張 寧，孟文超，李小文

(重慶郵電大學(xué)重慶市移動通信技術(shù)重點實驗室，重慶400065)

隨著核心規(guī)范的完成，LTE終端協(xié)議一致性測試規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化工作和測試?yán)a的編寫工作將陸續(xù)展開［1］，以推動LTE終端產(chǎn)品的開發(fā)和功能的完善，加快LTE產(chǎn)業(yè)化進程。本文的研究內(nèi)容正是如何實現(xiàn)終端的協(xié)議一致性測試，以驗證終端表現(xiàn)與協(xié)議規(guī)范是否一致，進而保證不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中能夠表現(xiàn)一致。由于無線資源管理功能大都在RRC子層中實現(xiàn)［2］，RRC子層的研究就成為本項目研究的重點，同時作者在研究LTE系統(tǒng)RRC層的基礎(chǔ)上，以RRC連接建立為例詳細設(shè)計了一種基于TTCN－3的一致性測試新方案。

1 基于TTCN－3的協(xié)議一致性測試

1.1 TTCN－3 簡介

TTCN－3(Testing and TestControl Notation version3)是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(European Telecommunication Standards Institute，ETSI)設(shè)計的國際化標(biāo)準(zhǔn)語言［3］，并于 2001年發(fā)布，成為ETSIES 201 873系列標(biāo)準(zhǔn)文件。TTCN－3意在用做獨立于測試方法、底層平臺和協(xié)議的測試?yán)拿枋?，便于實現(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上。

TTCN－3是一種抽象測試描述語言，具有核心語言(Core Language)形式、圖形表示形式和用戶自定義表示形式。其中核心語言是各種表示形式的基礎(chǔ)，可以在各種格式之間映射。TTCN－3核心語言不僅方便測試人員編寫測試集，也滿足了機器處理的需要［4］，逐漸成為一種成熟的測試語言，受到很多測試人員的青睞，并將其視為實現(xiàn)高效、低成本測試的關(guān)鍵因素。

1.2 測試平臺TTworkbench

TTworkbench是由德國的Testing Tech公司研發(fā)的專業(yè)測試工具軟件，使用簡易圖形(TTCN－3 GFT)和精練文字，來開發(fā)測試方案的專業(yè)軟件［5］。并且是基于Eclipse平臺的TTCN－3軟件，在TTCN－3測試用例的開發(fā)和測試階段都有廣泛的應(yīng)用。使用TTworkbench Professional軟件開發(fā)一個完整的TTCN測試用例的步驟為:

1)TTCN－3工程創(chuàng)建。

2)添加TTCN文件到工程目錄下。

3)添加GFT文件到工程目錄下。

4)測試?yán)帉憽?/p>

5)分析測試套文件。

在完成測試?yán)帉懞?，對測試?yán)M行編譯語法分析，檢查出現(xiàn)的錯誤，系統(tǒng)在編寫測試?yán)^程中會自動進行語法檢查，如果測試?yán)^長，編譯會影響時間，因此在工程創(chuàng)建之初就把這項取消，改為手動選擇編譯。如果測試?yán)绣e誤，根據(jù)錯誤提示找到錯誤處，這些都是Eclipse平臺的特點，點擊右鍵，在彈出的選單中選擇Quick Fix能快速修改錯誤。如果編譯無錯誤，會在ttcn3build文件夾中生成相關(guān)的*.jar文件，只有生成此文件才能創(chuàng)建生成測試活動。

6)測試執(zhí)行。

選擇一個ttcn3文件作為主模塊，創(chuàng)建測試活動，配置Plugins(包括編碼、擴展參數(shù)、端口、SUT行為、TC參數(shù)、定時器的配置)，然后會出現(xiàn)相關(guān)測試適配器參數(shù)配置再執(zhí)行測試?yán)?。在TTCN－3 Graphical Logging窗口生成測試執(zhí)行圖，可以查看執(zhí)行結(jié)果是否與設(shè)計相匹配。

測試?yán)膱?zhí)行結(jié)果將被提交到測試表示。如此循環(huán)往復(fù)，直到所有的測試?yán)玫綀?zhí)行。測試表示中包含的測試結(jié)果分析和報告將通過用戶界面提交，以供用戶對測試?yán)M行跟蹤分析。

1.3 協(xié)議一致性測試

協(xié)議一致性測試是保證一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正確實現(xiàn)的關(guān)鍵［6］。對于LTE系統(tǒng)終端RRC層功能和主要過程的協(xié)議實現(xiàn)屬于高層協(xié)議的開發(fā)測試，本文關(guān)心的是設(shè)計的流程和開發(fā)程序是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，是否能與其他基于同一個協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品實現(xiàn)互通等問題。因此，使用一致性測試來完成LTE系統(tǒng)終端RRC層的協(xié)議測試。

