目前第三代合作伙伴計劃(3GPP)在LTE終端測試規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)完成?；诟靼姹疽?guī)范，終端一致性測試和TTCN測試代碼編輯工作也陸續(xù)展開，進(jìn)一步推動終端認(rèn)證和互操作測試的開展，加快產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程[1]。而一致性測試的完善程度標(biāo)志著LTE產(chǎn)業(yè)的成熟度，是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點。

    測試包含三種類型：一致性測試、互操作性測試以及性能測試[2]。其中，一致性測試是其他兩種測試的基礎(chǔ)。協(xié)議測試中的一致性測試是一種“功能測試”，它依據(jù)一個協(xié)議的描述對協(xié)議的某個實現(xiàn)進(jìn)行測試。所以在對LTE終端的設(shè)計開發(fā)中進(jìn)行協(xié)議一致性測試是必要的。本文在研究LTE系統(tǒng)RRC層的基礎(chǔ)上，以RRC連接重建為例設(shè)計了一種基于TTCN-3的一致性測試新方案。
1 LTE系統(tǒng)RRC層研究
1.1 RRC層整體介紹
    RRC位于LTE協(xié)議棧層3[3]，處于非常重要的地位，控制著層間主要的接口是接入層和非接入層的主要控制中心。不僅為上層提供來自網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無線資源參數(shù)，同時還要控制下層的主要參數(shù)和行為。RRC是整個控制平面的核心、終端協(xié)議的無線總管,同時也是接入平面和非接入平面進(jìn)行對話的橋梁、協(xié)議信令與用戶數(shù)據(jù)通道的調(diào)度員。RRC層是否完善、可靠，很大程度上影響整個LTE協(xié)議棧軟件的性能。
1.2 RRC連接重建過程
    在RRC連接狀態(tài)下，當(dāng)檢測到無線鏈路失敗、切換失敗、從E-UTRAN的移動性失敗、接收到來自低層的完整性校驗失敗以及RRC連接重配置失敗的情況下，觸發(fā)RRC連接重建過程。
    RRC連接重建的目的是重建RRC連接[4]，包括SRB(Signalling Radio Bearer)中SRB1的恢復(fù)和安全性的重激活。圖1為RRC連接重建成功的通信流程，對于處于RRC連接狀態(tài)的終端(UE)，其安全性已經(jīng)被激活，它將初始化該進(jìn)程來繼續(xù)RRC連接。連接重建只有當(dāng)目標(biāo)小區(qū)已經(jīng)準(zhǔn)備好時才能繼續(xù)，即該進(jìn)程需要一個有效的UE上下文。如果E-UTRAN接收到連接重建請求，當(dāng)無線承載保持被暫時擱置狀態(tài)時，SRB1運作重新開始。如果AS安全性還沒激活，則UE不初始化該進(jìn)程，而是直接移到RRC空閑狀態(tài)。

2 基于TTCN-3的協(xié)議一致性測試設(shè)計
2.1 TTCN-3簡介
    TTCN-3(Testing and Test Control Notation version 3)抽象測試描述語言[5]是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)發(fā)布的一個國際標(biāo)準(zhǔn)。TTCN-3是一種靈活、強有力的語言，用于描述在多種通信端口上的各種響應(yīng)系統(tǒng)測試，典型應(yīng)用于協(xié)議測試、模塊測試、服務(wù)測試、基于平臺的公用對象請求調(diào)度體系結(jié)構(gòu)(CORAB)測試以及API測試等[6]。TTCN-3核心語言除了包含一般高級語言特性外，還包括一系列測試的專用語言結(jié)構(gòu)和語言對象，如并行測試組件、編解碼模塊、測試匹配機制和測試判決等。TTCN-3的核心語言形式可以與其圖形表示格式(GFT)相互轉(zhuǎn)化，其中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。
    TTCN-3并不僅限于一致性測試，它可以用于許多其他種類的測試，如互操作性測試、健壯性測試、回歸測試、系統(tǒng)測試和集成測試。然而TTCN-3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。
2.2 協(xié)議一致性測試簡介

