TDD-LTE网络SGs接口解码方案研究

席 兵，韩盈盈

(重庆邮电大学通信网测试技术工程研究中心，重庆400065)

TDD-LTE网络SGs接口解码方案研究

席 兵，韩盈盈

(重庆邮电大学通信网测试技术工程研究中心，重庆400065)

以TD-LTE网络信令反查系统为研究背景，分析了SGs接口功能及SGsAP协议特点，在此基础上提出了一种符合常规测试规范的SGsAP协议解码模块的设计方案。此方案重点研究利用方法封装、插件式设计思想实现SGsAP协议的简单解码和详细解码等功能。结合现网数据，在TD-LTE网络信令反查系统中测试验证该方案。测试结果表明，解码准确有效，这为实现TD-LTE网络监测系统SGs接口监测提供了重要依据。

SGs接口;SGsAP协议;TD-LTE网络;信令反查;协议解码

随着TD-LTE国际标准、关键技术及产业链的不断成熟，TD-LTE网络的部署和运营也得到不断推进和发展。TD-LTE系统呈现统一、扁平的网络架构，且是基于全IP的分组交换系统，不支持传统的电路交换业务［1］。就基于电路域的短消息业务(Short Message Service，SMS)而言，在运营商提供的服务中仅次于语音业务，所以必须解决TD-LTE网络与2G/3G网络短消息业务互通的问题。目前主要有4种方案可以解决上述问题:双模双待手机方案、SMS over SGs接口方案、SMS over IMS方案及SMS over PS方案［2］。为了减少MME和SSC的接口复杂度，减少建设成本，提高经济效益，现网采用SMS over SGs接口方案，但目前针对此接口的监测方案［3-4］尚处于开发研究阶段。本文的主要研究内容是根据Gs接口协议和SGs接口SGsAP(SGs Application Part)协议规范［5-6］进行解码并以可视化界面显示解码结果，以实现接口数据的信令反查功能，进而完善TDD -LTE网络接口监测覆盖面。

1 SGs接口短消息业务传输流程

SGs接口是移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)和移动服务中心(Mobile Service Center，MSC)之间的接口，3GPP规范中明确规定了当TD-LTE终端驻留在LTE网络时，可直接通过SGs接口实现短消息业务的收发工作［7-8］。而MSC则是实现TD-LTE网络与2G/3G网络SMS互通的转接点。在融合网络中实现SMS过程［9］如图1所示。

图1 融合网络中SMS工作流程图

首先，终端UE附着时，在attach request消息中携带“联合EPS/IMSI附着”指示，MME收到UE的请求后，从收到的GUTI或从缺省的LAI中解析出MSC号码，并向此MSC发起位置更新请求，MSC将该UE标记为已完成附着，并保存MME的IP地址等相关消息，即MSC完成UE的SGs关联;再者，MSC向HLR 进行位置更新并将该用户的TMSI等信息发送给MME，从而在MME中建立SGs关联;最后MME再将TMSI及LAI等信息在attach accept消息中转发给UE，完成UE的联合附着。由于通过MSC接入到2G/3G网络的SMS传输方式不变，此处不再累述。

2 SGsAP协议的解码实现

2.1 解码模块设计

随着网络的发展，不断有新的协议产生，而这些实现90%需要现有协议来承载，所以为了避免协议模块重复开发，同时也为了提高代码的可靠性、可重用性和可维护性，本文采用插件式设计方案实现SGsAP协议的解码。解码设计框架如图2所示。

图2 SGsAP协议解码设计框架图

解码的目标是把信令二进制流中的数据翻译为有逻辑意义的信息，供协议分析模块调用。首先，从缓冲区中取出原始数据送入SGsAP协议解码模块，通过解码接口(简单解码接口和详细解码接口)分别调用相应解码模块。由图2可知，SGsAP协议解码分两种:基础解码和详细解码。基础解码是指分析原始PDU数据，提取关键信息和上层SDU信息并为上层的呼叫合成解码、消息概要解码提供支持，使上层协议分析不必再重新解码。而详细解码是对原始数据逐字节逐比特的解码，并生成一些解释说明信息。详细解码的作用是为上层详细解码提供服务。最后，解码结果都将发送给显示界面以供用户查阅。其中详细解码结果通过函数封装后在显示界面上呈现数据代表的详细信息;简单解码结果则用于消息过滤和显示;合成解码封装后用于呼叫详细记录(Call Detail Record，CDR)的合成。

