TD-LTE/GSM互操作性测试系统的设计与实现

陈发堂 徐莉

(重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆 400065)

TD-LTE/GSM互操作性测试系统的设计与实现

陈发堂 徐莉

(重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆 400065)

随着4G牌照的发放,4G与2G、3G将长期并存,系统间的互操作性显得尤为重要。对此,基于TTCN3核心语言的一致性测试原理与测试方法,设计开发了一种TD-LTE/GSM互操作性测试系统,并对系统间的互操作性进行了研究。切换作为互操作性必要的典型过程,利用提出的互操作性系统设计了切换测试例流程,通过系统仿真平台TTworkbench生成了测试流程图与测试结果报告。测试结果验证了此互操作性系统符合3GPP协议,表明了该系统在实现互操作性能方面的可用性。

TD-LTE/GSM TTCN-3 一致性测试 互操作 切换

0 引言

随着TD-LTE正式商用,多模单待终端的研发和生产有其必然性。国内外现有的TD-LTE的协议一致性测试仪表大部分只能支持TD-LTE单模测试,并不能支持TD-LTE与其他系统的互操作性的协议一致性测试[1]。本文考虑将市面上现有的TD-LTE与GSM一致性测试仪表级联,形成TD-LTE/GSM互操作性测试系统。

TTCN的推出克服了传统测试的很多缺点。首先,一台TTCN服务器可以模拟一个或多个节点设备,大大降低了测试系统的成本和搭建时耗;其次TTCN可以对消息及其内部成分进行监测和判断,可以实现大量测试用例的自动化执行;最后,它使用高级语言的形式来描述测试用例,使之与被测系统分离,当被测系统底层平台改变时,测试用例不再需要做任何的修改,使得测试系统具有很好的重用性与可移植性[2]。

依据在实验室所从事的国家科技重大专项资助项目以及TTCN3测试系统模型分析,设计了一种TDLTE/GSM级联互操作性一致性测试的整体测试结构,并从切换出发,设计TD-LTE/GSM异系统间的切换流程来验证TD-LTE/GSM互操作性测试性能。

1 TTCN3测试系统概述

TTCN-3是由ETSI(欧盟通信标准研究院)所设计的国际化标准语言,并于2001年发布,成为ETSI ES 201 873系列标准文件。TTCN-3意在用做独立于测试方法、底层平台和协议的测试套的描述,便于实现测试例的通用性和可移植性。因此,测试的主要工作量集中在利用形式化语言描述测试流程。

由于TTCN-3是核心语言,不能直接和外界进行交互,因此本文采用由德国的testing technologies公司研发的支持TTCN-3语言的专业测试工具软件TTworkbench。TTworkbench是将测试表示、测试管理、测试集生成、测试跟踪以及适配层设计等集成到一个工具平台,它的自动化程度比较高,使用也很方便。

TTworkbench测试系统大体由七部分组成:TTCN-3执行实体(TTCN-3 executable,TE)、测试日志(test logging,TL)、成分处理(component handling,CH)、编解码(codec,CD)、系统适配器(system adapter,SA)、平台适配(platform adapter,PA)和成分管理(management,TM)。其中,TM与TE之间是控制接口TCI,TE与SA之间是运行接口TRI[3-4]。整体框架如图1所示。

图1 TTCN-3测试系统框图Fig.1 Block diagram of TTCN-3 testing system

编解码功能管理模块(CD)提供了多种编解码的方式(如ASN.1等),在测试过程中需要对测试数据进行相应的编解码。系统适配层(SA)用来实现TE与被测系统(SUT)之间的通信。这些组件相互配合工作,共同完成测试。

2 终端协议一致性测试

2.1 终端协议一致性测试简介

4G网络已经正式商用,终端产品的一致性测试是保证4G网络不断成熟与完善的一个重要环节。终端一致性测试是依据3GPP测试协议对其产品进行性能测试,验证产品与相应的协议是否一致性,使得产品之间能够互联互通,提高产品的可靠性。

