CN1741663A

CN1741663A - 一种utran监测仪、监测系统和监测方法

Info

Publication number: CN1741663A
Application number: CN 200410075301
Authority: CN
Inventors: 陈雄飞
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: CN100515111C

Abstract

本发明涉及通信网络测试领域，特别提供一种UTRAN监测仪、监测系统和监测方法，以解决系统测试、故障定位困难的问题。所述监测仪包括：终端单元和与其通过接口相连的监测单元，所述的监测单元包括控制模块、接口模块、数据处理模块和数据配置模块；所述监测系统包括监测仪和监测被测网络节点的多个监测单元；所述方法包括下列步骤：S1：建立监测系统内部以及其与被监测系统之间交互测试命令与测试数据的测试信道；S2：激活测试业务开始测试；S3：通过测试信道指示监测系统收集并上报被测系统各节点测试数据；S4：接收通过测试信道返回的测试数据，分析并转发或输出测试结果。

Description

一种UTRAN监测仪、监测系统和监测方法

技术领域

本发明涉及通信网络测试领域，特别提供一种UTRAN监测仪、监测系统和监测方法。

背景技术

如图1所示，通用移动通信系统陆地无线接入网(UTRAN：UMTSTerrestrial Radio Access Network)是一个新兴的接入网络，它提供高速、宽带的无线业务接入服务，是由一个或多个无线网络子系统(RNS)组成，每个RNS又由一个无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)和一个或多个基站(Node B)组成。RNC与核心网(Core Network，CN)之间的接口是Iu接口，Node B和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur接口互联。用户设备(UE)通过UU接口与接入网建立联接，通过空口无线链路与NODEB建立物理连接，经过UTRAN建立通向CN的通路，使UE的应用层与CN的应用层最后建立联接，完成用户对位于CN侧的服务请求。

目前有很多设备制造商在研制UTRAN系统设备，研发过程中的一个重要阶段就是系统测试，包括各种接口测试、功能测试及性能测试等等，为此各制造商也开发了一些针对自己产品的测试工具，并在自己的产品里针对不同的测试需求嵌入了相关接口代码，并在操作维护系统里提供统一的操作界面。还有为测试专门开发测试仪器的公司，如Agilent，NetHawk，ROHDE&SHWARZ等。这些测试仪器当中，有针对IUB接口的、IU接口的、IUR接口的、UU接口的，提供基于E1传输的，也有提供基于光传输的，还有针对无线物理层各种UTRAN测试仪器。这些测试软件、测试工具都在工具所在的测试范围内获取相关测试数据，得到相关范围内的数据分析结果。对于跨接口、跨产品甚至系统级的性能测试，一般是同时应用不同测试软件、不同测试仪器针对测试项所涉及的各接口、各功能实体进行各自范围内的测试，之后把各部分数据进行数据格式转换，转换为统一的数据格式，再汇总、分析得到测试结果，每测试一项都需要这些步骤。

RNC、NODEB、UE之间都有标准接口，按协议标准进行通信，测试仪器就是基于这些标准接口协议捕获相关接口消息、数据，再按各仪器产商自有的数据格式输出，从而得到相关测试数据。对于RNC、NODEB的内部运行测试数据则由设备制造商自己开发的测试、维护系统提供支持，按自定的格式输出相关测试消息、数据。再按测试项的需要，提取各接口、各产品的数据，转换成统一的数据格式加以分析。对于一些难以重现的系统问题也没有有效的措施，只有靠多次重复的测试来达到重现的目的。

UTRAN系统目前仍不是一个成熟的产品，在今后的一段时间里仍会有一些跨接口、跨产品的甚至系统级的问题需要定位，也同样需要这些操作，如果某性能指标对各设备或节点数据统计的时间同步或事件同步有特殊要求，或系统故障问题发生没有任何规律，是难以重现的偶发事件时，测试数据往往难以得到，一旦现象重现又因为来不及各环节同时捕获数据而丢失机会等等。另外各部分的测试数据也缺乏统一的数据格式和参考点，这对数据分析、问题定位会带来很多麻烦，所以目前的这些测试、问题定位手段都有一定的局限性。