2.2 SGsAP协议简单解码的实现

SGsAP协议简单解码是上层协议分析和TD-LTE网络接口监测系统的基础，从采集卡捕获到的原始数据，保存在消息缓存区中，添加文件头、cap头等预处理后获取协议消息ID、开始时间、结束时间等信息，通过简单解码接口调用简单解码函数，完成简单解码过程。

2.2.1 简单解码原理分析与实现

在3GPP中规定了SGs接口共有25种消息类型(如寻呼请求消息、重置消息等)，首先根据消息类型进行分类处理，再根据各消息简单解码需显示的关键字段逐步解码。下面以寻呼请求消息为例，进一步解释简单解码原理。

SGsAP协议层的第一个字节代表消息类型SGsAP Message Type。本方案定义了以消息类型SGsAP_Msg-Type为索引的一维函数数组SDecMsgTypeFun［］，改进了之前3G监测系统中使用的宏定义消息类型，并用switch开关语句匹配的方案，如此不仅节省了代码空间，降低了内存占用率，提高了运行效率，更便于代码测试和性能维护。

2.2.2 SGsAP协议简单解码结果验证

根据信令反查系统设计要求，SGsAP协议简单解码部分只需根据消息类型分别提取SGsAP的IMSI、TMSI、IMEI、LAC等消息关键字段，并将字段封装到解码结构体中，以供信令反查时准确、快速地定位消息，并显示消息流程。简单解码结果界面如图3所示。

图3 SGsAP协议简单解码示意图(截图)

与wireshark的解码结果(见图4)相对比，均提取源和目的IP地址、消息类型、时间戳等，且两者数据相同，则可推知SGsAP协议在信令反查中依据消息类型进行解码，其结果是完全正确的，从而验证本方案的可行性。

图4 wireshark对SGsAP协议简单解码截图(截图)

2.3 SGsAP协议详细解码的实现

2.3.1 详细解码原理分析与实现

在信令反查系统中，详细解码根据信令结构对各层各关键字进行指针的移动和取值操作，再由3GPP协议规范定义将其所代表的的含义以中英文方式描述出来并以界面形式展现出来。详细解码设计方案具体如图5所示。

图5 SGsAP协议详细解码流程图

当下层SCTP协议解码结果获得的上层SDU信息是SGs接口数据时，将数据送入详细解码函数SGsAP_ fdecode()进行逐字节逐比特翻译。如果数据长度正确，则移动指针解出消息类型，根据协议规定提取消息中的关键字段。此关键字段可以分为必备固定元素、条件可选元素和任选元素，分别调用关键字段解码函数，进行相应的解码实现。

详细解码接口函数声明如下:

参数说明:pData，待解码消息数据首指针;nBitLen，解码数据长度，以比特(bit)为单位;pContext，解码参数，为各协议所需求的不同的解码参数;pDetail，详细解码结果;ppSduInfo，上层协议信息。关键字段简单解码函数与详细解码函数的主要区别是后者不必知道各协议模块是什么结构，每解出一个详细解码项，详细解码函数只需要调用公共模块中的辅助函数 FillTreeBuf向pDatail指向的结果中添加详细解码结果。

2.3.2 详细解码结果验证

在信令反查系统中SGsAP协议详细解码结果和wireshark对SGsAP协议的解码如图6、图7所示，经过结果对比可得出解码完全正确。详细解码逻辑上是一棵树，为了表示结点的层次关系，给每个详细解码结点分配一个编号，用这个编号来表示结点之间的父子关系。

图6 SGsAP协议详细解码示意图(截图)

图7 wireshark对SGsAP协议详细解码截图(截图)

