基于TTCN－3重建測試架構的設計與實現

Design and Implementation of Re－establishment Test Architecture Based on TTCN－3

張德民1　許小寒1　伍會娟2　吳中華1　張有緣1(重慶郵電大學重慶市移動通信技術重點實驗室1，重慶　400065;成都軍區昆明民族干部學院教研部2，四川成都　650202)

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基于TTCN－3重建測試架構的設計與實現

國家科技重大專項基金資助項目(編號:2012ZX03001024)。

修改稿收到日期:2015－03－26。

第一作者張德民(1955－)，男，1988年畢業于北京郵電大學信號、電路與系統專業，獲碩士學位，教授;主要從事信號處理與通信系統方面的研究。

0　引言

目前，隨著4G技術的迅猛發展，TD－LTE技術也得到廣泛的應用。TD－LTE作為我國自主創新的TD－SCDMA標準的長期演進標準，其相關的技術試驗都在有條不紊地推進，發展勢頭迅猛。在TD－LTE［1］商業化的進程中，作為TD－LTE產業的重要組成部分，TD－LTE終端向著低功耗、高性能的方向快速發展。目前TD－LTE終端測試工作的展開也顯得越發迫切，對終端的測試已然成為業內關注的焦點［2］。

無線資源管理(radio resource management，RRM)是無線網絡及終端的關鍵功能，該功能的實現與否會對終端設備性能、用戶體驗及網絡質量產生至關重要的影響［3］。本文將RRM中無線資源控制(radio resource control，RRC)連接重建過程［4］的測試例作為切入點，設計測試流程，編寫樹表結合表示法(tree and tabular combined notation，TTCN)［5］測試套;然后在基于實際通信系統網絡架構的基礎上進行歸納總結，搭建重建過程的RRM一致性測試平臺;最后在搭建的測試平臺上對編寫的測試例進行調試運行。終端與測試平臺的正確交互，既驗證了測試例的正確性，又驗證了平臺的合理性。

1　測試平臺的搭建

1.1歸納測試平臺架構

LTE接入演進型分組系統(evolved packet system，EPS)的網絡架構如圖1所示。

圖1　LTE接入EPS系統的網絡架構Fig.1 The network architecture of LTE access EPS

測試平臺構建模型如圖2所示。其中，演進全球陸地無線接入網(evolved UTRAN，E－UTRAN)在測試平臺中被分離為TD－LTE處理單元(TD－LTE processingunit，TDPU)和無線資源控制(radio resource control，RRC)子層。RRC與非接入層(non－access stratum，NAS)之間以S1－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，實現對終端的RRM一致性測試。

圖2　測試平臺構建模型Fig.2　The test platform building model

1.2搭建RRM一致性測試平臺

在圖2搭建的測試平臺的基礎上，把其中一些子層進行分離和歸納，然后在一些特定功能模塊上實現各子層的功能，并搭建基于TTCN－3的RRC重建的RRM一致性測試平臺［6］，如圖3所示。

歸納后搭建的測試平臺包括以下功能模塊:應用模塊(application，APP)、高級RISC微處理器模塊(advanced RISC machines，ARM)、現場可編程門陣列模塊(field－programmable gate array，FPGA)、數字信號處理模塊(digital signal process，DSP)、射頻模塊(radio frequency，RF)和被測實現模塊(implementation under test，IUT)。

APP模塊是由用戶自己設定，包含了針對每一項網絡服務的所有問題和功能，在該測試例中使用TTCN－3作為應用模塊。在TTCN－3中，編寫了測試代碼，主要實現NAS和RRC的功能。在ARM模塊上實現了PDN網關、業務網關(service gateway，SGW)、分組數據匯聚協議(packet data convergence protocol，PDCP)、無線鏈路控制(radio link control，RLC)和媒體接入控制(medium access control，MAC)等子層的功能。DSP模塊負責物理層(physical layer，PHY)功能的實現。這樣TTCN－3、ARM和DSP模塊連接，共同構成了網絡端的開發環境。FPGA模塊主要負責數據的接收和下行同步。RF模塊模擬無線通信環境，實現被測實體與測試平臺的連接和通信。該測試平臺還加入了一個主控模塊，它能夠實現PC與TDPU的中轉處理，也用于加載應用軟件。

圖3　重建測試例的RRM一致性測試平臺Fig.3 RRM conformance testing platform of re－establishment test case

基于TTCN－3的測試平臺能夠實時地對流程進行控制，而且TTCN－3的核心語言形式可以與其圖形表示格式(GFT)相互轉化。GFT圖以一種更加簡單、直觀的圖形表示方式來描述TTCN－3的行為［7］。該測試平臺不僅擁有以上TTCN－3的優點，并且在以往測試平臺的基礎上對各功能模塊加以總結，提出了實現各模塊功能的途徑;同時，FPGA等模塊的加入提高了數據的轉發和處理的效率，使平臺變得更合理且穩定。

