一种基于IUPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法.pdf

本发明公开了一种基于IuPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法，包括步骤：在IuPS接口捕获MS发出的Service Request及后续信令消息来判断UE的PMM状态从IDEL向CONNECTED迁移，以此获知产生无线控制信道占用；对捕获到的Service Request消息及其后续信令消息进行关联分析，通过关联用户面数据，获得应用IP地址；通过DNS信令获知域名与应用IP地址的对应关系，通过域名获知具体的应用类型。本发明链路采集及协议解析复杂程度较低，只需检测Service Request消息即可实现无线控制信道占用情况，无需跟踪Iu释放消息及PAGING消息，并可对引发信令信道占用的原因进行深入分析。

1.  一种基于IuPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法，包括步骤：
在IuPS接口捕获MS发出的Service Request消息及后续信令，根据Service Request消息特征，结合后续信令消息来判断MS的PMM状态从IDEL向CONNECTED迁移，以判别MS是否产生无线控制信道占用；同时对捕获到的Service Request消息及其后续信令消息进行关联分析，通过关联用户面数据，获得应用IP地址；通过DNS信令获知域名与应用IP地址的对应关系，根据域名获知具体的应用类型，以确定是何种业务引起无线控制信道占用。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在Service Request消息中的Service Type为1的情况下，Service Request消息后如果有安全模式控制流程，则认为是在PMM-IDLE状态发起的业务请求，即可确认为产生了一次RRC连接建立并分配了业务信道。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在Service Request消息中的Service Type为2的情况下，则认为产生了一次PCH信道占用，同时产生了一次RRC连接建立并分配了业务信道。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在捕获到的Service Request消息及其后续信令消息后，根据SCCP本地参考号关联一个会话内的控制面信令，并基于控制面信令完成PMM状态迁移判断，以及用户身份、位置信息识别，并通过RAB指配消息携带信息关联用户面数据。

5.  如权利要求2所述的方法，其特征在于，判断是在PMM-IDLE状态发起的业务请求后，记录以下内容：
(1)信道占用时间：Service Request消息的发起时间；
(2)触发原因：上行消息触发；
(3)用户身份信息：基于COMMONID消息RNAP层提取；
(4)用户位置信息：基于Service Request消息RNAP层提取的LAC/SAC；
(5)触发信令信道占用的业务信息：关联后的第一个用户面消息的应用层目的IP。

6.  如权利要求3所述的方法，其特征在于，判断产生了一次PCH信道占用 后，记录以下内容：
(1)信道占用时间：Service Request消息发起时间；
(2)触发原因：下行消息触发；
(3)用户身份信息：基于COMMONID消息RNAP层提取；
(4)用户位置信息：基于Service Request消息RNAP层提取的LAC/SAC；
(5)触发信令信道占用的业务信息：关联后的第一个用户面消息的应用层源IP。

7.  如权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过DNS信令建立一张动态维护的应用IP、域名、业务类型对应关系表，上、下行业务触发的信令信道占用分析过程记录中的应用层IP可通过这张表关联到具体业务类型，以便确认是哪种业务导致信令信道占用。

一种基于IuPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种基于IuPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法。
背景技术
无线信道资源为移动通信网络最重要且有限的资源，随着移动数据业务迅猛发展，3G(TD-SCDMA、WCDMA)网络无线资源优化成为运营商网络管理的重中之重。
在3GPP规范中定义了三种无线信道，分别是逻辑信道、传输信道、物理信道，信道间有约定的映射关系。逻辑信道通常可以分为：控制信道和业务信道；传输信道通过可分为：专用信道和公共信道；物理信道分为：上行物理信道、下行物理信道和同步信道。
一次数据业务的发起，首先要通过控制信道建立信令连接，并分配业务信道供数据传输使用，业务过程中RNC要实时监控MS状态，根据具体需求释放及分配无线信道资源。由于3G网络具有对无线资源灵活管理的特点，某些与服务端具有心跳检测模式的IM业务、M2M业务，以及具备节电模式的终端会频繁请求和释放无线信道资源，这将导致信道资源频繁占用，在上述业务及终端过多的情况下，极易引起RNC、SGSN设备过载，严重情况下将导致网络瘫痪。因此针对数据业务引发的无线资源占用，为现阶段运营商无线网络优化的重点之一。
