基于DSP的RLC層協(xié)議一致性測(cè)試＊

［鄭輝 方一鳴］

基于DSP的RLC層協(xié)議一致性測(cè)試＊

［鄭輝 方一鳴］

在系統(tǒng)級(jí)測(cè)試儀表的開發(fā)過程中，對(duì)協(xié)議棧各個(gè)層功能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證是關(guān)鍵一步，其中RLC層也不例外，依據(jù)3GPP 最新發(fā)布的Release 14標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)RLC層數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行認(rèn)真分析研究的基礎(chǔ)上，首先利用CCS軟件進(jìn)行基于DSP的仿真環(huán)境搭建，并在此基礎(chǔ)上對(duì)無線鏈路控制層功能進(jìn)行協(xié)議一致性測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的仿真和測(cè)試，最后再利用TTworkbench開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行RRM一致性測(cè)試，通過系統(tǒng)級(jí)測(cè)試驗(yàn)證該層功能的正確性。提出了通過DSP進(jìn)行仿真和測(cè)試的正確性。

DSP 一致性測(cè)試 無線鏈路控制 數(shù)據(jù)處理

鄭輝

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，碩士研究生，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開發(fā)，RRM一致性測(cè)試儀表開發(fā)。

方一鳴

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，碩士研究生，主要研究方向：TD-LTE系統(tǒng)協(xié)議棧開發(fā)，RRM一致性測(cè)試儀表開發(fā)。

引言

無線鏈路控制層（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)試儀表開發(fā)，通過實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端協(xié)議棧各個(gè)層功能來驗(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)試儀表開發(fā)的重要部分。

現(xiàn)以RLC層UM模式下數(shù)據(jù)的重組為例，首先利用CCS軟件進(jìn)行DSP仿真環(huán)境的搭建，并在該環(huán)境上進(jìn)行RLC層單層代碼的調(diào)試和驗(yàn)證，最后在TTworkbench開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行的RRM一致性測(cè)試，通過系統(tǒng)級(jí)測(cè)試驗(yàn)證該層功能的正確性[2]。

1 UM模式功能模塊設(shè)計(jì)

1.1 UM模式PDU格式

非確認(rèn)(Unacknowledged Mode, UM)模式下PDU的格式如圖1所示，UMD PDU由RLC協(xié)議頭和數(shù)據(jù)域兩部分組成，其中，協(xié)議頭包含固定部分和擴(kuò)展部分。固定頭部分由FI、E和SN組成，擴(kuò)展頭部分由LI和E組成，但擴(kuò)展頭部分只有當(dāng)該UMD PDU包含至少2個(gè)SDU的數(shù)據(jù)域元素時(shí)才存在[3]。

3.創(chuàng)新工作方式。開展社會(huì)組織黨建工作，必須與社會(huì)組織的日常經(jīng)營(yíng)活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來，堅(jiān)持“為社會(huì)組織所需要，為黨員所歡迎，為職工所擁護(hù)，為所有者、經(jīng)營(yíng)者所理解和支持”的原則，如針對(duì)其從業(yè)人員流動(dòng)性比較強(qiáng)的特點(diǎn)，要落實(shí)黨的十八大報(bào)告“改進(jìn)對(duì)流動(dòng)黨員的教育、管理、服務(wù)”要求，探索“一方隸屬、多重管理”模式，并注意為其黨員辦理好流動(dòng)黨員證，針對(duì)其場(chǎng)室有限，可安排在附近社區(qū)活動(dòng)等。實(shí)行分類指導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)化管理的黨建工作方式和“小型、業(yè)余、靈活、多樣”的活動(dòng)方式，增強(qiáng)黨建工作的時(shí)效性和吸引力。

圖1 UM模式PDU格式

FI（Framing Info feld，F(xiàn)I）域：占2 bit長(zhǎng)度，用來描述數(shù)據(jù)域中第一個(gè)和最后一個(gè)元素是否是完整的SDU。特別的，該FI域指明數(shù)據(jù)域的第一個(gè)字節(jié)，是否對(duì)應(yīng)SDU的第一個(gè)字節(jié)，以及數(shù)據(jù)域的最后一個(gè)字節(jié)是否對(duì)應(yīng)SDU的最后一個(gè)字節(jié)（其中0表示對(duì)應(yīng)，1表示不對(duì)應(yīng)）。

