隨時隨地皆可進行高品質高效率的語音與數據通訊是行動通訊服務發展趨 勢。根據ABI Research研究，70%的行動通訊行為發生在室內 [1]，然而戶外無 線基地台 (Node B) 對室內覆蓋率卻往往不盡人意。若以更密集架設戶外無線基 地台或提高基地台功率來改善覆蓋範圍，容易產生訊號干擾，降低通訊品質，且 網路設備佈建成本較高。另一個較可行的方案是採用家用無線基地台 (Home Node B - HNB) 放置於室內，補強現有無線基地台不足的部份。Femtocell網路可以提 供高品質的語音訊號以及高速的數據服務，大小如同WiFi基地台一般，建置成本 低，可代替固接式電話，又具有行動接取的特性，讓使用者使用單一終端設備即 可進行語音和數據通訊，且傳輸功率低，涵蓋範圍小，不易造成訊號干擾，有利 提高無線頻帶使用效率。因此不僅可吸引使用者經由行動網路取得網路服務，提 升平均使用者貢獻度 (Average Revenue Per User - RPU)，也促進固接式網路 與行動通訊網路整合 (Fixed-Mobile Convergence - FMC) 發展 [2][3][4][5]。
1.1. Femtocell 網路架構
Femtocell 通訊網路架構如圖 1.1 所示，HNB (圖 1.1 (1)) 設置於使用者 家中，經由 IP 網路 (圖 1.1 (2)) 連接行動通訊網路 (圖 1.1 (3))。使用者不 需更換終端設備就可以獲得高效能的行動語音與數據接取服務。
圖 1.1 Femtocell 通訊網路架構
Femtocell網路將HNB佈建於使用者家中，用來補強無線基地台 [6] 室內訊 號涵蓋率不足的問題 [7]。雖然微波功率較弱、涵蓋的服務範圍也較小，卻可在
有限範圍內提供更高傳輸速率的高品質行動通訊服務。3GPP亦制定整合HNB與 Node B的Femtocell網路架構 [8]。在Femtocell網路架構中，HNB同時具有Node B 與部份RNC的能力 [9]。行動通訊核心網路 (以下簡稱核心網路; 圖 1.1 (7)) 與 HNB之間則引進家用無線基地台閘道 (HNB-GW；圖 1.1 (4)) 來負責網路安全、
通信協定轉換、HNB的管理與連接控制等功能。3GPP並新制定Iuh介面 (圖 1.1 (5))，支援HNB與HNB-GW之間的連結與管控。此外HNB-GW以既有Iu介面 (圖 1.1 (6)) [10] 與核心網路連結，直接接受與回報核心網路的控管訊息，提高 Femtocell網路維運的效率。至於使用者終端設備 (UE) 與HNB間則以既有Uu介面 (圖 1.1 (8)) 連結，免除更新UE的需求。
1.2. Femtocell 網路通訊協定堆疊
Femtocell 網路的通訊協定堆疊就如圖 1.2 所示。方案中的 Uu 介面 (圖 1.2 (1)) [11] 與 Iu 介面 (圖 1.2 (3)) [12] 承襲 UMTS [13] 的定義，因此不多加 贅述。HNB 與 HNB-GW 之間新制定的 Iuh 介面 (圖 1.2 (2))，包含以下的通訊協 定：
Radio Access Network Application Part (RANAP；圖 1.2 (a)) [14]，其 主要功能包括解析每個 UE 送來的移動管理資訊並提供專屬服務、轉送帶有 UE 通訊內容的訊息、請求與管理各種無線通訊資源以及執行 UE 切換服務網 路 (Serving Radio Network Subsystem) 時的重新定位。在 Iuh 介面中用 來傳輸 HNB 與 HNB-GW 間的控制訊息。
RANAP User Adaption (RUA；圖 1.2 (b)) [15]，其主要功能為提供系統一 個負擔較輕的方法，讓系統可以在 Iuh 介面使用 SCTP 傳送 RANAP 訊息與相 關錯誤資訊處理。必需經由 RUA，UE 才能使用核心網路所提供的通訊連線與 數據服務，在 Iuh 介面中扮演著極其關鍵的角色，因此本論文將在下一節 (詳 見一.1.3) 對其做更深入的描述。
Stream Control Transmission Protocol (SCTP；圖 1.2 (c)) [16]，其主 要功能為提供 Iuh 介面上層通訊協定一個穩定可靠的傳輸。IETF 根據信令傳 輸特點所制定的 SCTP 協定，具有流量控制與重送機制，並支援多重串流與 多點對多點的傳輸，亦能減少因服務拒絕攻擊 (denial of service attack) 所造成資源耗竭。
HNB Application Part (HNBAP；圖 1.2 (d)) [17]，其主要功能包括協助
