JP2006174450A - Ｕｍｔｓデータを実時間で捕捉する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線パケットを実時間で監視する手法を提供する。
【解決手段】本発明は、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）データを実時間で捕捉する方法を提供する。この方法は、傍受したＵＭＴＳパケットを受け取って、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）を監視するステップと、傍受したパケットを自動的に解析して、傍受したどのパケットをフィルタで除去し、どのパケットを転送するかを決定するステップと、テスト／監視装置による解析用に記憶媒体に記憶するために、フィルタ除去しなかった傍受パケットを転送するステップと、を有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、無線ネットワークトラフィックの監視に関する。

無線ネットワークは、第２の世代から第３世代のネットワークに移行しつつある。新しく現れた２つの第３世代無線ネットワーク方式は、ユニバーサル移動体通信システム（Universal Mobile telecommunications system：ＵＭＴＳ）とＣＤＭＡ２０００（Code-division Multiple Access、符号分割多重アクセス）である。これらのタイプのネットワークを展開する企業は、多くの場合実時間でネットワークトラフィックを監視しなければならない。本明細書で説明する実施形態は、無線ネットワークトラフィックの監視に関する。

本発明の目的は、無線パケットを実時間で監視する手法を提供することである。

本発明は、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）データを実時間で捕捉する方法を提供する。この方法は、傍受したＵＭＴＳパケットを受け取って、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（UMTS terrestrial radio access network：ＵＴＲＡＮ）を監視するステップと、傍受したパケットを自動的に解析して、傍受したどのパケットをフィルタで除去し、どのパケットを転送するかを決定するステップと、テスト／監視装置による解析用に記憶媒体に記憶するために、フィルタ除去しなかった傍受パケットを転送するステップと、を有する。

無線ネットワークの技術分野においていくつかの関連する頭字語が周知であるが、それらの頭字語を、読者の利便性のためにここに繰り返す。用語「ＵＭＴＳ」は、一種の移動通信システムの既知の業界標準であるユニバーサル移動体通信システム（Universal Mobile Telecommunications System）のことを指す。用語「ＣＮ」は、コアネットワーク（core network）のことを指す。用語「ノードＢ」は、ＵＭＴＳ基地局または物理タワーのことを指す。用語「ＲＮＣ」は、無線ネットワーク制御装置（radio network controller）のことを指す。用語「ｌｕｂ」は、ノードＢとＲＮＣの間のインタフェースまたはリンクのことを指す。用語「ｌｕｒ」は、ＲＮＣと別のＲＮＣの間のインタフェースまたはリンクのことを指す。用語「ｌｕ」は、ＲＮＣとＣＮの間のインタフェースまたはリンクのことを指す。用語「ＵＴＲＡＮ」は、ＵＴＭＴＳの実際の実施形態であるＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（UMTS terrestrial radio access network）のことを指す。

さらに、用語「ＶＰＩ」（virtual path indicator、仮想パス識別子）は、ＡＴＭセルのヘッダ内の８ビットまたは１２ビットフィールドのことを指す。用語「ＶＣＩ」（virtual channel indicator、仮想チャンネル識別子）は、ＡＴＭセルのヘッダ内の１６ビットフィールドのことを指す。ＡＴＭスイッチは、ＶＰＩ／ＶＣＩフィールドを使用して、その最終宛先に行くまでにセルが通過しなければならない次のＶＣＬ（virtual channel link、仮想チャンネルリンク）を識別する。換言すると、ＶＣＩはＶＰＩと共に、セルがその宛先まで一連のＡＴＭスイッチを通過するときのセルの次の宛先を識別するために使用される。ＡＴＭスイッチは、ＶＰＩ／ＶＣＩフィールドを使用して、ＡＴＭセルがその最終宛先に行くまでに通過しなければならない次のネットワークＶＣＬ（仮想チャンネルリンク）を識別する。用語「ユーザプレーン（user plane）」と「制御プレーン（control plane）」は、当技術分野において周知であり、後述するＩＥＣ出版物に記載されている。これらの語は、一般に、ユーザ向けのパケット（ユーザプレーン）と制御またはシステム向けのパケット（制御プレーン）のことを指す。

