摘要：不同通信體制網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用在行業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中普遍存在，其多元化的融合方式和碎片化的應(yīng)用使得傳統(tǒng)低維度的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試驗(yàn)證手段難以體現(xiàn)用戶的實(shí)際使用感知，為行業(yè)網(wǎng)絡(luò)層的評(píng)測(cè)和驗(yàn)收工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)。面對(duì)這一問題，文章通過對(duì)行業(yè)融合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式和行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)的分析，論證了不同測(cè)試方式的可行性，提出了通過典型業(yè)務(wù)性能開展標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的思路，并給出了對(duì)典型業(yè)務(wù)的分類建議。

關(guān)鍵詞：多體制融合；網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測(cè)試；音視頻通話

中圖分類號(hào)：TN927文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近年，在國(guó)家政策引領(lǐng)和垂直行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求的雙重作用下，5G技術(shù)在行業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸普及。5G網(wǎng)絡(luò)工作在授權(quán)頻段，覆蓋廣泛，能夠與有線、WLAN等IP網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫銜接，并且其應(yīng)用場(chǎng)景中包含對(duì)低時(shí)延高可靠和海量設(shè)備接入的支持，非常適用于各行業(yè)場(chǎng)景中的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，也讓通信技術(shù)重新成了行業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)注熱點(diǎn)。事實(shí)上，在5G技術(shù)之前，行業(yè)應(yīng)用中已經(jīng)存在部分經(jīng)過長(zhǎng)期驗(yàn)證的無(wú)線或有線通信網(wǎng)絡(luò)。雖然5G技術(shù)在各方面均具備很好的行業(yè)應(yīng)用前景，但是主要面向行業(yè)的5G URLLC、mMTC場(chǎng)景目前尚未落地商用；藍(lán)牙、ZigBee、LoRa、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線等部分通信體制在成本、功耗、部署靈活程度中的特定維度上依然存在一定優(yōu)勢(shì)，既有生態(tài)依然有著較強(qiáng)的生命力；通信技術(shù)的全面更新升級(jí)對(duì)大部分重資產(chǎn)行業(yè)會(huì)產(chǎn)生難以接受的沉沒成本和不確定性等因素，當(dāng)前多數(shù)具備一定信息化基礎(chǔ)的企業(yè)選擇通過“漸進(jìn)式升級(jí)”，在實(shí)際生產(chǎn)中采用多體制融合的方式引入新的無(wú)線通信系統(tǒng)，針對(duì)不同體系技術(shù)融合應(yīng)用的研究創(chuàng)新也在不斷涌現(xiàn)［1-3］?？梢灶A(yù)見，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)需求，對(duì)不同通信體制取長(zhǎng)補(bǔ)短，靈活應(yīng)用，依然將會(huì)是行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的主流方式。

然而，由于技術(shù)選擇多樣，融合方式不一，多體制融合的行業(yè)網(wǎng)絡(luò)給網(wǎng)絡(luò)測(cè)試驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)前大部分行業(yè)虛擬專網(wǎng)中普遍使用的、用單一體制傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試指標(biāo)體系衡量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的方法顯然無(wú)法滿足行業(yè)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的認(rèn)知需求。研究人員需要研究和建立標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試方法，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、部署提供基礎(chǔ)，為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)驗(yàn)收提供依據(jù)，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供參考。

1 行業(yè)網(wǎng)絡(luò)多體制融合方式及測(cè)試挑戰(zhàn)

公眾網(wǎng)絡(luò)主要滿足人民群眾的聯(lián)絡(luò)和消費(fèi)需求，絕大多數(shù)用戶主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率。與之相比，行業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主要用于保證生產(chǎn)流程和各項(xiàng)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不同的應(yīng)用對(duì)性能的關(guān)注重點(diǎn)有著較大差異。除覆蓋和通信帶寬外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延、可靠性、安全性、終端接入數(shù)量、部署便利性和靈活性、部署和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、終端功耗等因素都可能成為評(píng)估選擇的依據(jù)。不同體制的通信網(wǎng)絡(luò)在這些方面各有所長(zhǎng)，在實(shí)際行業(yè)網(wǎng)絡(luò)中不同通信體制的融合應(yīng)用普遍存在。不同通信體制融合主要包括兩種方式：

1.1 不同網(wǎng)絡(luò)體制級(jí)聯(lián)