2　RRM重建過程測試設計

2.1 RRC連接重建過程

RRC連接重建成功的流程如圖4所示。

圖4　RRC連接重建成功流程圖Fig.4 Successful procedure of RRC connection re－establishment

對于處于RRC_CONNECTED的UE且其安全性已經被激活，它將初始化該進程來繼續RRC連接。只有當相關的小區已經準備好，連接重建才能繼續，即該進程需要有一個有效的UE上下文。如果E－UTRAN接收到RRC連接重建請求，而無線承載保持被暫時擱置狀態時，SRB1運作重新開始。如果接入層安全性還沒被激活，UE不初始化該進程，而是直接跳轉到IDLE狀態。

如上所述，RRC連接重建過程只有當接入層安全性已經被激活，并且發生以下幾種情形的一種時，才會被初始化: (1)在檢測到無線鏈路失敗后; (2)在切換失敗后; (3)在從E－UTRA的移動性失敗后; (4)在接收到來自于低層的完整性檢驗失敗后; (5)在RRC連接重配置失敗后。初始化該進程以后，如果定時器T310正在運行，則停止運行;并啟動定時器T311，將所有的RBs暫時擱置，除了SRB0;然后配置底層，此時將重新執行小區選擇，即小區重選過程［8］。

2.2重建過程的測試例設計

2.2.1測試流程設計

同頻RRC重建過程的測試，是驗證當服務小區和目標小區在同一載頻上并且UE檢測到無線鏈路失敗或者切換失敗等情況時，終端能否在規定的重建時延限制內發送RRC連接重建請求給系統模擬器(system simulator，SS)來重新建立RRC連接。測試中需要一個服務小區和一個鄰小區，分別稱之為小區1和小區2，使UE能在同一個E－UTRA TDD載頻上監測相鄰小區，并在檢測到無線鏈路失敗的情況下，UE能夠發起RRC連接重建流程，并在物理隨機接入信道(physical random access channel，PRACH)上向小區2發送前導完成小區重選到小區2。如圖5所示為RRM重建過程一致性測試流程圖。

圖5　同頻RRC重建測試流程圖Fig.5　The test flowchart of intra－frequency RRC re－establishment

首先，使得UE處于3A－RF狀態，3A－RF狀態是UE由開機之后的空狀態駐留到小區1進入到空閑狀態后接收到網絡端的尋呼進入測試模式的連接態。然后SS發送連接重配置給UE，UE會發送連接重配置完成給SS，在配置好T2、T3階段的參數以后，UE檢測到無線鏈路失敗時發起RRC連接重建流程，并在1.5 s內發送隨機接入前導到小區2，表示測試例成功執行一次，然后切換回小區1。若切換不成功，則UE關機，繼續上述流程。

根據3GPP標準制定的參數值，RRC連接重建時延被定義為從T3開啟到UE向小區2發送隨機接入前導的這段時間。測試中的RRC連接重建時延由以下公式得到:

式中: TUL_grant為從目標小區獲得上行授權的時間，由于測試例的成功與否是由系統模擬器接收到PRACH花費的時間來判定的，所以在該測試例中TUL_grant并沒有用到; TUE_re－establish_delay= 50 ms + Nfreq×Tsearch+ TSI+ TPRACH，Nfreq=1，Tsearch=100 ms; TSI=1 280 ms為接收目標小區系統消息所需的時間; TPRACH= 15 ms是由于隨機接入進程而引起的時延; TUE_establish_delay= 1 445 ms，在測試中允許1.5 s內即可。

2.2.2測試參數配置

以上測試流程執行的過程中，所需配置的部分參數如表1所示。

表1　測試例的部分參數配置Tab.1 Partial test parameters of the test case

表1中，N310表示從底層收到的連續的失步(outof－sync)指示的最大個數，N311表示從底層收到的連續的同步(in－sync)指示的最大個數。定時器T310在接收N310個連續不同步時啟動，在鏈路恢復即接收N311個連續同步時停止，當定時器T310超時時將觸發RRC連接重建過程。定時器T311是控制UE開始RRC連接重建到UE選擇一個小區過程所需的時間，期間UE執行cell－selection過程。特殊子幀包含3個部分:下行導頻時隙(downlink pilot time slot，DwPTS)、保護間隔(guard period，GP)、上行導頻時隙(uplink pilot time slot，UpPTS)。DwPTS上傳輸的是下行的參考信號，也可以傳輸一些控制信息; UpPTS上可以傳輸一些短的隨機接入和探測參考信號的信息; GP是上下行之間的保護時間。特殊子幀的配置目前一共有9種，配置0到配置8，該測試例所選的是配置6。在同一幀內，不同的上下行子幀的配置有7種，配置0到配置6，該測試例所選的是配置1。PRACH配置索引指示了PRACH的頻域資源索引、時域的無線幀、半幀、子幀的資源占用情況，該測試例所選的是配置53。

