陳發(fā)堂 徐莉

(重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信技術(shù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)

TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳發(fā)堂 徐莉

(重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信技術(shù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)

隨著4G牌照的發(fā)放,4G與2G、3G將長期并存,系統(tǒng)間的互操作性顯得尤為重要。對此,基于TTCN3核心語言的一致性測試原理與測試方法,設(shè)計(jì)開發(fā)了一種TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng),并對系統(tǒng)間的互操作性進(jìn)行了研究。切換作為互操作性必要的典型過程,利用提出的互操作性系統(tǒng)設(shè)計(jì)了切換測試?yán)鞒?通過系統(tǒng)仿真平臺(tái)TTworkbench生成了測試流程圖與測試結(jié)果報(bào)告。測試結(jié)果驗(yàn)證了此互操作性系統(tǒng)符合3GPP協(xié)議,表明了該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)互操作性能方面的可用性。

TD-LTE/GSM TTCN-3 一致性測試 互操作 切換

0 引言

隨著TD-LTE正式商用,多模單待終端的研發(fā)和生產(chǎn)有其必然性。國內(nèi)外現(xiàn)有的TD-LTE的協(xié)議一致性測試儀表大部分只能支持TD-LTE單模測試,并不能支持TD-LTE與其他系統(tǒng)的互操作性的協(xié)議一致性測試[1]。本文考慮將市面上現(xiàn)有的TD-LTE與GSM一致性測試儀表級(jí)聯(lián),形成TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng)。

TTCN的推出克服了傳統(tǒng)測試的很多缺點(diǎn)。首先,一臺(tái)TTCN服務(wù)器可以模擬一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備,大大降低了測試系統(tǒng)的成本和搭建時(shí)耗;其次TTCN可以對消息及其內(nèi)部成分進(jìn)行監(jiān)測和判斷,可以實(shí)現(xiàn)大量測試用例的自動(dòng)化執(zhí)行;最后,它使用高級(jí)語言的形式來描述測試用例,使之與被測系統(tǒng)分離,當(dāng)被測系統(tǒng)底層平臺(tái)改變時(shí),測試用例不再需要做任何的修改,使得測試系統(tǒng)具有很好的重用性與可移植性[2]。

依據(jù)在實(shí)驗(yàn)室所從事的國家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目以及TTCN3測試系統(tǒng)模型分析,設(shè)計(jì)了一種TDLTE/GSM級(jí)聯(lián)互操作性一致性測試的整體測試結(jié)構(gòu),并從切換出發(fā),設(shè)計(jì)TD-LTE/GSM異系統(tǒng)間的切換流程來驗(yàn)證TD-LTE/GSM互操作性測試性能。

1 TTCN3測試系統(tǒng)概述

TTCN-3是由ETSI(歐盟通信標(biāo)準(zhǔn)研究院)所設(shè)計(jì)的國際化標(biāo)準(zhǔn)語言,并于2001年發(fā)布,成為ETSI ES 201 873系列標(biāo)準(zhǔn)文件。TTCN-3意在用做獨(dú)立于測試方法、底層平臺(tái)和協(xié)議的測試套的描述,便于實(shí)現(xiàn)測試?yán)耐ㄓ眯院涂梢浦残浴Ｒ虼?測試的主要工作量集中在利用形式化語言描述測試流程。

由于TTCN-3是核心語言,不能直接和外界進(jìn)行交互,因此本文采用由德國的testing technologies公司研發(fā)的支持TTCN-3語言的專業(yè)測試工具軟件TTworkbench。TTworkbench是將測試表示、測試管理、測試集生成、測試跟蹤以及適配層設(shè)計(jì)等集成到一個(gè)工具平臺(tái),它的自動(dòng)化程度比較高,使用也很方便。

TTworkbench測試系統(tǒng)大體由七部分組成:TTCN-3執(zhí)行實(shí)體(TTCN-3 executable,TE)、測試日志(test logging,TL)、成分處理(component handling,CH)、編解碼(codec,CD)、系統(tǒng)適配器(system adapter,SA)、平臺(tái)適配(platform adapter,PA)和成分管理(management,TM)。其中,TM與TE之間是控制接口TCI,TE與SA之間是運(yùn)行接口TRI[3-4]。整體框架如圖1所示。