不同網(wǎng)絡(luò)體制級(jí)聯(lián)即不同網(wǎng)絡(luò)體制負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈條的不同段落，“串聯(lián)”實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，如圖1所示，通常適用于單一體制無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)或在既有系統(tǒng)中引入新體制的情況。這樣的方式既可在完整業(yè)務(wù)鏈路中發(fā)揮各體制的優(yōu)勢(shì)，也一定程度上照顧了既有系統(tǒng)的投入，降低了技術(shù)迭代成本。例如，在遠(yuǎn)洋/野外勘測(cè)/救援等作業(yè)區(qū)域無(wú)陸基蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋，需要引入衛(wèi)星鏈路實(shí)現(xiàn)與作業(yè)區(qū)域?qū)I(yè)設(shè)備通信的應(yīng)用場(chǎng)景中，一種常見的做法是使用車載/艦載地面站建立WLAN AP，使得商用終端/專用工具能夠通過普通WLAN鏈路接入網(wǎng)絡(luò)共享衛(wèi)星鏈路。另一個(gè)典型的應(yīng)用案例是在港口、車間中利用5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)將整體現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)接入5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可在不對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行讀取和操作的傳感器和控制設(shè)備的遠(yuǎn)程傳感和控制。

1.2 不同網(wǎng)絡(luò)體制切換/分配

不同網(wǎng)絡(luò)體制切換/分配即不同網(wǎng)絡(luò)體制的鏈路實(shí)現(xiàn)相同的邏輯功能，通過多體制“并聯(lián)”提高應(yīng)用可靠性或性能的方式，如圖2所示，多用于需要同時(shí)適應(yīng)不同使用環(huán)境或需要高可靠性的場(chǎng)合。典型行業(yè)應(yīng)用包括野外勘測(cè)用的多模終端（支持天通、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等制式），關(guān)鍵傳感鏈路或控制鏈路中利用不同制式多發(fā)選收提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑹o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器數(shù)據(jù)的ZigBee/藍(lán)牙廣播自主選擇等。其中部分應(yīng)用案例中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在使用者無(wú)感知情況下對(duì)通信體制的自動(dòng)選擇。盡管當(dāng)前的應(yīng)用尚多以切換方式工作，優(yōu)選一種能夠保證質(zhì)量的鏈路開展業(yè)務(wù)，但這種“多網(wǎng)在線”的模式原理已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用不同制式對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按優(yōu)先級(jí)分制式同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)能力，具備在進(jìn)一步的迭代中通過不同網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)的疊加實(shí)現(xiàn)傳輸性能優(yōu)化和提升的潛力。

在不同網(wǎng)絡(luò)體制級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)的整體應(yīng)用體驗(yàn)不僅與應(yīng)用所涉及的各網(wǎng)絡(luò)段落自身能力相關(guān)，還會(huì)受到不同網(wǎng)絡(luò)體制間網(wǎng)關(guān)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)能力、優(yōu)化策略等的影響；而在不同網(wǎng)絡(luò)體制切換分配式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，制式選擇、數(shù)據(jù)分配等應(yīng)用層優(yōu)化策略也會(huì)對(duì)用戶的應(yīng)用體驗(yàn)產(chǎn)生重要影響。以上兩種模型僅代表了行業(yè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)的兩種典型范式，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方式多為二者的混合，其實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)和融合方式靈活多變是行業(yè)網(wǎng)絡(luò)相較公眾網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)，是行業(yè)應(yīng)用需求多樣、行業(yè)用戶基礎(chǔ)不同現(xiàn)狀下行業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然階段。在這樣的情況下，傳統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)側(cè)出發(fā)，以網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)參數(shù)（如網(wǎng)絡(luò)覆蓋電平、信噪比、通信時(shí)延和接入速率等指標(biāo)）評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的方式無(wú)法直觀體現(xiàn)多體制融合網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)用的體驗(yàn)，難以滿足行業(yè)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)測(cè)和驗(yàn)收需求。

2 融合網(wǎng)絡(luò)測(cè)試路徑

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的另一種通用測(cè)試范式是從應(yīng)用側(cè)出發(fā)，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)能夠保證應(yīng)用的正常運(yùn)行［4-5］。即，將融合網(wǎng)絡(luò)及其中的實(shí)現(xiàn)機(jī)制整體視為黑盒，從輸入輸出直接考察融合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)的能力。相較無(wú)線通信的技術(shù)實(shí)現(xiàn)而言，大部分行業(yè)用戶更加重視應(yīng)用質(zhì)量的保證，因此對(duì)行業(yè)融合網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試驗(yàn)證更適于基于應(yīng)用體驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在整體驗(yàn)證各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的端到端體驗(yàn)后，僅針對(duì)存在問題的應(yīng)用和鏈路，以問題排查為目的對(duì)其鏈路網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸和/或數(shù)據(jù)處理開展測(cè)試，是較為高效和可行的實(shí)施方法。