在測試執行過程中，各個定時器時段內兩個小區的參數如表2所示。需要說明的是，測試執行過程中一直存在加性高斯白噪聲的干擾。表2中，BWchannel代表信道帶寬，兩個小區均設定為10 MHz。E^s/Iot表示每個資源粒子上接收功率與所有噪聲干擾的功率譜密度之比。Noc表示白噪聲源的功率譜密度，白噪聲源模擬的是來自小區在測試過程中未被定義的干擾。E^s/ Noc表示每個資源粒子上接收功率與模擬來自小區的白噪聲源的功率譜密度之比。RSRP表示參考信號的接收功率。

表2　測試例的具體小區測試參數配置Tab.2 Specific test parameters of the LTE cells in the test case

3　測試結果的分析

按照以上測試流程編寫測試例，并在搭建好的測試平臺上執行，得到具體的測試結果仿真圖。

PC端TTCN－3利用TTCN參數配置請求與證實這一對原語驗證與主控的通信。TTCN－3發送小區激活請求來激活小區，使得終端能夠收到小區1的系統消息，并在小區1上成功駐留后，主控會回小區激活證實給TTCN－3。接著TTCN－3會下發尋呼請求，由主控轉發到底層后發給終端，終端會再接收小區1的系統消息并接入進入連接態。然后利用小區重配請求與證實來設置T2、T3階段的參數。最后TTCN－3等待當終端成功接入到小區2時，底層會回一個預先約定的AC1D證實，表示接入成功。

通過觀察仿真可知，測試執行過程中到達每條原語的時間有明確的顯示，而且也便于追蹤測試流程執行到哪條原語，易于查錯和糾錯。

4　結束語

本文從LTE接入EPS系統的網絡架構受到啟發，結合TTCN－3協議一致性測試搭建基于E－UTRAN TDD同頻RRC重建測試例的平臺，編寫重建測試，并在該平臺上成功執行。該方法完善了TD－LTE系統協議一致性測試技術理論，并為以后的研究提供了可行的方案。未來隨著4G技術的發展逐漸成熟和5G技術的萌生，基于TTCN－3的測試開發將會變得愈加重要。

參考文獻

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［3］3GPP TS 36.521－3.Evolved universal terrestrial radio access (E－UTRA)radio resource management (RRM)conformance testing (Release 10)［S］.2012.

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［5］陳發堂，徐莉.TD－LTE/GSM互操作性測試系統的設計與實現［J］.自動化儀表，2014，35(11):76－79.

［6］陳發堂，牛勇清，韓娜娜，等.協議一致性測試平臺的搭建及仿真實現［J］.電子技術應用，2014，40(4):137－140.

［7］董宏成，張寧，李小文.TTCN－3在RRC協議一致性測試中的應用［J］.電子技術應用，2013，39(7):117－120.

［8］張勇，卞伶俐.LTE系統無線資源控制連接重建過程研究與實現［J］.電視技術，2011，35(1):85－88.

Design and Implementation of Re－establishment Test Architecture Based on TTCN－3

張德民1許小寒1伍會娟2吳中華1張有緣1
(重慶郵電大學重慶市移動通信技術重點實驗室1，重慶400065;成都軍區昆明民族干部學院教研部2，四川成都650202)

摘要:對LTE接入演進型分組系統(EPS)網絡架構進行了研究，構造出了對應網絡架構中各模塊的測試平臺;然后對各模塊功能進行分離與歸納，提出各模塊的實現平臺;并在此基礎上搭建了無線資源管理(RRM)無線資源控制(RRC)連接重建測試例的一致性測試平臺;最后編寫RRC連接重建測試例的測試腳本，并在此平臺上進行驗證。通過對驗證結果進行分析，得出了測試用例設計的正確性以及測試平臺的可行性與合理性。

關鍵詞:長期演進無線資源管理演進型系統網絡架構協議一致性測試平臺樹表結合表示法4G TTCN－3

Abstract:The network architecture of LTE access evolved packet system (EPS)is researched，and the test platform corresponding to each module of the network architecture is constructed; then the functions of each module are separated and summarized，the implementation platform of each module is put forward; and the radio resource management(RRM)conformance test platform for the test case of radio resourcce control (RRC)connection re－establishment is built on this basis; finally，the test script of the test case of RRC connection re－establishment is composed and verified on this platform.Through analyzing the verification results，it is found that the design is correct，and the test platform is feasible and reasonable.

Keywords:Long term evolution Radio resource management(RRM)EPS network architecture Protocol conformance test platform Tree and tabular combined notation 4GTTCN－3

中圖分類號:TH－3; TP3

文獻標志碼:A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000－0380.201603004