鐵路5G-R互聯(lián)互通測(cè)試體系思考

李 德，梁軼群，李岸寧，田 園，姜 博，汪 洋

(1.北京華鐵信息技術(shù)有限公司,北京 100081; 2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)研究所,北京 100081; 3.國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,北京 100081; 4.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研究生部,北京 100081)

引言

5G通過(guò)支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)、低時(shí)延高可靠連接(uRLLC)和海量機(jī)器連接(mMTC)三大場(chǎng)景,以滿足網(wǎng)絡(luò)能力極端化、網(wǎng)絡(luò)能力差異化以及網(wǎng)絡(luò)融合多樣化的業(yè)務(wù)需求。3GPP支持移動(dòng)寬帶特性的5G R15于2018年完成;支持高可靠、低時(shí)延特性的5G R16在2020年凍結(jié);2022年3月,3GPP完成了全球5G標(biāo)準(zhǔn)的第三個(gè)版本—R17的功能性凍結(jié)。支持R15的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備已經(jīng)成熟,開始在全球大規(guī)模商用。中國(guó)三大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商全面發(fā)力部署5G,已從個(gè)人用戶轉(zhuǎn)向企業(yè)用戶,賦能垂直行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型。

我國(guó)已建成了世界上最現(xiàn)代化的鐵路網(wǎng)和最發(fā)達(dá)的高鐵網(wǎng),正在加快推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要[1]。5G技術(shù)是建設(shè)數(shù)字化鐵路、智慧鐵路的重要技術(shù)支撐,推進(jìn)5G在鐵路應(yīng)用,對(duì)于進(jìn)一步鞏固我國(guó)鐵路發(fā)展領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),搶占新一輪科技制高點(diǎn)、實(shí)施中國(guó)鐵路“走出去”戰(zhàn)略具有重要作用[2]。2020年國(guó)鐵集團(tuán)啟動(dòng)了新一代移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)的研究論證工作,從業(yè)務(wù)需求、頻率適應(yīng)性、高速適應(yīng)性、產(chǎn)業(yè)鏈、工程部署實(shí)施等維度,提出5G專網(wǎng)的系統(tǒng)目標(biāo)。其中,5G-R系統(tǒng)的互聯(lián)互通是產(chǎn)業(yè)鏈、工程部署的重要工作之一。

原鐵道部在2005年開始部署互聯(lián)互通測(cè)試相關(guān)工作,編寫和批準(zhǔn)了GSM-R互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范和測(cè)試規(guī)范。根據(jù)總體部署,GSM-R互通測(cè)試分為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試兩個(gè)階段進(jìn)行,目的是驗(yàn)證不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的互聯(lián)互通性,驗(yàn)證中國(guó)鐵路GSM-R各種業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通,為GSM-R工程的投資建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)。借鑒GSM-R互聯(lián)互通測(cè)試經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行5G-R設(shè)備互聯(lián)互通工作,結(jié)合國(guó)內(nèi)外通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),解決設(shè)備之間的互聯(lián)互通問(wèn)題,有利于5G-R設(shè)備供貨市場(chǎng)形成良好的競(jìng)爭(zhēng)局面,保護(hù)工程投資,降低風(fēng)險(xiǎn);有利于保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一資源的原則進(jìn)行組網(wǎng),使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體,共享基礎(chǔ)設(shè)施和資源,最大限度發(fā)揮總體效益,保證基于鐵路5G專網(wǎng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的可用性和可靠性。

針對(duì)鐵路5G專網(wǎng)和互聯(lián)互通相關(guān)工作和概念,整理了相關(guān)學(xué)者的研究成果。張劭陽(yáng)等[3]解析了互聯(lián)互通的基本概念、架構(gòu),梳理了互聯(lián)互通的評(píng)價(jià)體系指標(biāo);楊焱等[4]介紹了GSM接口技術(shù)和規(guī)范撰寫,用動(dòng)態(tài)、靜態(tài)測(cè)試方法開展GSM-R設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試;龔驍猷[5]以靖神鐵路為平臺(tái),搭建LTE系統(tǒng)以及有線調(diào)度通信系統(tǒng)試驗(yàn)環(huán)境,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證LTE系統(tǒng)與調(diào)度交換機(jī)互聯(lián)互通的可行性;趙紅禮等[6]分析了城市軌道交通長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE-M)綜合承載系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求,提出了LTE-M互聯(lián)互通架構(gòu)和互聯(lián)測(cè)試方案;丁建文等[7]對(duì)鐵路5G專網(wǎng)架構(gòu)、互聯(lián)互通的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。綜上可知,目前針對(duì)5G-R系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試的研究甚少,未見對(duì)其互聯(lián)互通的測(cè)試框架、測(cè)試平臺(tái)、測(cè)試環(huán)境框架的描述或分析。

