基于TTCN-3的RLC層協(xié)議一致性測(cè)試*

［方一鳴 張涵嫣 谷小勇］

基于TTCN-3的RLC層協(xié)議一致性測(cè)試*

［方一鳴 張涵嫣 谷小勇］

在系統(tǒng)級(jí)測(cè)試儀表的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)協(xié)議棧各層功能的測(cè)試和驗(yàn)證是關(guān)鍵性一步，其中對(duì)RLC（Radio Link Control）層的功能測(cè)試也不例外，依據(jù)3GPP 最新發(fā)布的Release 12標(biāo)準(zhǔn)，首先搭建了基于TTCN-3（Testing and Test Control Notation version 3）的單層測(cè)試平臺(tái)，并在此平臺(tái)上對(duì)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層功能進(jìn)行了協(xié)議一致性測(cè)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果來(lái)驗(yàn)證RLC層核心功能實(shí)現(xiàn)的正確性。

TTCN-3 一致性測(cè)試 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層 數(shù)據(jù)處理

方一鳴

碩士研究生，重慶郵電大學(xué)，重慶市移動(dòng)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開(kāi)發(fā)，RRM一致性測(cè)試儀表開(kāi)發(fā)。

張涵嫣

碩士研究生，重慶郵電大學(xué)，重慶市移動(dòng)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開(kāi)發(fā)，RRM一致性測(cè)試儀表開(kāi)發(fā)。

谷小勇

碩士研究生，重慶郵電大學(xué)，重慶市移動(dòng)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開(kāi)發(fā)，RRM一致性測(cè)試儀表開(kāi)發(fā)。

引言

無(wú)線鏈路控制層（Radio Link Control，RLC）位于協(xié)議棧分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）和媒體接入控制層（Medium Access Control，MAC）之間，功能是對(duì)來(lái)自PDCP層的RLC PDU（Protocol Data Unit，PDU）進(jìn)行格式化，以適應(yīng)MAC層所提供資源的大小［1］。本文基于TD-LTE TTCN擴(kuò)展測(cè)試儀表開(kāi)發(fā)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端協(xié)議棧各個(gè)層功能來(lái)驗(yàn)證終端功能的正確性，RLC層位于LTE協(xié)議棧的接入層，它的功能能否正確實(shí)現(xiàn)是整個(gè)測(cè)試儀表開(kāi)發(fā)的重要部分。

本文以RLC層AM模式下數(shù)據(jù)的級(jí)聯(lián)重組功能和ARQ（Automatic Repeat reQuest）功能為例，首先在TTWorkBench測(cè)試軟件上搭建了基于TTCN-3的單層測(cè)試平臺(tái)，并對(duì)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層功能進(jìn)行了協(xié)議一致性測(cè)試，通過(guò)比較TTCN-3收到的消息與期望收到的消息內(nèi)容的匹配程度來(lái)判斷來(lái)驗(yàn)證RLC層核心功能實(shí)現(xiàn)的正確性［2］。

1 測(cè)試方案

RLC層功能測(cè)試平臺(tái)的搭建主要有3部分組成，它們分別是測(cè)試模塊、中轉(zhuǎn)模塊以及被測(cè)模塊［3］。其中TTCN-3作為測(cè)試系統(tǒng)的控制部分，主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試?yán)牧鞒炭刂埔约皡f(xié)議棧RRC層和非接入層的功能。TTCN-3與主控制器（Main Controller，MC）之間通過(guò)用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）進(jìn)行通信，包括多個(gè)編號(hào)各異的端口。MC主要用于TTCN-3與協(xié)議棧處理單元之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作［4］。具體測(cè)試模塊如圖1所示。

圖1 基于TTCN-3的單層測(cè)試平臺(tái)

