本文介紹了在分組交換2.5G/3G核心網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)層中建立會話所需的一些關(guān)鍵程序。本文首先將用IMS會話作為具體例子，強(qiáng)調(diào)相關(guān)的測試挑戰(zhàn)，以及如何通過泰克G35協(xié)議測試平臺來解決這些挑戰(zhàn);最后對2.5G/3G核心網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的基于蜂窩網(wǎng)的即按即說(PoC)和多媒體廣播多播業(yè)務(wù)(MBMS)等新業(yè)務(wù)的影響進(jìn)行了。

　　簡介

　　HSDPA和HSUPA等的最新標(biāo)準(zhǔn)化UMTS R5和R6功能，正在將移動網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為真正的寬帶通信系統(tǒng)。語音收入的不斷下降要求運營商通過為客戶開發(fā)新業(yè)務(wù)來尋求收入增長來源。

　　IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)(通常稱為移動WiMAX)這一替代移動寬帶技術(shù)的到來，將強(qiáng)化這一趨勢。有了這項新技術(shù)，競爭業(yè)務(wù)提供商也將出現(xiàn)，從而使越來越多的最終用戶在其日常生活中采用基于IP的業(yè)務(wù)?！　MS和其它分組數(shù)據(jù)平臺使業(yè)務(wù)提供商具備了以較低整體成本部署具有更高QoE的多業(yè)務(wù)的能力。鈴聲下載、短信、電子郵件、圖片短信和信息業(yè)務(wù)等多種各樣的應(yīng)用程序也同樣受歡迎。將這些類型的業(yè)務(wù)移植到一個共同的平臺以優(yōu)化經(jīng)營費用的相關(guān)成本，是移動(和固定)運營商采用基于IMS的系統(tǒng)的強(qiáng)大推動力。

　　主/次PDP環(huán)境

　　所有這些不同應(yīng)用程序的一個共同點是，其可用性都需要特定的接入點。接入點是為移動臺(MS)和所選應(yīng)用程序之間的連接提供的IP路由器。MS必須知道接入點名稱(APN)，以便通過GPRS子系統(tǒng)接觸所需的接入點。這通過圖1所示的PDP環(huán)境激活程序來實現(xiàn)。

　　圖1：PDP環(huán)境激活程序(MS啟用)。

　　MS發(fā)送含有PDP類型、PDP地址、接入點名稱、所要求的業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)和協(xié)議配置選項的激活PDP環(huán)境請求消息到SGSN。SGSN利用APN(APN有一個“完全合格的域名”格式)選擇一個外部網(wǎng)絡(luò)的參考點(GGSN)。APN是指向用戶希望連接的外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)的邏輯名稱。域名業(yè)務(wù)器的功能是將邏輯APN名稱轉(zhuǎn)換到IP地址。根據(jù)RFC 1034，該功能是標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)功能。這樣，SGSN就找到了連接到所需的外部網(wǎng)絡(luò)上的GGSN。接下來，SGSN向GGSN發(fā)起“創(chuàng)建PDP環(huán)境程序”。

　　所要求的QoS指出了想要的QoS規(guī)范。協(xié)議配置選項可被用于向GGSN請求可選的PDP參數(shù)。然后，通過SGSN透明地發(fā)送協(xié)議配置選項。

　　發(fā)送激活PDP環(huán)境請求后，在等待激活PDP環(huán)境接受或拒絕消息的同時，在MS中啟動計時器。

　　SGSN驗證激活PDP環(huán)境請求。如果無法得出GGSN的地址，或者如果不能轉(zhuǎn)換APN，或者如果SGSN確定激活PDP環(huán)境請求無效，則SGSN將拒絕PDP環(huán)境激活的請求。

　　如果PDP環(huán)境激活程序成功，將在MS和外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDP)之間建立用戶面隧道。重要的是要注意到這僅是從GPRS來看的用戶面隧道，從外部PDN來看，也有可能攜帶如SIP消息的控制面信息。