现有的测试、定位过程比较麻烦，在很大程度上依赖各设备的数据采集操作过程，而且在有些测试过程中一种设备数据采集的输入参数可能需要另一设备完成一定的流程后才能动态得到，这样在手工操作和时间延迟要求上都将带来困难，甚至不可操作，项目测试、问题定位无法正常进行。在各设备的数据记录格式上也没有通用性，全系统分析时仍需要再次转换。对于有些难以重现的系统问题定位更是难以操作，问题分析所需要的数据往往对时间或事件十分敏感，而问题发生具有偶然性，各设备的操作人员难以同时在问题发生时都在现场同时记录数据，使得这种问题定位十分困难。

本发明针对UTRAN接入系统测试、问题定位困难提供解决方法，主要解决以下几个问题：

1、对UTRAN实现跨接口、跨产品的全网络监测及数据配置；

2、按用户要求实时获得特定时间里系统指定功能实体的统一格式的测试数据；

3、对于难以重现的系统级问题可以自动捕获并记录相关测试数据；

4、也为网络规划提供了一个很好的移动测试仪器。

发明内容

本发明针对UTRAN接入系统测试、故障定位困难提供解决方案。

一种UTRAN监测仪，用于UTRAN网络的性能测试，包括：终端单元和与其通过接口相连的监测单元；所述终端单元由监测单元控制，建立测试仪与被监测系统之间的测试信道以交互监测命令和测试数据，以及作为被监测系统的终端用户发起测试业务；所述监测单元接受测试命令启动测试，通过测试信道将测试命令转发给被监测系统和终端单元，接收并分析返回的测试数据，转发或输出测试结果。

所述的监测单元包括控制模块、接口模块、数据处理模块和数据配置模块；所述控制模块控制终端单元建立测试信道，激活被测试业务接收用户指令并生成测试命令经接口模块转发给被监测系统；所述接口模块用于监测命令和监测数据的接口；所述数据处理模块处理分析测试数据，依据测试数据得到测试结果；所述数据配置模块配置转发测试命令和测试数据所需的节点信息。

一种UTRAN监测系统，用于UTRAN网络的性能测试，其特征在于包括：监测仪和网络侧运行监测装置；所述监测仪建立与所述网络运行监测装置的测试信道，从用户端向被监测系统发起测试业务，接受测试命令启动测试，通过测试信道将测试命令转发给网络运行监测装置和终端单元，接收并分析返回的测试数据，转发或输出测试结果；所述网络运行监测装置接收来自监测仪的测试命令，实时监测收集被监测系统的测试数据，经测试信道返回给监测仪。

一种UTRAN系统监测方法，包括下列步骤：S1：建立监测系统内部以及其与被监测系统之间交互测试命令与测试数据的测试信道；S2：激活测试业务开始测试；S3：通过测试信道指示监测系统收集并上报被测系统各节点测试数据；S4：接收通过测试信道返回的测试数据，分析并转发或输出测试结果。

所述的方法在收集测试数据的同时记录获取数据的时间并上报。

所述的方法在步骤S3和S4之间还包括设定同步时间参考点的步骤：S31：指示周期上报被监测系统各节点的CFN；S32：当各节点的CFN之间的差值不大于预设的阈值时，指示各节点启动CFN计时器；S33：将CFN计时器的启动时间设定为同步时间参考点。