面向應(yīng)用體驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測(cè)試驗(yàn)證在行業(yè)融合網(wǎng)絡(luò)中同樣會(huì)存在應(yīng)用方式差異的挑戰(zhàn)。不同于公眾網(wǎng)絡(luò)中存在諸多市場(chǎng)占有率極高，其體驗(yàn)可代表大多數(shù)用戶體驗(yàn)的現(xiàn)狀，行業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用多由用戶定制，不同行業(yè)、不同企業(yè)的實(shí)現(xiàn)邏輯各不一致。面向碎片化的定制應(yīng)用，需要通過適度分解抽象，提取出有限數(shù)量、能夠代表網(wǎng)絡(luò)性能的典型業(yè)務(wù)類型，針對(duì)各類業(yè)務(wù)端到端用戶體驗(yàn)開展業(yè)務(wù)完成度指標(biāo)和測(cè)試方法的研究，以建立成本可控、可操作的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試體系，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作。

針對(duì)實(shí)際融合網(wǎng)絡(luò)開展測(cè)試時(shí)，通過對(duì)融合網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際應(yīng)用的分解確定各類待測(cè)業(yè)務(wù)，并通過標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)獲取該業(yè)務(wù)在融合網(wǎng)絡(luò)中的端到端業(yè)務(wù)性能。當(dāng)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)能夠滿足所有涉及業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)要求時(shí)，可認(rèn)為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及應(yīng)用解決方案能夠滿足需求。

3 典型業(yè)務(wù)分類

構(gòu)建完整的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)應(yīng)用測(cè)試體系，需要對(duì)行業(yè)各類應(yīng)用進(jìn)行分析和拆解，在建立定義明確、范圍相互獨(dú)立的典型業(yè)務(wù)集后，針對(duì)各類典型業(yè)務(wù)的端到端業(yè)務(wù)體驗(yàn)開展測(cè)試方法的研究。目前，行業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的主流應(yīng)用模式均可以分解為遠(yuǎn)程控制、視覺實(shí)時(shí)、音視頻通話、文件傳輸、傳感參數(shù)采集、定位和授時(shí)6類典型業(yè)務(wù)的組合。各典型業(yè)務(wù)的分類定義、使用場(chǎng)景、傳輸方式和質(zhì)量關(guān)注重點(diǎn)如下：

3.1 遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程控制類業(yè)務(wù)指由控制終端或服務(wù)器發(fā)送控制命令，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)操作被控設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作的業(yè)務(wù)。遠(yuǎn)程控制業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸方式通常是尺寸較小的一系列連續(xù)數(shù)據(jù)包，業(yè)務(wù)體驗(yàn)的主要指標(biāo)主要包括端到端的控制成功率及單向控制時(shí)延等。

3.2 視覺實(shí)時(shí)

視覺實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)指對(duì)傳輸和呈現(xiàn)時(shí)間有要求的視頻、圖像傳輸業(yè)務(wù)，例如控制動(dòng)作中的反饋視頻傳輸，需要實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理的安防監(jiān)控、人臉識(shí)別、儀表識(shí)別、巡檢視頻回傳等。其中，圖像內(nèi)容主要以文件方式傳輸，視頻內(nèi)容主要通過標(biāo)準(zhǔn)流媒體方式傳輸。視覺實(shí)時(shí)類應(yīng)用主要的關(guān)注重點(diǎn)在于傳輸內(nèi)容的呈現(xiàn)質(zhì)量，如視頻內(nèi)容完整性、連續(xù)性和端到端時(shí)延等。

3.3 音視頻通話

音視頻通話類業(yè)務(wù)指包含音頻、視頻交互的實(shí)時(shí)通話業(yè)務(wù)。音視頻通話可在4G/5G網(wǎng)絡(luò)中通過運(yùn)營(yíng)商的VoLTE/VoNR實(shí)現(xiàn)，也可利用應(yīng)用提供商通過OTT方式實(shí)現(xiàn)，通常應(yīng)用于遠(yuǎn)程技術(shù)支持、實(shí)時(shí)培訓(xùn)等場(chǎng)景。音視頻通話類業(yè)務(wù)的關(guān)注重點(diǎn)主要在于通話中的聲音、畫面質(zhì)量、音畫同步以及媒體內(nèi)容傳輸?shù)亩说蕉藭r(shí)延等指標(biāo)。