　　如上所述，接入點是外部業(yè)務(wù)平臺的第一接觸點。這些業(yè)務(wù)平臺的例子有：短消息信業(yè)務(wù)中心(SMSC);多媒體信息業(yè)務(wù)中心(MMSC);無線應(yīng)用協(xié)議(WAP);IP多媒體子系統(tǒng)(IMS);互聯(lián)網(wǎng)。

　　一個GGSN可以提供通過不同的APN訪問不同的業(yè)務(wù)。從外部PDN來看，必須區(qū)分主次PDP環(huán)境(圖2)。主PDP環(huán)境總是為MS和具體APN之間的第一連接而建立。如果需要與相同APN建立進(jìn)一步連接，則可以建立最多10個次PDP環(huán)境。通常情況下，每個IMS媒體流將通過一個單獨的隧道進(jìn)行獨立路由，這主要是因為第5版中GPRS收費功能無法對一個數(shù)據(jù)流生成多個收費記錄。此外，不同的IMS用戶面會話可能有不同的QoS要求。

　　圖2：PDP環(huán)境類型。

　　因此，PDP環(huán)境可成以下兩類。1. 主PDP環(huán)境：向不同APN提供連接。SGSN就每個主PDP環(huán)境為MS分配一個唯一的IP地址。2. 次PDP環(huán)境：為相同APN提供連接，但QoS不同。次PDP環(huán)境總是與一個主PDP環(huán)境相關(guān)聯(lián)。兩個IP地址和接入點從主的PDP環(huán)境中被重復(fù)使用。

　　任何有效的主或次PDP環(huán)境的QoS，可以采用PDP環(huán)境變更程序通過MS或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行變更。圖3描述了G35協(xié)議測試儀模擬的議定QoS參數(shù)。

　　圖3：業(yè)務(wù)IE的質(zhì)量(G35協(xié)議模擬器屏幕截圖)。

　　所支持的PDP環(huán)境的最大數(shù)量取決于MS的容量。典型的測試移動平臺支持多達(dá)6個PDP環(huán)境。SGSN/GGSN節(jié)點可以每個MS支持多達(dá)11個PDP環(huán)境。對于完整的壓力測試，G35模擬高達(dá)600萬個移動用戶，而每個模擬的MS可以有高達(dá)11個激活的PDP環(huán)境。由于具有超過6,000萬個同時工作的GPRS隧道的容量，G35可以模擬移動場景，以及從小到鄉(xiāng)村規(guī)模，大到城市規(guī)模的用戶負(fù)載。

　　用G35進(jìn)行GPRS域驗證

　　Tektronix的G35 GPRS功能和和負(fù)載測試平臺是一個可擴(kuò)展的多技術(shù)系統(tǒng)。在其基本配置中，便攜式裝置只配備一個模擬板。對于復(fù)雜的負(fù)載情景，機(jī)架系統(tǒng)可配備多達(dá)13個模擬板。不同的硬件接口可以組合成一個機(jī)柜，例如模擬2.5G接入網(wǎng)絡(luò)用的(GERAN)E1板、UMTS無線接入網(wǎng)模擬用的ATM板(UTRAN)以及模擬外部PDN的以太網(wǎng)板。

　　G35以其無可比擬的靈活性，為大量的網(wǎng)絡(luò)元素提供了模擬和仿真能力，因此可以測試各種條件下的GPRS子系統(tǒng)。典型的應(yīng)用案例如圖4所示。

　　圖4：GPRS負(fù)載測試的典型拓?fù)洹?/p>

　　G35模擬無線接入網(wǎng)絡(luò)，包括一定數(shù)量的移動用戶。這些用戶可能分布在60個虛擬無線蜂窩單元內(nèi)，但在最簡單的情景中，所有模擬用戶都位于同一蜂窩單元內(nèi)。

