摘要：為使UTRAN接入CN,3G的標準化組織3GPP定義了UTRAN與CN之間的接口,稱為Iu接口。該接口用于傳送無線接入承載管理信息和用戶業務數據,實現對寬帶用戶的支持。該接口為開放標準接口。在3GPPR99和R4版本中,Iu接口采用ATM承載。隨著IP技術的發展,傳輸網絡正逐漸向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IPv6兩種協議。本文對基于IP的Iu接口進行了剖析,并提出了核心網側Iu接口的一種實現方案。
　　關鍵詞：Iu接口;SCTP;M3UA;SCCP;RANAP;IuUP
　　
　　1Iu接口協議研究
　　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系統中的定義如圖1所示。
　　
　　Iu接口核心網側分為3個域:Iu-CS(電路交換域)、Iu-PS(分組交換域)和Iu-BC(廣播域),一個CN可以與若干個RNC(無線網絡控制器)連接。Iu-CS為電路域MSC與RNC之間的接口,實現電路域AMR語音、可視電話流媒體業務的支持;Iu-PS為分組域SGSN與RNC之間的接口,實現分組域數據流業務的支持;Iu-BC實現小區廣播功能。Iu-CS和Iu-PS是完全獨立的2部分,分別定義了不同的協議棧,二者之間不存在接口關系。Iu-CS和Iu-PS采用相同的協議架構,從傳輸層次上分為傳輸網絡層和無線網絡層;從功能上分為控制面和業務面。Iu-BC只有一個平面,同時包含控制面信
　　息和用戶面信息。
　　1.2IP體制下Iu接口協議結構
　　如圖2所示,在IP體制下,Iu-CS和Iu-PS的控制面協議由SCTP(StreamControlTransportProtocol)、M3UA(SS7MessageTransferPart3UserAdaptationLayer)、SCCP(SS7SignallingConnectionControlPart)和RANAP(RadioAccessNetworkApplicationPart)構成。Iu-CS用戶面協議由UDP、RTP(Real-TimeTransportProtocol)和IuUP(UserPlane)構成,Iu-PS用戶面協議由UDP、GTP-U和IuUP構成。
　　
　　1.2.1控制面無線網絡層協議
　　RANAP是Iu接口的信令協議,包含所有針對無線網絡層的控制消息,通過傳輸網絡層提供的無連接服務和面向連接服務進行傳輸。Iu接口信令協議主要包括RAB管理、MS移動性管理、尋呼和NAS(NonAccessStratum)消息透明傳遞等功能。RANAP的功能通過各種基本過程(EP)實現,每個功能包含一個或多個EP。從消息的傳送方式上看,基本過程可以分為
　　2類:面向連接型和無連接型。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。
　　基本過程從應答方式上分為3類:
　　①CLASS1:有應答(成功/失敗)。本類型基本過程包含成功應答和失敗應答。“失敗”是指過程執行失敗并收到對端失敗應答或者定時器超時而未收到應答;
　　②CLASS2:無應答。本類型基本過程總被假定為成功執行;
　　③CLASS3:多應答(1個或多個應答)。本類型基本過程包含多個應答。
　　1.2.2控制面傳輸網絡層協議
　　SCCP為CN和RNC之間的傳輸信令提供通道,SCCP支持多個用戶部分,其中包含RANAP。在Iu接口上SCCP提供0類無連接業務和2類面向連接業務。無連接型EP通過0類業務實現,面向連接型EP通過2類業務實現。M3UA由IETFSIGTRAN(信令傳輸工作組)提出,對SS7的MTP3消息進行適配。M3UA支持任何SS7的MTP用戶部分(如SCCP等),通過M3UA使得MTP的用戶部分可以實現在IP上等同于在SS7上的無縫操作。SCTP由IETFSIGTRAN提出,用于在低層不保證可靠傳輸的IP網絡上,通過自身的證實和重發機制保證用戶數據在2個SCTP端點間無差錯、無重復地可靠傳輸,是一種可靠的通用傳輸層協議。采用此協議可以保證Iu接口控制面信令M3UA的可靠性、完備性和正確性。
　　1.2.3用戶面協議
　　IuUP(用戶平面)位于Iu接口用戶平面的無線網絡層,用來傳輸和無線接入承載捆綁的用戶數據。IuUP有2種運行模式:透明模式和支持模式。在透明模式下,高層應用要求IuUP只傳輸用戶數據而無其他特殊要求,協議不進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據,例如CS域的可視電話和PS域的分組數據業務等。支持模式目前只定義了預定義SDU(ServiceDataUnit)大小一種模式,用戶平面按照預先定義的大小分段用戶數據分成數據段,并完成用戶數據的過程控制(如初始化、速率控制等),例如CS域的AMR(自適應多速率聲碼器)話音業務。
　　2核心網側Iu接口實現方案
　　2.1業務處理流程
　　2.1.1CS域業務處理流程
　　CS域業務處理流程如下:
　　①CS域終端用戶通過控制面完成位置更新、TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)分配和鑒權認證,實現終端的入網注冊;
　　②CN側RANAP向RNC發送RAB指派請求(RadioAccessBearerASSIGNMENTREQUEST),包括RAB的各項參數和用戶平面信息,同時啟動一個IuUP的實例;
　　③RNC根據RAB指派請求中的參數建立無線信道,劃分RAB子流,分配RFCI(RABsubFlowCombinationIndicator),根據BindingID(IP地址和UDP端口號)和業務相關信息,創建IuUP實例;
