李華偉 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員

壽國(guó)礎(chǔ) 北京郵電大學(xué)教授

軟件、集成電路和網(wǎng)絡(luò)是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其質(zhì)量決定了信息系統(tǒng)能否穩(wěn)定可靠運(yùn)行，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家信息安全的諸多方面。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和信息系統(tǒng)的日益廣泛應(yīng)用，軟件、硬件與網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，由質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的可靠和安全隱患問(wèn)題日益突出，軟件-集成電路-網(wǎng)絡(luò)測(cè)試技術(shù)在質(zhì)量保障和安全隱患檢測(cè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

1 軟件測(cè)試技術(shù)

軟件測(cè)試能夠發(fā)現(xiàn)軟件中存在的錯(cuò)誤和缺陷，驗(yàn)證軟件的功能和性能是否滿足用戶的需求，是保證軟件質(zhì)量、提升開(kāi)發(fā)人員信心的重要手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中超過(guò)50%的支出用于軟件測(cè)試，在我國(guó)，這個(gè)比例大約是20%左右，國(guó)產(chǎn)軟件質(zhì)量尚存在很大差距。

軟件測(cè)試的方法種類繁多，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)分類如下。1)按照測(cè)試過(guò)程是否在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行分為靜態(tài)測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)試和解釋執(zhí)行；2)按照測(cè)試過(guò)程是否考察軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為黑盒(黑箱)測(cè)試和白盒(白箱)測(cè)試；3)按照軟件測(cè)試的環(huán)境分為全數(shù)字(仿真)測(cè)試、(半)實(shí)物仿真測(cè)試以及專用測(cè)試環(huán)境下的仿真測(cè)試；4)按照軟件測(cè)試的對(duì)象分為源程序?qū)彶楹妥卟?、單元測(cè)試、部件測(cè)試(組裝測(cè)試)、配置項(xiàng)測(cè)試(確認(rèn)測(cè)試)、軟件系統(tǒng)測(cè)試(軟件系統(tǒng)聯(lián)試)、系統(tǒng)測(cè)試、交付前的可靠性(增長(zhǎng))測(cè)試、交付時(shí)的鑒定/驗(yàn)收測(cè)試以及回歸測(cè)試；5)按照參加測(cè)試人員的屬性分為內(nèi)部測(cè)試、用戶測(cè)試/鑒定測(cè)試、資格測(cè)試、第三方測(cè)試和軟件合格性審查。測(cè)試工具的自動(dòng)化是近年來(lái)學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。

近些年來(lái)，學(xué)術(shù)界在軟件測(cè)試領(lǐng)域的研究成果主要集中于自動(dòng)化的測(cè)試數(shù)據(jù)生成、測(cè)試策略、回歸測(cè)試等方面，其中的關(guān)鍵技術(shù)包括基于動(dòng)態(tài)符號(hào)執(zhí)行的測(cè)試數(shù)據(jù)生成、基于元啟發(fā)式搜索的優(yōu)化、自適應(yīng)的隨機(jī)測(cè)試、組合測(cè)試、基于模型的測(cè)試、測(cè)試用例集的約簡(jiǎn)和優(yōu)化等；而產(chǎn)業(yè)界的工作則主要側(cè)重于測(cè)試執(zhí)行框架的研發(fā)(比如廣泛應(yīng)用的xUnit框架)和提高集成測(cè)試效率的持續(xù)集成(Continuous Integration)等方面。

盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在軟件測(cè)試方法及理論研究方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是隨著移動(dòng)應(yīng)用、Web應(yīng)用、云計(jì)算、面向服務(wù)的架構(gòu)和軟件生產(chǎn)線等新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)模式和軟件體系架構(gòu)已發(fā)生了重大變化，一些面向傳統(tǒng)軟件(單一語(yǔ)言編寫(xiě)、非分布式、規(guī)模不大)的測(cè)試方法逐漸顯露出其不足，不再適用于“多源異構(gòu)、分布式、高動(dòng)態(tài)”的現(xiàn)代軟件。如何針對(duì)此類軟件的特點(diǎn)，開(kāi)展高效的性能與可靠性測(cè)試、存儲(chǔ)和能量測(cè)試、安全性測(cè)試、GUI測(cè)試和生產(chǎn)線測(cè)試等，將是未來(lái)的研究發(fā)展方向。