　　蜂窩單元設(shè)置用的典型參數(shù)包括技術(shù)(2G、3G)、路由區(qū)編碼(RAC)、移動國家代碼(MCC)和移動網(wǎng)絡(luò)代碼(MNC)。這種方法允許使用者將用戶進(jìn)行相應(yīng)群集，并模擬各種移動行為，比如：(1)移動列車(moving train)——所有用戶均附在一個3G蜂窩單元上。一段時間之后經(jīng)過一段時間，3G覆蓋丟失。所有用戶需要執(zhí)行系統(tǒng)間的變更和附在2G網(wǎng)絡(luò)單元上。(2)過境(crossing the border)——用戶用不同的RAC、MNC或MCC切換蜂窩單元。需要執(zhí)行路由區(qū)更新程序。(3)市區(qū)(urban area)——用戶差不多均勻分布在幾個蜂窩單元并與以偽隨機(jī)方式切換到其它蜂窩單元。用戶需要執(zhí)行蜂窩單元重選或蜂窩單元變更程序。

　　使用相同的命令將觸發(fā)所有移動情況。根據(jù)單元的配置，G35會自動檢測并啟動相關(guān)的移動管理程序。

　　根據(jù)使用情況，也可以模擬其他網(wǎng)絡(luò)元素，如設(shè)備信息寄存器(EIR)、CAMEL、SMS中心、定位中心、歸屬位置寄存器(HLR)等。許多運營商都有相當(dāng)數(shù)量的預(yù)付費用戶，因此，對于預(yù)付費和后付費用戶的混合配置，也有必要模擬SGSN和CAMEL中心之間Ge接口的有關(guān)事務(wù)處理。

　　另一個典型測試情景是結(jié)合了背景負(fù)載的功能測試。這在推出新業(yè)務(wù)時尤為重要。大量模擬用戶執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的GPRS程序，如ATTACH、PDP環(huán)境激活/去激活、IP轉(zhuǎn)換和DETACH。這些用戶構(gòu)成產(chǎn)生的背景負(fù)荷的群組。另一較小群組由有限數(shù)量的用戶(如1至20名)組成，并將新業(yè)務(wù)(如IMS)有關(guān)程序注入GPRS子系統(tǒng)。

　　利用這種測試方法，可以在所有相關(guān)方面驗證協(xié)議的執(zhí)行。例如：協(xié)議執(zhí)行情況是否符合標(biāo)準(zhǔn)?是否有足夠能力承受異常行為/意外錯誤條件?長時間進(jìn)行的穩(wěn)定性測試期間，是否會發(fā)生內(nèi)存泄漏?

　　這樣的測試情景也可以與錯誤插入相結(jié)合，這是一種模擬異常情況的確定性方法。利用這個功能，測試工程師可以將不規(guī)則程序注入到一定數(shù)量的用戶流量中。存在大量供測試工程師選擇的預(yù)定義的錯誤狀況。例如，可以重現(xiàn)無線電連接的丟失、模擬不合格手機(jī)(如重復(fù)消息)或模擬不當(dāng)配置的終端(如嘗試連接到不存在的APN)。對于一定百分比的用戶，每個錯誤將以偽隨機(jī)方式注入。不同的錯誤狀況可與其他狀況混合。

　　異常狀況和錯誤狀況的影響仍然不明確，因為這些狀況往往不能在真正的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行測試。異常狀況的一個例子是，用戶發(fā)起的PDP環(huán)境激活與網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的DETACH程序相沖突。標(biāo)準(zhǔn)中通常沒有對異常情況下的預(yù)期網(wǎng)絡(luò)行進(jìn)行定義。

