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确保点对点设备运作无误 Femtocell互通测试不可或缺

毫微微型蜂巢式基地台(Femtocell)已是电信业者与网通厂,拓展下世代固网与行动网络汇流(FMC)商机的重要利器。目前,Femtocell在技术研发上面临许多挑战,其中网络接口的兼容互通即为一大关卡,唯有通盘掌握相关互通测试的技术,才能迎刃而解。


毫微微型蜂巢式基地台(Femtocell)又称3G家用基地站(Home NodeB),是近来很夯的家用通讯设备,Femtocell的外形与家用的无线局域网络(Wi-Fi)接取点(AP)相似,却提供蜂巢式行动通讯系统的服务。随着为第三代合作伙伴计划(3GPP)标准组织制订相关的网络架构与接口标准,不仅促进许多厂商投入Femtocell产品研发与推动,也引发许多电信营运商竞相投入布建Femto网络。然而,Femtocell在技术研发上面临许多挑战,其中网络接口技术的兼容互通性就是其中一个关键议题。本文将探讨3G Femtocell在互通测试上的最新进展与面临的挑战。

推动HNB互通测试 Femto Forum居功厥伟 

Femtocell网络架构图如图1所示,其包含两个实体传输接口,一个是与手机连通的无线Uu接口;另一个则是以因特网通讯协议(IP)为主的接口,主要包括IPSec安全机制、Iuh协议技术、操作、管理及维护(OA&M)技术和本地IP存取(Local IP Access, LIPA)等。 

图1 Femtocell网络架构图图片来源:资策会

比起Femtocell的Uu接口而言,Femtocell后端衔接的IP接口,其所涵盖的软件协议技术较多元复杂,因而使开发Femtocell厂商面临各网络组件兼容互通性的挑战。有鉴于此,Femto论坛(Forum)与欧洲电信标准协会(ETSI)从2010年开始,陆续举办两次Femtocell Plugfest会议,其目的在协助全球各家Femtocell厂商,实际测出网络接口兼容性的问题。以下将针对Femtocell Plugfest互通测试的近况,做一简单介绍。 

第一届Femtocell Plugfest会议于2010年3月举行,其互通测试内容若以功能区分包括「HNB注册程序」、「客户端(UE)注册程序」、「Iuh接口断线」、「IP Security信道建置」与「基本的电信服务」等五类。 

五大项目各司其职 实现Femtocell互通测试   

「IP Security信道建置」的测试项目被视为一切其它测试项目的基础,因为IP Security通道的建立是Femtocell与SeGW之间的沟通桥梁,3GPP对Femtocell的规范系规定Femtocell与SeGW之间建立通道前,双方须产生金钥,而传送的数据便用金钥加/解密。因此,这类的互通测试案例强调Femtocell必须可以使用加密协议(如IKEv2)来产生IPSec安全通道所要的金钥,并使用凭证与SeGW进行双向认证。以IKEv2产生金钥的流程为例,除须使用凭证进行认证外,还可多一道步骤进行EAP-AKA的认证。 

但EAP-AKA采用3G认证,必须要在Femtocell装有3G通用用户识别模块(USIM)卡才能运作。此外,「IP Security信道建置」的测试项目尚包括使用NAT-T并支持动态地址变更(Dynamic Address Change)、更换金钥(Rekeying)、删除通道(Tunnel Deletion)、重新启动(Reboot)Femtocell等的情境。 

「HNB注册程序」、「UE端注册程序」的测试项目主要由Iuh接口控制层HNBAP(Home NodeB Application Part)协议负责,HNBAP主要有三个功能,分别为HNB注册功能、UE注册功能及错误回报机制。HNB在每次开启使用时,必须先经过网络认证机制的检验,认证成功后才是一个合法的HNB装置。相同的道理,UE端想透过HNB来连结网络,必须经过网络认证机制的检验,认证成功后方可透过合法的HNB来撷取行动通讯服务。 

图2所示,即是HNB向HNB-GW注册的正常流程,在HNB启动时,由HNB送出注册的要求,其中会夹带HNB相关的信息,由核心网络决定该HNB是否合法并回复给HNB中的HNBAP模块。 

图2 HNB向HNB-GW注册流程图片来源:Femto论坛

而图3则是UE端跟HNB-GW注册的正常程序,当UE欲透过HNB撷取服务时,必须先送出UE注册的要求,由核心网络决定该UE是否合法并回复给HNB中的HNBAP模块。在第一次的Femtocell Plugfest互通测试大会里,「HNB注册程序」测试案例也包含HNB解除注册、重新注册与HNB-GW转向(Re-direction)等应用情境。「UE端注册程序」的测试项目尚包括UE端解除注册(De-registration)、重新注册(Re-registration)等状况。 

图3 Non-CSG客户端向HNB-GW注册流程图片来源:Femto Forum

「Iuh接口断线」的测试案例主要由负责HNB与HNB GW之间,控制讯令传输服务的RANAP(Radio Access Network Application Part)与RUA(RANAP User Adaptation)协定负责。由于HNB-GW只负责RANAP讯息的转送,并不会执行RANAP相关的程序,实际执行RANAP流程则是在HNB与核心网络中,相当于原本3G系统网络的Iu接口。 

事实上,RUA是取代原本3G RNC的SCCP传输协议,RUA本身的讯息传递是透过底层所建立的SCTP联机来与网络端连接,其主要功能为提供联机导向以及非联机导向的传输服务给RANAP协议,并处理错误回报等机制。如图4所示,当核心网络决定释放Iu联机,HNB-GW透过RUA传输RANAP协议的联机导向讯息,接着HNB完成RRC(Radio Resource Control)控制讯令联机的释放。至此,HNB可以关闭既有的RUA联机,HNB接着把原先分配给UE端的无线资源释放掉,完成整个Iuh接口断线处理程序。

图4后端网络要求释放Iu正常流程图片来源:Femto论坛

TR-069网管标准 打通Femtocell OA&M任督二脉 

在Femtocell系统架构中,由于Femtocell放在各公司或家庭等室内环境中,不像一般外面的传统大型基地台,可直接和系统业者的网络联机,因此如何让电信业者透过一般网络进行Femtocell管理,是一个重要的课题。 

举例来说,Femtocell采用宽带论坛(Broadband Forum)所提出的CPE广域网络管理协议(CPE WAN Management Protocol)TR-069,作为Femtocell OA&M的技术标准。TR-069藉由HTTP协议及简易对象通讯协议(SOAP)封包格式与家用装置进行联机通讯及管理,避免因防火墙或其它安全设计而阻挡联机的服务。 

另一方面,Femtocell数据模型采用Femto论坛与宽带论坛共同制定的TR-196 Femto Access Point Service Data Model标准,确保不同厂商间的互通性。在TR-069协议是以伺服端-客户端为基础的管理模式,伺服端通称Auto-Configuration Server(ACS),透过单一或数个远程过程调用(Remote Procedure Call, RPC)方法所组成的任务,对客户端(即Femtocell)进行管理及监控,远程过程调用的编码方式是采用以可扩展标示语言(XML)为基础SOAP协议,SOAP的传输是透过HTTP 1.1,在传输的过程中使用SSL/TLS进行数据的加密保护,最后由TCP/IP进行传送,若不考虑数据的安全性,则不须使用SSL/TLS,而直接透过TCP/IP。 

总体而言TR-069包括几种主要功能:「自我设定」、「设定管理」、「效能管理」、「错误管理」、「安全管理」等。

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