目前第三代合作伙伴計劃(3GPP)在LTE終端測試規范的標準化工作已經完成。基于各版本規范，終端一致性測試和TTCN測試代碼編輯工作也陸續展開，進一步推動終端認證和互操作測試的開展，加快產業化的進程[1]。而一致性測試的完善程度標志著LTE產業的成熟度，是業內關注的焦點。

    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。協議測試中的一致性測試是一種“功能測試”，它依據一個協議的描述對協議的某個實現進行測試。所以在對LTE終端的設計開發中進行協議一致性測試是必要的。本文在研究LTE系統RRC層的基礎上，以RRC連接重建為例設計了一種基于TTCN-3的一致性測試新方案。
1 LTE系統RRC層研究
1.1 RRC層整體介紹
    RRC位于LTE協議棧層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絡系統的無線資源參數，同時還要控制下層的主要參數和行為。RRC是整個控制平面的核心、終端協議的無線總管,同時也是接入平面和非接入平面進行對話的橋梁、協議信令與用戶數據通道的調度員。RRC層是否完善、可靠，很大程度上影響整個LTE協議棧軟件的性能。
1.2 RRC連接重建過程
    在RRC連接狀態下，當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連接狀態的終端(UE)，其安全性已經被激活，它將初始化該進程來繼續RRC連接。連接重建只有當目標小區已經準備好時才能繼續，即該進程需要一個有效的UE上下文。如果E-UTRAN接收到連接重建請求，當無線承載保持被暫時擱置狀態時，SRB1運作重新開始。如果AS安全性還沒激活，則UE不初始化該進程，而是直接移到RRC空閑狀態。

2 基于TTCN-3的協議一致性測試設計
2.1 TTCN-3簡介
    TTCN-3(Testing and Test Control Notation version 3)抽象測試描述語言[5]是由歐洲電信標準協會(ETSI)發布的一個國際標準。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系統測試，典型應用于協議測試、模塊測試、服務測試、基于平臺的公用對象請求調度體系結構(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構和語言對象，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，并將其視為實現高效、低成本測試的關鍵因素。
2.2 協議一致性測試簡介

    協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，是指協議的形式規范和協議實現行為之間的一致，即協議實現是否符合協議規范的要求。協議一致性測試就是通過測試執行活動，檢查測試實現是否符合協議規范的要求。協議測試理論包容了協議測試的整個過程，其主要研究內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、測試執行和判決、測試結果分析等多個方面[7]。
2.3 測試系統整體架構
    TTworkbench 是由德國Testing tech公司研發、支持TTCN-3語言的測試系統。該系統基于TTCN-3國際標準測試語言的圖形化測試開發環境和執行環境，包括測試過程所需要的全部功能[8](如分析、測試、執行等),同時還可以執行圖形定義的測試例。TTworkbench綜合集成開發環境,包括核心語言編輯器、TTthree編譯器、TTman測試執行管理、圖形格式 TTCN-3編輯器和運行環境等。在TTworkbench平臺的基礎上，對基于TTCN-3的LTE系統協議一致性測試中底層支撐平臺的設計架構見圖2。通過此平臺，用戶只需利用TTCN-3語言編寫抽象測試套，對相應編解碼規則和被測系統適配器進行配置，生成可執行測試套，即可對終端進行測試。
    圖2中主要模塊的功能如下：
    (1)TTCN-3測試系統總控模塊（TM）：負責抽象測試套的載入，以及編譯器、執行機的裝配和外部參數的配置等功能。
    (2)TTCN-3編譯器（TC）：將TTCN-3核心語言格式的抽象測試套轉換為中間表示形式,可供執行機執行，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執行環境(TE)：解釋執行中間表示，根據抽象測試套調度編解碼器、平臺適配器和系統適配器等。同時負責TTCN-3抽象測試套的加載和執行，并收集執行過程中的數據，為用戶判斷執行過程中是否存在異常提供可用信息。
    (4)編碼/解碼器(CD)：負責測試數據的編解碼工作，為TTCN-3的執行環境中定義的類型和底層傳輸的PDU(協議數據單元)之間提供轉換。
    (5)被測系統適配器(SA)：負責TTCN-3測試系統和被測LTE系統之間正常通信,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和定時器聲明，以供抽象測試套調用。