终端协议一致性测试属于黑盒测试,利用一组特定的测试例在特定的网络条件下,对终端进行测试的行为。通过比较实际输出的结果与预期输出的结果,判定被测终端的功能实现程度与协议规范要求的程度之间是否符合一致性测试要求。终端协议一致性测试的最终目的是为了保证终端在不同的环境下能够保持一致性[5]。

2.2 TD-LTE终端协议一致性框架

基于在实验室所从事的实际项目与TTCN3测试系统的模型上,搭建了一种TD-LTE系统测试平台。测试框架如图2所示。

系统由LTE综测仪即系统模拟器(SS)、带有TTCN3的PC机和被测终端构成。在测试例中,TTCN3编写RRC层的测试代码,实现RRC层的功能,LTE综测仪实现部分RRC层功能、协议栈其他层功能以及物理层功能。PC机通过以太网接口与LTE综测仪相连接,UE通过射频接口与LTE综测仪相连接。TTCN3代码编写控制整个测试的流程与SS、UE的行为。

图2 TD-LTE测试框架图Fig.2 TTD-LTE testing framework

2.3 GSM终端协议一致性测试简介

在设计TD-LTE/GSM互操作性测试系统的过程中,对于GSM终端协议一致性测试采用信令分析仪。信令分析仪带有控制软件,用于控制脚本的执行,从而控制终端的行为。

脚本由C语言编写,通过初始化信道参数、发送系统消息、改变功率设置、切换重选、驻留等对UE进行测试。编写好的脚本生成.dll文件并导入控制软件执行测试。

3 TD-LTE/GSM互操作性测试系统

TD-LTE/GSM互操作性测试系统的设计需要将TD-LTE测试系统与GSM测试系统级联,LTE综测仪与信令分析仪都通过射频接口与被测终端相连。同时,LTE综测仪与信令分析仪都需要与带有TTCN3软件的PC机通过以太网物理网口进行相连。级联测试系统如图3所示。

图3 级联测试系统图Fig.3 Cascade testing system

在级联测试系统框架中,PC机控制整个测试流程。运行TTCN3测试例,经过编解码、适配层生成了可以在该测试系统上可执行的文件,同时在适配层设置IP地址与端口号实现与其他仪表之间的互联互通。代码中通过原语向LTE综测仪与信令分析仪发出指令,控制SS、信令分析仪和UE的行为。

在LTE综测仪中,主控收到来自TTCN3下发的原语与测试例ID后,发送给基带板,基带板会以此做出相应的行为。

在信令分析仪中运行脚本。当脚本收到来自TTCN3下发的测试例ID时,进行判断该执行的行为,以此来控制UE在GSM系统中的行为,最终通过仿真平台上生成的测试结果流程判定成功还是失败。

4 切换测试例的实现

4.1 测试分析与设计

依据异系统互操作性测试协议对切换测试的规定,首先需要将LTE综测仪的参数设置成3A-RF状态以满足测试初始条件。TD-LTE/GSM异系统切换测试包括两个小区,小区1为激活小区即UE首先正常驻留的LTE小区,小区2为邻小区即UE要切换过去最终驻留的GSM小区。

测试过程总共包括三个连续的时间段(T1、T2、T3)。在T1时间段内,UE驻留在cell1内没有任何cell2的信息,此时cell1应该向UE发送包含测量信息的连接重配消息要求,对cell2进行测量,在cell1收到来自UE的连接重配完成消息后开启定时器T2,此时cell2成为可被检测到的。对两个小区进行功率设置,通过降低cell1的功率来提高cell2的功率,UE将cell2的测量结果上报给cell1。cell1接收到测量报告后,传输应用切换到cell2的MobilityFromEUTRACommand消息。当包含用来切换的RRC消息的最后TTI发送给UE时,立即开启T3,此时再次改变两个小区的功率。如果UE从T3时间段开始,在小于THandoverdelay的时间内,在DCCH上发送access bursts给cell2,则成功测试数量加1,否则,失败测试数量加1。其中THandoverdelay= Thandoverdelay+Toffset+TUL;Thandoverdelay=90 ms;Toffset=4.65 ms; TUL=4.65 ms;UE等待下一个时隙处于空闲帧或者SACCH帧情况下的时间;THandoverdelay=Thandoverdelay+Toffset+ TUL=90+4.65+4.65=99.3 ms,协议规定测试允许100 ms。因此,若切换时延小于100 ms,则证明测试成功。