详细解码每个结果项中，内容有字段名、字段值、解释、掩码等。BitMask用来详细表示某个详细解码结果项对应的二进制bit的有效数据，因为不是所有的解码项都是字节。为了便于表示，把这些内容用如下函数sprintf(NText，"%s|%d||%s"，pszsgsap IMSIText［0］［nlang］，identityDigit，DumpMLDB(pDec，1，text，0，3，0))组成格式化的字符串，再添加到辅助函数中。

3 结束语

针对现网中缺乏此接口的监测方案，本文创新性地提出了TDD-LTE网络SGsAP协议解码模块设计的总体方案。此方案的创新点在于:1)简单解码和详细解码模块采用并行线程，可以独立执行、互不干扰，从而提高解码效率;2)根据配置文件写入的协议ID号和下层解码获取的SDU来判断上层协议类型，改进了原来通过端口判断协议并将其以协议判别函数IsMe()固化到代码中的处理方法，这不仅提高了解码模块的可移植性、灵活性，更减少代码间的耦合性。将此方案应用于LTE网络信令反查系统中，最终测试结果表明，该设计方案具有可行性，从而填补了SGs接口监测方案空白的现状，对研究LTE网络中其他协议也具有指导和推广意义。

［1］程鸿雁.LTE核心网 EPC融合演进解决方案［J］.电信技术，2013(4):30-33.

［2］张燕，彭鹏.TD-LTE中短消息业务连续性实现方案［J］.电信快报:网络与通信，2013(4):34-37.

［3］陈玉华，张治中，杜西亚.TD-SCDMA网络Iu-PS口CDR合成方案［J］.电视技术，2009，33(11):53-56.

［4］李艳，张治中.LTE网络S1AP监测方案的研究与实现［J］.电信科学，2013，29(1):31-38.

［5］3GPP TS29.018 v12.3.0(2013-12)，3rd generation partnership project;technical specification group core network and terminals;general packet radio service(GPRS);serving GPRSsupportnode(SGSN)visitors location register(VLR);Gs interface layer3 specification(Release 12)［S］.2013.

［6］3GPP TS29.118 v12.3.0(2013-12)，3rd generation partnership project;technical specification group core network and terminals;mobility management entity(MME)–visitor location register(VLR)SGs interface specification［S］.2013.

［7］ TANAKA I，KOSHIMIZU T，NISHIDA K.CS fallback function for combined LTE and 3G circuit switched services［J］.NTT DOCOMO Technical Journal，2009，11(3):13-19.

［8］OREDOPE A，PHAM V，EVANSB.Deploying IPMultimedia Subsystem(IMS)services in futuremobile networks［C］//Proc.2011 National Conference on Communications(NCC).［S.l.］:IEEE Press，2011:1-5.

［9］盖剑，卢玢鑫，赵瑞.LTE网络中SGs接口短消息容灾方式研究［J］.电子世界，2013(16):130.

Decoding Scheme of SGs Interface in TDD-LTE Network

XIBing，HAN Yingying
(Communication Network Testing Technology Research Center，Chongqing University of Postsand Telecommunications，Chongqing 400065，China)

Based on the TD-LTE network signaling anti-check system，the functions of SGs interface and SGsAP protocol features are analyzed.Based on the research，a kind of design scheme of the SGsAP protocol decoding module lined with conventional test specification is proposed.Usingmethods encapsulation and plug-in design concept，how to achieve the simple decoding and detailed decoding functions of SGsAP protocol is focused on.Finally，the scheme is applied to the signaling anti-check system for testing.Test results show that decode accurately and validly，which provides an important basis for SGs interfacemonitoring in the TD-LTE network monitoring system.

SGs interface;SGsAP protocol;TD-LTE network;signaling anti-check;protocol decoding

TN929.23

A

�� 京

2014-05-04

【本文献信息】席兵，韩盈盈.TDD-LTE网络SGs接口解码方案研究［J］.电视技术，2014，38(23).

国家新一代宽带无线移动通信网重大专项(2012ZX03005008);重庆高校创新团队建设计划项目(KJTD201312)

席 兵(1972—)，副教授，主研光通信与网络;

韩盈盈(1989—)，女，硕士生，主研通信网测试技术。