TD-LTE终端协议一致性测试系统软件开发

爱卫生

王朝阳 席兵

摘要：在研究协议一致性测试基本流程和TD-LTE空中接口协议栈的基础上，分析了TD-LTE终端协议一致性测试系统软件通用架构，并对软件通用架构内部各模块的功能进行了详细描述。针对现网中以后会存在3G网络和4G网络并存的情况，提出了多制式接入测试系统软件开发架构，并对测试系统界面软件进行设计和实现。

关键词：TD-LTE，协议一致性，软件开发，测试系统

基金项目：国家科技重大专项资助项目(2012ZX03001021-004)。

TD-LTE是我国主导的新一代移动通信技术，已经入选成为第四代移动通信的国际标准[1]。TD-LTE是TD-SCDMA的长期演进，它具有技术上的先进性，如频谱利用率高、系统的吞吐量大、网络时延低和数据传输能力强等特点[2]。TD-LTE产业正在迅速发展，TD-LTE终端的一致性测试研究显得非常必要。终端协议一致性测试是验证终端对协议标准的符合程度，是检验和推进终端是否具有商用水平的关键手段。TD-LTE终端协议一致性测试是验证TD-LTE终端是否符合3GPP公布的相关协议标准。TD-LTE终端协议一致性测试能够有效检测TD-LTE终端的性能，提高终端的质量，从而推动TD-LTE终端技术的成熟和终端产业的发展。在测试系统开发中，测试系统软件的开发是一个非常重要的环节。在研究测试系统软件通用架构的基础上，提出了能够测试多制式接入的软件开发架构，设计并实现了测试系统用户界面软件。

1  协议一致性测试

1.1  协议一致性测试流程

协议一致性测试是测试协议的具体实现是否与协议标准规范一致，是一种功能性黑盒测试。根据协议一致性测试方法论的规定，测试标准包括抽象测试集(ATS:
Abstract Test Suite)、协议实施附加信息(PIX-IT: Protocol Implementation Extra
Information)和协议实现一致性说明(PICS: Protocol Implementation Conformance
Statements)三部分，这三部分可以生成ETS可执行测试集(ETS: Executable Test
Suite)[3]。协议一致性测试基本流程如图1所示。协议一致性测试基本流程具体介绍如下：

(1)研究协议标准规范，编写相应的测试目的，测试目的是用来验证被测实体的具体实现是否符合协议标准规范所描述的特性。

(2)在测试目的基础上编写协议一致性抽象测试用例(ATC: Abstract Test
Case)，多个ATC组合构成ATS，ATS能够覆盖协议测试规范规定的所有特性。

(3)根据测试规范生成PCIS/PIXIT。

(4)根据抽象测试集ATS和PCIS/PIXIT生成可执行测试集ETS。

(5)利用可执行测试集ETS测试被测实现(I-UT: Implementation Under
Test)，不同的测试实体需要使用不同的测试方法，测试完成后产生测试报告。

1.2  TD-LTE空中接口协议栈

EUTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio
Access Network)和UE(User
Equipment)之间的接口是TD-LTE系统空中接口，主要包括网络层、数据链路层、物理层。无线资源控制层(RRC)和非接入层(NAS)属于网络层，而媒体访问控制层(MAC)、无线链路控制层(RLC)和分组数据汇聚层(PDCP)属于数据链路层。用户平面协议栈和控制平面协议栈组成了LTE空中接口协议栈[4]。PDCP、RLC、MAC和PHY层一起构成用户平面协议栈，这些层终止于eNodeB，如图2所示。PHY、MAC、RLC、PDCP、RRC和NAS层一起构成控制平面协议栈，如图3所示。MAC层及RLC层在控制平面完成的功能和用户平面基本一致；PDCP层主要功能是提供加密和完整性保护等；RRC层主要功能是提供寻呼、通知、无线承载管理、移动性管理、连接管理、UE测量报告和测量上报控制的功能；NAS层主要功能是提供安全保护、鉴权、空闲状态下的移动性管理、EPS承载管理[5]。