E（Extension，E）域：占1 bit長(zhǎng)度，用來指示該字段后面是數(shù)據(jù)域還是{E，LI}集合。RLC固定頭部分和擴(kuò)展頭部分中的E域意義不同（其中0表示數(shù)據(jù)域，1表示一個(gè)E域和LI域的集合）。

SN（Sequence Number，SN）域：即PDU的序列號(hào)，SN的作用是方便接收端進(jìn)行重排序和重復(fù)性檢測(cè)。

LI（Length Indicator feld，LI）域：占11 bit長(zhǎng)度，用來指示多個(gè)數(shù)據(jù)域元素存在時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)域元素的長(zhǎng)度。第一個(gè)LI與第一個(gè)數(shù)據(jù)域元素對(duì)應(yīng)，第二個(gè)LI與第二個(gè)數(shù)據(jù)域元素對(duì)應(yīng)，以此類推。最后一個(gè)數(shù)據(jù)域元素的長(zhǎng)度可以根據(jù)PDU的大小以及前面的LI推斷出來，所以沒有LI與其對(duì)應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)字節(jié)對(duì)齊，當(dāng)有奇數(shù)個(gè)LI時(shí)，RLC擴(kuò)展頭會(huì)出現(xiàn)4個(gè)填充比特。

1.2 UM模式傳輸流程設(shè)計(jì)

（1）UM模式數(shù)據(jù)接收流程的設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 UM實(shí)體接收流程圖

無線資源控制層（Radio Resource Control, RRC）利用原語(yǔ)CRLC_CONFIG_REQ配置RLC實(shí)體，配置完成后由NULL狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到UMT（UM模式傳輸態(tài)）狀態(tài)。UMT狀態(tài)下，MAC層將RLC PDU通過原語(yǔ)MAC_ DATA_IND發(fā)送給RLC層。UM接收實(shí)體將接收到的RLC PDU保存到接收緩存中，并將其重組為服務(wù)數(shù)據(jù)單元(Service Data Unit, SDU)，然后通過原語(yǔ)RLC_UM_ DATA_IND將它們發(fā)送到PDCP層。

2 CCS單層測(cè)試分析

在CCS軟件上搭建DSP的運(yùn)行環(huán)境，并根據(jù)測(cè)試協(xié)議TS36.508編寫測(cè)試?yán)?，?duì)RLC層的功能進(jìn)行了一致性測(cè)試[4]。.

2.1 測(cè)試環(huán)境的搭建

CCS軟件的工程建立選項(xiàng)和運(yùn)行配置選項(xiàng)如圖3和圖4所示，本運(yùn)行環(huán)境在以TI公司的TMS320C6670為核心器件，具體實(shí)現(xiàn)了TD-LTE數(shù)據(jù)鏈路層的代碼開發(fā)工作并對(duì)RLC層進(jìn)行了單層測(cè)試。利用TMS320C6670操作系統(tǒng)在系統(tǒng)初始化過程中為協(xié)議棧的MAC層、RLC層和PDCP層各創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)應(yīng)的任務(wù)和隊(duì)列，依據(jù)下層優(yōu)先級(jí)高于上層的原則為不同任務(wù)設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)，隊(duì)列則作為傳輸中介用來傳輸原語(yǔ)消息[5]。