圖1 TTCN-3測試系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of TTCN-3 testing system

編解碼功能管理模塊(CD)提供了多種編解碼的方式(如ASN.1等),在測試過程中需要對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的編解碼。系統(tǒng)適配層(SA)用來實(shí)現(xiàn)TE與被測系統(tǒng)(SUT)之間的通信。這些組件相互配合工作,共同完成測試。

2 終端協(xié)議一致性測試

2.1 終端協(xié)議一致性測試簡介

4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)正式商用,終端產(chǎn)品的一致性測試是保證4G網(wǎng)絡(luò)不斷成熟與完善的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。終端一致性測試是依據(jù)3GPP測試協(xié)議對其產(chǎn)品進(jìn)行性能測試,驗(yàn)證產(chǎn)品與相應(yīng)的協(xié)議是否一致性,使得產(chǎn)品之間能夠互聯(lián)互通,提高產(chǎn)品的可靠性。

終端協(xié)議一致性測試屬于黑盒測試,利用一組特定的測試?yán)谔囟ǖ木W(wǎng)絡(luò)條件下,對終端進(jìn)行測試的行為。通過比較實(shí)際輸出的結(jié)果與預(yù)期輸出的結(jié)果,判定被測終端的功能實(shí)現(xiàn)程度與協(xié)議規(guī)范要求的程度之間是否符合一致性測試要求。終端協(xié)議一致性測試的最終目的是為了保證終端在不同的環(huán)境下能夠保持一致性[5]。

2.2 TD-LTE終端協(xié)議一致性框架

基于在實(shí)驗(yàn)室所從事的實(shí)際項(xiàng)目與TTCN3測試系統(tǒng)的模型上,搭建了一種TD-LTE系統(tǒng)測試平臺(tái)。測試框架如圖2所示。

系統(tǒng)由LTE綜測儀即系統(tǒng)模擬器(SS)、帶有TTCN3的PC機(jī)和被測終端構(gòu)成。在測試?yán)?TTCN3編寫RRC層的測試代碼,實(shí)現(xiàn)RRC層的功能,LTE綜測儀實(shí)現(xiàn)部分RRC層功能、協(xié)議棧其他層功能以及物理層功能。PC機(jī)通過以太網(wǎng)接口與LTE綜測儀相連接,UE通過射頻接口與LTE綜測儀相連接。TTCN3代碼編寫控制整個(gè)測試的流程與SS、UE的行為。

圖2 TD-LTE測試框架圖Fig.2 TTD-LTE testing framework

2.3 GSM終端協(xié)議一致性測試簡介

在設(shè)計(jì)TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng)的過程中,對于GSM終端協(xié)議一致性測試采用信令分析儀。信令分析儀帶有控制軟件,用于控制腳本的執(zhí)行,從而控制終端的行為。

腳本由C語言編寫,通過初始化信道參數(shù)、發(fā)送系統(tǒng)消息、改變功率設(shè)置、切換重選、駐留等對UE進(jìn)行測試。編寫好的腳本生成.dll文件并導(dǎo)入控制軟件執(zhí)行測試。

3 TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng)

TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要將TD-LTE測試系統(tǒng)與GSM測試系統(tǒng)級(jí)聯(lián),LTE綜測儀與信令分析儀都通過射頻接口與被測終端相連。同時(shí),LTE綜測儀與信令分析儀都需要與帶有TTCN3軟件的PC機(jī)通過以太網(wǎng)物理網(wǎng)口進(jìn)行相連。級(jí)聯(lián)測試系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 級(jí)聯(lián)測試系統(tǒng)圖Fig.3 Cascade testing system