所述的同步时间参考点还可以利用GPS系统设定。

所述测试信道为3G提供的TCP/IP业务通道，各监测单元间以IP地址进行寻址以交互测试命令和测试数据，或者另外实现到RNC、NODEB的IP通道。

本发明针对UTRAN接入系统测试、问题定位困难提供解决方法，具有下列优点：

1、对UTRAN实现跨接口、跨产品的全网络监测及数据配置；

4、为网络规划提供了一个很好的移动测试仪器。

附图说明

图1为UTRAN网络结构示意图；

图2为监测系统示意图；

图3为监测系统内部各模块间关系图；

图4为额外实现到RNC、NODEB的IP通道的协议栈图；

图5为监测系统的专用通信信道图。

具体实施方式

一、监测仪和监测系统

整个监测系统由监测仪和网络运行监测装置组成，网络运行监测装置接收来自监测仪的测试命令，实时监测收集被监测系统的测试数据，经测试信道(测试信道在后面详细说明)返回给监测仪，该装置可以由各独立监测单元构成，各监测单元分布在被监测目标UTRAN系统的UE、RNC和NODEB等节点处，如图2所示，监测单元的任务为：执行主控部分发出的监测命令，收集数据并经过测试信道返回监测仪。为了测试方便，把用户使用操作的用户界面单元放在UE侧，用户界面单元跟UE侧的监测单元直接通信。如图2所示，在被监测目标系统的设备端(RNC、NODEB、UE)需要建立与监测系统通信的接口，各通信接口的建立需要关于UTRAN系统监测接口的相关协议和标准进行支持。

如图4所示，现有的维护NODEB和RNC的操作维护系统通常都位于RNC侧以便集中管理，而且操作维护系统都有一定的消息捕获、数据采集和问题定位的功能。因此在没有关于UTRAN系统监测接口相关的协议和标准支持时，可以对现有的测试维护系统稍加修改并添加一些原来没有的测试功能，形成位于RNC、NODEB侧的集中设置的监测装置即可，。

监测仪和监测单元的结构如图3所示，监测仪包括终端设备的完整功能之外，还包括监测单元和用户界面单元，用户的操作通过用户界面单元转换为监测系统的内部命令发往目的监测单元执行并实时返回监测结果。

监测仪由三部分组成：终端部分、用户界面单元、监测单元部分。终端部分有两套收发系统，相当于两个普通用户终端的功能，一套用于建立监测专用通道，另一套用于被测试目标系统的终端，但都留有跟监测系统的接口，并能执行监测系统发过来的指令进行实时的数据采集和性能监测；用户界面单元是针对用户的操作界面程序，接受用户输入相关命令及参数、条件设置、监测系统配置信息等，再将用户的输入转换为监测系统内部消息或内部命令发给监测单元控制模块。

监测单元部分分为监测系统控制模块、监测系统接口模块、监测系统数据处理模块、监测系统数据配置模块。监测系统控制模块协调完成整个监控系统的运行调度控制，使监测系统各监测单元间协调运行，包括内部命令生成、监测单元间同步等；监测系统接口模块负责各监测单元间通信及跟各被监测目标系统(RNC，NODEB，UE)通信，完成监测系统内部命令到被监测系统内部命令的转换和传递及监测数据的格式转换和传递；监测系统数据处理模块对监测系统接口转发过来的被监测系统的测试数据进行分析，输出或转发分析结果；监测系统数据配置模块主要记录监测系统本身的配置信息，包括节点信息，到各节点的路由信息，没有配置的监测系统节点不参加本次监测任务过程，并且每进行一次监测行为都可以重新通过用户界面单元指定监测系统的节点信息从而改变被监测目标系统的范围。

二、监测系统的专用通信信道

如图2所示，在有相关协议和标准的支持下，单独设置各监测单元形成监测装置，被监测目标系统的网络设备端(NODEB、RNC节点)需要建立与监测系统通信的接口，监测单元与监测仪的通信通过3G提供的TCP/IP业务通道，以IP地址进行寻址以交互测试命令和测试数据。