圖3 CCS c66xx工程建立

具體步驟可以分為：

①設(shè)計(jì)調(diào)度機(jī)制：即各子層的隊(duì)列及相應(yīng)的隊(duì)列優(yōu)先級(jí)，采用輪詢機(jī)制對(duì)各子層的隊(duì)列進(jìn)行輪詢。根據(jù)協(xié)議規(guī)定，設(shè)計(jì)MAC子層的優(yōu)先級(jí)最高，接著是RLC層，PDCP層的優(yōu)先級(jí)最低。當(dāng)操作系統(tǒng)監(jiān)聽到RLC層隊(duì)列中有任務(wù)，且此時(shí)沒有優(yōu)先級(jí)高于RLC層的任務(wù)存在時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)調(diào)用RLC層入口函數(shù)進(jìn)入RLC層狀態(tài)機(jī)處理模塊。按照隊(duì)列中任務(wù)的先后順序讀取到第一條需要處理的原語(yǔ)后，它會(huì)先通過原語(yǔ)頭解析出實(shí)例ID，然后獲取當(dāng)前實(shí)例的狀態(tài)，最后根據(jù)原語(yǔ)頭中的信令I(lǐng)D調(diào)用當(dāng)前狀態(tài)下相應(yīng)的處理函數(shù)。進(jìn)行相應(yīng)的函數(shù)處理后，根據(jù)需要組裝新的原語(yǔ)發(fā)送到相應(yīng)子層的隊(duì)列中，對(duì)當(dāng)前實(shí)例下的RLC層進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)更新并釋放該原語(yǔ)所占資源。該消息處理完后，RLC層入口函數(shù)會(huì)繼續(xù)從RLC層隊(duì)列中讀取消息進(jìn)行處理，直至隊(duì)列為空。隊(duì)列為空時(shí)，RLC層任務(wù)會(huì)被掛起，并跳出本層狀態(tài)機(jī)，控制權(quán)限交還給操作系統(tǒng)。當(dāng)操作系統(tǒng)檢測(cè)到其他層任務(wù)被激活后，便會(huì)跳轉(zhuǎn)至其它層狀態(tài)機(jī)進(jìn)行消息處理，對(duì)于PDCP層的處理與RLC層相似。

②設(shè)計(jì)各子層狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)：根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔規(guī)劃各子層的狀態(tài)，并驗(yàn)證各子層的各個(gè)狀態(tài)能否正常跳轉(zhuǎn)，其中RLC層設(shè)計(jì)了4個(gè)狀態(tài)：空狀態(tài)NULL、確認(rèn)模式傳輸狀態(tài)AMT、非確認(rèn)模式傳輸狀態(tài)UMT和掛起狀態(tài)SUSPEND。驗(yàn)證代碼跳轉(zhuǎn)情況與狀態(tài)躍遷設(shè)計(jì)圖是否一致。

圖4 CCS c6670運(yùn)行配置

③驗(yàn)證各子層的通信：根據(jù)前期的詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)各子層通信的原語(yǔ)函數(shù)，并設(shè)計(jì)跟蹤函數(shù)來驗(yàn)證各子層間的正確收發(fā)。

2.2 有分段情況的重組

在這個(gè)測(cè)試?yán)?，外部環(huán)境構(gòu)造3個(gè)PDU發(fā)送給RLC實(shí)體，它們分別為{0x41，0x11}、{0xc2，0x22，0x33}、{0x83，0x44，0x55，0x66}，這3個(gè)PDU頭中的FI域分別為01、10、11，其代表的意思為數(shù)據(jù)域中的元素頭尾是否是SDU的頭尾。

利用原語(yǔ)MAC_DATA_IND對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)將PDU發(fā)送給RLC層，經(jīng)函數(shù)處理，收到PDU#1、PDU#2、PDU#3后，RLC接收實(shí)體正確重組出了SDU#1。

圖5 (a)PDU#1

圖5 (b)PDU#2

圖5 (c)PDU#2

圖5 (d)PDU#2

2.3 有級(jí)聯(lián)情況的重組

有級(jí)聯(lián)情況的PDU意味著其數(shù)據(jù)域元素至少有兩個(gè)，則RLC頭除了固定頭部分還多了擴(kuò)展頭的部分。擴(kuò)展頭所攜帶的信息是LI域，指示每個(gè)數(shù)據(jù)域元素的大小，如果LI的長(zhǎng)度大于該P(yáng)DU自身的長(zhǎng)度，即意味著出錯(cuò)，那么RLC接收實(shí)體就會(huì)丟棄這個(gè)出錯(cuò)的PDU，之后繼續(xù)處理下一個(gè)PDU。該測(cè)試?yán)臏y(cè)試目的是檢查RLC實(shí)體能否正確重組有級(jí)聯(lián)情況的PDU，同時(shí)對(duì)LI異常的情況給予丟棄處理。