现阶段运营商针对无线资源管理与优化分析主要基于NodeB-RNC间的Iub接口，或RNC-SGSN间的IuPS接口实现，相关接口示意图如图1所示。
Iub接口最靠近空口，基于Iub接口可准确的分析无线资源的占用情况，RNC-SGSN间的IuPS接口虽无法直接分析无线资源占用情况，但通过对MS PMM状态迁移的跟踪，可推测得出无线资源占用情况。
Iub接口多由ATM承载，采集成本高，协议栈复杂。基于Iub接口解析信道映射关系要通过跟踪动态信令来识别，实现极为复杂，且针对加密协议解析需要 关联IuPS、IuCS接口消息，若链路采集范围不全，会导致信令无法解析，影响数据准确性。
现阶段基于IuPS接口实现3G(TD-SCDMA、WCDMA)无线资源占用分析方案主要通过跟踪MS PMM状态迁移的方式来实现，这种方案可分析无线资源占用情况，但需跟踪MS PMM状态迁移过程，解析开销较大。
此外，上述两种方案都是基于控制面信令进行数据分析，均未结合用户面数据关联分析，无法定位引起无线资源占用的具体原因。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种基于IuPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法，从而针对现有分析方案存在的局限性，通过IuPS接口控制面信令，结合IuPS接口用户面数据，对3G(TD-SCDMA、WCDMA)无线资源占用情况及成因进行深入分析。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于IuPS接口分析数据业务占用3G无线信道的方法，包括步骤：
在IuPS接口捕获MS发出的Service Request消息及后续信令，根据Service Request消息特征，结合后续信令消息来判断MS的PMM状态从IDEL向CONNECTED迁移，以判别MS是否产生无线控制信道占用；同时对捕获到的Service Request消息及其后续信令消息进行关联分析，通过关联用户面数据，获得应用IP地址；通过DNS信令获知域名与应用IP地址的对应关系，根据域名获知具体的应用类型，以确定是何种业务引起无线控制信道占用。优选的，在Service Request消息中的Service Type为1的情况下，Service Request消息后如果有安全模式控制流程，则认为是在PMM-IDLE状态发起的业务请求，即可确认为产生了一次RRC连接建立并分配了业务信道。
优选的，在Service Request消息中的Service Type为2的情况下，则认为产生了一次PCH信道占用，同时产生了一次RRC连接建立并分配了业务信道。
优选的，在捕获到的Service Request消息及其后续信令消息后，根据SCCP本地参考号关联一个会话内的控制面信令，并基于控制面信令完成PMM状态迁移判断，以及用户身份、位置信息识别，并通过RAB指配消息携带信息关联用 户面数据。
优选的，判断是在PMM-IDLE状态发起的业务请求后，记录以下内容：
(1)信道占用时间：Service Request消息的发起时间；
(2)触发原因：上行消息触发；
(3)用户身份信息：基于COMMONID消息RNAP层提取；
(4)用户位置信息：基于Service Request消息RNAP层提取的LAC/SAC；
(5)触发信令信道占用的业务信息：关联后的第一个用户面消息的应用层目的IP。
优选的，判断产生了一次PCH信道占用后，记录以下内容：
(1)信道占用时间：Service Request消息发起时间；
(2)触发原因：下行消息触发；
(3)用户身份信息：基于COMMONID消息RNAP层提取；
(4)用户位置信息：基于Service Request消息RNAP层提取的LAC/SAC；
(5)触发信令信道占用的业务信息：关联后的第一个用户面消息的应用层源IP。
优选的，通过DNS信令建立一张动态维护的应用IP、域名、业务类型对应关系表，上、下行业务触发的信令信道占用分析过程记录中的应用层IP可通过这张表关联到具体业务类型，以便确认是哪种业务导致信令信道占用
附图说明
图1例示了现有技术中3G无线网络设备间的接口类型；
图2例示了3G PS域MS发起数据业务的流程图；
图3例示了3G PS域网络发起业务的流程图；
图4例示了本发明实施例数据业务上行消息触发的无线信道占用识别CDR记录信息的提取示意图；
图5例示了本发明实施例数据业务下行消息触发的无线信道占用识别CDR记录信息的提取示意图；
图6例示了本发明实施例获知应用类型的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
为了说明本发明的实现方式，需要首先从本发明的技术背景进行介绍。
在3G(TD-SCDMA、WCDMA)PS域，MS附着网络后，有两种状态：PMM-IDLE、PMM-CONNECTED。MS无数据传输时，工作在PMM-IDLE状态，这时的MS不占用无线信道资源，MS如要发起业务，需先通过控制信道建立RRC连接，然后按要求分配业务信道资源。RRC连接及相应传输承载建立完成后，MS可正常与服务端通信，此时MS工作在PMM-CONNECTED状态，在后续MS无数据业务流量传输情况下，如RRC-Connection-Release timer超时或MS端发起释放连接请求，RNC将向SGSN发起Iu释放请求，SGSN收到该消息后，发起Iu释放流程，RNC释放传输承载及RRC连接后，回Iu释放完成消息，MS回到PMM-IDLE状态。