HNB 搜尋適合的 HNB-GW、註冊 HNB 資訊到核心網路、提供 UE 註冊以及回傳 本身的錯誤資訊給 HNB-GW。HNB-GW 與核心網路經由 HNBAP 所提供的資訊與 服務可以進行相關認證，執行網路接取管理。
Internet Protocol (IP；圖 1.2 (e)) [18]，其主要功能為提供網際網路 資料封包傳送的基本服務，包括封包格式及定址。根據封包表頭 (header) 中的目的地址，決定傳送路徑，將數據資料繞送 (routing) 到目的地址。
圖 1.2 Femtocell 網路通訊協定堆疊圖
1.3. RUA 通訊協定
Iuh 介面 (圖 1.3 (b)) 在制定時思考的重點，包括建置成本、運作效能、
網路安全等。既有 Iu 介面 (圖 1.3 (a)) 中的 Signaling Connection Control Part (SCCP; (圖 1.3 (2)) [19]與 MTP3 User Adaptation Layer (M3UA; (圖 1.3 (3)) [20]，會傳輸與處理許多非 HNB 與 HNB-GW 所必需的 SS7 信令 (如: 通用標 碼轉換) [21]，造成網路與系統資源的浪費 [22]，且用來映射 (mapping) SCTP (圖 1.3 (4))連線與繞送通訊訊息的點碼 (Point Code) 長度僅 14 位元，亦不 足應付 HNB 大量佈署的需求 [23]。為此，3GPP 制定 RUA 通訊協定 (圖 1.3 (1))，
提供一個對系統負擔較輕的機制，傳送與管理 HNB 與 HNB-GW 間的 RANAP (圖 1.3 (5))訊息，亦改用 UE 內容定義 (Context Identifiers) 繞送通訊訊息，其長度 為 24 位元，因此能解決點碼不足的問題。RUA 的制定適度簡化既有 Iu 介面的通 訊協定堆疊，降低系統開發成本，也減少通訊協定的負擔 (overhead) 提高 Femtocell 的運作效率 [24]。此外，3GPP 亦制定 HNBAP (圖 1.3 (6)) 來達成 Iuh 介面中認證 HNB 與 UE 的需求，因非本論文重點，故不多加撰述。
圖 1.3 Iu 介面通訊協定堆疊與 Iuh 介面通訊協定堆疊
RUA 的功能包含以下幾點：
提供系統可以在 Iuh 介面 (HNB 與 HNB-GW 間) 使用 SCTP 傳送 RANAP 訊息 的方法。
支援特定 UE 邏輯上連接的鏈結與定義，例如：HNB-GW 在 UE 註冊期間，對 每一個 UE 給予一個唯一的 UE 內容定義，經由 UE 內容定義，可以定義決 定不同的 RANAP 訊息屬於那些特定 UE 所使用。
支援在核心網路網域裡的核心網路節點間，建立訊息連接的繞送方法。
提供特定 UE 建立連線的原因說明，例如：建立緊急通訊．．等。
提供從 HNB 到核心網路間，一個不需要對己經封裝好的 RANAP 訊息進行解 碼就可以傳送 RANAP 訊息的方法。
提供錯誤回報處理機制。
為達成上述功能，3GPP 制定 5 個 RUA 基本程序，包括：
連線建立 (Connect) 程序：增加必要連接傳輸資訊，讓 HNB-GW 在處理 RANAP 訊息傳送不需檢查內容與建立新的訊息傳送連結，即可直接對應 Iu 介面中的特定 UE 連線。
直接傳送 (Direct Transfer) 程序：傳送 Iuh 介面中特定 UE 的 RANAP 訊 息。
連接關閉 (Disconnect) 程序：關閉在 Iuh 介面中的特定 UE 連線。
無連線傳輸 (Connectionless Transfer) 程序：傳送非特定 UE 的 RANAP 訊息。
錯誤指示 (Error Indication) 程序：接收訊息發生錯誤時的回傳處理。
由於 RUA 在 Iuh 介面中負責通訊建立與傳輸等功能，能否順利運作對系統具 有舉足輕重的影響，所以後續本論文將根據 RUA 的功能，設計基本流程模型訊息
並實作該通訊協定。
1.4. 章節提要
本論文共分六個章節，描述如何設計與實作 Iuh 介面中的 RUA 通訊協定。第 一章為 RUA 通訊協定簡介，包含 Femtocell 通訊網路架構與通訊協定堆疊。第二 章介紹 RUA 的基本程序與功能，包含服務接取點 (Service Access Point - SAP) 與基本流程模型。第三章介紹本論文實作的 RUA 軟體架構，包含系統架構與功能 模組。第四章為 RUA 與 SCCP/M3UA 的基本訊息模型差異比較。第五章則針對 RUA 進行效能評估。第六章為結論。