外部環(huán)境構(gòu)造的4個(gè)PDU分別是{0x40，0x11，0x22}、{0xe1，0x00，0x20，0x33，0x44，0x55，0x66，0x77，0x88}、{0xe2，0x00，0x90，0x99，0xaa，0xbb，0xcc，0xdd}、其中以PDU#3來舉例說明，將其頭部數(shù)據(jù)域轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制我們可以看到{1110，0010，0000，0000，1001，0000}，其中FI域?yàn)?1，E域?yàn)?說明有擴(kuò)展頭，SN號(hào)為2，10～20比特位為L(zhǎng)I，其值為9，已超出PDU的本身大小8字節(jié)，所以該P(yáng)DU將被丟棄。

圖6 (a)PDU#3

圖6 (b)SDU#1

由于PDU#3被丟棄，其中數(shù)據(jù)域包含SDU#2的最后部分和SDU#3的第一部分，這兩部分的丟失導(dǎo)致重組SDU#2和SDU#3失敗，RLC實(shí)體將能重組的SDU#1解出來，遞交給上層。

3 RRM一致性測(cè)試

無線資源管理（Radio Resource Management,RRM）是無線網(wǎng)絡(luò)及終端的關(guān)鍵功能，其功能的正確實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備性能及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量至關(guān)重要[6]。終端協(xié)議一致性測(cè)試的目的是驗(yàn)證終端是否符合協(xié)議要求，通過該方法能檢驗(yàn)終端是否具備商用水平，是終端通向市場(chǎng)的第一步，其中無線資源管理是重要的一部分[7]。在TTworkbench開發(fā)平臺(tái)上完成測(cè)試?yán)木帉懠罢{(diào)試，整體的底層支撐架構(gòu)如圖7所示，其中主要模塊的功能有TTCN-3抽象測(cè)試套、TTCN-3執(zhí)行環(huán)境、被測(cè)系統(tǒng)適配器、通信接口實(shí)現(xiàn)等[8]。

圖7 RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)

RLC模塊即屬于底層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的支持部分，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)無線接口的通信[9]。將平臺(tái)搭建好后，利用編寫好的測(cè)試?yán)龑?duì)終端進(jìn)行RRM一致性驗(yàn)證。測(cè)試過程的日志圖如圖8所示，圖中記錄了部分層三的流程消息，證明TTCN-3測(cè)試系統(tǒng)和終端實(shí)現(xiàn)了通信，進(jìn)一步驗(yàn)證了RLC層實(shí)現(xiàn)的正確性[10]。

圖8 層三消息圖

4 結(jié)束語(yǔ)

首先提出了RLC單層測(cè)試對(duì)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試儀表開發(fā)的重要性，然后詳細(xì)分析了RLC層UM模式下PDU格式以及UMT狀態(tài)的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程。經(jīng)實(shí)踐證明，通過CCS軟件和DSP搭建的仿真平臺(tái)完成了單層測(cè)試，最后使用TTworkbench軟件進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，確保了該層功能的正確性并驗(yàn)證了DSP平臺(tái)的仿真的可行性[11]。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)存的合理分配等問題進(jìn)行更加深入的研究[12]。

1 3GPP TS 36.323 V14.0.1,Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specifcation,2016.09

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

3 3GPP TS 36.322 V13.2.0,Radio Link Control (RLC) protocol specifcation,2016.06

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, 2016

5 辛熠，楊瑞民. 多核DSP編程技術(shù)研究[J]. 電子測(cè)試, 2011.09

6 楊爽. TD-LTE-A終端RF/RRM一致性測(cè)試系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].北京郵電大學(xué),2015

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2016-11-18）

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