基于TTCN -3重建測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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張德民1 許小寒1 伍金娟2 吳中華1 張有緣1
（重慶郵電大學(xué)重慶市移動(dòng)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，重慶400065；成都軍區(qū)昆明民族干部學(xué)院教研部2，四川成都650202）
摘要：對(duì)LTE接入演進(jìn)型分組系統(tǒng)(EPS)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了研究，構(gòu)造出了對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中各模塊的測(cè)試平臺(tái)；然后對(duì)各模塊功能進(jìn)行分離與歸納，提出各模塊的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)；并在此基礎(chǔ)上搭建了無(wú)線資源管理( RRM)無(wú)線資源控制(RRC)連接重建測(cè)試?yán)囊恢滦詼y(cè)試平臺(tái)；最后編寫RRC連接重建測(cè)試?yán)臏y(cè)試腳本，并在此平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行分析，得出了測(cè)試用例設(shè)計(jì)的正確性以及測(cè)試平臺(tái)的可行性與合理性。
關(guān)鍵詞：長(zhǎng)期演進(jìn)無(wú)線資源管理演進(jìn)型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)協(xié)議一致性測(cè)試平臺(tái)樹(shù)表結(jié)合表示法4G TTCN -3 中圖分類號(hào)：TH -3；TP3 DOI:10. 16086/j. cnki. issnl000 - 0380. 201603004
0引言
目前，隨著4G技術(shù)的迅猛發(fā)展，TD - LTE技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用。TD - LTE作為我國(guó)自主創(chuàng)新的TD - SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，其相關(guān)的技術(shù)試驗(yàn)都在有條不紊地推進(jìn)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。在TD - LTE商業(yè)化的進(jìn)程中，作為TD - LTE產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，TD - LTE終端向著低功耗、高性能的方向快速發(fā)展。目前TD - LTE終端測(cè)試工作的展開(kāi)也顯得越發(fā)迫切，對(duì)終端的測(cè)試已然成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
無(wú)線資源管理( radio resource management，RRM)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及終端的關(guān)鍵功能，該功能的實(shí)現(xiàn)與否會(huì)對(duì)終端設(shè)備性能、用戶體驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。本文將RRM中無(wú)線資源控制(radioresource control，RRC)連接重建過(guò)程的測(cè)試?yán)鳛榍腥朦c(diǎn)，設(shè)計(jì)測(cè)試流程，編寫樹(shù)表結(jié)合表示法( tree andtabular combined notation，rrCN)測(cè)試套；然后在基于實(shí)際通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納總結(jié)，搭建重建過(guò)程的RRM -致性測(cè)試平臺(tái)；最后在搭建的測(cè)試平臺(tái)上對(duì)編寫的測(cè)試?yán)M(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。終端與測(cè)試平臺(tái)的正確交互，既驗(yàn)證了測(cè)試?yán)恼_性，又驗(yàn)證了平臺(tái)的合理性。
1 測(cè)試平臺(tái)的搭建
