪要保证能够连续现场测试，所采集到的信令消息数据可能非常多，如果都放在内存中，对系统的性能有一定的影响。
由于采取多线程，就必然存在线程同步的问题，线程同步要解决的问题就是各个线程何时被调度以及何时挂起。a)当数据采集线程向存储消息数据的大缓冲区中写消息数据时，初分析线程还在进行消息数据的初解码，此时，正在被写入的消息可能还不完整，不应该参与解码，要解码的消息必须是一条完整的消息，当消息大缓冲区还没有解码的完整消息时，就应该激活初解码线程；当消息大缓冲区中没有一条完整消息时，初解码线程应该挂起。
b)当初解码线程把解码结果放入初解码结果缓冲区中时，界面显示线程还在进行解码结果的显示，这时不完整的结果不被显示出来。
c)后台存盘线程在把消息数据存储到磁盘时，应该保证存储的每条消息都是完整的消息，同时没有存盘的线程不能被新消息覆盖，为了良好的可扩展性，消息解码和界面显示分开。现有的信令分析仪，消息解码和最后显示是紧密耦合的，在解码过程中，直接把解码的结果输出到显示界面，也就是说如果要修改软件界面，必须到解码模块的动态链接库中去修改，这种紧耦合不利于软件的维护和升级，在本发明的设计中，采取消息解码和显示过程完全分开的方式，并且，为了便于功能划分和减少复杂度，各个功能模块主要采用动态链接库的形式，各个动态链接库的功能相互独立，减小了相互之间的依存关系。
本发明设计的信令分析仪，根据TD-SCDMA系统的接口特点，对三接口协议栈进行解析，提取有关参数，便于移动通信网维护人员解决网络维护、优化工作中的实际问题。并且，采取了一种多线程结构协调本信令分析仪各模块之间的协作关系，各模块间松耦合的结构方式，使该信令分析仪具有良好的可扩展性。