基于TTCN-3的LTE非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的分析與對策*

［谷小勇 方一鳴 李培林］

基于TTCN-3的LTE非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的分析與對策*

［谷小勇 方一鳴 李培林］

為了更好地滿足端到端的QoS機制，以及對TD_LTE系統(tǒng)級測試儀表的開發(fā)，需要對附著注冊過程中的異常機制進行研究和改進，在詳細分析網(wǎng)絡(luò)承載原因的基礎(chǔ)之上，給出了一種新的對于非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗原因的研究，首先分許出有關(guān)的異常機制并對其中幾種典型的異常機制進行流程設(shè)計，然后搭建TTCN-3軟件平臺，通過系統(tǒng)級測試平臺驗證，同時獲取終端LOG圖，對終端和網(wǎng)絡(luò)端交互LOG信息進行打印，對流程設(shè)計進行驗證。

TD-LTE 默認承載 非承載網(wǎng)絡(luò)失敗 TTCN-3

谷小勇

重慶郵電大學(xué)，碩士研究生，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開發(fā)。

方一鳴

重慶郵電大學(xué)，碩士研究生，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開發(fā)。

李培林

重慶郵電大學(xué)，碩士研究生，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開發(fā)。

引言

隨著4G技術(shù)的普及和應(yīng)用，分時長期演進TD-LTE以其技術(shù)上的優(yōu)勢正在推動著整個通信業(yè)的發(fā)展，針對其新技術(shù)的各種應(yīng)用，測試環(huán)節(jié)顯得尤為重要。長期演進系統(tǒng)中，UE實現(xiàn)端到端附著到網(wǎng)絡(luò)建立PDN連接是必不可少的一個環(huán)節(jié)［1］，因為其關(guān)系整個LTE系統(tǒng)是否可以正常地實現(xiàn)各種所需業(yè)務(wù)。

在當前附著注冊失敗的測試環(huán)節(jié)中，一般都是針對于承載網(wǎng)絡(luò)等異常機制［3］的測試，網(wǎng)絡(luò)僅僅反饋給用戶UE承載網(wǎng)絡(luò)失敗的原因，如網(wǎng)絡(luò)端失敗，UE端失敗等，這使得對于異常機制的研究不夠全面，僅僅是對一個異常方向的研究測試。本文將對非承載網(wǎng)絡(luò)失敗的原因，如業(yè)務(wù)原因，進行研究處理，設(shè)計基于測試和測試控制表示法（Testing and Test Control Notation Version 3，TTCN-3）的平臺［2］，根據(jù)非承載網(wǎng)絡(luò)失敗后的處理流程設(shè)計編寫測試用例［4］，按照測試流程進行非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的測試。

1 LTE系統(tǒng)EPS總體架構(gòu)

圖1 EPS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

演進分組系統(tǒng)EPS由LTE和SAE兩部分組成。LTE部分包括了用戶UE和eNB，SAE包括了包含了移動管理實體MME，服務(wù)網(wǎng)關(guān)Serving Gateway，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)PDN Gateway，以及策略與計費規(guī)則功能單元PCRF和歸屬用戶服務(wù)器HSS等部分，各模塊分別負責(zé)自己的相關(guān)功能，最終實現(xiàn)端到端的“永久在線”。

2 開機注冊過程中默認EPS承載的分析

2.1 默認承載成功建立的過程設(shè)計

為了UE和要求的PDN之間建立一個默認的EPS承載［5］上下文，使UE獲得對應(yīng)PDN的IP連接。在UE第一次接入網(wǎng)絡(luò)時，PDN連接流程需要聯(lián)合EMM的附著流程。PDN連接請求消息和附著請求消息一起封裝為NAS消息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)端。如果網(wǎng)絡(luò)端同意UE接入網(wǎng)絡(luò)，則發(fā)起默認EPS承載文本激活流程。PDN連接流程具體如下：

① UE向MME發(fā) 送 PDN CONNECTIVITY REQUEST消息。

② MME收到PDN CONNECTIVITY REQUEST消息后，為UE分配該PDN連接的默認承載EBI，選擇S-GW并向該S-GW發(fā)送CREATE SESSION REQUEST消息。

③ S-GW收到CREATE SESSION REQUEST消息后，在自己的EPS承載表中創(chuàng)建新實例，并向P-GW發(fā)送CREATE SESSION REQUEST消息。

④ P-GW收到CREATE SESSION REQUEST消息后，發(fā)起IP-CAN Session Establishment過程，與PCRF交互后確定默認承載的QoS參數(shù)并為該UE分配IP地址，然后在自己的EPS承載表中創(chuàng)建新實例并向S-GW發(fā)送CREATE SESSION RESPONSE消息。