測(cè)試系統(tǒng)的核心組件說(shuō)明如下：

TTCN-3執(zhí)行部分（TTCN-3 Executable，TE）：編寫(xiě)測(cè)試數(shù)據(jù)以及測(cè)試用例。測(cè)試用例加載過(guò)后，在此界面對(duì)其進(jìn)行調(diào)試、執(zhí)行。

系統(tǒng)適配器（System Adapter，SA）：實(shí)現(xiàn)TTCN-3執(zhí)行部分與被測(cè)系統(tǒng)之間的通信，在系統(tǒng)適配器上可以調(diào)用TTCN-3運(yùn)行接口（TTCN-3 Runtime Interface，TRI）提供的應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）函數(shù)。

TTCN-3執(zhí)行模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)試套進(jìn)行加載，同時(shí)提供執(zhí)行過(guò)程中的異常信息判斷。適配器則負(fù)責(zé)與通信接口進(jìn)行連接，以保證TTCN-3測(cè)試平臺(tái)和待測(cè)模塊或系統(tǒng)能夠進(jìn)行正常的信令交互，從而為整個(gè)測(cè)試過(guò)程的順利進(jìn)行提供保障。

2 基于TTCN-3的單層測(cè)試

本文實(shí)現(xiàn)的RLC模塊屬于底層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的支持部分，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)無(wú)線接口的通信。測(cè)試方法上主要采用回環(huán)測(cè)試，即在TTCN-3中構(gòu)造數(shù)據(jù)包發(fā)往下層，在RLC層處理結(jié)束之后，將其處理結(jié)果返回TTCN-3，在TTCN-3中把RLC層對(duì)數(shù)據(jù)包處理的結(jié)果與事先按照RLC層協(xié)議分析的正確結(jié)果進(jìn)行匹配，最后以日志圖的形式顯示出來(lái)。下面以分段級(jí)聯(lián)、重組、狀態(tài)報(bào)告和重傳為例來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

2.1 分段級(jí)聯(lián)和重組

在TTCN-3中構(gòu)造5個(gè)SDU發(fā)送給RLC層，其大小分別為3、1、2、1、2個(gè)字節(jié)，分別由｛0x01，0x02，0x03｝、｛0x04｝、｛0x05，0x06｝、｛0x07｝、｛0x08，0x09｝填充，圖2中第一條數(shù)據(jù)流是原始數(shù)據(jù)，前面用矩形框標(biāo)注的部分是系統(tǒng)消息自帶的數(shù)據(jù)，可以看到后面依次發(fā)出的5個(gè)SDU。RLC被測(cè)模塊收到這5個(gè)SDU后先將其存儲(chǔ)在發(fā)送緩存中。TTCN-3作為外部環(huán)境模擬MAC層給RLC層指示傳輸資源大小，RLC層根據(jù)其指示的資源大小對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段級(jí)聯(lián)［5］，此測(cè)試?yán)蠺TCN-3先后分別指示了四次傳輸時(shí)機(jī)，指示的資源大小依次為：4字節(jié)、8字節(jié)、6字節(jié)、4字節(jié)。因此RLC層既需要對(duì)SDU進(jìn)行分段又需要進(jìn)行級(jí)聯(lián)，最后一共組裝了4個(gè)PDU，按照序列號(hào)從小到大分別為：｛0x88，0x00，0x01，0x02｝、｛0x9c，0x01，0x80，0x10，0x01，0x03，0x04，0x05｝、｛0x94，0x02，0x00，0x10，0x06，0x07｝、｛0x80，0x03，0x08，0x09｝。