図１は、ＵＴＲＡＮの代表的な部分を示す。図１において、ノードＢ５０は、ｌｕｂ５４によってＲＮＣ５２と通信する。ＲＮＣ５２は、ｌｕｒ５６によって互いに通信し、ｌｕ６０によってＣＮ５８と通信する。ＵＭＴＳとＵＴＲＡＮの背景のさらに詳しい解説については、国際電気標準会議（International Engineering Consortium：ＩＥＣ）によって出版され、２００４年１２月１３日時点でwww.Iec.org/online/tutorials/acrobat/umts.pdfで入手可能であり、参照により本明細書に組み込まれた「Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) Protocols and Protocol Testing」と題するＩＥＣの論文を参照されたい。

ＵＭＴＳの場合、概略的にコアネットワーク（ＣＮ）または単にコアと呼ばれる共通部分がある（例えば、図１のＣＮ５８を参照）。ＵＭＴＳ標準は、これまで既存のネットワークの拡張機能として示されており、例えばＣＮは、第２世代（２Ｇ）と第３世代（３Ｇ）両方の無線ネットワークに存在する。図１に示したようなＵＴＲＡＮは、それぞれＲＮＣによって制御された異なるＲＮＳ（radio network system, 無線ネットワークシステム）に分割される。ＲＮＣは、１組のノードＢ要素に接続され、それぞれのノードＢ要素は、１つまたはいくつかのセルとして働くことができる。コアネットワークすなわちＣＮ５８は、例えば２Ｇネットワークに見ることができるＧＳＭ Ｐｈａｓｅ２＋コアネットワークでよい。ＵＴＲＡＮの他の構成要素は、一般に、３Ｇネットワークに固有である。

ここで検討する実施形態は、ＵＴＲＡＮのテストおよび／または監視に関する。テストまたは監視機器は、ＲＮＣによって動作する（この機器については、図８と関連して後で述べる）。テスト／監視機器は、ｌｕ、ｌｕｒ、およびｌｕｂにフック（hook）し、そこからセル／パケットを傍受する（intercept）ことができる（または、傍受したセル／パケットを受け取る）。１台のテスト機器が、３つのすべてのタイプのリンクを一度に監視することができる。この場合も、図１のＵＴＲＡＮダイアグラムは、テスト／監視機器が実時間でフックし監視できるものを示す。例えば、テスト／監視は、ＲＮＣのＯＣ−３またはＳＴＭ−１で光学スプリッタを使用することによって行うことができる。

ＲＮＣは、ファイリングキャビネット程のサイズの高価な機器であり、ノードＢへのリンクを有する（ｌｕｂリンク）。ＲＮＣは、各ノードＢに１つまたは複数の物理リンク（例えば、Ｔ１またはＥ１）を有することができる。次に、ＵＴＭＳなどの３Ｇネットワークの概念に従って、１つのＲＮＣが多数のノードＢと対話することができ、またそれぞれがＡＴＭネットワーク上を進むことができ、それぞれＡＴＭ ＶＣＩ／ＶＰＩによって識別可能である。ＡＴＭは、トランスポートであることが好ましく、ノードＢは、ＡＴＭリンクを介してＲＮＣと対話する。ユーザ、音声、映像、信号データなどは、ＡＴＭリンクを介して伝えられる。

１つのＲＮＣ上に多数のｌｕｂリンク（ノードＢ）があるときは、２ＭＢ Ｅ１を使用する代わりに、ＯＣ３またはＳＴＭ１リンクが使用されることがある（１５５ＭＢ）。これらのリンクは、それぞれのノードＢまで異なる仮想パスを経路指定するルータに進む。これらのリンク（Ｅ１、ＯＣ３など）の１つまたは複数へのフック（hook）が提供される。発明者は、そのようなリンクの数と容量が増えるほど傍受し監視するデータの割合が多くなる可能性があることに気付いた。発明者は、傍受したテスト／監視データのディスクへのストリーミングは、遅かれ早かれ実用的でなくなる可能性があると予想した。例えば、ストレージ（storage、記憶装置）は早急に消耗することがある。さらに、キャプチャ装置とＰＣまたは監視装置との間のネットワーク接続（例えば、ＬＡＮ接続）の能力が不十分な場合がある。発明者は、ＰＣ／モニタ７８や他のテスト／監視機器に流れるデータの帯域幅、あるいは実時間無線パケットを監視するために使用されるデータの帯域幅をインテリジェントに（intelligently）減少させる必要があると判断した。