⑤ S-GW收到CREATE SESSION RESPONSE消息后，向MME發(fā)送CREATE SESSION RESPONSE消息。

⑥ MME收到CREATE SESSION RESPONSE消息后，如果該PDN連接被P-GW接受，則向UE發(fā)送ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REQUEST消息，由eNodeB轉(zhuǎn)發(fā)。

⑦ UE收到ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REQUEST消息后，保存EPS QoS和PDN address等信息，并向MME發(fā)送ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT ACCEPT消息，由eNodeB轉(zhuǎn)發(fā)。

⑧ MME收到ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT ACCEPT消息標志著該PDN連接建立完成，意味著UE與P-GW之間已經(jīng)激活了一個默認EPS承載文本。

圖2 默認承載連接建立流程圖

2.2 非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的議程機制分析

然而上文分析的正常建立情況并不總能夠順利完成，異常機制是時常發(fā)生的。下面主要研究非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的異常情況：

（1）當UE開始附著注冊時，UE發(fā)送附著請求給eNB，eNB將附著請求消息給MME［6］；該過程對應(yīng)于流程圖中的①，②。

（2）MME，PGW，SGW，eNB，UE等在附著過程中進行交互，如果MME與PCRF交互后PCRF拒絕，則拒絕消息中攜帶的字段表示的原因為用戶使用權(quán)限受限；該過程對應(yīng)于流程圖中的④，但是此時返回消息IP-CAN Session Establishment中包含的是失敗原因#29：user authentication failed。

（3）如果PGW或者SGW在計費過程中，則拒絕消息中攜帶的字段表示失敗的原因是運營商確定的禁止；該過程對應(yīng)于流程圖中的④，此時返回消息CREATE SESSION RESPONSE包含的是失敗原因#8：operator determined barring。

（4）如果MME與傳統(tǒng)的電路交換CS域交互后CS域拒絕，則拒絕消息中攜帶的字段表示的原因為用戶業(yè)務(wù)使用權(quán)限受限。該過程對應(yīng)于流程圖中的④，此時返回消息CREATE SESSION RESPONSE包含失敗原因#32：service option not supported；。

（5）在其他的實例中，如果MME與PCRF交互后PCRF拒絕，則拒絕消息中攜帶的字段表示失敗的原因是PCRF返回的具體原因；如果MME與傳統(tǒng)的電路交換CS域交互后CS域拒絕，則拒絕消息中攜帶的字段表示的原因為CS域返回的具體失敗原因。

（6）表示失敗原因的具體字段可以是現(xiàn)有字段，如協(xié)議配置選項PCO，也可以采用新增字段。

（7）MME通過eNB向UE發(fā)送攜帶了表示失敗原因的字段的拒絕消息，然后UE端會把返回的失敗原因告知給用戶，這樣手機用戶就會根據(jù)返回的具體原因做出正確的決策，例如，假如非承載網(wǎng)絡(luò)失敗原因注冊失敗是由于用戶的使用權(quán)限受到了限制，則使用用戶可以根據(jù)自己的需求決定開通想用的業(yè)務(wù)，假如非承載網(wǎng)絡(luò)失敗原因注冊失敗是由于運營商確定的禁止，則用戶考慮是否為用戶欠費以決定續(xù)交費。

3 測試流程設(shè)計

測試流程步驟如下：

步驟1：當網(wǎng)絡(luò)端MME收到PDN CONNECTIVITY REQUEST消息后。判定用戶業(yè)務(wù)是否受限，當用戶業(yè)務(wù)受限的情況下，直接返回攜帶非承載網(wǎng)絡(luò)失敗原因的拒絕消息給UE端的ESM層，由EMS進行原因值分析后，通過原語將失敗原因傳到SPV應(yīng)用層，是的用戶獲知具體失敗的原因，然后做相應(yīng)的處理。

步驟2： 當網(wǎng)絡(luò)端P-GW收到CREATE SESSION RESPONSE消息后。判定是否為運營商確定的禁止，當當前禁止的情況下，返回拒絕消息的操作通步驟1。

步驟3：當網(wǎng)絡(luò)端MME與PCRF交互后PCRF拒絕后。判定是否為用戶使用權(quán)限受限，當用戶使用權(quán)限受限的情況下，返回拒絕消息的操作通步驟1，如圖3所示。

4 TTCN-3仿真測試對比結(jié)果與對比分析

4.1UE開機附著過程EPS成功建立的仿真結(jié)果圖：

圖4為TTCN-3系統(tǒng)級測試平臺的默認的EPS承載成功建立完成，此情況下網(wǎng)絡(luò)端各個模塊成功進行交互，沒有發(fā)生任何非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的異常，圖5為終端由于在與網(wǎng)絡(luò)端進行交互的過程中各個狀態(tài)的變化情況，從圖中可以看出終端UE成功接收到網(wǎng)絡(luò)端EPS承載建立接受的消息，最終終端UE實現(xiàn)附著完成。