监测装置还可以利用现有的维护NODEB和RNC的操作维护系统实现，操作维护系统通常都位于RNC侧以便集中管理，而且操作维护系统都有一定的消息捕获、数据采集和问题定位的功能，因此可以在其现有功能的基础上添加测试功能来实现。通常维护系统的底层承载都是基于TCP/IP协议的，到NODEB的操作维护通道通常只要建立一条从RNC到NODEB的专用通道如IPOA即可。如图5所示，如果原来UTRAN系统已经有这样的操作维护通道，则可利用现有的操作维护通道建立从移动测试仪到RNC、NODEB的通信信道，如果没有的话可以在RNC和NODEB建立IPOA通道，以承载IP，使各监测单元跟RNC、NODEB之间有IP承载。如图4所示，其中AAL5以下部分ATM在UTRAN系统的IUB接口中已经实现，只要按协议实现IPOA层即可，再建立RNC、NODEB监测单元跟GGSN外面IP网的IP连接，之后移动监测仪通过3G提供的IP业务通道建立到RNC监测单元、到NODEB监测单元的专用通信信道。对于有跨IUR接口的情况可以用同样的方法在已经建立好的业务通道上再建立一条到其它RNC、NODEB的测试、维护系统的业务通道。这种方式不影响RNC、NODEB的实现，容易实现，能充分利用现有系统资源。

监测系统的专用通信信道还可采用无线接入部分专门建立此专用信道的方法，此方法需要NODEB和RNC系统针对移动测试仪建立的专用信道进行处理，以直接建立各监测单元之间的专用信道连接，缩小了各监测单元之间消息传递的时延，但对RNC和NODEB的实现改动很大。

三、监测方法

监测方法可以大致分为以下步骤：

S1：建立监测系统内部以及其与被监测系统之间交互测试命令与测试数据的测试信道；

S2：激活测试业务开始测试；

S3：通过测试信道指示监测系统收集并上报被测系统各节点测试数据；

S4：接收通过测试信道返回的测试数据，分析并转发或输出测试结果。

移动监测仪先使用系统正常的终端功能发起正常业务建立，获得一定带宽的数据通路，与监测系统位于RNC、NODEB的监测单元建立正常通信。再用另一套终端系统激活被测试业务，充当被监测系统终端用户。

用户从移动监测仪的用户界面单元输入环境配置信息，例如要监测的RNC、NODEB节点(用各监测单元的IP地址标识)，针对各监测节点输入各监测数据项及启动监测的条件，启动监测的条件可分为立即启动和条件触发。用户的这些输入经用户界面单元转化为监测系统内部消息通过监测系统接口模块转发到各监测单元，各监测单元按消息中的数据进行初始配置，对监测项进行启动前准备，之后等待启动监测的命令，如果是立即启动则通过接口模块向被监测系统发启动监测消息，以启动对各监测项的数据测量记录。如果是条件触发则判断相应条件是否满足，一旦满足则按立即启动处理。

被监测目标节点系统(RNC、NODEB或UE)按命令指示进行数据配置、实时数据采集，并按要求返回相关测试数据给监测单元的接口模块。各监测单元在启动监测后需要按要求记录被监测系统上报的测量数据，并打上时间标签。监测系统数据处理模块按预先定义好的方式处理数据并把处理结果通过监测系统接口模块按要求发送到移动监测仪的监测单元。

移动监测仪的监测系统接口模块收到来自UTRAN各节点监测单元的数据后转发给数据处理模块。数据处理模块按数据的时间标签进行时间对齐，按用户预定义的处理方式把数据处理结果转发给用户界面单元显示，或者按处理结果根据数据配置的触发条件自动触发告警或产生新的监控指令，由接口模块转发到其它各节点进行新的数据监控、采集。