図２は、データ流れ図を示す。傍受したＡＴＭセル７０を受け取る。セルは、ＡＴＭ適応層タイプ２（ATM Adaptation Layer type 2：ＡＡＬ２）およびＡＴＭ適応層５（ＡＡＬ５）再構成パケットに再構成される（reassemble）７２。ＡＡＬ２は、通常、音声データおよび他の時間依存のデータに有用な小さいパケットを搬送するために使用される。ＡＡＬ５は、通常、時間依存性の低いテキストまたはＩＰデータなどのより大きいパケットを搬送するために使用される。再構成されたパケットは、その親セルのＶＰＩ／ＶＣＩ、それぞれのパケットの長さを示す長さフィールド、およびＡＡＬモード（例えば、セル／ＡＡＬ２／ＡＡＬ５）でタグ付けされる。再構成されたパケットは、フィルタリングされ７４、捕捉バッファ７６に渡される。フィルタリングされたパケットは、捕捉バッファ７６から、ユーザによる解析のためにワークステーション、テスト／監視装置またはＰＣ７８に流れることができる。代替として、パケット捕捉装置がそれ自体の記憶媒体を備えてもよく、パケットが捕捉装置に部分的に記憶されてもよい。フィルタリング７４の詳細は、図４〜図７と関連して後でさらに詳しく考察する。

図２のフィルタダイアグラムの最初の枠は、傍受またはスヌープ（snoop）ポイントである。テスト機器は、それぞれのラインまたはＡＴＭリンク５４、５６、または６０を監視し、一般に、３つの手法のうちの１つをとり、そこから傍受したセル／パケットを処理することができる。ＡＴＭセルに注目すると、テスト機器はすべてのＡＴＭセルを捕捉バッファに送ることができ、後から手作業やソフトウェアなどによってそのＡＴＭセルを調べることができる。しかしながら、前述のように、この手法は、捕捉バッファの容量によって制限される。あるいは、テスト機器は、ラインから取得したデータトラフィックをそのままＰＣ／ワークステーションに送り（通常は、ＬＡＮや他の何らかの共有ネットワーク接続を介して）、ＰＣ／ワークステーションは、それを実時間で分析してリンクまたはネットワークに関する結論を出すことができる。信号アナライザ実時間（Signaling Analyzer Real Time：ＳＡＲＴ）テスト機器は、「呼び出しトレース（call trace）」機能を実行し、この機能は、モバイル装置によって行われる呼び出しに関係するすべてのデータを実時間で捕捉し表示することができる。ＳＡＲＴの例は、アジレント・テクノロジーズ（Agilent Technologies）社から入手可能なＪ７３２６Ａである。例えばデータがテスト装置またはＰＣのネットワーク接続を通過しなければならない場合があるので、この手法は、大量の傍受データによって制限されることがある。最終的には、ユーザは、捕捉データを実時間で確認せずに、すべてのデータをディスク記憶装置に送るように選択することができる。しかしながら、ユーザが後で復帰した場合に、数テラバイトのデータが蓄まっている場合があり、分析が不可能でないにしても面倒になる。前述の各テスト／監視方法は、フィルタリング７４を提供することによって改善することができる。

フィルタリング７４に関して、ＡＴＭセルだけがパーズ（parse）される場合は、主に高度なパケット処理のために入手可能な情報は、特定の対応するノードＢになる（ＶＰＩによって分かる）。これは、多数の様々なノードＢのイベントを一度に調べたり、あるいは全ネットワーク解析（pan-network analysis）を行ったりしたいユーザにはあまり役立つとは言えない。例えば、ユーザは、あるノードＢから別のノードＢにモバイル装置またはコールがハンドオーバーされたときに、ハンドオーバー（handover）と関連したデータに関心を持つ場合がある。ユーザは、ハンドオーバーを処理するために生成されたパケットを観察したい場合がある。その場合、よりインテリジェントなフィルタリングが必要になる。さらに、移動式無線ネットワークを監視し、テストし、または観察するユーザは、一般に、音声データなどのユーザデータではなく信号および制御データに関心を持つ。再構成されたＡＴＭデータは、インテリジェントなフィルタリングに都合が良く、したがって、フィルタリング７４の前にＡＴＭセルが再構成される７２ことが望ましい。再構成（reassembly）７２は、ＦＰＧＡ（field programmable gate array、フィールドプログラム可能なゲートアレイ）で実行される論理設計などの使用可能な技術によって実行されてもよい。