本文從5G-R網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、鐵路5G-R系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試架構(gòu)、測(cè)試方案、互聯(lián)互通測(cè)試規(guī)范設(shè)計(jì)、已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)(5G-R互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái))、測(cè)試環(huán)境框架進(jìn)行闡釋和分析,為5G-R網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備間互聯(lián)互通測(cè)試開展提供理論支持和建議。

1 5G-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及主要設(shè)備

5G-R系統(tǒng)由核心網(wǎng)全路共用設(shè)備、局核心網(wǎng)設(shè)備、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)備、無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)、用戶設(shè)備(UE)和運(yùn)營(yíng)與支撐系統(tǒng)(OSS)組成[8],如圖1所示。

圖1 鐵路5G-R系統(tǒng)架構(gòu)

全路共用設(shè)備為各鐵路局共享使用的設(shè)備,包括一級(jí)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)功能(NRF)、5G設(shè)備識(shí)別寄存器(5G-EIR)、一級(jí)域名服務(wù)器(DNS)、5G智能網(wǎng)(5G-IN)[9]。

局核心網(wǎng)設(shè)備包括5G核心網(wǎng)(5GC)設(shè)備、MC設(shè)備、二級(jí)DNS、遠(yuǎn)端撥入用戶驗(yàn)證服務(wù)(RADIUS)。5GC設(shè)備采用服務(wù)化架構(gòu),包括接入和移動(dòng)性管理功能(AMF)、會(huì)話管理功能(SMF)、策略控制功能(PCF)、二級(jí)NRF、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理(UDM)、鑒權(quán)服務(wù)功能(AUSF)、網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能(NSSF)、用戶面功能(UPF)等[10];MC設(shè)備由SIP核心(SIP Core)、接口網(wǎng)關(guān)和MC應(yīng)用構(gòu)成[11]。

邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括邊緣UPF,根據(jù)需要可設(shè)置移動(dòng)邊緣計(jì)算平臺(tái)(MEP)[12]。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)備廠家可能和局5GC設(shè)備廠家不同,且部署位置靠近無(wú)線接入網(wǎng),為實(shí)際互聯(lián)互通工作開展便利,后續(xù)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備相關(guān)內(nèi)容放在無(wú)線接入網(wǎng)相關(guān)章節(jié)描述。

無(wú)線接入網(wǎng)由基站(gNB)等組成。用戶設(shè)備由終端設(shè)備和SIM卡組成。

2 鐵路5G-R系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試架構(gòu)及方案

2.1 通用互聯(lián)互通測(cè)試框架

互聯(lián)互通測(cè)試通用測(cè)試架構(gòu)如圖2所示,包含待測(cè)設(shè)備、已驗(yàn)證設(shè)備、測(cè)試驅(qū)動(dòng)和接口協(xié)議分析儀。待測(cè)設(shè)備是指需要進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試的設(shè)備。 已驗(yàn)證設(shè)備為已經(jīng)和多個(gè)已驗(yàn)證設(shè)備(至少2個(gè))完成全套互聯(lián)互通測(cè)試用例并通過(guò)的設(shè)備。如果沒(méi)有已驗(yàn)證設(shè)備,多個(gè)待測(cè)設(shè)備(至少2個(gè))需要根據(jù)實(shí)際情況,通過(guò)充分的協(xié)議一致性測(cè)試和互聯(lián)互通測(cè)試后,通過(guò)一定評(píng)審程序確認(rèn)為已驗(yàn)證設(shè)備。測(cè)試驅(qū)動(dòng)是支持互操作測(cè)試的系統(tǒng)、設(shè)備或人。接口協(xié)議分析儀用于接口協(xié)議查看和問(wèn)題調(diào)查[13]。