　　負(fù)載測試和功能測試的結(jié)合是一種新的測試范例，它消除了隔離負(fù)載/功能測試的固有弊端。

　　G35的設(shè)計旨在支持真實負(fù)載和壓力測試情景的模擬。一個關(guān)鍵的因素在于生成控制和用戶面流量的能力。每個PDP環(huán)境可以單獨與特定的用戶面負(fù)載規(guī)范相關(guān)聯(lián)。利用G35，每個MS可以激活高達(dá)11個PDP環(huán)境，而每個PDP環(huán)境與另一負(fù)載規(guī)范相關(guān)。

　　通過模擬器可以內(nèi)部生成用戶面內(nèi)容，也有可能將外部內(nèi)容(如網(wǎng)頁瀏覽、外部視頻業(yè)務(wù)器的視頻流)注入到用戶面隧道。

　　在復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中，癥狀和其根源往往相距甚遠(yuǎn)。分布在HLR到SGSN(Gr接口)的單個誤計算或損壞的五件套可能引起SGSN和RNC(IuPS接口)之間的完整性檢查錯誤。為徹底解決問題，G35結(jié)合了監(jiān)視和主動測試功能。

　　假設(shè)運營商想要模擬一個擁有10萬個移動用戶的接入網(wǎng)絡(luò)，并想監(jiān)視核心網(wǎng)絡(luò)(到HLR、CAMEL駱駝中心等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)的流量，再進(jìn)一步假設(shè)完整的網(wǎng)絡(luò)是基于IP。在這樣的狀況下，測試和測量工具上的投資將大大低于過去，因為運營商只需要投資帶一個以太網(wǎng)板的G35。以太網(wǎng)板可用于同時主動測試(生成負(fù)載)和被動測試(監(jiān)視)，而不需要單獨的協(xié)議監(jiān)視設(shè)備。

　　G35提供了大量的統(tǒng)計信息和計數(shù)器以支持分析任務(wù)。測試結(jié)果可以導(dǎo)入到Excel文件或數(shù)據(jù)庫，以支持生成詳細(xì)的報告。

　　推式業(yè)務(wù)(push service)

　　典型的電信和網(wǎng)頁瀏覽等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)一般認(rèn)為是拉式業(yè)務(wù)(pull service)。最終用戶發(fā)起事務(wù)處理和請求內(nèi)容，如特定網(wǎng)頁。而推式業(yè)務(wù)是指由局端(如PoC業(yè)務(wù)器或廣播/組播業(yè)務(wù)器)發(fā)起事務(wù)的通訊方法。推式事務(wù)處理往往基于訂閱模式，用戶需要提前告訴局端“一旦有新內(nèi)容則發(fā)送特定信息(如體育新聞、天氣預(yù)報”。

　　利用3GPP第6版的兩個推式業(yè)務(wù)已經(jīng)推出。下面將對其進(jìn)行仔細(xì)分析，并研究這些業(yè)務(wù)是如何影響GPRS子系統(tǒng)的。

　　基于蜂窩網(wǎng)的即按即說

　　基于蜂窩網(wǎng)的即按即說(PoC)是一種在用戶群之間提供有效、簡單的語音通信的新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的前提是用戶已經(jīng)訂閱了一個或多個用戶組。用戶設(shè)備提供管理PoC業(yè)務(wù)設(shè)置和編制組列表的可能性。相應(yīng)的協(xié)議稱為XCAP(XML配置訪問協(xié)議)和XDM(XML文件管理)。

　　所有小組成員之間交換SIP信號后，語音流將從發(fā)起端發(fā)送到PoC業(yè)務(wù)器。然后，業(yè)務(wù)器將語音流分發(fā)到用戶組的所有用戶端。一次只能有一名用戶擁有“發(fā)言權(quán)”并發(fā)送語音數(shù)據(jù)到PoC業(yè)務(wù)器，這使該業(yè)務(wù)類似于“對講機(jī)”。語音流控制協(xié)議(TBCP)用于對向PoC參與者分配的“發(fā)言權(quán)”進(jìn)行控制，包括發(fā)送關(guān)于用戶已被授予發(fā)言權(quán)以及其語音將被其他參與者聽到的通知。