监测系统内部各监测单元间的消息接口可定为：

{

DestNodeID；目的监测单元标识，可用IP地址标识，在监测系统内唯一；

SourceNodeID；移动监测仪节点标识，通常可以用激活3G IP服务时获得的IP地址作为标识，此标识在全监测系统内唯一，命令由此结点发出；

Destlnst；目的监测单元实例号，用于标识同一节点内监测单元针对不同移动监测仪的不同实例；

MsgType；消息类型，指示命令动作或数据配置指示；

Priority；命令优先级，优先级高的命令可以打断优先级低的命令的执行；

SerialNumber；消息序列号；

StartTime type and Value；被监测系统启动命令的时间类型及时间值：时间类型可以为相对时间或绝对时间，相对时间均为相对各接收节点的时间偏移；

MsgContent；消息内容：包含命令参数，被测试的参数项，测量周期，临时参数配置等信息；

……}

监测系统跟被监测目标系统(RNC、NODEB、UE)之间消息接口可定为：

{

ReceiverInst；指示被监测目标系统内实体标识，在实例未知之前可以先发查询命令得到，被监测目标系统可能被多个移动监测仪同时监测而对应多个实体；

SenderInst；监测单元实体标识号，同一个监测单元可能因为有多个移动监测仪而对应有多个实体，跟监测系统内部各监测单元间的消息接口中的DestInst一一对应；

MsgType；消息类型，指示命令动作；

SerialNumber；消息序列号；

……}

对于同步监测的命令消息要求消息包长度尽量小，以避免因分包、掉包而重传造成的时延。

四、监测系统内的时间同步

对于有些测试项或者问题的定位，测试数据需要有严格的时间同步，使数据分析具有统一的参考点，这时需要被监测目标系统同时执行记录测试数据的命令，或者要求记录的数据能找到一致的时间起始点。监测系统同时向RNC、NODEB、UE(移动监测仪的一部分)发数据记录命令(为了可靠性，可以同时发多次同样的命令，接收端可以通过SerialNumber丢掉重复的命令)，命令时间类型为相对0值，也即节点收到消息后立即执行。各监测单元间为了在同一时间同时执行某项操作必须要有同一时间参考点，但由于UTRAN中RNC与NODEB可以有不同的时钟源，没有特别要求时间严格同步，所以不能直接使用RNC、NODEB各节点的本地时钟。可以利用连接帧号(Connection Frame Number，CFN)来统一各节点(RNC、NODEB、UE)间的时间，当移动测试仪建立好各监测单元之间的专用信道后，首先向RNC、NODEB侧的监测单元发命令要求立即周期上报对应自己ID(IMSI、TMSI、PTMSI等)的CFN，RNC侧的监测单元收到命令后发消息给RNC系统根据UE ID周期上报CFN(由于在RNC系统里针对每个UE都维护一个CFN)。

NODEB侧的监测单元收到命令后，根据测量数据项发现自己不能根据UE ID得到对应UE的相关CFN，需要向RNC查询对应的上下文ID，于是NODEB侧监测单元向RNC侧的监测单元发查询命令查找对应UE ID的上下文ID，再得到对应的上下文ID后，NODEB侧监测单元向NODEB系统发消息启动对应上下文ID的CFN周期上报，NODEB系统针对每个UE维护了一个CFN到系统帧号(Cell System Frame Number，SFN)的映射。

移动监测仪收到来自预先配置好的各RNC、NODEB(可能是多个RNC、NODEB)和移动测试仪UE报过来的CFN，如果在某一段时间里(小于1280ms，此时间越小，说明此监测系统各监测单元之间的时延越小)所收到的各节点(RNC、NODEB、UE)的CFN值的差值最大不超过127，则认为本监测系统是同步的(CFN的取值为0-255，周期是2560ms)。如果达到一定条件后(满足一定时延)则认为本监测系统是同步的，移动监测仪立即向各节点的监测单元发计时命令，启动各监测单元对应该移动监测仪实例的CFN计数器计数(32位计数器，初始值为0，之后每过一个CFN加1，为各监测单元的本地时间，在数据记录打时间标签时可用此时间)，启动时间为当前CFN(移动监测仪最近上报的CFN)加128。

