LTE系統(tǒng)中基站內(nèi)切換測(cè)試的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方案*

徐嘯濤，金文兵，陳 璐

(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程學(xué)院，杭州 310053;2.上海貝爾阿爾卡特股份有限公司移動(dòng)事業(yè)部，上海 201206)

長期演進(jìn)技術(shù)LTE(Long Term Evolution)是3GPP組織對(duì)第3代移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)，是當(dāng)今最被看好的4 G候選技術(shù)。它改進(jìn)并且增強(qiáng)了3 G的空中接口技術(shù)，采用OFDM(正交頻分復(fù)用)和MIMO(多入多出)作為其無線接入演進(jìn)的最核心技術(shù)。它同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了下行100 Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值速率，并且能夠支持最高350 km/h的高速性能。相比之前的無線接入技術(shù)，在速率方面有了顯著的提高，因而對(duì)高速切換保持語音或者數(shù)據(jù)的高質(zhì)量接續(xù)提出了挑戰(zhàn)。切換是指用戶在業(yè)務(wù)連接的狀態(tài)下，保持業(yè)務(wù)服務(wù)的質(zhì)量不受任何影響，無線承載由當(dāng)前小區(qū)改變到相鄰小區(qū)的過程。LTE的主要目標(biāo)之一就是在一定量的延遲(Delay)要求下提供高質(zhì)量的語音和數(shù)據(jù)接續(xù)服務(wù)。這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要大量的從源小區(qū)到目標(biāo)小區(qū)的切換操作支持［1］。

1 基站內(nèi)切換流程

以LTE為無線接入技術(shù)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成包含終端設(shè)備、無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信。對(duì)于LTE技術(shù)，eNodeB之間不存在宏分集，因此LTE中僅存在硬切換。與3 G相比，LTE中的重新接入會(huì)更快、更加準(zhǔn)確。用戶端的感知性能不會(huì)受到基于LTE切換機(jī)制的重新接入的影響。

3GPP規(guī)范的LTE切換過程大致可以分為4個(gè)階段:測(cè)量控制、切換準(zhǔn)備、切換執(zhí)行和切換完成。首先源基站通過漫游限制的信息配置UE的測(cè)量控制，UE根據(jù)制定的測(cè)量規(guī)則在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻觸發(fā)測(cè)量報(bào)告上報(bào)。當(dāng)源基站收到UE的測(cè)量報(bào)告以及RRM信息來判定觸發(fā)基站內(nèi)切換時(shí)，源基站將發(fā)起基站內(nèi)切換。詳細(xì)的分解步驟如下所示［8］。

1.1 測(cè)量控制

在LTE系統(tǒng)中，測(cè)量控制消息是通過BCCH或DCH傳遞到UE的，UE最初從源基站和接入網(wǎng)關(guān)與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。源基站根據(jù)終端運(yùn)行情況和位置特性等執(zhí)行測(cè)量控制程序，以事件觸發(fā)或周期性報(bào)告方式通知終端提供相應(yīng)的測(cè)量報(bào)告，以提供源基站作出觸發(fā)切換的決策［3，5］。

1.2 切換準(zhǔn)備

如圖1所示，為典型的LTE基站內(nèi)切換準(zhǔn)備流程圖，UE代表LTE終端設(shè)備，Source和Target分別為對(duì)應(yīng)于切換操作的源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)。詳細(xì)的消息流程步驟為:

(1)源eNodeB根據(jù)區(qū)域限制信息配置UE的測(cè)量過程，并通過RRC重配置消息發(fā)送測(cè)量控制信息給UE。

(2)當(dāng)目標(biāo)蜂窩達(dá)到測(cè)量報(bào)告門限值時(shí)，UE向eNodeB發(fā)送測(cè)量報(bào)告(Measurement Report)。另一種方式，也可以配置周期性測(cè)量報(bào)告。

(3)源eNodeB基于測(cè)量報(bào)告和無線資源管理信息作出UE切換的判決。當(dāng)源eNodeB認(rèn)為切換有必要，就確定一個(gè)合適的目標(biāo)小區(qū)，請(qǐng)求接入控制目標(biāo)小區(qū)的源eNodeB。源eNodeB根據(jù)UE報(bào)告，做出切換決定。

(4)為了在目標(biāo)側(cè)準(zhǔn)備切換，源eNodeB向目標(biāo)eNodeB發(fā)送Handover Request信息，并傳送相應(yīng)的信息。

(5)目標(biāo)eNodeB執(zhí)行接入控制功能。為UE的接入分配空中接口資源和業(yè)務(wù)的SAE(System Architecture Evolution)承載資源。

(6)目標(biāo)小區(qū)資源準(zhǔn)入成功后，向源eNodeB發(fā)送Handover Request Acknowledge消息.指示切換準(zhǔn)備工作完成。

圖1 切換準(zhǔn)備流程圖

1.3 切換執(zhí)行

如圖2所示，與切換準(zhǔn)備流程圖相對(duì)應(yīng)，為切換執(zhí)行消息流程圖。對(duì)于LTE基站內(nèi)切換而言，切換執(zhí)行相比切換準(zhǔn)備更加復(fù)雜，詳細(xì)的消息流程步驟如下:

(1)源eNodeB向UE發(fā)送切換命令(Handover Command)。源eNodeB開始向目標(biāo)eNodeB轉(zhuǎn)發(fā)下行鏈路分組消息。

(2)源eNodeB向目標(biāo)eNodeB發(fā)送狀態(tài)消息，用于指示UE已經(jīng)確認(rèn)的分組。

(3)UE完成與目標(biāo)eNodeB的最終同步，并通過RACH過程接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。預(yù)同步已經(jīng)在蜂窩識(shí)別過程中提前實(shí)現(xiàn)。