圖2 通用互操作測(cè)試架構(gòu)

2.2 5G-R互聯(lián)互通測(cè)試架構(gòu)及搭建

2.2.1 5G-R互聯(lián)互通測(cè)試架構(gòu)

5G-R系統(tǒng)互聯(lián)互通是待測(cè)設(shè)備和已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)的互聯(lián)互通測(cè)試,測(cè)試框架如圖3所示。已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)就是系統(tǒng)中包含的所有共用設(shè)備、局核心網(wǎng)設(shè)備、無(wú)線接入網(wǎng)、用戶設(shè)備,都通過(guò)接口互聯(lián)互通測(cè)試,都是已驗(yàn)證設(shè)備。在這種情況下,已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)中的所用設(shè)備都通過(guò)互聯(lián)互通測(cè)試,只對(duì)待測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試目標(biāo)明確,問(wèn)題調(diào)查簡(jiǎn)單[13-14]。

圖3 5G-R互聯(lián)互通測(cè)試架構(gòu)

2.2.2 已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)搭建方法

建立已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)涉及的網(wǎng)元、設(shè)備眾多,按照常規(guī)方法,需要系統(tǒng)中的所有設(shè)備都需進(jìn)行接口互聯(lián)互通測(cè)試,為了簡(jiǎn)化5G-R測(cè)試邏輯,提高測(cè)試效率,方便問(wèn)題分析,本文嘗試用積木堆疊法搭建已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)。 為了描述該方法,引入一個(gè)全新定義—已確認(rèn)設(shè)備,已確認(rèn)設(shè)備就是設(shè)備已有至少一個(gè)互聯(lián)互通接口被驗(yàn)證。只有設(shè)備需要的互聯(lián)互通接口全部驗(yàn)證完成后,才能成為5G-R系統(tǒng)內(nèi)的已驗(yàn)證設(shè)備。

積木堆疊法,核心就是選取5G-R系統(tǒng)中的核心網(wǎng)元5GC設(shè)備作為基礎(chǔ)設(shè)備,進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試,通過(guò)5GC互聯(lián)互通測(cè)試設(shè)備組成已確認(rèn)5GC網(wǎng)絡(luò)對(duì)待測(cè)局核心網(wǎng)的其他設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試,通過(guò)的待測(cè)局核心網(wǎng)其他設(shè)備和原有已確認(rèn)的5GC網(wǎng)絡(luò)組成新的已確認(rèn)網(wǎng)絡(luò),依次類推,已確認(rèn)的設(shè)備以搭積木的方式堆疊搭建完成已確認(rèn)的局核心網(wǎng)設(shè)備、全局共用設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備和用戶設(shè)備,最后完成已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)的搭建。

2.2.3 已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)建立流程

已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)建立流程如圖4所示,經(jīng)過(guò)圖中5階段互聯(lián)互通測(cè)試,從第一階段5GC互聯(lián)互通測(cè)試開始,通過(guò)互聯(lián)互通測(cè)試完成已確認(rèn)的5GC系統(tǒng)搭建;第二階段利用已確認(rèn)的5GC系統(tǒng)和待測(cè)5G-R系統(tǒng)局核心網(wǎng)設(shè)備(5GC除外)開展互聯(lián)互通測(cè)試,通過(guò)一個(gè)設(shè)備,就加入到已確認(rèn)5GC系統(tǒng)中,形成新的已確認(rèn)系統(tǒng),新的已確認(rèn)系統(tǒng)再和剩余的設(shè)備逐一進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試,直到5G-R系統(tǒng)局核心網(wǎng)設(shè)備(5GC除外)都通過(guò)互聯(lián)互通測(cè)試,則完成已確認(rèn)5G-R局核心網(wǎng)的搭建;依此方法,第三階段利用已確認(rèn)的局核心網(wǎng)和待測(cè)全路共用設(shè)備的互聯(lián)互通測(cè)試,完成已確認(rèn)5G-R局核心網(wǎng)、全路共用設(shè)備的系統(tǒng)搭建;第四階段利用已確認(rèn)5G-R局核心網(wǎng)、全路共用設(shè)備的系統(tǒng)和接入網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試,完成已確認(rèn)5G-R局核心網(wǎng)、全路共用設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備的系統(tǒng)搭建;第五階段利用已確認(rèn)5G-R局核心網(wǎng)、全路共用設(shè)備,接入網(wǎng)設(shè)備的系統(tǒng)和用戶設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試,完成已確認(rèn)5G-R局核心網(wǎng)、全路共用設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備、用戶設(shè)備的系統(tǒng)搭建,到此,該系統(tǒng)中所有設(shè)備的待測(cè)接口都完成互聯(lián)互通測(cè)試,即完成已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)搭建。