圖6為網(wǎng)絡(luò)端回復(fù)給UE的原語中攜帶的協(xié)議配置選項的內(nèi)容，該內(nèi)容包含在圖中的ACT_DEF_EPS_ BEARER_CTX_REQ當中，由EMM層發(fā)送給ESM層，在注冊過成功的測試中，不進行非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗原因的協(xié)議選項配置，僅僅包含網(wǎng)絡(luò)端需要的發(fā)送給終端UE的一些所需信息。

4.2UE開機附著過程由于非承載網(wǎng)絡(luò)原因失敗的仿真結(jié)果圖

圖7為TTCN-3系統(tǒng)級測試平臺中由于非承載網(wǎng)絡(luò)原因默認的EPS承載建立失敗的情況，此情況下由于網(wǎng)絡(luò)端人為設(shè)置了非承載網(wǎng)絡(luò)異常的設(shè)置，最終終端UE沒有成功注冊，沒有建立EPS承載，圖8為網(wǎng)絡(luò)端人為設(shè)置了非承載網(wǎng)絡(luò)異常的情況下，終端與網(wǎng)絡(luò)端交互中各個狀態(tài)的變化的情況，從圖8可以看出終端UE收到了非承載網(wǎng)絡(luò)失敗的原因值，并且在SPV應(yīng)用層成功顯示了具體的原因，成功告知了用戶非承載網(wǎng)絡(luò)失敗的具體原因。

圖9為網(wǎng)絡(luò)端回復(fù)給UE的原語中攜帶的協(xié)議配置選項的內(nèi)容，在注冊過失敗的測試中，網(wǎng)絡(luò)端進行了非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗原因的的協(xié)議選項配置，圖中具體為EMM CASE ＜#8 failure＞，即非承載網(wǎng)絡(luò)失敗的原因為前文提到的運營商確定的禁止，測試中，終端UE成功接收到該配置選項并成功由會ESM層解析后發(fā)送給了SPV應(yīng)用層，終端用戶成功獲得具體的非承載網(wǎng)絡(luò)失敗原因。

圖3 測試流程設(shè)計圖

圖4 注冊成功TTCN-3測試圖

圖5 注冊成功UE終端消息收發(fā)logo圖

圖6 UE終端協(xié)議配置選項圖

圖7 注冊失敗TTCN-3測試圖

圖8 注冊失敗UE終端消息收發(fā)logo圖

圖9 UE終端協(xié)議配置選項圖

5 結(jié)論

本文提出了一種TD-LTE系統(tǒng)中非承載網(wǎng)絡(luò)注冊失敗的改進處理方法，通過攜帶表示非承載網(wǎng)絡(luò)失敗的原因給應(yīng)用層用戶，解決了在附著注冊過程中，用戶無法及時準確分辨出是承載網(wǎng)絡(luò)原因還是非承載網(wǎng)絡(luò)失敗的原因，用TTC-3為測試平臺對該過程進行測試和驗證，測試結(jié)果表明，非承載網(wǎng)絡(luò)原因注冊失敗的改進處理完全符合預(yù)期結(jié)果。

1 3GPP.3GPP TS 24.301，Non-Access-Stratum （NAS）protocol for Evolved Packet System （EPS）［S］.2012

2 陳發(fā)堂，牛勇清，韓娜娜.協(xié)議一致性測試平臺的搭建及仿真實現(xiàn)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40（4）：137-140

3 李小文，李媚媚.TD-LTE系統(tǒng)EMM的介紹及其異常機制的研究［J］.通信熱點，2013，04

4 3GPP.TS 36.508 Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）and Evolved Packet Core（EPC）；Common test environments for Use Equipment（UE）conformance testing［S］.France： 3GPP Organizational Partners，2012

5 劉向玉，張紅帥.TD-LTE系統(tǒng)ESM層默認承載建立過程的研究與實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電信科技，2012，（03）

6 李小文，肖壘，宋海貝.TD-LTE系統(tǒng)移動性管理實體測試研究［J］.光通信研究.2011（04）

7 董宏成，張寧，李小文，TTCN-3在RRC協(xié)議一致性測試中的應(yīng)用 ［J］，電子技術(shù)應(yīng)用，2013第39卷第7期117-120

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.08.015

2016-07-31）

國家科技重大專項資助項目“TD-LTE TTCN 擴展測試集儀表開發(fā)（無線資源管理部分）”（No.2012ZX03001024）