軟件的安全性測(cè)試近些年來(lái)逐步受到重視，功能驗(yàn)證、漏洞掃描和模擬攻擊是其常用的方法。

2 集成電路測(cè)試技術(shù)

按照摩爾定律發(fā)展的集成電路已創(chuàng)造出巨額效益，在人們的生活和工作中無(wú)處不在，因此，集成電路元器件的質(zhì)量關(guān)系到千家萬(wàn)戶。保障元器件質(zhì)量的測(cè)試技術(shù)涉及集成電路生命周期的各階段，如圖1所示。下面從設(shè)計(jì)驗(yàn)證、芯片測(cè)試、硅后調(diào)試、集成電路安全隱患檢測(cè)四個(gè)方面簡(jiǎn)要探討目前業(yè)界正在應(yīng)用的先進(jìn)的集成電路測(cè)試技術(shù)。

圖1 集成電路元器件生命周期的測(cè)試技術(shù)

1) 設(shè)計(jì)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)驗(yàn)證是為了在芯片流片之前找到并排除設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，保證設(shè)計(jì)與其功能規(guī)范相符合。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)人員往往要將整個(gè)設(shè)計(jì)流程中50%～70%的時(shí)間用于系統(tǒng)功能的驗(yàn)證；在目前多數(shù)工程項(xiàng)目中，驗(yàn)證工程師數(shù)目超過(guò)了設(shè)計(jì)工程師，對(duì)于復(fù)雜的設(shè)計(jì)更是達(dá)到了2:1甚至3:1的比率。設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)主要包括模擬方法和形式化方法兩大類。模擬驗(yàn)證是業(yè)界主流的驗(yàn)證方法，它通過(guò)施加輸入激勵(lì)進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果和參考模型的結(jié)果進(jìn)行比較以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。業(yè)界推薦使用的先進(jìn)模擬驗(yàn)證方法包括：使用SystemVerilog語(yǔ)言建立參考功能模型，開(kāi)發(fā)基于約束隨機(jī)的激勵(lì)生成平臺(tái)，采用斷言技術(shù)為驗(yàn)證提供良好的可觀察性、提高對(duì)潛在內(nèi)部設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的檢測(cè)能力，并進(jìn)行代碼覆蓋率和功能覆蓋率的統(tǒng)計(jì)來(lái)指導(dǎo)驗(yàn)證資源向未覆蓋的部分傾斜。為了提高驗(yàn)證資源的可重用性，驗(yàn)證工程師可以利用UVM(以SystemVerilog類庫(kù)為主體的驗(yàn)證平臺(tái)開(kāi)發(fā)框架)中可重用組件構(gòu)建具有標(biāo)準(zhǔn)化層次結(jié)構(gòu)和接口的功能驗(yàn)證環(huán)境。一些典型或規(guī)范的設(shè)計(jì)已經(jīng)有可以利用的驗(yàn)證IP來(lái)輔助建設(shè)驗(yàn)證平臺(tái)。上述模擬驗(yàn)證技術(shù)在我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均已得到不同程度的應(yīng)用。

模擬方法具有良好的可擴(kuò)展性，并可適用于各種類型的設(shè)計(jì)；但它不是一種完全的方法，并且對(duì)于邊緣屬性的驗(yàn)證效率較低。形式化驗(yàn)證則是借助基于數(shù)學(xué)的方法來(lái)證明設(shè)計(jì)滿足規(guī)范的部分或全部屬性，是一種完全的驗(yàn)證方法。形式化驗(yàn)證方法主要包括等價(jià)性檢驗(yàn)、定理證明和模型檢驗(yàn)三類。等價(jià)性檢驗(yàn)主要用來(lái)檢查設(shè)計(jì)在不同的抽象層次間的功能等價(jià)性，已在國(guó)內(nèi)外業(yè)界廣泛使用，但不能直接應(yīng)用于功能驗(yàn)證。定理證明方法主要是通過(guò)數(shù)學(xué)定理推演來(lái)證明特定的設(shè)計(jì)屬性，難以得到推廣應(yīng)用。模型檢驗(yàn)方法具有規(guī)范化、易于自動(dòng)化、完全的特點(diǎn)，但在使用時(shí)會(huì)面臨狀態(tài)爆炸等問(wèn)題，導(dǎo)致其處理規(guī)模有限。模型檢驗(yàn)方法的應(yīng)用需要驗(yàn)證人員具備專門知識(shí)，目前在我國(guó)尚不具備廣泛應(yīng)用條件。