図３は、再構成およびフィルタリングプロセスを示す。データは、例えば測定によってｌｕ、ｌｕｂおよび／またはｌｕｒから傍受される１００（例えば、図８の測定システム１４２を参照）。傍受したデータまたはセルは、搬送されるｌｕ、ｌｕｂおよび／またはｌｕｒパケットに再構成される１０２。再構成されたパケットは、解析され１０４、不要なパケット（好ましくはＵＴＭＳユーザプレーン内のパケット）が、フィルタリング、除去、または抑制される。フィルタリングされなかったパケットは、好ましくはＬＡＮや他のネットワーク接続を介して、テスト機構や捕捉装置などに転送される１０６（例えば、図８のＰＣ１４４を参照）。

図４は、パケットをフィルタリングするプロセスを示す。着信パケットのバイトが、被比較数０〜２５５のバイトの複数のアレイと比較される１２０。複数の比較の照合結果が、各フィルタごとに論理積をとられ（logically and）１２２、その結果に従って記憶または抑制される１２４。１つの実施態様において、抑制が記憶よりも優先される場合がある（非抑制）。各バイトを受け取ったとき、そのバイトをマスクと比較して、どのビットが関心のあるビットかを知り、それが所定のバイトと一致するかどうかを知ることができる。受け取ったバイトに並行にこれを行ってもよいが、それぞれ個々のバイトの一致を確認してもよい。２５６バイト以内のパケットを調べた後で、パケットがパターンと一致しているかどうか、それによりそのパケットを維持、廃棄、または分離できるかを結論付けることができる。

図５は、ｌｕｂフィルタリングのフィルタパターンまたは条件１３０を示す。図６は、ｌｕフィルタリングのフィルタパターンまたは条件１３２を示す。図７は、ｌｕｒフィルタリングのフィルタパターンまたは条件１３４を示す。これらの図５〜図７で分かるように、フィルタリングまたはパケット分離は、パケットがＡＡＬ２かＡＡＬ５パケットか、そのＶＰＩ／ＶＣＩが所定の範囲内にあるかどうか、その長さが所定の値より小さいかどうか、パケット内の特定の位置に特定のパターンバイトがあるかどうか、パケットのアップリンク／ダウンリンク方向、および／またはパケットが既知の制御パケット（例えば、ＦＰ制御パケット）かどうかなどに基づき、また必要に応じてこれらの様々な組み合わせに基づくことができる。コンピュータプログラミングの熟練者は、図５〜図７の条件をいくつもの方法で実現することができる。例えば、ＦＰＧＡが使用される。また、ソフトウェアを利用する状態マシンを使用して、条件を論理的に適用することができる。当業者は、全てではないにしても実質的にほとんどのユーザプレーンデータがフィルタによって除去されることが好ましいことを理解されよう。しかしながら、場合によっては、比較的少量のユーザプレーンデータが通過することもある。

図８は、ネットワーク監視機器を示す。アナログおよびディジタルラインインタフェースモジュール（line interface module：ＬｌＭ）１４０が、物理ライン信号を受け取り、ディジタルトラフィックを測定システム１４２のリンクレイヤプロセッサに出力する。測定システム１４２の例は、アジレント・テクノロジーズ社から入手可能なＪ６８０１Ａ分散ネットワークアナライザである。ラインインタフェースモジュールは再構成を実行することができ、リンクレイヤプロセッサはフィルタリングを実行することができる。測定システム１４２は、フィルタリングプロセスに通されたパケットを、イーサネットリンクを介してワークステーションまたはＰＣシステム１４４に渡すことができ、ＰＣシステム１４４は、パケットをハードドライブに捕捉するかあるいはパケットを処理することができる。このケースでは、フィルタリングが既に行われているので、イーサネットを介してハードドライブや他の記憶媒体に送られるユーザデータが大幅に減少するかまたはなくなる。