图1  协议一致性测试基本流程



图2  TD-LTE空中接口-用户平面协议栈



图3  TD-LTE空中接口-控制平面协议栈

TD-LTE终端协议一致性测试是测试TD-LTE终端空中接口协议信令交互实现是否与TD-LTE终端协议测试规范一致，具体测试内容包括NAS协议层测试、MAC协议层测试、RRC层协议层测试、PD-CP协议层测试、空闲模式测试等。TD-LTE终端协议一致性测试标准规范是TS36.523系列。协议一致性测试中最重要的是测试用例的开发，测试用例的开发选用TTCN-3
(Testing and Test Control Notation Version
3)语言。TTCN-3是一种规范的标准测试语言，有很好的移植性和适用性，与协议标准、测试设备和测试方法无关，可以在不同的硬件平台上重用。

2  测试系统软件架构设计

2.1  测试系统通用软件架构

TD-LTE终端协议一致性测试系统通用软件架构如图4所示[6]。该测试系统有一台PC主机和系统模拟器(SS: System
Simulation)构成。软件架构的内部接口主要是PC主机侧控制软件和SS之间的接口，由网线相连接；外部软件接口是SS与被测终端UE的接口，由射频线相连接；PC主机与被测系统UE可以通过串口线连接，它们之间可以发送AT指令或人机界面指令(MMI:
Man-Machine Interface)。



图4  测试系统软件架构图

2.1.1 PC主机侧软件

PC主机侧软件主要包括测试管理和控制(TMC: Testing Management and
Control)、TTCN-3执行部分(TE: TTCN-3 Executable)、系统适配器(SA: System Adaptor)和平台适配器(PA:
Platform Adaptor)。

(1)TMC

TMC由两部分组成，测试控制和测试日志管理。测试控制主要负责对整个测试过程进行控制。测试日志管理主要负责记录TTCN-3实时测试日志，并保存到PC主机上，供测试人员查看。

(2)TE

TE负责TTCN-3抽象测试用例ATS的解释和执行，测试事件的排序和匹配。TE包含3GPP
TS36523-3协议中正式发布的用例脚本，测试用例脚本中包含用例参数的配置、原语和流程的控制、结果的判决等。用TTCN-3语言开发出的测试用例将TTCN-3平台环境编译为TE中的一部分，和平台自身具有的运行库一起构成可执行测试用例ETS。TE相关代码部署在PC机上。

(3)编解码器

负责测试用例中消息的编码和解码，把测试用例中的消息编码成被测系统可以识别的格式。在测试工具开发的过程中需要针对协议规范制定测试数据，这些数据需要编写相应的编解码部分方可完成测试。

(4)SA和PA

系统适配器SA的作用是管理TTCN-3输入和输出的消息，使TTCN-3测试系统和被测系统之间的通信适应于特定的测试系统执行平台。平台适配器PA用来向TE提供计时器的管理、TTCN-3外部函数的实现。

2.1.2  系统模拟器SS和被测终端UE

SS作为硬件平台，是由PC主机侧控制软件控制，以空中接口的方式与UE相连接，SS能够模拟基站的功能，如物理层和射频部分的功能等。SS在PC主机侧控制软件的控制下能够为测试系统提供准确的系统帧号等时序信息[7]。

在自动测试时，PC主机可以通过下发AT指令控制UE的开机、关机、PDP激活等行为。

2.2  多制式接入测试系统软件架构设计

在研究测试系统通用软件架构的基础上，针对不同的接入制式共同组成的测试系统，提出了多制式接入测试系统软件开发架构，如图5所示。具体实现方法是使用一个TTCN-3主测试模块(MTC)控制多个并行测试模块(PTC)来实现。当1个LTE系统和1个TD-SCDMA系统在一起时，多制式接入测试系统软件开发架构如图5所示。当UE在E-UTRAN和UTRAN之间移动时，通过MTC控制PTC之间的切换。该开发模型具有一个显著的特点，它将测试用例与底层协议栈分离，以便开发的测试用例能够被各个仪表厂家所共用。该开发架构主要包括MTC、PTC、适配层、协议栈和被测终端UE[8]。