此外，為了方便系統(tǒng)級(jí)的驗(yàn)證，F(xiàn)PGA原型仿真驗(yàn)證方法在國(guó)內(nèi)外業(yè)界廣泛使用。

在研究領(lǐng)域，將模擬方法和形式化方法結(jié)合在一起的半形式化驗(yàn)證方法是一個(gè)頗具前景的方向，代表性方法是抽象信息引導(dǎo)的驗(yàn)證激勵(lì)生成。

2) 芯片測(cè)試。芯片測(cè)試用于發(fā)現(xiàn)有缺陷的芯片，流片出來(lái)的每一片芯片都需要經(jīng)過(guò)測(cè)試。復(fù)雜高端芯片的測(cè)試成本正在接近甚至超過(guò)設(shè)計(jì)成本。測(cè)試并不是等芯片制造出來(lái)才考慮的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就必須考慮是否能開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的測(cè)試集、測(cè)試開(kāi)發(fā)時(shí)間和難易程度、對(duì)每個(gè)芯片進(jìn)行測(cè)試的成本等問(wèn)題，從而進(jìn)行有效的可測(cè)試性設(shè)計(jì)和高故障覆蓋率的測(cè)試生成。

成熟的可測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)主要有掃描設(shè)計(jì)、邊界掃描設(shè)計(jì)(JTAG，用于板級(jí)測(cè)試)、存儲(chǔ)器內(nèi)建自測(cè)試、邏輯電路內(nèi)建自測(cè)試等。為避免過(guò)高的測(cè)試功耗損壞芯片或影響測(cè)試準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行低功耗的可測(cè)試性設(shè)計(jì)和測(cè)試生成。隨著SOC設(shè)計(jì)的發(fā)展，從邊界掃描設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1149.1擴(kuò)展出來(lái)嵌入式核測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1500來(lái)支持SOC測(cè)試；此外，三維集成電路也推動(dòng)了三維測(cè)試封裝結(jié)構(gòu)的研發(fā)和應(yīng)用。在測(cè)試生成方面，由于芯片性能增加及與性能相關(guān)的缺陷越來(lái)越顯著，時(shí)延測(cè)試得到廣泛應(yīng)用。在研究領(lǐng)域，小時(shí)延缺陷對(duì)電路可靠性的影響受到關(guān)注；串?dāng)_噪聲、電源噪聲對(duì)芯片時(shí)延的影響，以及開(kāi)關(guān)級(jí)或晶體管級(jí)電路的充放電路徑引起的時(shí)延變化，都需要在時(shí)延測(cè)試生成中加以考慮。針對(duì)微處理器以及包含處理器核的SOC，基于軟件的自測(cè)試技術(shù)采用指令構(gòu)成的軟件程序來(lái)測(cè)試處理器本身或處理器核周圍的電路，并已在Intel等公司的產(chǎn)品中得到應(yīng)用。此外，新型邏輯和存儲(chǔ)器件的測(cè)試都需要持續(xù)探索。