依據(jù)AM模式數(shù)據(jù)PDU的各個(gè)位域的結(jié)構(gòu)，4個(gè)PDU的FI域（2bit）分別為：01、11、11、10。E域分別：0、（1、1、0）、（1和0）、0，第2個(gè)PDU有3個(gè)不同的數(shù)據(jù)域，所以有3個(gè)擴(kuò)展域，第3個(gè)PDU有2個(gè)不同的數(shù)據(jù)域，所以有2個(gè)擴(kuò)展域。SN域（選擇協(xié)議中的10bit）依次為0000000000（0號(hào)PDU）、0000000001（1號(hào)PDU）、0000000010（2號(hào)PDU）、0000000011（3號(hào)PDU）。LI域（11bit，多于一個(gè)數(shù)據(jù)域時(shí)才存在），第一個(gè)和最后一個(gè)PDU都只有一個(gè)數(shù)據(jù)域，所以沒(méi)有LI域，第2個(gè)PDU有兩個(gè)LI域，換算為十進(jìn)制分別為1和1，代表該P(yáng)DU中有三個(gè)不同的數(shù)據(jù)域并且第一個(gè)數(shù)據(jù)域和第二個(gè)數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度均為1個(gè)字節(jié)，同理第3個(gè)LI域?yàn)?，代表該P(yáng)DU中有兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)域并且第一個(gè)數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)［6］。按照協(xié)議，奇數(shù)個(gè)LI域時(shí)，頭部信息中最后一個(gè)LI域之后要填充4個(gè)bit位（這里我們填0000），即在第一個(gè)PDU和最后一個(gè)PDU頭部信息的最后四個(gè)比特位填充4個(gè)比特的零值。從圖2中部的兩條數(shù)據(jù)流可以看出，經(jīng)過(guò)分段級(jí)聯(lián)之后的PDU以八位組即字節(jié)組的形式顯示。這里用矩形框標(biāo)注為了區(qū)分4個(gè)PDU的八位組形式，該分段級(jí)聯(lián)的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果是匹配成功的，說(shuō)明RLC層分段級(jí)聯(lián)的功能得到正確實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)圖1中RLC被測(cè)模塊部分的原理圖，在驗(yàn)證了分段級(jí)聯(lián)的功能之后，我們編寫(xiě)測(cè)試?yán)苯永们懊娣侄渭?jí)聯(lián)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向過(guò)程，看其能否正確進(jìn)行SDU的重組過(guò)程。重組的過(guò)程是根據(jù)PDU的SN號(hào)進(jìn)行的，如果由于某一個(gè)PDU的丟失導(dǎo)致一個(gè)或者幾個(gè)SDU不能重組則進(jìn)行丟棄，并且在AM模式下要組裝狀態(tài)報(bào)告通知發(fā)送端進(jìn)行重傳，關(guān)于狀態(tài)報(bào)告和重傳我們將在下面的小節(jié)進(jìn)行測(cè)試。

從圖2的最后兩條數(shù)據(jù)流中可以看出，RLC層利用上面測(cè)試?yán)蟹侄渭?jí)聯(lián)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組的SDU和最原始的SDU是完全匹配的，說(shuō)明RLC層重組級(jí)聯(lián)的功能得以正確實(shí)現(xiàn)。

圖2 分段級(jí)聯(lián)和重組測(cè)試

2.2狀態(tài)報(bào)告和重傳

在TTCN-3中組裝4個(gè)PDU，PDU#1：｛0x88，0x00，0x01，0x02｝，PDU#2：｛0x9c，0x01，0x80，0x10，0x01，0x03，0x04，0x05｝，PDU#3：｛0x94，0x02，0x00，0x10，0x06，0x07｝，PDU#4：｛0x80，0x03，0x08，0x09｝。前面3個(gè)PDU原樣發(fā)送，在發(fā)送第4個(gè)PDU的時(shí)候TTCN-3在該P(yáng)DU中包含輪詢(xún)位，即PDU#4：｛0xA0，0x03，0x08，0x09｝。