图5  多制式接入测试系统软件开发架构

(1)MTC

MTC是测试控制接口，测试人员通过MTC控制整个测试过程。MTC控制和同步并行测试组件PTC和系统模拟器SS的行为，控制和同步的方式是通过MMI接口或下发AT指令，MTC独立于接入技术。MTC是在测试用例开始执行时由测试系统创建，终止运行时也会终止测试用例的运行。MTC执行测试用例主体定义的行为，在每个测试配置中有且只有一个MTC，MTC可以创建1个或多个PTC，并完成MTC和PTC端口映射和连接。

(2)PTC

PTC并行测试组件主要负责协议TS36.523规定的TTCN脚本流程的实现。多个PTC之间没有层次关系，处于相对平等的位置。MTC可以终止PTC的运行，但PTC之间不能相互终止。PTC可以分别构建为RAT
(Radio Access
Technology)的载体，如E-UTRAN、UTRAN、GERAN等，这样就可以进行UE在不同网络间互操作的测试。

(3)适配层和协议栈

MTC和PTC对协议栈的控制是通过适配层来完成的，首先MTC或PTC传递消息或命令给适配层，然后适配层再把消息或命令经过相应的转换发给协议栈。

3  测试系统用户界面软件设计及开发

用户界面子系统为测试人员提供图形化的操作界面，同时对测试系统进行管理和控制，对测试执行情况进行实时的监控，保存测试日志。界面软件主要包括测试用例脚本管理模块、监视与跟踪模块、测试结果模块、实时分析模块、测试配置模块。测试用例脚本管理模块显示所有可调用和执行的测试用例脚本，测试人员在界面上可以选择要测试的测试用例，开始或终止测试用例脚本的执行。监视与跟踪模块主要是对测试用例脚本的执行情况进行监视，对测试数据进行跟踪。测试结果模块生成并保存测试报告，测试报告保存有测试结果的详细信息。实时分析模块主要是对测试用例脚本的执行情况进行实时的查看和分析。测试配置模块包含PIXIT设置、小区个数设置、UE设置、AT命令设置等。

测试系统软件用户界面如图6所示，该软件既可以应用于单个LTE接入系统，又可以应用于多制式接入系统。利用面向对象的思想，使用VC2008软件进行开发，开发语言为C/C++。测试人员在用户界面选择测试用例，执行测试用例，监视测试流程，得到测试结果，最终完成对uE的协议一致性测试。

图6  用户界面 4  结语 协议一致性多制式接入系统测试软件的开发为UE在3G和4G之间正常切换提供了保证，测试系统界面软件为测试人员和测试系统提供了交互的平台。通过研究TD—LTE终端协议一致性测试规范标准，编写测试用例，然后在搭建的测试系统界面软件上加载测试用例，执行测试流程，可以完成UE协议一致性测试并得到详细的测试报告。TD—LTE终端协议一致性测试软件的开发对TD—LTE终端的成熟和TD—LTE产业的发展具有重要的意义。 作者简介：王朝阳，重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室硕士研究生；席兵，重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室副教授。 参考文献 [1]林辉.2012年TD—LTE发展情况综述和未来展望[J].现代电信科技，2013(Z1)：8-11. [2]杨兴红.TD—LTE技术及其优势[J].科技风，2011(18)：97. [3]赵光胤.TD—SCDMA协议一致性测试研究及其测试例的实现[D].北京：北京交通大学，2011 [4]胡响，李勇.一种基于TTCN-3的TD—LTE终端协议一致性测试系统的构建[J].西安科技大学学报，2012，32(6)：765-767. [5]吴涛.TD—LTE终端协议一致性测试规范研究及测试集开发[D].北京：北京邮电大学，2010. [6]3GPP TS36.523-3. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-U-TRA) and Evolved Packet Core (EPC); User Equipment (UE) conformance specification; Part 3: Test Suites (Release 8)[S], 2010. [7]李昱璇.TD—ITE终端协议一致性测试设计及开发[D].北京：北京邮电大学，2011. [8]王泽宁.TD—LTENAS协议一致性测试规范研究与TTCN测试集开发[D].北京：北京邮电大学，2010.

《现代电信科技》2013年第04期