测试流程如图4所示。

图4 测试流程图Fig.4 Test flowchart

4.2 代码实现

TTCN3代码控制UE在LTE小区的行为以及控制整个测试流程,脚本控制UE切换到GSM小区后的行为。具体实现如下。

①定义通信端口与测试组件。定义一个主测试成分MTC和多个并行测试成分PTC,MTC控制PTC;同时定义通信端口,端口LTE_BTS1代表LTE小区,端口CS1代表GSM小区,每个端口都设定不同的端口号与外界进行通信。

②定义测试数据类型。例如层间传输原语、消息头都定义为记录类型,测试例ID为八位组类型以及其他数据(有枚举类型、常量类型)等。

③定义模板。在TTCN3核心语言中,数据的接收与发送都是通过模板进行的,在编写测试例的过程中定义模板,将原语结构放入模板中实现通信。

④构造测试步骤。在编写测试例的过程中,每一步都构造了一个函数,函数内有定义所需的基本数据类型和定时器,以及在相应端口上发送与接收的模板。

⑤构造控制部分。在控制部分中,通过传递参数改变单次测试的标志BSIC以及构造循环测试定义总的测试次数。

⑥TTCN3代码与脚本的交互是通过socket进行的。socket代码写在脚本内,TTCN3向脚本发送测试例ID,脚本收到测试例ID后进行相应的行为,互相合作完成切换。

4.3 测试结果分析

在搭建的TD-LTE/GSM互操作一致性测试系统上,基于TTCN3[6-9]语言编写的测试例在TTworkbench平台上编译通过后生成clf文件,执行clf文件可以生成测试流程图来观察测试结果是否符合协议一致性测试要求。

在测试中cell1发送切换到cell2的指令并且在规定的时延内收到了期望的消息判定成功PASS。其中LTE_BTS1发送切换到cell2指令采用的原语是PC_ MC_TTCNPARA_REQ_Type,设置功率采用的原语是PC_MC_CellRecfo_REQ_Type,分别由LTE_BTS1、CS1发送;通过CS1端口向cell2发送测试例ID指示脚本应该执行的代码从而控制UE在GSM系统中的行为;最终验证了代码的正确性以及符合协议一致性要求。

5 结束语

依据在实验室所从事的国家科技重大专项资助项目,分析了TD-LTE协议一致性测试以及GSM协议一致性测试。在基于TTCN3的基础上,设计了一种级联的TD-LTE/GSM互操作性测试系统,并且对互操作性协议一致性切换测试例进行了设计与实现。仿真测试结果证明,该结果符合3GPP协议一致性测试要求,从而验证了该TD-LTE/GSM互操作性测试平台的可靠性与可行性。TD-LTE/GSM级联互操作性测试系统对于LTE多模终端的一致性测试具有一定的价值,同时也对各终端生产厂商的互联互通性具有一定的参考意义。

[1] 吴昊,杨鹏,李波.TD-LTE终端RRM一致性测试浅析[J].电信网技术,2012,11(11):8-11.

[2] 詹宝容,庾锡昌.基于TTCN-3的移动业务测试平台的设计[J].计算机工程与设计,2011,32(6):1893-1897.

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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

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国家科技重大专项基金资助项目(编号:2012ZX03001024)。

修改稿收到日期:2014-02-26。

陈发堂(1965-),男,1999年于北京邮电大学应用数学专业获硕士学位,教授,研究员;主要研究方向为移动通信物理层算法仿真及软件开发。