    協(xié)議測試包含有三種類型的測試：一致性測試、互操作性測試以及性能測試。所謂一致性，是指協(xié)議的形式規(guī)范和協(xié)議實現(xiàn)行為之間的一致，即協(xié)議實現(xiàn)是否符合協(xié)議規(guī)范的要求。協(xié)議一致性測試就是通過測試執(zhí)行活動，檢查測試實現(xiàn)是否符合協(xié)議規(guī)范的要求。協(xié)議測試?yán)碚摪萘藚f(xié)議測試的整個過程，其主要研究內(nèi)容可以概括為測試組織、測試方法、測試生成、測試集描述、測試管理、測試執(zhí)行和判決、測試結(jié)果分析等多個方面[7]。
2.3 測試系統(tǒng)整體架構(gòu)
    TTworkbench 是由德國Testing tech公司研發(fā)、支持TTCN-3語言的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于TTCN-3國際標(biāo)準(zhǔn)測試語言的圖形化測試開發(fā)環(huán)境和執(zhí)行環(huán)境，包括測試過程所需要的全部功能[8](如分析、測試、執(zhí)行等),同時還可以執(zhí)行圖形定義的測試?yán)Tworkbench綜合集成開發(fā)環(huán)境,包括核心語言編輯器、TTthree編譯器、TTman測試執(zhí)行管理、圖形格式 TTCN-3編輯器和運行環(huán)境等。在TTworkbench平臺的基礎(chǔ)上，對基于TTCN-3的LTE系統(tǒng)協(xié)議一致性測試中底層支撐平臺的設(shè)計架構(gòu)見圖2。通過此平臺，用戶只需利用TTCN-3語言編寫抽象測試套，對相應(yīng)編解碼規(guī)則和被測系統(tǒng)適配器進(jìn)行配置，生成可執(zhí)行測試套，即可對終端進(jìn)行測試。
    圖2中主要模塊的功能如下：
    (1)TTCN-3測試系統(tǒng)總控模塊（TM）：負(fù)責(zé)抽象測試套的載入，以及編譯器、執(zhí)行機的裝配和外部參數(shù)的配置等功能。
    (2)TTCN-3編譯器（TC）：將TTCN-3核心語言格式的抽象測試套轉(zhuǎn)換為中間表示形式,可供執(zhí)行機執(zhí)行，并提供了多種輔助功能(如及時查錯和編寫建議等),以簡化測試套的編寫和編譯過程。
    (3)TTCN-3執(zhí)行環(huán)境(TE)：解釋執(zhí)行中間表示，根據(jù)抽象測試套調(diào)度編解碼器、平臺適配器和系統(tǒng)適配器等。同時負(fù)責(zé)TTCN-3抽象測試套的加載和執(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。
    (4)編碼/解碼器(CD)：負(fù)責(zé)測試數(shù)據(jù)的編解碼工作，為TTCN-3的執(zhí)行環(huán)境中定義的類型和底層傳輸?shù)腜DU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)之間提供轉(zhuǎn)換。
    (5)被測系統(tǒng)適配器(SA)：負(fù)責(zé)TTCN-3測試系統(tǒng)和被測LTE系統(tǒng)之間正常通信,以成功完成整個測試過程。
    (6)平臺適配器(PA)：包括平臺的外部函數(shù)和定時器聲明，以供抽象測試套調(diào)用。

3 RRC連接重建一致性測試設(shè)計
3.1 測試流程設(shè)計
    RRC連接重建的測試是驗證當(dāng)前小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)在同頻或異頻上時，UE能夠從檢測到RRC連接丟失的時刻起，在規(guī)定的重建延遲時限向系統(tǒng)模擬器發(fā)送RRC連接重建請求，以測試RRC連接重建的協(xié)議一致性。測試中需要一個服務(wù)小區(qū)和一個鄰近小區(qū)，分別稱為小區(qū)1和小區(qū)2，使UE能在同一個載頻或相異載頻上監(jiān)測相鄰小區(qū)，并在合適的條件下開始在物理隨即接入信道(PRACH)上向小區(qū)2發(fā)送前導(dǎo)完成同頻RRC連接重建，其測試流程如圖3所示。