1.1歸納測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)
LTE接入演進(jìn)型分組系統(tǒng)(evolved packet system，EPS)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。
測(cè)試平臺(tái)構(gòu)建模型如圖2所示。其中，演進(jìn)全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)（evolved UTRAN．E- UTRAN）在測(cè)試平臺(tái)中被分離為TD - LTE處理單元（TD - LTE processingunit，TDPU)和無(wú)線資源控制(radio resource control，RRC)子層。RRC與非接人層(non - access stratum，NAS)之間以Sl - MME接口相連接。TTworkbench功能模塊包括RRC和NAS子層，TTCN功能模塊與TDPU等其他模塊連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的RRM -致性測(cè)試。
1.2搭建RRM -致性測(cè)試平臺(tái)
在圖2搭建的測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)上，把其中一些子層進(jìn)行分離和歸納，然后在一些特定功能模塊上實(shí)現(xiàn)各子層的功能，并搭建基于TTCN -3的RRC重建的RRM -致性測(cè)試平臺(tái)，如圖3所示。
歸納后搭建的測(cè)試平臺(tái)包括以下功能模塊：應(yīng)用模塊（application，APP）、高級(jí)RISC微處理器模塊( advanced RISC machines，ARM)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊（field - programmable gate array，F(xiàn)PGA）、數(shù)字信號(hào)處理模塊（digital signal process，DSP）、射頻模塊( radio frequency，RF)和被測(cè)實(shí)現(xiàn)模塊(implementationunder test，IUT)。
APP模塊是由用戶自己設(shè)定，包含了針對(duì)每一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的所有問(wèn)題和功能，在該測(cè)試?yán)惺褂肨TCN -3作為應(yīng)用模塊。在TTCN -3中，編寫了測(cè)試代碼，主要實(shí)現(xiàn)NAS和RRC的功能。在ARM模塊上實(shí)現(xiàn)了PDN網(wǎng)關(guān)、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)(service gateway，SGW)、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(packet data convergence protocol，PDCP)、無(wú)線鏈路控制(radio link control，RLC)和媒體接入控制( medium access control，MAC)等子層的功能。DSP模塊負(fù)責(zé)物理層(physical layer，PHY)功能的實(shí)現(xiàn)。這樣TTCN -3、ARM和DSP模塊連接，共同構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)端的開(kāi)發(fā)環(huán)境。FPGA模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和下行同步。RF模塊模擬無(wú)線通信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)被測(cè)實(shí)體與測(cè)試平臺(tái)的連接和通信。該測(cè)試平臺(tái)還加入了一個(gè)主控模塊，它能夠?qū)崿F(xiàn)PC與TDPU的中轉(zhuǎn)處理，也用于加載應(yīng)用軟件。
基于TTCN -3的測(cè)試平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)流程進(jìn)行控制，而且TTCN -3的核心語(yǔ)言形式可以與其圖形表示格式( GFT)相互轉(zhuǎn)化。GFT圖以一種更加簡(jiǎn)單、直觀的圖形表示方式來(lái)描述TTCN -3的行為。該測(cè)試平臺(tái)不僅擁有以上TTCN -3的優(yōu)點(diǎn)，并且在以往測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)上對(duì)各功能模塊加以總結(jié)，提出了實(shí)現(xiàn)各模塊功能的途徑；同時(shí)，F(xiàn)PGA等模塊的加入提高了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和處理的效率，使平臺(tái)變得更合理且穩(wěn)定。