图2例示了3G PS域MS发起数据业务的流程图，如图2所示，所述流程包括：
(1)如果不存在CS通信，则MS建立RRC连接。连接建立过程消息通过控制信道传输，并分配专用业务信道。
(2)MS向SGSN发送Service Request消息。Service Type指示所请求的业务。Service Type会指示出：数据或信令。
如果Service Type指示为数据，则会在MS和SGSN间建立信令连接，分配激活PDP上下文的资源，比如为激活PDP上下文的RAB建立。
如果Service Type指示为信令，则会在MS和SGSN间建立信令连接从而发生上层信令消息，比如Activate PDP Context Request。不为激活PDP上下文分配资源。
(3)如果MS是在PMM-IDLE状态发起的业务请求，则SGSN会进行安全模式控制流程。
(4)网络处于PMM-CONNECTED状态且Service Type指示为数据时，若业务请求被SGSN接受，则SGSN会向MS发送Service Accept消息。若Service Type指示为数据，SGSN会发送Radio Access Bearer Assignment Request消息，除了拥有最大上行比特率、下行比特率为0的PDP上下文之外，为每个激活的PDP上下文重建RAB。
(5)RNC指示MS已经建立新的无线接入承载标识和相应的RAB ID。
(6)SRNC回复Radio Access Bearer Assignment Response消息，并在Iu接口上建立GTP隧道做为用户面数据传输通道。
(7)SGSN发起PDP上下文修改。 
(8)MS发送上行包。 
图3例示了3G PS域网络发起业务的流程图，如图3所示，所述流程包括：
(1)SGSN收到处在PMM-IDLE的MS的下行PDP PDU。
(2)SGSN发送寻呼消息给RNC，RNC寻呼通过发送寻呼消息寻呼MS。
(3)如果没有CS通路，MS建立RRC连接。
(4)MS发送Service Request消息给SGSN，服务类型为寻呼响应。此时，SGSN可能发起一个鉴权。SGSN知道下行包是否需要RAB重建。
(5)SGSN指定加密模式。
(6)如果PDP上下文的资源重建，SGSN发送Radio Access Bearer AssignmentRequest。RNC发送Radio Access BearerAssignment Response消息给SGSN，指明GTP隧道已经建立在Iu接口，并且无线接入承载已经在RNC和MS之间建立。
(7)SGSN发起PDP上下文修改。 
(8)SGSN发送下行包。 
通过以上分析可知：RRC连接建立与释放流程涉及控制信道占用及业务信道分配与释放，基于Iub接口可实现RRC连接分析，IuPS接口无法直接实现RRC连接分析，但可通过核心网信令对RRC连接做推测性分析，由于RRC连接建立与释放流程成对出现，因此，基于核心网信令对RRC连接只做建立流程的推测分析即可。
结合3G数据业务流程分析，无论是MS发起，还是网络发起的数据业务流 程，且无论MS的PMM状态是PMM-IDLE还是PMM-CONNECTED，MS都会发起Service Request消息，这个消息在Iub、IuPS接口都能捕获。
因此，我们可以基于捕获到的Service Request消息分析到很多内容。
Service Request流程用途说明：
1)PMM-IDLE状态的MS利用业务请求程序向SGSN请求建立一条安全的连接，用于发送上行链路信令消息或用户数据；
2)MS在PMM-CONNECTED状态时，也可为已激活的PDP上下文请求资源预留
Service Request消息类型及针对PMM状态的处理模式：
Service Request消息中的Service Type有3个取值：0为信令、1为数据、2为寻呼响应。如果MS是在PMM-IDLE状态发起的业务请求，则SGSN会进行安全模式控制流程。如果MS处于PMM-CONNECTED状态且Service Type指示为数据时，若业务请求被SGSN接受，则SGSN会向MS发送Service Accept消息。
结合上述两点分析可得出以下结论：
针对数据业务引起的无线资源占用，只分析Service Type为1(数据)、2(寻呼响应)的情况即可。在Service Type为1(数据)的情况下，Service Request消息后如果有安全模式控制流程，可认为是在PMM-IDLE状态发起的业务请求，即可确认为产生了一次RRC连接建立并分配了业务信道；在Service Type为2(寻呼响应)的情况下，可认为产生了一次PCH信道占用，同时产生了一次RRC连接建立并分配了业务信道。
根据上述结果可确定，基于IuPS接口信令判断无线信道资源占用分析，针对Service Request及其后续信令消息即可实现。
因此，基于IuPS接口，通过对Service Request及其后续信令消息关联分析，可获知无线资源占用情况，以及用户身份及位置信息，通过关联用户面数据，可获得业务信息，以便定位是哪种业务导致无线资源占用。