3) 硅后調(diào)試。隨著芯片設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜以及單位面積上的晶體管數(shù)目快速增加，遺留到硅后階段的錯(cuò)誤也隨之增多，因此，復(fù)雜的設(shè)計(jì)需要在量產(chǎn)之前經(jīng)過(guò)首次流片的硅后調(diào)試階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2006年采用90nm工藝時(shí)，芯片設(shè)計(jì)周期中超過(guò)35%的時(shí)間都用于硅后調(diào)試。這表明硅后調(diào)試已經(jīng)成為制約芯片上市時(shí)間的重要因素。硅后調(diào)試如果不能發(fā)現(xiàn)遺留在芯片中的錯(cuò)誤，就會(huì)在量產(chǎn)甚至投向市場(chǎng)之后造成重大損失。所以調(diào)試需要盡可能找出留在芯片中的錯(cuò)誤，包括功能錯(cuò)誤和電氣錯(cuò)誤。造成調(diào)試越來(lái)越困難的原因，一方面是由于在正常功能模式下受到輸出引腳的限制，芯片內(nèi)部信號(hào)的可觀測(cè)性非常差；另一方面新工藝也帶來(lái)了新挑戰(zhàn)，一些難以發(fā)現(xiàn)的電氣錯(cuò)誤在新的工藝下開(kāi)始出現(xiàn)。

集成電路調(diào)試主要是通過(guò)獲取數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行定位。物理探針技術(shù)曾被廣泛用于獲取電路內(nèi)部數(shù)據(jù)，然而隨著特征尺寸不斷變小和集成電路復(fù)雜度的提高，利用物理探針技術(shù)獲取數(shù)據(jù)也變得十分困難。一種有效的方法是先利用其他調(diào)試技術(shù)將錯(cuò)誤限定到物理探針可以處理的范圍，然后再通過(guò)物理手段進(jìn)一步定位錯(cuò)誤根源。為在硅后階段較快發(fā)現(xiàn)和定位錯(cuò)誤，可調(diào)試性設(shè)計(jì)已成為一種普遍接受的設(shè)計(jì)方案。常用的可調(diào)試性設(shè)計(jì)技術(shù)有基于掃描鏈的技術(shù)和基于追蹤緩存的技術(shù)?；趻呙桄湹募夹g(shù)通過(guò)在調(diào)試模式下將片中多條掃描鏈連接成一條掃描鏈，將其配置成JTAG結(jié)構(gòu)中的一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)寄存器并通過(guò)TDI和TDO端口將數(shù)據(jù)掃出，從而提高了內(nèi)部信號(hào)的可觀測(cè)性?；谧粉櫨彺娴募夹g(shù)通過(guò)將芯片中需要觀測(cè)的信號(hào)連接到芯片上的追蹤緩存中，在芯片運(yùn)行過(guò)程中保存這些信號(hào)的值，可以得到這些信號(hào)在一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)的值。電氣錯(cuò)誤的建模、追蹤信號(hào)的選擇、錯(cuò)誤的定位等是集成電路調(diào)試中關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題，也是研究的熱點(diǎn)。在國(guó)際上，ARM、MIPS等企業(yè)為其處理器核定制專門的調(diào)試結(jié)構(gòu)。在國(guó)內(nèi)，基于掃描鏈的調(diào)試技術(shù)在一些先進(jìn)的處理器設(shè)計(jì)中已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用；同時(shí)，從邊界掃描設(shè)計(jì)延伸出來(lái)的調(diào)試技術(shù)(如EJTAG)也得到一定應(yīng)用。而我國(guó)多數(shù)中低端芯片設(shè)計(jì)不考慮可調(diào)試性設(shè)計(jì)，或僅僅支持利用板級(jí)測(cè)試的JTAG提供簡(jiǎn)單的板級(jí)調(diào)試。

4) 集成電路安全隱患檢測(cè)。一顆集成電路芯片的產(chǎn)生需要用戶、設(shè)計(jì)方、第三方IP提供者、制造廠家等多方參與，若在不可控的中間過(guò)程引入集成電路安全隱患，這些隱患一旦被激活會(huì)導(dǎo)致芯片自毀、信息泄漏或被篡改、芯片功能失效等，致使信息系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定甚至毀壞、信息被竊取或篡改，最終使得敵方獲利，給用戶造成不可挽回的損失。