2RR重建過(guò)程測(cè)試設(shè)計(jì)
2.1 RRC連接重建過(guò)程
RRC連接重建成功的流程如圖4所示。
對(duì)于處于RRC -CONNECTED的UE且其安全性已經(jīng)被激活，它將初始化該進(jìn)程來(lái)繼續(xù)RRC連接。只有當(dāng)相關(guān)的小區(qū)已經(jīng)準(zhǔn)備好，連接重建才能繼續(xù)，即該進(jìn)程需要有一個(gè)有效的UE上下文。如果E- UTRAN接收到RRC連接重建請(qǐng)求，而無(wú)線承載保持被暫時(shí)擱置狀態(tài)時(shí)，SRB1運(yùn)作重新開(kāi)始。如果接入層安全性還沒(méi)被激活，UE不初始化該進(jìn)程，而是直接跳轉(zhuǎn)到IDLE狀態(tài)。
如上所述，RRC連接重建過(guò)程只有當(dāng)接人層安全性已經(jīng)被激活，并且發(fā)生以下幾種情形的一種時(shí)，才會(huì)被初始化：(1)在檢測(cè)到無(wú)線鏈路失敗后；(2)在切換失敗后；(3)在從E- UTRA的移動(dòng)性失敗后；(4)在接收到來(lái)自于低層的完整性檢驗(yàn)失敗后；(5)在RRC連接重配置失敗后。初始化該進(jìn)程以后，如果定時(shí)器T310正在運(yùn)行，則停止運(yùn)行；并啟動(dòng)定時(shí)器T311，將所
有的RBs暫時(shí)擱置，除了SRBO；然后配置底層，此時(shí)將重新執(zhí)行小區(qū)選擇，即小區(qū)重選過(guò)程。
2.2重建過(guò)程的測(cè)試?yán)O(shè)計(jì)
2. 2.1測(cè)試流程設(shè)計(jì)
同頻RRC重建過(guò)程的測(cè)試，是驗(yàn)證當(dāng)服務(wù)小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)在同一載頻上并且UE檢測(cè)到無(wú)線鏈路失敗或者切換失敗等情況時(shí)，終端能否在規(guī)定的重建時(shí)延限制內(nèi)發(fā)送RRC連接重建請(qǐng)求給系統(tǒng)模擬器(systemsimulator，SS)來(lái)重新建立RRC連接。測(cè)試中需要一個(gè)服務(wù)小區(qū)和一個(gè)鄰小區(qū)，分別稱之為小區(qū)1和小區(qū)2，使UE能在同一個(gè)E- UTRA TDD載頻上監(jiān)測(cè)相鄰小區(qū)，并在檢測(cè)到無(wú)線鏈路失敗的情況下，UE能夠發(fā)起RRC連接重建流程，并在物理隨機(jī)接入信道( physicalrandom access channel，PRACH)上向小區(qū)2發(fā)送前導(dǎo)完成小區(qū)重選到小區(qū)2。如圖5所示為RRM重建過(guò)程一致性測(cè)試流程圖。
首先，使得UE處于3A - RF狀態(tài)，3A - RF狀態(tài)是UE由開(kāi)機(jī)之后的空狀態(tài)駐留到小區(qū)l進(jìn)入到空閑狀態(tài)后接收到網(wǎng)絡(luò)端的尋呼進(jìn)入測(cè)試模式的連接態(tài)。然后SS發(fā)送連接重配置給UE，UE會(huì)發(fā)送連接重配置完成給SS，在配置好T2、T3階段的參數(shù)以后，UE檢測(cè)到無(wú)線鏈路失敗時(shí)發(fā)起RRC連接重建流程，并在1.5 s內(nèi)發(fā)送隨機(jī)接人前導(dǎo)到小區(qū)2，表示測(cè)試?yán)晒?zhí)行一次，然后切換回小區(qū)1。若切換不成功，則UE關(guān)機(jī)，繼續(xù)上述流程。
根據(jù)3 GPP標(biāo)準(zhǔn)制定的參數(shù)值，RRC連接重建時(shí)延被定義為從T開(kāi)啟到UE向小區(qū)2發(fā)送隨機(jī)接入前導(dǎo)的這段時(shí)間。測(cè)試中的RRC連接重建時(shí)延由以下公式得到：
2.2.2測(cè)試參數(shù)配置
以上測(cè)試流程執(zhí)行的過(guò)程中，所需配置的部分參數(shù)如表1所示。