    首先，確定UE處于3A狀態(tài)，3A狀態(tài)是UE開機之后從空閑狀態(tài)進(jìn)入到連接狀態(tài)的測試模式。與正常模式不同，測試模式中UE收到網(wǎng)絡(luò)端的業(yè)務(wù)資源后會原樣返回，因此通過在模擬網(wǎng)絡(luò)端的匹配機制達(dá)到測試的目的。然后根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)模擬器(SS)向終端發(fā)送測量配置，進(jìn)行RRC連接狀態(tài)下的測量，并關(guān)閉服務(wù)小區(qū)，開始在目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行RRC連接重建過程。最后計算連接重建時延，從而判斷是否滿足測試要求并給出結(jié)果。其中RRC連接重建時延的計算是測試判決的關(guān)鍵因素，分為兩種情況：

    Nfreq是RRC重建所監(jiān)管的E-UTRA 頻率的數(shù)目。如果目標(biāo)小區(qū)已知，則Nfreq=1，如果目標(biāo)小區(qū)不包含UE相關(guān)上下文，則沒有要求。
3.2 抽象測試套的設(shè)計
    LTE協(xié)議測試TTCN代碼的開發(fā)工作需依據(jù)TTCN-3語言的規(guī)定以及針對LTE協(xié)議一致性測試的特殊需求。針對RRC連接重建過程的協(xié)議一致性測試的，實現(xiàn)應(yīng)包括以下4個步驟：
    (1)測試數(shù)據(jù)類型定義：消息結(jié)構(gòu)，信息元素的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，基本數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)的類型。
    (2)實際測試數(shù)據(jù)的構(gòu)建：常量和模板，消息及參數(shù)值，消息及參數(shù)的匹配表達(dá)式。
    (3)測試配置的定義和管理建立：定義測試組件，定義測試端口，以便被測終端正常通信；測試組件動態(tài)管理：測試組件到抽象測試系統(tǒng)接口的映射，測試組件接口間的連接，測試組件的創(chuàng)建與終止等。
    (4)測試流程的實現(xiàn)：消息收發(fā)，過程函數(shù)的計算，測試結(jié)果驗證判決。
4 測試結(jié)果分析
    根據(jù)測試套開發(fā)模式的要求，利用TTworkbench平臺的TTthree作為編譯器，完成TTCN-3抽象測試套的開發(fā)，將抽象測試套編譯并打包為可執(zhí)行的.jar文件。然后編解碼部分重用TTworkbench平臺中的ASN.1插件，以完成測試消息的編碼和解碼。同時利用被測系統(tǒng)適配器和平臺適配器進(jìn)行測試執(zhí)行的控制并完成測試事件記錄。最后，將TTCN-3核心語言編寫的關(guān)鍵測試用例通過TTworkbench自動生成GFT圖。圖4為服務(wù)小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)在同一E-UTRAN載頻上時，RRC連接重建完成的GFT圖。由觀察可知，同頻RRC連接重建測試的實現(xiàn)完全符合協(xié)議一致性測試的規(guī)范。

    終端協(xié)議一致性測試是研發(fā)終端產(chǎn)品的一個重要階段，測試?yán)碚摵头椒ǖ难芯恳恢笔菄鴥?nèi)外學(xué)術(shù)界倍受關(guān)注的研究領(lǐng)域。本文在介紹TTCN-3和協(xié)議一致性測試的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了協(xié)議一致性測試整體架構(gòu)，并通過設(shè)計和執(zhí)行TTCN-3測試套對RRC連接重建過程進(jìn)行一致性測試。該方法簡單易行，可重用性強，為未來相關(guān)測試儀表的商用化提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。而在測試套的設(shè)計和運行過程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，如系統(tǒng)適配器和平臺適配器方面還有待改進(jìn)，這也是下一步研究的重點。
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