集成電路安全隱患主要包括設(shè)計(jì)漏洞、硬件木馬和惡意偽造芯片。設(shè)計(jì)漏洞指由于設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)硬件時(shí)的疏忽，或者是硬件描述語(yǔ)言自身的局限性，導(dǎo)致集成電路內(nèi)部的部分電路在一定情況下可被利用，進(jìn)而威脅信息系統(tǒng)的安全。硬件木馬指在集成電路內(nèi)部被惡意植入的部分電路，為攻擊留下電子后門，在一定情況下可被激活、執(zhí)行。惡意偽造芯片指利用老舊翻新、反向工程等手段得到未經(jīng)設(shè)計(jì)制造廠商授權(quán)的非法芯片，同時(shí)也可能在偽造芯片中植入硬件木馬。相對(duì)于設(shè)計(jì)漏洞等被動(dòng)式安全隱患，以硬件木馬和惡意偽造芯片等為主的主動(dòng)式安全隱患惡意性更強(qiáng)、危害更大。

設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的硅前硬件木馬檢測(cè)，其目標(biāo)在于確認(rèn)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的第三方IP核、第三方芯片設(shè)計(jì)工具和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全。對(duì)于IP核中硬件木馬檢測(cè)，可通過(guò)物理隔離的方法來(lái)限制不信任的IP核，并限制可信核與不可信核間的通信。系統(tǒng)級(jí)可采取硬件冗余的方法保護(hù)系統(tǒng)的安全。對(duì)于設(shè)計(jì)在電路源代碼中的硬件木馬，研究人員提出一些源代碼分析技術(shù)，來(lái)判定電路中容易被木馬利用的信號(hào)。在流片之后，硅后硬件木馬檢測(cè)的目標(biāo)在于確認(rèn)第三方芯片制造廠商是否在版圖級(jí)或物理級(jí)上給芯片植入硬件木馬電路，檢測(cè)手段比較受限并往往假定具有黃金參考模型，主流方法是側(cè)通道分析法和激活檢測(cè)法。

目前，集成電路安全隱患對(duì)信息安全的威脅受到國(guó)內(nèi)外軍方、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)等的緊密關(guān)注，進(jìn)一步的研究需要解決兩方面的問(wèn)題。1)為復(fù)雜多樣的安全隱患建立有效的檢測(cè)模型；2)解決集成度高、工藝偏差大的背景下安全隱患的有效檢測(cè)。集成電路安全隱患檢測(cè)技術(shù)目前多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其推廣應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

3 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的地位從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這么重要，深刻影響著人們的工作、生活以及社會(huì)活動(dòng)的方方面面。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)已醞釀從頭再來(lái)的設(shè)計(jì)思想，革新傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)，而實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的部署通常是一個(gè)循序漸進(jìn)的演進(jìn)過(guò)程。無(wú)論網(wǎng)絡(luò)是演進(jìn)還是變革，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試均伴隨而行。以下選取光纖網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量以及典型未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等作為網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的熱點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

1) 光纖網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用的飛速發(fā)展，接入網(wǎng)帶寬不斷提升，網(wǎng)絡(luò)流量迅猛增加，100G光纖網(wǎng)絡(luò)已成為運(yùn)營(yíng)商光纖網(wǎng)絡(luò)升級(jí)和新建的方向，100G的測(cè)試需求也已從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)入到目前的規(guī)?；W(wǎng)絡(luò)部署中。相對(duì)40G以下速率的光纖傳輸，新的100G光纖網(wǎng)絡(luò)不僅有更高的傳輸帶寬，而且采用了多波長(zhǎng)、多通道和新的傳輸調(diào)制方式，所以測(cè)試方式與以前相比有所不同，包括從普遍的單波長(zhǎng)、單通道測(cè)試變成為多波長(zhǎng)、多通道測(cè)試。另外，由于各種不同的調(diào)制方式具備不同的傳輸適應(yīng)性而形成光傳輸調(diào)制方式的差異，也引起了測(cè)試方法的升級(jí)更新。