表1中，N310表示從底層收到的連續(xù)的失步(out -of - sync)指示的最大個(gè)數(shù)，N311表示從底層收到的連續(xù)的同步( in - sync)指示的最大個(gè)數(shù)。定時(shí)器T310在接收N310個(gè)連續(xù)不同步時(shí)啟動(dòng)，在鏈路恢復(fù)即接收N311個(gè)連續(xù)同步時(shí)停止，當(dāng)定時(shí)器T310超時(shí)時(shí)將觸發(fā)RRC連接重建過(guò)程。定時(shí)器T311是控制UE開(kāi)始RRC連接重建到UE選擇一個(gè)小區(qū)過(guò)程所需的時(shí)間，期間UE執(zhí)行cell - selection過(guò)程。特殊子幀包含3個(gè)部分：下行導(dǎo)頻時(shí)隙( downlink pilot time slot，DwPTS)、保護(hù)間隔( guard period，GP)、上行導(dǎo)頻時(shí)隙(uplink pilot timeslot，UpPTS)。DwPTS上傳輸?shù)氖窍滦械膮⒖夹盘?hào)，也可以傳輸一些控制信息；UpPTS上可以傳輸一些短的隨機(jī)接入和探測(cè)參考信號(hào)的信息；GP是上下行之間的保護(hù)時(shí)間。特殊子幀的配置目前一共有9種，配置0到配置8，該測(cè)試?yán)x的是配置6。在同一幀內(nèi)，不同的上下行子幀的配置有7種，配置0到配置6，該測(cè)試?yán)x的是配置1。PRACH配置索引指示了PRACH的頻域資源索引、時(shí)域的無(wú)線幀、半幀、子幀的資源占用情況，該測(cè)試?yán)x的是配置53。
在測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中，各個(gè)定時(shí)器時(shí)段內(nèi)兩個(gè)小區(qū)的參數(shù)如表2所示。需要說(shuō)明的是，測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中一直存在加性高斯白噪聲的干擾。表2中，BW channel代表信道帶寬，兩個(gè)小區(qū)均設(shè)定為10 MHz Es/I o t表示每個(gè)資源粒子上接收功率與所有噪聲干擾的功率譜密度之比。N o e示白噪聲源的功率譜密度，白噪聲源模擬的是來(lái)自小區(qū)在測(cè)試過(guò)程中未被定義的干擾。ES／N表示每個(gè)資源粒子上接收功率與模擬來(lái)自小區(qū)的白噪聲源的功率譜密度之比。RSRP表示參考信號(hào)的接收功率。
3 測(cè)試結(jié)果的分析
按照以上測(cè)試流程編寫測(cè)試?yán)�，并在搭建好的測(cè)試平臺(tái)上執(zhí)行，得到具體的測(cè)試結(jié)果仿真圖。
PC端TTCN -3利用TTCN參數(shù)配置請(qǐng)求與證實(shí)這一對(duì)原語(yǔ)驗(yàn)證與主控的通信。TTCN -3發(fā)送小區(qū)激活請(qǐng)求來(lái)激活小區(qū)，使得終端能夠收到小區(qū)1的系統(tǒng)消息，并在小區(qū)1上成功駐留后，主控會(huì)回小區(qū)激活證實(shí)給TTCN -3。接著TTCN-3會(huì)下發(fā)尋呼請(qǐng)求，由主控轉(zhuǎn)發(fā)到底層后發(fā)給終端，終端會(huì)再接收小區(qū)1的系統(tǒng)消息并接入進(jìn)入連接態(tài)。然后利用小區(qū)重配請(qǐng)求與證實(shí)來(lái)設(shè)置T2、T3階段的參數(shù)。最后TTCN-3等待當(dāng)終端成功接入到小區(qū)2時(shí)，底層會(huì)回一個(gè)預(yù)先約定的ACID證實(shí)，表示接入成功。
通過(guò)觀察仿真可知，測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中到達(dá)每條原語(yǔ)的時(shí)間有明確的顯示，而且也便于追蹤測(cè)試流程執(zhí)行到哪條原語(yǔ)，易于查錯(cuò)和糾錯(cuò)。
4結(jié)束語(yǔ)
本文從LTE接入EPS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)受到啟發(fā)，結(jié)合TTCN-3協(xié)議一致性測(cè)試搭建基于E- UIRAN TDD同頻RRC重建測(cè)試?yán)钠脚_(tái)，編寫重建測(cè)試，并在該平臺(tái)上成功執(zhí)行。該方法完善了TD - LTE系統(tǒng)協(xié)議一致性測(cè)試技術(shù)理論，并為以后的研究提供了可行的方案。未來(lái)隨著4G技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟和5G技術(shù)的萌生，基于TTCN -3的測(cè)試開(kāi)發(fā)將會(huì)變得愈加重要。