完成基于IuPS接口的无线资源占用分析，首先要实现Service Request消息识别，并根据SCCP本地参考号关联一个会话内的控制面信令，并基于控制面信令完成PMM状态迁移判断，以及用户身份、位置信息识别，并通过RAB指配 消息携带信息关联用户面数据。
SCCP连接关联完成后，可得到该用户同一会话内的控制面信令，如果存在安全控制流程，可认为MS从PMM-IDLE迁移过来，即开启一个上行CDR，并记录Service Request消息中的位置信息(LAC/SAC)，以及COMMONID消息中携带的用户身份信息(IMSI)。其中用户位置信息LAC/SAC位于Service Request消息的RANAP层。用户身份信息(IMSI)基于COMMONID消息RNAP层提取。
用户面数据关联规则：
(1)通过控制面RAB-Assignment信令获取用户面承载层网元IP及GTP隧道ID。
(2)根据控制面RAB-Assignment信令提供的承载层网元IP及GTP隧道ID可关联合成用户面数据。
数据业务上行消息触发的无线信道占用识别，首先要检测Service Type＝1的Service Request消息，通过SCCP本地参考号关联控制面信令，如果有安全控制流程，则开启CDR，记录记录字段信息包括：
(1)信道占用时间：Service Request消息的发起时间；
(2)触发原因：上行消息触发；
(3)用户身份信息：基于COMMONID消息RNAP层提取；
(4)用户位置信息：基于Service Request消息RNAP层提取的LAC/SAC；
(5)触发信令信道占用的业务信息：关联后的第一个用户面消息的应用层目的IP。
图4例示了本发明实施例数据业务上行消息触发的无线信道占用识别CDR记录信息的提取示意图，如图4所示，CDR记录包括：
(1)检测到Service Type＝1的Service Request消息，开启数据缓存，并记
录RNAP层携带的用户位置信息(LAC/SAC)，参见图4第15号数据包。
(2)根据SCCP本地参考号关联后续控制面信令消息。
(3)发现有安全控制消息时，开启CDR合成，参见图4第16号数据包。
(4)通过COMMONID消息提取用户身份信息(IMSI)，参见图4第18号
数据包。
(5)通过RAB-Assignment消息关联用户面数据，并提取应用层IP，，参见图4第20号数据包，本示例中应用层IP为：120.204.200.23。
数据业务下行消息触发的无线信道占用识别，无需检测PAGING消息，只需检测Service Type＝2的Service Request消息，通过SCCP本地参考号关联控制面信令，如果有安全控制流程，则开启CDR，记录记录字段信息包括：
(1)信道占用时间：Service Request消息发起时间；
(2)触发原因：下行消息触发；
(3)用户身份信息：基于COMMONID消息RNAP层提取；
(4)用户位置信息：基于Service Request消息RNAP层提取的LAC/SAC；
(5)触发信令信道占用的业务信息：关联后的第一个用户面消息的应用层源IP。
图5例示了本发明实施例数据业务下行消息触发的无线信道占用识别CDR记录信息的提取示意图，如图5所示，CDR记录包括：
(1)检测到Service Type＝2的Service Request消息，开启数据缓存，并记录
RNAP层携带的用户位置信息(LAC/SAC)，参见图5第10号数据包。
(2)根据SCCP本地参考号关联后续控制面信令消息。
(3)发现有安全控制消息时，开启CDR合成，参见图5第13号数据包。
(4)通过COMMONID消息提取用户身份信息(IMSI)，参见图5第15号
数据包。
(5)通过RAB-Assignment消息关联用户面数据，并提取应用层IP，参见图
5第17号数据包，本示例中应用层IP为：10.0.0.172。
此后，通过DNS信令可获知域名与应用IP的对应关系，通过域名可获知具体的应用类型。
如图6所示，通过DNS信令，可获知域名：long.weixin.qq.com的应用IP为：140.206.160.102、112.64.200.218、112.64.234.229等，且通过域名：long.weixin.qq.com可判断为微信业务。
根据以上原则，通过DNS信令可建立一张动态维护的应用IP、域名、业务类型对应关系表，上、下行业务触发的信令信道占用分析过程记录中的应用层IP可通过这张表关联到具体业务类型，以便确认是哪种业务导致信令信道占用。
本发明基于IuPS接口实现的方案，链路采集及协议解析复杂程度较低。相比现有的基于IuPS接口实现无线资源占用分析的方案，本方案无需整个会话流程检测，即只需检测Service Request消息至有用户面发起即可，无需跟踪Iu释放消息及PAGING消息，合成逻辑简单、易实现，且硬件资源开销较小。本方案输出的上、下行业务触发的无线资源占用分析过程记录包含用户身份信息、位置信息，以及触发信令信道占用的业务行为，便于应用侧从终端、位置、业务等多个视角，对引发信令信道占用的原因进行深入分析。
以上是对本发明的优选实施例进行的详细描述，但本领域的普通技术人员应该意识到，在本发明的范围内和精神指导下，各种改进、添加和替换都是可能的，例如使用可实现同种功能目的的算法、使用不同的编程语言(如C、C++、Java等)实现等。这些都在本发明的权利要求所限定的保护范围内。