光纖網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展也將促進(jìn)測(cè)試技術(shù)的升級(jí)。光纖網(wǎng)絡(luò)光層技術(shù)將更多采用更具透明性的全光傳送方式取代光-電-光轉(zhuǎn)換方式，采用相干接收實(shí)現(xiàn)更高速的信號(hào)檢測(cè)能力，采用新穎的調(diào)制技術(shù)以提高頻譜效率、改善信號(hào)質(zhì)量以及降低成本。從光纖網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)層面看，結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的軟件定義光網(wǎng)絡(luò)(SDON)技術(shù)的研究近年來(lái)風(fēng)頭正勁，有不少運(yùn)營(yíng)商與設(shè)備廠商的聯(lián)合試驗(yàn)和測(cè)試已經(jīng)開(kāi)展，規(guī)模較大的是光互聯(lián)論壇(OIF)與開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)(ONF)聯(lián)合舉辦的全球光傳送網(wǎng)SDN互操作性演示與測(cè)試，成功實(shí)現(xiàn)了支持南向/北向接口的多廠商互操作。

2) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。隨著新的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化部署和運(yùn)營(yíng)，相關(guān)的測(cè)試需求也會(huì)隨之發(fā)生一些轉(zhuǎn)變。同時(shí)，無(wú)線通信業(yè)已尋找出新的技術(shù)突破點(diǎn)，從而在2020年左右實(shí)現(xiàn)向下一代5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的新業(yè)務(wù)和市場(chǎng)應(yīng)用需要。

過(guò)去20年來(lái)，如MIMO、OFDM等無(wú)線空中接口技術(shù)為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)容量帶來(lái)了近20倍的增長(zhǎng)，而新頻譜的獲得帶來(lái)了25倍的容量增長(zhǎng)。毫無(wú)疑問(wèn)，空口技術(shù)和頻譜的提升及擴(kuò)展還將繼續(xù)，因此，也需要進(jìn)一步提升測(cè)試能力和開(kāi)發(fā)新的測(cè)試方案以滿足5G帶來(lái)的新測(cè)試要求，例如大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)的仿真和測(cè)量、信道測(cè)量與建模以及新的無(wú)線接口物理層設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改進(jìn)預(yù)計(jì)會(huì)給網(wǎng)絡(luò)容量帶來(lái)40倍的增長(zhǎng)，主要來(lái)自于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的部署以及信息與通信技術(shù)(ICT)的融合，目前主要的改進(jìn)方式包括：小基站致密化、與無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)等多接入技術(shù)融合與流量卸載、D2D、聯(lián)合資源調(diào)度和干擾協(xié)調(diào)提高宏基站和微基站的資源利用率等?？紤]到頻譜資源的稀缺以及空中接口技術(shù)，頻譜利用率已經(jīng)接近容量極限，基于ICT技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的革新成為未來(lái)更長(zhǎng)遠(yuǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量提升的主要驅(qū)動(dòng)力。由于賦予了未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接人與人、物與物、人與物等更廣泛應(yīng)用的期望，將涉及容量、時(shí)延、能效、用戶體驗(yàn)等更多、更高指標(biāo)的要求，勢(shì)必對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試方法提出新的需求和挑戰(zhàn)。

3) 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)測(cè)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)從部署到運(yùn)行過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)性能，QoS參數(shù)用來(lái)保障用戶的服務(wù)質(zhì)量。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與工程驗(yàn)收階段，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試用于檢查網(wǎng)絡(luò)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求；在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障或業(yè)務(wù)流量激增導(dǎo)致性能下降，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試來(lái)定位故障、確定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案；在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商為用戶提供相應(yīng)級(jí)別的服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試能夠檢驗(yàn)服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)承諾的一致性，有利于用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)服務(wù)質(zhì)量達(dá)成共識(shí)。

而在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)中，業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵要看用戶的體驗(yàn)質(zhì)量即QoE的好壞，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)使運(yùn)營(yíng)商意識(shí)到：提高終端用戶的滿意度，留住用戶并擴(kuò)大用戶規(guī)模是生存和盈利的關(guān)鍵。根據(jù)維基百科的解釋，QoE是人們對(duì)特定的產(chǎn)品、服務(wù)或應(yīng)用程序的期望、感受、感知、認(rèn)知、滿意度，QoE成為反映人們的質(zhì)量需求和期望的藍(lán)圖。由于QoE的重要性，QoE及其評(píng)測(cè)是近些年的一個(gè)熱門研究方向。QoE的評(píng)測(cè)需要有標(biāo)準(zhǔn)化的度量指標(biāo)和相應(yīng)的測(cè)試技術(shù)。人類主觀感受的復(fù)雜性使得QoE的評(píng)測(cè)存在難點(diǎn)問(wèn)題，包括如何確定用戶體驗(yàn)質(zhì)量的影響因素、評(píng)測(cè)指標(biāo)的定量化以及經(jīng)濟(jì)有效的客觀評(píng)測(cè)工具。