　　資源效率是PoC業(yè)務(wù)的優(yōu)勢。用戶的語音信息分割后通過基于分組的GPRS子系統(tǒng)傳輸。與典型的雙向通信業(yè)務(wù)不同的是，PoC僅需要一個單向用戶面信道。雖然以分組為導(dǎo)向的技術(shù)可能導(dǎo)致質(zhì)量下降，比如在語音幀引入約2秒的延遲，但對該類型的應(yīng)用而言，所實現(xiàn)的語音質(zhì)量通常已經(jīng)足夠好了。

　　移動廣播/組播業(yè)務(wù)

　　移動廣播/組播業(yè)務(wù)(MBMS)是一種IP數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)，即一種向大量收件人傳輸如視頻和音頻剪輯等內(nèi)容的方法。因此，MBMS是一種單點對多點的單向承載業(yè)務(wù)，其中數(shù)據(jù)從單一源傳送給多個收件人。3GPP已經(jīng)定義了兩種運營模式：廣播模式和組播模式。

　　廣播模式是發(fā)送信息到一個廣播業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)所有用戶的高效率方法(如雷暴警告)。組播模式基于訂閱模式。多媒體廣播/組播業(yè)務(wù)有一些高層次的要求：MBMS通知程序用于指示MBMS數(shù)據(jù)傳輸開始;明確機(jī)制以便當(dāng)蜂窩單元內(nèi)至少有一個用戶時激活網(wǎng)絡(luò)，為單元內(nèi)的組播會話啟動MBMS數(shù)據(jù)傳輸;明確機(jī)制以停止不再包含任何活動用戶的單元內(nèi)的給定組播會話的MBMS數(shù)據(jù)傳輸。

　　用于MBMS業(yè)務(wù)激活和會話啟動的RNC和SGSN之間的RANAP程序，如圖5所示。

　　圖5：MBMS業(yè)務(wù)激活和會話啟動。

　　SGSN通過發(fā)送RANAP MBMS UE的連接請求，發(fā)起MBMS MS連接程序，其目的是向RNC提供該MS激活的MBMS業(yè)務(wù)清單。圖5的右邊屏幕截圖顯示該信息的結(jié)構(gòu)，這是用G35消息構(gòu)建系統(tǒng)(MBS)創(chuàng)建的。該消息由四個序列組成，每個序列中包含PLMN標(biāo)識(pLMNidentity)和業(yè)務(wù)標(biāo)識(serviceID)。在本例中，RNC得到這一特定的用戶已啟動四個不同業(yè)務(wù)的通知。pLMNidentity和serviceID用變量代表，因為這些參數(shù)在描述流量的其他信息(如MBMS會話開始)也是必需的。

　　然后，RNC用MBMS UE連接響應(yīng)確認(rèn)。由于RNC并沒有為這種業(yè)務(wù)提供MBMS環(huán)境(因為這是第一次MS激活該業(yè)務(wù))，所以不知道該業(yè)務(wù)的IP組播地址或APN。RNC使用MBMS信息請求消息，向SGSN請求該信息。SGSN用MBMS信息響應(yīng)消息(參數(shù)：IP多播地址、APN)響應(yīng)。該業(yè)務(wù)環(huán)境創(chuàng)建后，RNC發(fā)送MBMS的注冊請求消息，并通知核心網(wǎng)RNC已經(jīng)準(zhǔn)備接收MBMS會話開始消息。MBMS注冊響應(yīng)、MBMS會話啟動和MBMS會話響應(yīng)后，建立下行線路數(shù)據(jù)傳輸。