根據(jù)控制PDU的格式，發(fā)現(xiàn)輪詢(xún)比特P域?yàn)?，此時(shí)被測(cè)模塊就要根據(jù)當(dāng)前的接收狀況組裝狀態(tài)報(bào)告。在接收端，截止到收到發(fā)送端的輪詢(xún)?yōu)橹?，PDU#1和PDU#2都已經(jīng)確認(rèn)收到，PDU#3沒(méi)有收到。根據(jù)協(xié)議中狀態(tài)報(bào)告的格式進(jìn)行填充：D/C域?yàn)?；CPT域?yàn)?00；ACK_ SN域?yàn)?，意味著后面NACK_SN域表示的是PDU#4之前所有PDU的接收情況，即PDU#4之前的PDU#1和PDU#2都已經(jīng)收到了；E域?yàn)?表示后面有NACK_SN和E1以及E2的組合；NACK_SN為2，且E1和E2均為0表示整個(gè)PDU#3都沒(méi)有收到。最終組裝的狀態(tài)報(bào)告為｛0x00，0x0E，0x01，0x00｝。如圖3所示，為方便描述，這里僅截取PDU#4和狀態(tài)報(bào)告返回的數(shù)據(jù)流，第一條數(shù)據(jù)流為T(mén)TCN-3模擬發(fā)送端向RLC被測(cè)模塊發(fā)送的PDU#4，從第2條數(shù)據(jù)流可以看出RLC被測(cè)模塊作為接收端成功組裝了狀態(tài)報(bào)告。

圖3 狀態(tài)報(bào)告測(cè)試結(jié)果圖

被測(cè)模塊成功組裝了狀態(tài)報(bào)告｛0x00，0x0E，0x01，0x00｝，即整個(gè)PDU#3都沒(méi)有收到，這里我們要進(jìn)行對(duì)該P(yáng)DU#3的重傳。首先TTCN-3模擬外部環(huán)境給RLC層配置了4個(gè)SDU，RLC被測(cè)模塊對(duì)SDU分段級(jí)聯(lián)結(jié)束之后將這4個(gè)PDU重新發(fā)送回TTCN-3。然后TTCN-3構(gòu)造關(guān)于上述4個(gè)PDU的狀態(tài)報(bào)告發(fā)往RLC被測(cè)模塊，其中只有PDU#3沒(méi)有收到，檢查RLC層是否正確進(jìn)行了PDU#3的重傳功能，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4中第1條是TTCN-3配置給RLC被測(cè)模塊的數(shù)據(jù)，第2條是RLC被測(cè)模塊經(jīng)過(guò)分段級(jí)聯(lián)和重組之后回送給TTCN-3的數(shù)據(jù)。然后TTCN-3作為外部環(huán)境模擬接收端給RLC被測(cè)模塊發(fā)送了狀態(tài)報(bào)告｛0x00，0x0E，0x01，0x00｝，RLC被測(cè)模塊收到狀態(tài)報(bào)告之后解析出各個(gè)數(shù)據(jù)域，重新對(duì)PDU#3進(jìn)行重傳?？梢钥吹皆谧詈笠粭l數(shù)據(jù)流中，PDU#3被正確重傳，因?yàn)檫@里沒(méi)有別的PDU需要傳輸，所以PDU#3的頭部信息是沒(méi)有任何改變的。

圖4 重傳測(cè)試結(jié)果圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文首先提出了RLC層功能測(cè)試對(duì)于系統(tǒng)級(jí)測(cè)試儀表開(kāi)發(fā)的重要性，隨后搭建了RLC層的單層測(cè)試平臺(tái)，并在此平臺(tái)上對(duì)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層功能進(jìn)行了協(xié)議一致性測(cè)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果來(lái)驗(yàn)證RLC層核心功能實(shí)現(xiàn)的正確性。在今后的工作中，還需對(duì)如何節(jié)省緩存資源以及上下層之間內(nèi)存的合理分配等問(wèn)題進(jìn)行更加深入的研究。

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國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目“TD-LTE TTCN 擴(kuò)展測(cè)試集儀表開(kāi)發(fā)（無(wú)線資源管理部分）”（No.2012ZX03001024）