2 LTE系統(tǒng)RRC一致性測試設(shè)計

2.1 測試整體架構(gòu)

LTE終端測試中，在TTworkbench平臺的基礎(chǔ)上，對基于TTCN－3的LTE系統(tǒng)協(xié)議一致性測試支撐平臺的設(shè)計架構(gòu)見圖1。

圖1 E－UTRAN測試系統(tǒng)架構(gòu)

從圖1可看出，LTE協(xié)議一致性測試系統(tǒng)主要由終端、系統(tǒng)模擬器兩部分組成，其中系統(tǒng)模擬器又由腳本、適配器和系統(tǒng)模擬器硬件平臺組成。下面分別介紹各個部分的功能:

Host－PC(主機):負責(zé)承載 TTCN－3測試腳本，腳本內(nèi)容主要是實現(xiàn)NAS協(xié)議和NAS層的配置，定義 RRC信令、接口、ASP等。系統(tǒng)適配層和平臺適配層分別負責(zé)適配不同的接入技術(shù)和不同的硬件平臺。并且在總體架構(gòu)里不體現(xiàn)TRI和TCI接口的實現(xiàn)。

SS－HW(系統(tǒng)模擬器硬件平臺):主要完成物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及部分RRC層的功能。提供系統(tǒng)時序信息(如SFN等參數(shù))，受PC機控制以實現(xiàn)對響應(yīng)時間等參數(shù)的準(zhǔn)確把握。

其中Host－PC和SS－HW之間通過以太網(wǎng)連接，終端和SS－HW通過射頻線實現(xiàn)連接。另外Host－PC通過發(fā)送AT/MMI命令對終端進行一些必要的配置和監(jiān)控。

2.2 測試準(zhǔn)備

2.2.1 測試目的

以LTE系統(tǒng)RRC連接建立過程［7］的協(xié)議一致性測試為例，詳細分析及設(shè)計的測試目的如下:

情景1:終端在E－UTRA RRC空閑狀態(tài)下，接收到一個包含UE－Identity的尋呼消息，UE－Identity設(shè)置的STMSI與終端注冊時網(wǎng)絡(luò)分配給它的S－TMSI不一致。這時終端不進行RRC連接過程，進入連接狀態(tài)。

情景2:終端在E－UTRA RRC空閑狀態(tài)下，接收到一個包含UE－Identity的尋呼消息，UE－Identity設(shè)置的STMSI與終端注冊時網(wǎng)絡(luò)分配給它的S－TMSI一致。這時終端將發(fā)起RRC連接過程進入連接狀態(tài)。

2.2.2 測試環(huán)境配置

系統(tǒng)模擬器(SS)配置:配置小區(qū)1，為正常的服務(wù)小區(qū)。

終端(UE)配置:測試?yán)_始前，保證終端在小區(qū)1中處于已注冊的空閑模式，即狀態(tài)2。

環(huán)境配置函數(shù)利用配置參數(shù)的傳遞，來實現(xiàn)對系統(tǒng)模擬器和終端的配置，主要是模塊內(nèi)對參數(shù)的處理，可在CL Editor(核心語言編輯器)中完成，其中2個主要的環(huán)境配置函數(shù)為:f_EUTRA_CellConfig_Def(eutra_Cell1)，用于激活小區(qū)1，并對小區(qū)參數(shù)進行配置;f_EUTRA_Preamble(eutra_Cell1，STATE2_IDLEUPDATE)，用于將終端配置進入初始狀態(tài)。

2.3 測試流程的設(shè)計

根據(jù)RRC連接建立過程的測試目的，設(shè)計的測試流程如圖2所示，以驗證UE在收到包含無效標(biāo)識的尋呼消息后的行為。

圖2 測試流程圖

同時，為了驗證UE能夠正常發(fā)起連接建立，還需配置正常的尋呼消息。根據(jù)測試流程圖設(shè)計出該測試?yán)闹饕獪y試步驟如下:

1)SS(系統(tǒng)模擬器)發(fā)送一條尋呼消息，該尋呼消息中包含一個不匹配的標(biāo)識(錯誤的S－TMSI);

2)查看UE能否在5 s之內(nèi)，發(fā)送一條RRCConnectionRequest消息;

3)SS發(fā)送一條尋呼消息，該尋呼消息中包含一個匹配的標(biāo)識;