3.4 文件傳輸

文件傳輸類業(yè)務(wù)指在網(wǎng)絡(luò)中傳輸符合實(shí)際應(yīng)用需求文件的相關(guān)業(yè)務(wù)，通常應(yīng)用于數(shù)字化辦公場(chǎng)景，通常在IP網(wǎng)絡(luò)中通過HTTP、FTP等協(xié)議實(shí)現(xiàn)。文件傳輸類業(yè)務(wù)的關(guān)注重點(diǎn)主要在于不同文件傳輸模式下的傳輸速率和傳輸完成時(shí)間。

3.5 傳感參數(shù)采集

傳感參數(shù)采集類業(yè)務(wù)指通過網(wǎng)絡(luò)采集各類傳感器數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)類型，主要應(yīng)用于使用大量無(wú)線傳感器的場(chǎng)景，如大范圍的狀態(tài)采集、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)等。傳感器對(duì)外傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，但應(yīng)用中可能存在很高的并發(fā)，目前多通過ZigBee、BLE、NB-IoT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。傳感參數(shù)采集類業(yè)務(wù)質(zhì)量的關(guān)注重點(diǎn)在于對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)海量接入的支持及終端的功耗等。

3.6 定位和授時(shí)

定位和授時(shí)是指通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行定位或提供準(zhǔn)確時(shí)間信息的業(yè)務(wù)類型。大部分無(wú)線定位和授時(shí)業(yè)務(wù)依靠的是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)的物理特性，例如信號(hào)到達(dá)時(shí)間/相位等，而非網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力。目前常見的定位授時(shí)技術(shù)主要通過GNSS、UWB、藍(lán)牙等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。定位和授時(shí)類業(yè)務(wù)質(zhì)量的關(guān)注重點(diǎn)在于定位、授時(shí)的準(zhǔn)確度、響應(yīng)時(shí)間、更新頻次等。

基于用戶對(duì)各類典型業(yè)務(wù)質(zhì)量的主要關(guān)注點(diǎn)構(gòu)建指標(biāo)集合，并針對(duì)各指標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方案，即屏蔽測(cè)試網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇、結(jié)構(gòu)、融合方案等實(shí)際實(shí)現(xiàn)，形成針對(duì)定制融合網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試驗(yàn)證方法。以此類方法在被測(cè)網(wǎng)絡(luò)中開展測(cè)試工作，測(cè)試結(jié)果真實(shí)體現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)中的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，也更易于被用戶理解接受。

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)行業(yè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)多網(wǎng)絡(luò)體制融合、應(yīng)用需求多元化、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)碎片化的現(xiàn)狀，通過提取行業(yè)應(yīng)用典型業(yè)務(wù)，通過其端到端體驗(yàn)開展標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試能夠屏蔽網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)細(xì)節(jié)，從實(shí)際體驗(yàn)角度驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)支持用戶應(yīng)用的能力，是構(gòu)建對(duì)多體制融合網(wǎng)絡(luò)普遍適用標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法的可行思路。文中所述的業(yè)務(wù)分類和關(guān)鍵指標(biāo)定義方向，可以作為多體制融合網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量測(cè)試方案的設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)

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Research on testing method of industrial wireless communication network oriented to technology convergence

LiuJing， HeXiaolan， GuoWen， YangBo

（Department of Wireless Technology of CTTL-systems， China Telecommunication Technology Labs， China

Academy of Information and Communications Technology （formerly CATR）， Beijing 100010， China）

Abstract：The application of network convergence of different communication systems is ubiquitous in industrial wireless networks. Its diversified convergence mode and fragmented application make it difficult for traditional low-dimensional network testing and verification methods to reflect users’ actual use perception， which brings challenges to the evaluation and acceptance of industrial network layers. Faced with this problem， this paper demonstrates the feasibility of different testing methods through the analysis of the implementation mode and application characteristics of industry convergence network， puts forward the idea of carrying out standardized network testing through the performance of typical services， and gives suggestions on the classification of typical services.

Key words： multi-system integration; network quality test; audio and video call