　　④RNC的IuUP通過類型為14的PDU(ProtocolDataUnit)向CN發送Initialisation(包括IuUP版本號、RFCI、SDU大小等);
　　⑤CN對這些參數和業務支持能力進行確認,向RNC發送InitialisationACK;
　　⑥RNC向CN發送RAB指派響應(RABASSIGNMENTRESPONSE),其中包含RNC的業務面IP和UDP端口號。完成連接建立,實現業務通信。
　　2.1.2PS域業務處理流程
　　PS域業務處理流程如下:
　　①PS域終端用戶通過控制面完成MS的GPRS附著、PTMSI分配和鑒權認證,實現PS域終端用戶的入網注冊;
　　②CN側RANAP向RNC發送RAB指派請求,包括RAB參數(如TEID、上下行速率、誤碼率、GTP開始序號等),同時啟動一個IuUP的實例;
　　③RNC根據RAB指派請求中的參數建立無線信道,向SGSN發送RAB響應(包括RNC的IP和TEID)。完成GTP隧道建立,實現分組業務通信。
　　2.2方案系統結構
　　Iu接口的實現涉及到多種協議、多種編碼方式(如RANAP的ASN.1PER、SCCP的F/V/O指針編碼等)及協議間的交互流程。基于上述研究,方案采用模塊化設計,其結構組成如圖3所示。
　　
　　系統分為6個子系統:維護子系統、RANAP子系統、SCCP子系統、M3UA子系統、SCTP子系統和IuUP子系統。圖中虛線部分為核心網中與Iu接口之間存在交互關系的功能模塊。
　　2.2.1維護子系統
　　維護子系統負責Iu接口的維護和管理,維護子系統本身并不是Iu接口協議的功能實體,但維護子系統是保證整個Iu接口運行的支撐部分,完成其他子系統的初始化、參數配置和Iu接口運行狀態監視。
　　2.2.2RANAP子系統
　　RANAP子系統負責ASN.1PER編解碼、協議數據合法性處理、流量控制、尋呼、復位、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接口對外功能的表現部分。RANAP子系統根據注冊實例的ID確定其服務對象(CS或者PS),實現Iu-CS和Iu-PS在邏輯上的分離。采用實例注冊方式,RANAP子系統支持多個RNC的接入,而且根據需要,可以實現Iu-CS和Iu-PS物理上的分離與合并。實例ID對應關系如表1所示。
　　
　　2.2.3SCCP子系統
　　SCCP子系統完成對RANAP子系統的承載和透明傳遞。SCCP子系統實現基本無連接類業務(即0類無連接業務,不需要消息按順序傳遞)對RANAP子系統中無連接EP的支持,基本面向連接類業務(即2類有連接業務)完成對RANAP子系統中面向連接EP的支持。SCCP子系統由面向連接控制(SCOC)、無連接控制(SCLC)和路由控制(SCRC)3個功能模塊共同完成。本子系統中SCCP尋址方式采用SSN尋址方式。
　　2.2.4M3UA子系統
　　M3UA子系統完成對SCCP的承載。M3UA子系統由發送消息處理、接收消息處理、路由關鍵字管理和AS/ASP維護4個功能模塊組成。M3UA子系統中ASP(ApplicationServerProcess)采用IPSP(IPServerProcess)模式,尋址采用DPC+OPC尋址方式。
　　2.2.5SCTP子系統
　　SCTP子系統完成對M3UA的承載。在本方案中,基于效率考慮,SCTP與M3UA采用緊耦合方式實現,二者之間通過原語通信。根據3GPP建議,CN側的SCTP和M3UA為服務器端。SCTP子系統通過原始套接字(協議號為0x84)方式完成與TCP/IP協議棧的通信。
　　2.2.6IuUP子系統
　　IuUP子系統完成用戶面的功能。對于透明式,完成數據透明傳輸;對于支持模式,完成業務數據的封裝、解封裝和校驗,同時完成IuUP實例的初始化、校時、速率控制、差錯事件處理和幀分類等控制功能,實現CN與RNC之間的業務通信。
　　2.3方案實現流程
　　Iu接口作為服務器端,完成初始化,等待RNC的通信請求。實現流程如下:
　　①作為服務器端啟動SCTP和M3UA,建立SCTP偶聯
　　②激活M3UA的ASP和AS(ApplicationServer);
　　③進行SCCP協議測試和服務定位;
　　④完成RANAP協議復位和恢復;
　　⑤接收RNC發起的SCCP層的CR(ConnectRequest)消息,凈荷為RANAP初始化UE(UserEquipment)消息;
　　⑥SCCP子系統響應CC(ConnectConfirm)消息,同時把承載的初始化UE消息發送給RANAP子系統;
　　⑦RANAP子系統解碼后,把NAS和相關信息綁定到一個CID(CallID)通知SGSN或者CC&MM;RANAP子系統接收CC&MM或者SGSN特定CID的NAS,通過直傳消息發送給RNC;
　　⑧IuUP子系統接收到請求,創建實例并進入服務;
　　⑨通信結束后,RANAP子系統發起IuRelease,同時刪除IuUP實例。
　　3結束語
　　通過對Iu接口協議結構、功能和工作流程的分析,提出了同時支持Iu-CS和Iu-PS的核心網側Iu接口解決方案。該方案采用邏輯獨立的功能實體實現Iu-CS和Iu-PS,使核心網設備實現方式更加靈活,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。該設計方案已經應用到具體的工程項目中,取得了良好的效果。

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