4)查看UE是否發(fā)送一條RRCConnectionRequest消息;

5)SS發(fā)送一條RRCConnectionSetup消息;

6)查看UE是否發(fā)送一條RRCConnectionSetupComplete消息去確認(rèn)RRC連接建立已成功完成，該消息中應(yīng)包含有SERVICE REQUEST;

7)SS發(fā)送一條SecurityModeCommand消息去激活接入層安全性;

8)UE發(fā)送一條SecurityModeComplete消息，完成AS的初始安全配置;

9)SS發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息，去配置與默認(rèn)EPS承載上下文對應(yīng)的新的drb;

10)UE發(fā)送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，確認(rèn)新的drb的建立完成，完成服務(wù)請求過程;

11)SS發(fā)送一條UECapabilityEnquiry消息至UE;

12)查看UE是否發(fā)送一條UECapabilityInformation消息來證實UE在cell1上處于RRC連接狀態(tài)。

2.4 關(guān)鍵函數(shù)實現(xiàn)

上述的測試步可在GFT Editor中構(gòu)建為函數(shù)，利用圖形描述出各個端口的信令交互情況及參數(shù)處理的過程，以實現(xiàn)各個測試步驟。在測試函數(shù)中對各測試步驟函數(shù)進行調(diào)用，該測試?yán){(diào)用的關(guān)鍵函數(shù)為:f_EUTRA_RRC_ConnectionRequest_Def(eutra_Cell1，EstablishmentCause)，該函數(shù)實現(xiàn)對RRC Connection Request消息的接收并根據(jù)接收內(nèi)容對小區(qū)進行重配置;f_EUTRA_RRC_ConnectionSetup_Def(eutra_Cell1)，該函數(shù)用來配置系統(tǒng)模擬器發(fā)送RRC Connection Setup消息;f_EUTRA_RRCConnectionSetupComplete_Def(eutra_Cell1)實現(xiàn)對RRC連接建立完成消息的接收，并對其中包含的NAS及RRC消息進行處理。

3 測試結(jié)果分析

依照RRC連接建立一致性測試?yán)脑O(shè)計流程，在TTworkbench平臺中進行TTCN－3測試?yán)拈_發(fā)，并用編譯器TTthree對測試?yán)幾g打包為計算機可執(zhí)行的測試?yán)募Ｈ缓罄肨Tworkbench平臺中已加載的ASN.1插件對測試?yán)械南?shù)據(jù)進行編解碼，以利于消息的正常傳輸。并利用被測系統(tǒng)適配器完成TTCN－3測試系統(tǒng)和被測LTE系統(tǒng)之間的正常通信，以及平臺適配器中的外部函數(shù)和定時器聲明以供測試?yán)恼{(diào)用。最后在TTworkbench執(zhí)行環(huán)境中，根據(jù)測試?yán){(diào)度編解碼器、平臺適配器和系統(tǒng)適配器等完成測試?yán)膱?zhí)行，并收集執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)，為用戶判斷執(zhí)行過程中是否存在異常提供可用信息。同時，將TTCN－3核心語言編寫的測試?yán)ㄟ^TTworkbench自動生成GFT圖。其中，圖3為終端向網(wǎng)絡(luò)端發(fā)送RRC連接請求過程的GFT圖，圖4為RRC連接建立成功的GFT圖。觀察可知終端RRC連接建立一致性測試?yán)膶崿F(xiàn)完全滿足協(xié)議一致性測試協(xié)議規(guī)范。

4 結(jié)束語

利用TTCN－3構(gòu)造測試?yán)膮f(xié)議一致性測試方案將隨著通信協(xié)議的飛速發(fā)展而得到更加廣泛的應(yīng)用。文章針對LTE系統(tǒng)RRC連接建立一致性測試需求，在介紹TTCN－3、測試工具及協(xié)議一致性測試的基礎(chǔ)上，設(shè)計測試整體架構(gòu)、測試流程以及開發(fā)測試?yán)?，然后在TTworkbench測試平臺上運行TTCN－3測試?yán)龑RC連接建立過程進行一致性測試。該方法可增強測試?yán)帉戇^程的可視性和可理解性，在很大程度上減少測試人員編寫測試?yán)墓ぷ髁浚岣邷y試?yán)拈_發(fā)效率。但在一致性測試?yán)脑O(shè)計執(zhí)行過程中還有欠缺，如異常情況下的測試?yán)?、適配層及編解碼器部分的完善，都是進一步研究的重點內(nèi)容。

圖3 連接請求過程的GFT圖(截圖)

圖4 RRC連接建立完成的GFT圖(截圖)

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