(4)目標(biāo)eNodeB向UE發(fā)送上行鏈路分配和定時(shí)提前信息。

(5)UE向目標(biāo)eNodeB發(fā)送切換確認(rèn)(Handover Confirm)消息，同時(shí)開始向UE傳送數(shù)據(jù)。

圖2 切換執(zhí)行流程圖

1.4 切換完成

移動(dòng)終端和目標(biāo)基站恢復(fù)通信后，目標(biāo)基站發(fā)送HO complete req給接入網(wǎng)關(guān)，要求更改終端下行數(shù)據(jù)的路徑和更新用戶的界面。當(dāng)接入網(wǎng)關(guān)完成后，它會(huì)發(fā)送一個(gè)end marker信令給源基站，以標(biāo)志緩存數(shù)據(jù)結(jié)束，并通知目標(biāo)基站更新完成。隨后目標(biāo)基站通過消息告知源基站切換完成，讓其釋放終端占有的系統(tǒng)資源。直到遇到end marker標(biāo)志，源基站才會(huì)停止發(fā)送緩存數(shù)據(jù)。

2 自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)

切換操作在實(shí)際的移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)營中是極其繁雜并且重要的，尤其對(duì)于目前的TD-LTE系統(tǒng)，在高速切換中同時(shí)需要保持語音或者數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸。因此設(shè)計(jì)基站內(nèi)切換的自動(dòng)化測(cè)試方案，具有非常重要的意義。相對(duì)于手工測(cè)試而言，自動(dòng)化測(cè)試通過測(cè)試工具對(duì)相應(yīng)的參數(shù)編輯或者其他手段可以有效并且充分的增加測(cè)試覆蓋范圍，完成大量的重復(fù)測(cè)試。在公司的Robot自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)上，設(shè)計(jì)了一套基站內(nèi)切換的自動(dòng)化測(cè)試方案，如圖3所示為簡單的硬件環(huán)境示意圖［2］。

圖3 基站內(nèi)切換自動(dòng)化測(cè)試硬件環(huán)境

在該硬件環(huán)境基礎(chǔ)上，也同時(shí)設(shè)計(jì)編寫了一套簡單的基站內(nèi)切換測(cè)試用例(腳本)。如下所示，基本的用例(腳本)結(jié)構(gòu)可以分成4個(gè)部分，包括頭模塊、變量、步驟和關(guān)鍵詞。

(1)用例頭模塊

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合Robot自動(dòng)化腳本語言設(shè)計(jì)和圖3的切換系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在公司測(cè)試平臺(tái)上對(duì)于基站內(nèi)切換進(jìn)行了實(shí)際的自動(dòng)化測(cè)試［4］。其中基站使用的是公司的TD-LTE基站，UE simulator使用的是Areoflex公司的測(cè)試手機(jī)TM500。測(cè)試的結(jié)果如圖4所示，我們可以很明顯的看到切換自動(dòng)化測(cè)試成功的標(biāo)記”RRC Handover Complete”，以及TM500終端成功的從Cell ID為26的源小區(qū)切換到了24的目標(biāo)小區(qū)，切換中心頻率為23 500 MHz。雖然在切換過程中出現(xiàn)了UE業(yè)務(wù)中斷的情況，但這是由于基站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)處理，UE切換完成后，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量仍繼續(xù)存在，說明此次切換已成功。

在切換執(zhí)行過程中，我們?cè)?hub口通過Wireshark抓包工具，可以清晰的得到切換的信

令交互協(xié)議流程。如圖5所示，在S1AP空中接口測(cè)，可以清楚的看到“Handover Preparation”、“Handover Resource Allocation”和“eNB status Transfer”等切換流程消息。這也可以從另一方面闡明，該基站內(nèi)切換自動(dòng)化測(cè)試方案實(shí)現(xiàn)的正確性。

圖4 基站內(nèi)切換測(cè)試TM500截圖

圖5 切換協(xié)議流程數(shù)據(jù)包截圖

如圖6所示，是在O&M管理平臺(tái)上記錄的切換自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行步驟的log。通過可視化并且用戶友好的界面可以非常方便通過log文件中迅速定位到切換信令交互步驟的錯(cuò)誤，進(jìn)而給研發(fā)人員進(jìn)行問題定位提供極大的幫助［7］。

圖6 切換自動(dòng)化測(cè)試結(jié)果文件

4 結(jié)束語

同3 G相比，在TD-LTE系統(tǒng)中，UE需要繼承所有傳統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)和多媒體服務(wù)。除此之外，還需要提供更高的用戶帶寬和高速移動(dòng)時(shí)語音和數(shù)據(jù)流量的穩(wěn)定性等［6］。雖然近年來已經(jīng)提出不少解決切換所面臨的技術(shù)問題，但都不能很好地解決在高速移動(dòng)中如何保持切換的高質(zhì)量的問題。相對(duì)于手工測(cè)試而言，自動(dòng)化測(cè)試通過測(cè)試工具或者其他手段可以充分的增加測(cè)試覆蓋范圍，完成大量的重復(fù)測(cè)試。因此如何充分的使切換操作與自動(dòng)化測(cè)試相結(jié)合是一項(xiàng)值得研究的課題。

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徐嘯濤(1979-)，男，浙江諸暨人，2004年獲南京郵電學(xué)院碩士學(xué)位?，F(xiàn)為浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程學(xué)院教師、工程師。主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信、軟件測(cè)試、物聯(lián)網(wǎng)等。