4) 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。雖然前述的幾個(gè)熱點(diǎn)也將是支持未來(lái)網(wǎng)絡(luò)所需要的，但從網(wǎng)絡(luò)變革的角度看，目前較有代表性的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、信息中心網(wǎng)絡(luò)(ICN)等。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)據(jù)平面與控制平面相分離，并可直接對(duì)控制平面編程的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。作為SDN南向接口的OpenFlow協(xié)議實(shí)現(xiàn)了控制器與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的相互通信。隨著OpenFlow協(xié)議的研究與應(yīng)用的持續(xù)推進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)更新到1.5版本。SDN的北向接口用于控制器支持應(yīng)用層，但是北向接口的標(biāo)準(zhǔn)化比南向接口要緩慢和復(fù)雜。針對(duì)南向、北向接口的測(cè)試是SDN測(cè)試的重點(diǎn)，通常包括一致性測(cè)試、互通性測(cè)試，以檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的接口協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)的符合程度以及不同系統(tǒng)間的互連互通能力。SDN其他測(cè)試還可以包括檢測(cè)SDN組網(wǎng)、協(xié)議實(shí)現(xiàn)的性能參數(shù)以及在各極端環(huán)境下運(yùn)行能力的性能測(cè)試和魯棒性測(cè)試等。由于SDN涵蓋不同接口、不同廠商以及不同版本的接口協(xié)議和組網(wǎng)方案，需要有行之有效的測(cè)試框架和測(cè)試方法來(lái)解決相應(yīng)的測(cè)試問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化使用通用性硬件以及虛擬化技術(shù)來(lái)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)及實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。NFV由國(guó)際主流運(yùn)營(yíng)商提出，并聯(lián)合多家設(shè)備廠商在ETSI建立標(biāo)準(zhǔn)組，以推動(dòng)NFV產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。NFV解耦了傳統(tǒng)專用設(shè)備的軟硬件，引入了虛擬化技術(shù)來(lái)池化物理資源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改動(dòng)很大，需要通過(guò)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證NFV系統(tǒng)是否滿足運(yùn)營(yíng)商的組網(wǎng)要求。已進(jìn)行的NFV測(cè)試主要包括虛擬化系統(tǒng)平臺(tái)、業(yè)務(wù)軟件以及可用性測(cè)試，系統(tǒng)平臺(tái)和業(yè)務(wù)的測(cè)試均包含了功能測(cè)試與性能測(cè)試。

信息中心網(wǎng)絡(luò)(ICN)或內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)(CCN)是為適應(yīng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)對(duì)信息內(nèi)容的獲取而提出的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)的基本行為模式是請(qǐng)求和獲取信息內(nèi)容，而非傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的端到端可達(dá)。ICN/CCN所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括命名機(jī)制、緩存策略、路由與轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、傳輸策略、移動(dòng)性等。IETF組織開(kāi)始討論CCNx協(xié)議，旨在推進(jìn)ICN/CCN的標(biāo)準(zhǔn)化與應(yīng)用。

4 小結(jié)

近年來(lái)，我國(guó)的軟件測(cè)試、集成電路測(cè)試與網(wǎng)絡(luò)測(cè)試技術(shù)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在國(guó)際學(xué)術(shù)界有了越來(lái)越多的成果報(bào)道，在國(guó)內(nèi)業(yè)界發(fā)揮著越來(lái)越多的作用。軟件-集成電路-網(wǎng)絡(luò)測(cè)試技術(shù)的研究與應(yīng)用采用產(chǎn)-學(xué)-研相結(jié)合的方式是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。