由于监测系统各监测单元间的传输信道有不确定的时延，这样同时发出的消息在到达各目的监测单元的时间将有一定的时间偏差，上述方法要求相互通信的监测单元之间的最大传输时延必须小于2560ms，否则CFN计数器将相差2560ms的整数倍。为了减少这种时间偏差，可以把RNC、NODEB的监测接口尽量靠近GGSN的出口，使消息在IP网络中的路由时间最短，这样从用户终端到RNC、NODEB监测单元的时延可以控制到最小(可以控制在100ms以内)。在数据记录时为了达到更精确的时间，可让被监测系统在数据上报时带上本地粒度更小的时间。

在本系统中，也可以采用GPS来实现监测系统的时间同步，但要求在RNC、NODEB和UE侧均安装GPS系统。

Claims

1、一种UTRAN监测仪，用于UTRAN网络的性能测试，其特征在于包括：终端单元和与其通过接口相连的监测单元；

所述终端单元由监测单元控制，建立测试仪与被监测系统的监测装置之间的测试信道以交互监测命令和测试数据，以及作为被监测系统的终端用户发起测试业务；

所述监测单元接受测试命令启动测试，通过测试信道将测试命令转发给被监测系统和终端单元，接收并分析返回的测试数据，转发或输出测试结果。

2、如权利要求1所述的监测仪，其特征在于：所述的终端单元为两套终端用户收发装置。

3、如权利要求1所述的监测仪，其特征在于：还包括用户界面单元，用于输入用户测试命令，显示测试结果。

4、如权利要求1所述的监测仪，其特征在于：所述的监测单元包括控制模块、接口模块、数据处理模块和数据配置模块；

所述控制模块控制终端单元建立测试信道，激活被测试业务接收用户指令并生成测试命令经接口模块转发给被监测系统；

所述接口模块用于监测命令和监测数据的接口；

所述数据处理模块处理分析测试数据，依据测试数据得到测试结果；

所述数据配置模块配置转发测试命令和测试数据所需的节点信息。

5、一种UTRAN监测系统，用于UTRAN网络的性能测试，其特征在于包括：监测仪和网络运行监测装置；

所述监测仪建立与所述网络运行监测装置的测试信道，从用户端向被监测系统发起测试业务，接受测试命令启动测试，通过测试信道将测试命令转发给网络运行监测装置和终端单元，接收并分析返回的测试数据，转发或输出测试结果；

所述网络运行监测装置接收来自监测仪的测试命令，实时监测收集被监测系统的测试数据，经测试信道返回给监测仪。

6、如权利要求5所述的UTRAN监测系统，其特征在于：所述网络运行监测装置集中设置在被监测系统的操作维护子系统内。

7、如权利要求6所述的UTRAN监测系统，其特征在于：所述的测试信道为被监测系统的操作维护通道。

8、如权利要求5所述的UTRAN监测系统，其特征在于：所述网络运行监测装置包括多个监测单元，分别设置在被监测系统的节点上，与监测仪通过测试信道交互测试命令和测试数据。

9、如权利要求8所述的UTRAN监测系统，其特征在于：所述测试信道为3G提供的TCP/IP业务通道，各监测单元间以IP地址进行寻址以交互测试命令和测试数据。

10、一种UTRAN系统监测方法，其特征在于包括下列步骤：

S2：激活测试业务开始测试；

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：收集测试数据的同时记录获取数据的时间并上报。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于：步骤S3和S4之间还包括设定同步时间参考点的步骤。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述设定同步时间参考点的步骤具体包括：

S31：指示周期上报被监测系统各节点的CFN；

S32：当各节点的CFN之间的差值不大于预设的阈值时，指示各节点启动CFN计时器；

S33：将CFN计时器的启动时间设定为同步时间参考点。

14、如权利要求12所述的方法，其特征在于：利用GPS系统设定同步时间参考点。

15、如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述测试信道为3G提供的TCP/IP业务通道，各监测单元间以IP地址进行寻址以交互测试命令和测试数据。