3 RRC連接重建一致性測試設計
3.1 測試流程設計
    RRC連接重建的測試是驗證當前小區和目標小區在同頻或異頻上時，UE能夠從檢測到RRC連接丟失的時刻起，在規定的重建延遲時限向系統模擬器發送RRC連接重建請求，以測試RRC連接重建的協議一致性。測試中需要一個服務小區和一個鄰近小區，分別稱為小區1和小區2，使UE能在同一個載頻或相異載頻上監測相鄰小區，并在合適的條件下開始在物理隨即接入信道(PRACH)上向小區2發送前導完成同頻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，3A狀態是UE開機之后從空閑狀態進入到連接狀態的測試模式。與正常模式不同，測試模式中UE收到網絡端的業務資源后會原樣返回，因此通過在模擬網絡端的匹配機制達到測試的目的。然后根據3GPP標準系統模擬器(SS)向終端發送測量配置，進行RRC連接狀態下的測量，并關閉服務小區，開始在目標小區進行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果。其中RRC連接重建時延的計算是測試判決的關鍵因素，分為兩種情況：

    Nfreq是RRC重建所監管的E-UTRA 頻率的數目。如果目標小區已知，則Nfreq=1，如果目標小區不包含UE相關上下文，則沒有要求。
3.2 抽象測試套的設計
    LTE協議測試TTCN代碼的開發工作需依據TTCN-3語言的規定以及針對LTE協議一致性測試的特殊需求。針對RRC連接重建過程的協議一致性測試的，實現應包括以下4個步驟：
    (1)測試數據類型定義：消息結構，信息元素的結構，內部數據的結構，基本數據和結構的類型。
    (2)實際測試數據的構建：常量和模板，消息及參數值，消息及參數的匹配表達式。
    (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；測試組件動態管理：測試組件到抽象測試系統接口的映射，測試組件接口間的連接，測試組件的創建與終止等。
    (4)測試流程的實現：消息收發，過程函數的計算，測試結果驗證判決。
4 測試結果分析
    根據測試套開發模式的要求，利用TTworkbench平臺的TTthree作為編譯器，完成TTCN-3抽象測試套的開發，將抽象測試套編譯并打包為可執行的.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。同時利用被測系統適配器和平臺適配器進行測試執行的控制并完成測試事件記錄。最后，將TTCN-3核心語言編寫的關鍵測試用例通過TTworkbench自動生成GFT圖。圖4為服務小區和目標小區在同一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完全符合協議一致性測試的規范。

    終端協議一致性測試是研發終端產品的一個重要階段，測試理論和方法的研究一直是國內外學術界倍受關注的研究領域。本文在介紹TTCN-3和協議一致性測試的基礎上，構建了協議一致性測試整體架構，并通過設計和執行TTCN-3測試套對RRC連接重建過程進行一致性測試。該方法簡單易行，可重用性強，為未來相關測試儀表的商用化提供了關鍵的技術支持。而在測試套的設計和運行過程中也發現了一些不足，如系統適配器和平臺適配器方面還有待改進，這也是下一步研究的重點。
參考文獻
[1] 3GPP TS 36.521-3. Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA) radio resource management conformance testing (Release 10)[S].2012.
[2] 段修文，張德民，李小文.LTE系統確認模式的設計與一致性測試[J].計算機應用研究，2011,28(12)：4708-4710.
[3] 3GPP TS 36.331. Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA) radio resource control(RRC)(Release 10)[S]. 2012.
[4] 彭大芹,鄧江.LTE終端RRC連接重建過程研究與實現[J].重慶郵電大學學報(自然科學版)， 2011,23(3)：299-304.
[5] ETSI ES 201 873-1.The testing and test conrol notation version 3(TTCN-3)[R]. TTCN-3 Core Language (Release 4),2012.
[6] 劉小勇， 蔣凡.TTCN-3測試套開發模式及其應用[J]. 計算機輔助工程，2005,14(2)：21-25.
[7] 馬云峰.基于TTCN-3的協議一致性測試技術研究[D].北京：北方工業大學，2006.
[8] 孫萌，陳靜,王魯.基于Web Service的TTCN-3遠程測試系統[J].計算機應用與軟件，2012,29(6):137-140.