前述の実施形態は、傍受したＵＭＴＳデータを捕捉するためのユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）ネットワーク監視システムに関連する場合がある。ＵＴＲＡＮインタフェースからのＡＴＭセルを傍受することができる。ＵＴＲＡＮインタフェースは、ｌｕインタフェース、ｌｕｒインタフェース、またはｌｕｂインタフェースでよく、これらのインタフェースはそれぞれ、ＵＴＲＡＮのコアネットワーク（ＣＮ）とＵＴＲＡＮの無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）間のインタフェース、ＵＴＲＡＮのＲＮＣ間のインタフェース、およびＵＴＲＡＮのノードＢとＵＴＲＡＮのＲＮＣ間のインタフェースである。ＡＴＭセルをＵＴＲＡＮのＵＭＴＳパケットに再構成することができ、その中でユーザプレーンパケットを、再構成されたＵＭＴＳパケットのフィールドとバイトに基づいて制御プレーンＵＭＴＳパケットから分離することができる。制御プレーンパケットは、ネットワーク監視システムの不揮発性記憶装置媒体に記憶されるか、あるいは実時間で処理されることがあり、その結果が図形的に表示される。

本発明の多数の特徴と利点は詳しい明細から明らかであり、したがって、本発明は、本発明の真の趣旨と範囲内にある本発明のそのようなすべての特徴と利点をカバーする付随する請求項により意図されている。さらに、当業者には多くの改良と変更が容易に想起されるので、本発明を、例示し説明した厳密な構成と動作に限定することは望ましくなく、したがって本発明の範囲以内にあるすべての適切な改良物と等価物を用いることができる。

ＵＴＲＡＮの代表的な部分を示す図である。 データ流れ図である。 再構成およびフィルタリングプロセスを示す図である。 パケットをフィルタリングするプロセスを示す図である。 ｌｕｂフィルタリングのフィルタパターンまたは条件を示す図である。 ｌｕフィルタリングのフィルタパターンまたは条件を示す図である。 ｌｕｒフィルタリングのフィルタパターンまたは条件を示す図である。 ネットワーク監視機器を示す図である。

符号の説明

５０、５２、５４、５６、５８、６０ ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク
１４４ テスト／監視装置

Claims (10)

1. ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）データを実時間で捕捉する方法であって、
   傍受したＵＭＴＳパケットを受け取って、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）を監視するステップと、
   前記傍受したパケットを自動的に解析して、傍受したどのパケットをフィルタで除去し、どのパケットを転送するかを決定するステップと、
   テスト／監視装置による解析用に記憶媒体に記憶するために、前記フィルタ除去しなかった傍受パケットを転送するステップと、
   を有する方法。
2. 前記解析するステップが、事前に定義したフィルタパターンを前記パケットに適用して、フィルタ除去されるパケットを識別し、またはフィルタ除去されず転送されるパケットを識別することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 音声データを含むパケットが、フィルタで除去され、記憶用に転送されない、請求項１に記載の方法。
4. リンクキープアライブ（link keep-alive）に対応するパケットが、フィルタで除去され、捕捉用または解析用に転送されない、請求項１に記載の方法。
5. 全てまたは実質的にほとんどのＵＭＴＳ制御プレーンパケットがフィルタで除去されず、全てまたは実質的にほとんどのＵＭＴＳユーザプレーンパケットがフィルタで除去される、請求項１に記載の方法。
6. 前記解析するステップが、解析したパケットの長さフィールドを使用して、パケットがユーザプレーンパケットであるか、または制御プレーンパケットであるかを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記解析するステップが、ｌｕｂリンクパケットをフィルタリングする第１のフィルタ手段によって実行される、請求項１に記載の方法。
8. 前記解析するステップが、ｌｕリンクパケットをフィルタリングする第２のフィルタ手段によって実行される、請求項１に記載の方法。
9. 前記解析するステップが、ｌｕｒリンクパケットをフィルタリングする第３のフィルタ手段によって実行される、請求項１に記載の方法。
10. 前記受け取った傍受パケットが、対応するＡＴＭセル内でＡＴＭネットワークを介して受け取られ、前記ＡＴＭセルが、解析されフィルタリングされる前記傍受したＵＭＴＳパケットに再構成される、請求項１に記載の方法。
    

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