在級(jí)聯(lián)測試系統(tǒng)框架中,PC機(jī)控制整個(gè)測試流程。運(yùn)行TTCN3測試?yán)?經(jīng)過編解碼、適配層生成了可以在該測試系統(tǒng)上可執(zhí)行的文件,同時(shí)在適配層設(shè)置IP地址與端口號(hào)實(shí)現(xiàn)與其他儀表之間的互聯(lián)互通。代碼中通過原語向LTE綜測儀與信令分析儀發(fā)出指令,控制SS、信令分析儀和UE的行為。

在LTE綜測儀中,主控收到來自TTCN3下發(fā)的原語與測試?yán)齀D后,發(fā)送給基帶板,基帶板會(huì)以此做出相應(yīng)的行為。

在信令分析儀中運(yùn)行腳本。當(dāng)腳本收到來自TTCN3下發(fā)的測試?yán)齀D時(shí),進(jìn)行判斷該執(zhí)行的行為,以此來控制UE在GSM系統(tǒng)中的行為,最終通過仿真平臺(tái)上生成的測試結(jié)果流程判定成功還是失敗。

4 切換測試?yán)膶?shí)現(xiàn)

4.1 測試分析與設(shè)計(jì)

依據(jù)異系統(tǒng)互操作性測試協(xié)議對切換測試的規(guī)定,首先需要將LTE綜測儀的參數(shù)設(shè)置成3A-RF狀態(tài)以滿足測試初始條件。TD-LTE/GSM異系統(tǒng)切換測試包括兩個(gè)小區(qū),小區(qū)1為激活小區(qū)即UE首先正常駐留的LTE小區(qū),小區(qū)2為鄰小區(qū)即UE要切換過去最終駐留的GSM小區(qū)。

測試過程總共包括三個(gè)連續(xù)的時(shí)間段(T1、T2、T3)。在T1時(shí)間段內(nèi),UE駐留在cell1內(nèi)沒有任何cell2的信息,此時(shí)cell1應(yīng)該向UE發(fā)送包含測量信息的連接重配消息要求,對cell2進(jìn)行測量,在cell1收到來自UE的連接重配完成消息后開啟定時(shí)器T2,此時(shí)cell2成為可被檢測到的。對兩個(gè)小區(qū)進(jìn)行功率設(shè)置,通過降低cell1的功率來提高cell2的功率,UE將cell2的測量結(jié)果上報(bào)給cell1。cell1接收到測量報(bào)告后,傳輸應(yīng)用切換到cell2的MobilityFromEUTRACommand消息。當(dāng)包含用來切換的RRC消息的最后TTI發(fā)送給UE時(shí),立即開啟T3,此時(shí)再次改變兩個(gè)小區(qū)的功率。如果UE從T3時(shí)間段開始,在小于THandoverdelay的時(shí)間內(nèi),在DCCH上發(fā)送access bursts給cell2,則成功測試數(shù)量加1,否則,失敗測試數(shù)量加1。其中THandoverdelay= Thandoverdelay+Toffset+TUL;Thandoverdelay=90 ms;Toffset=4.65 ms; TUL=4.65 ms;UE等待下一個(gè)時(shí)隙處于空閑幀或者SACCH幀情況下的時(shí)間;THandoverdelay=Thandoverdelay+Toffset+ TUL=90+4.65+4.65=99.3 ms,協(xié)議規(guī)定測試允許100 ms。因此,若切換時(shí)延小于100 ms,則證明測試成功。

測試流程如圖4所示。

圖4 測試流程圖Fig.4 Test flowchart

4.2 代碼實(shí)現(xiàn)

TTCN3代碼控制UE在LTE小區(qū)的行為以及控制整個(gè)測試流程,腳本控制UE切換到GSM小區(qū)后的行為。具體實(shí)現(xiàn)如下。

①定義通信端口與測試組件。定義一個(gè)主測試成分MTC和多個(gè)并行測試成分PTC,MTC控制PTC;同時(shí)定義通信端口,端口LTE_BTS1代表LTE小區(qū),端口CS1代表GSM小區(qū),每個(gè)端口都設(shè)定不同的端口號(hào)與外界進(jìn)行通信。

②定義測試數(shù)據(jù)類型。例如層間傳輸原語、消息頭都定義為記錄類型,測試?yán)齀D為八位組類型以及其他數(shù)據(jù)(有枚舉類型、常量類型)等。