　　這些業(yè)務(wù)會如何影響GPRS子系統(tǒng)?顯而易見的是，這些業(yè)務(wù)將導(dǎo)致用戶面流量顯著增加。這導(dǎo)致流量模型變得更加不可預(yù)測，因為要獲得業(yè)務(wù)的蜂窩單元不確定程度也越來越高。各種數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)將相互爭奪帶寬。因此，QoS的意義如下：(1)在廣播區(qū)的流量接收無法保證，接收器可能遇到數(shù)據(jù)丟失;(2)MBMS不支持個別轉(zhuǎn)播;(3)為減少流量，必須有網(wǎng)絡(luò)運營商只發(fā)送組播信息到含有組播組成員的指定組播區(qū)蜂窩單元的可能性;(4)網(wǎng)絡(luò)運營商必須能夠為每個廣播業(yè)務(wù)個別設(shè)定QoS;(5)應(yīng)能適應(yīng)MBMS數(shù)據(jù)傳送到不同的RAN或當(dāng)前可用的無線資源;(6)如果存在網(wǎng)絡(luò)資源限制，運營商應(yīng)能定義支持或不支持廣播業(yè)務(wù)的規(guī)則。

　　展望

　　GPRS標(biāo)準(zhǔn)化由ETSI的SMG(特別行動組)于1994年發(fā)起，主要的GPRS規(guī)范由SMG #25于1997年批準(zhǔn)并于1999年完成。原來的GPRS的概念設(shè)計是一種分組交換子系統(tǒng)——電路交換式GSM核心網(wǎng)絡(luò)的垂直擴(kuò)展。

　　GPRS將在未來數(shù)年內(nèi)完全超過電路交換子系統(tǒng)。許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商努力開發(fā)和規(guī)范GPRS分組交換域的新接入技術(shù)(如UMA和FemtoCells)，從而推動了這種趨勢的發(fā)展。

　　未來的移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將是水平式的，如圖6所示，是基于4G IP的綜合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SGSN和GGSN構(gòu)成傳輸網(wǎng)絡(luò)的核心要素。隨著LTE的到來，這兩個要素會演進(jìn)成MME指示的兩個新要素(移動管理實體)和SAE Gateway(系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn))。

　　圖6：基于4G IP的綜合網(wǎng)絡(luò)。

　　SGSN和GGSN在確保目前順利運營和未來業(yè)務(wù)無縫集成到移動生態(tài)系統(tǒng)中，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

　　每個通信系統(tǒng)的目的不在于技術(shù)本身，而是對應(yīng)用程序和最終用戶認(rèn)為的相關(guān)QoE提供可靠支持。

　　對于網(wǎng)絡(luò)運營商和設(shè)備制造商，關(guān)鍵是要了解負(fù)載過重的GPRS子系統(tǒng)如何工作，以及GPRS網(wǎng)絡(luò)如何受引入的新業(yè)務(wù)以及各種性能要求的影響。

　　許多新業(yè)務(wù)，如PoC和MBMS，不會在2009年初配置。雖然第一個終端將在2008年出現(xiàn)，但這些業(yè)務(wù)成為大眾市場業(yè)務(wù)仍需要幾年時間。

　　了解滿負(fù)荷下提供的這些業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)的性能特點是GPRS的測試方法的基礎(chǔ)。正如揚基集團(tuán)(Yankee Group)所指出的，“測試提供商必須能對網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和規(guī)模進(jìn)行仿真，才可以有信心地提供業(yè)務(wù)”?！　ektronix G35具備使用一個平臺即可完成所需所有測試的能力。它具有的獨特特性，比如模擬周圍所有網(wǎng)絡(luò)要素、錯誤插入、高性能和大量的移動協(xié)議，是綜合的功能性負(fù)載和壓力測試的基礎(chǔ)，不僅是排他性的，而且是針對GPRS的。Tektronix的G35及其前身K1297-G20，被全球所有主要網(wǎng)絡(luò)運營商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商廣泛采用。從用戶的反饋來看，我們可以負(fù)責(zé)任的說，G35已經(jīng)是經(jīng)大量證實可靠的測試和測量工具。