③定義模板。在TTCN3核心語言中,數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送都是通過模板進(jìn)行的,在編寫測試?yán)倪^程中定義模板,將原語結(jié)構(gòu)放入模板中實(shí)現(xiàn)通信。

④構(gòu)造測試步驟。在編寫測試?yán)倪^程中,每一步都構(gòu)造了一個(gè)函數(shù),函數(shù)內(nèi)有定義所需的基本數(shù)據(jù)類型和定時(shí)器,以及在相應(yīng)端口上發(fā)送與接收的模板。

⑤構(gòu)造控制部分。在控制部分中,通過傳遞參數(shù)改變單次測試的標(biāo)志BSIC以及構(gòu)造循環(huán)測試定義總的測試次數(shù)。

⑥TTCN3代碼與腳本的交互是通過socket進(jìn)行的。socket代碼寫在腳本內(nèi),TTCN3向腳本發(fā)送測試?yán)齀D,腳本收到測試?yán)齀D后進(jìn)行相應(yīng)的行為,互相合作完成切換。

4.3 測試結(jié)果分析

在搭建的TD-LTE/GSM互操作一致性測試系統(tǒng)上,基于TTCN3[6-9]語言編寫的測試?yán)赥Tworkbench平臺(tái)上編譯通過后生成clf文件,執(zhí)行clf文件可以生成測試流程圖來觀察測試結(jié)果是否符合協(xié)議一致性測試要求。

在測試中cell1發(fā)送切換到cell2的指令并且在規(guī)定的時(shí)延內(nèi)收到了期望的消息判定成功PASS。其中LTE_BTS1發(fā)送切換到cell2指令采用的原語是PC_ MC_TTCNPARA_REQ_Type,設(shè)置功率采用的原語是PC_MC_CellRecfo_REQ_Type,分別由LTE_BTS1、CS1發(fā)送;通過CS1端口向cell2發(fā)送測試?yán)齀D指示腳本應(yīng)該執(zhí)行的代碼從而控制UE在GSM系統(tǒng)中的行為;最終驗(yàn)證了代碼的正確性以及符合協(xié)議一致性要求。

5 結(jié)束語

依據(jù)在實(shí)驗(yàn)室所從事的國家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目,分析了TD-LTE協(xié)議一致性測試以及GSM協(xié)議一致性測試。在基于TTCN3的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種級(jí)聯(lián)的TD-LTE/GSM互操作性測試系統(tǒng),并且對互操作性協(xié)議一致性切換測試?yán)M(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。仿真測試結(jié)果證明,該結(jié)果符合3GPP協(xié)議一致性測試要求,從而驗(yàn)證了該TD-LTE/GSM互操作性測試平臺(tái)的可靠性與可行性。TD-LTE/GSM級(jí)聯(lián)互操作性測試系統(tǒng)對于LTE多模終端的一致性測試具有一定的價(jià)值,同時(shí)也對各終端生產(chǎn)廠商的互聯(lián)互通性具有一定的參考意義。

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Design and Realization of the TD-LTE/GSM Interoperability Test system

Along with the 4G license has been released,4G will coexist with 2G and 3G in a long term,the interoperability among systems becomes particularly important.Thus,the TD-LTE/GSM interoperability test system has been designed and developed based on consistency testing principle and test method of TTCN-3 core language,and the interoperability among systems is researched.Switchover is the typical and necessary process of interoperability,the switchover testing example procedures are designed by adopting the proposed interoperability system. Through TTworkbench,the system simulation platform,the test flowchart and test report are generated,and this interoperability system is verified for conforming 3GPP protocol,thus the availability of the system in implementing of interoperability performance.

TD-LTE/GSM TTCN-3 Conformance test Interoperation Switchover

TN929+.5

A

國家科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):2012ZX03001024)。

修改稿收到日期:2014-02-26。

陳發(fā)堂(1965-),男,1999年于北京郵電大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)獲碩士學(xué)位,教授,研究員;主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信物理層算法仿真及軟件開發(fā)。