圖4 已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)建立流程

2.2.4 已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)搭建方法合理性分析

為了說(shuō)明積木堆疊法的合理性,下面假設(shè)5G-R系統(tǒng)包括n個(gè)設(shè)備,按照常規(guī)測(cè)試法假設(shè)系統(tǒng)中任意兩個(gè)設(shè)備都需要做互聯(lián)互通測(cè)試,沒(méi)有次序,按排列組合定理得互聯(lián)互通的測(cè)試接口數(shù)有

(1)

使用互聯(lián)互通積木堆疊法,第一次測(cè)試有1個(gè)接口測(cè)試,第二次測(cè)試有2個(gè)接口測(cè)試,…,第n-1次測(cè)試有n-1接口測(cè)試,故互聯(lián)互通的測(cè)試接口數(shù)有

N2=n*(n-1)/2

(2)

從以上的推導(dǎo)可以得出,常規(guī)測(cè)試法的互聯(lián)互通測(cè)試接口數(shù)N1和積木堆疊法的互聯(lián)互通測(cè)試接口數(shù)N2相等,故積木堆疊法測(cè)試過(guò)程遍歷了所有的待測(cè)接口,完全可以替代常規(guī)方法進(jìn)行已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)的搭建。

2.3 5G-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備測(cè)試接口及測(cè)試方案

在實(shí)際的互聯(lián)互通測(cè)試中,一般不需要系統(tǒng)中的所有設(shè)備互聯(lián)互通,即使可能存在互聯(lián)互通,也需要具體場(chǎng)景具體分析,確定其必要性。下面根據(jù)已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)建立流程和實(shí)際情況給出互聯(lián)互通測(cè)試主要待測(cè)接口及測(cè)試方案,該接口及測(cè)試方案在已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)搭建階段和后續(xù)設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試階段同樣適用。

2.3.1 5GC之間的互聯(lián)互通待測(cè)接口及測(cè)試方案

鐵路局核心網(wǎng)5GC參考點(diǎn)架構(gòu)如圖5所示。理論上講, 這些接口在5GC之間互聯(lián)互通時(shí)也是存在通信可能的,在實(shí)際的互聯(lián)互通測(cè)試中,只需要根據(jù)核心網(wǎng)之間的互聯(lián)互通業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求和相應(yīng)的消息流程來(lái)定義[14-15]。

圖5 5G-R系統(tǒng)5GC參考點(diǎn)架構(gòu)

對(duì)于鐵路5GC之間的主要業(yè)務(wù)場(chǎng)景有兩種:跨局注冊(cè),跨局切換。為方便描述,定義兩路局,路局A和路局B,路局A和路局B使用不同廠家的5GC,對(duì)路局A和路局B互聯(lián)互通架構(gòu)如圖6所示[16-17]。

圖6 路局間互聯(lián)互通架構(gòu)

由此得出跨局5GC設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口如表1所示。

表1 5GC設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口

5GC設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口描述及測(cè)試方案如表2所示。

表2 5GC設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試方案

2.3.2 局核心網(wǎng)設(shè)備(除5GC)互聯(lián)互通待測(cè)接口及測(cè)試方案

除5GC外,局核心網(wǎng)涉及的設(shè)備還有MC設(shè)備[18]、RADIUS、二級(jí)DNS,互聯(lián)互通測(cè)試接口如表3所示。

表3 局核心網(wǎng)(5GC除外)設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口

局核心網(wǎng)(5GC除外)設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口描述及測(cè)試方案如表4所示。

表4 局核心網(wǎng)(5GC除外)互聯(lián)互通測(cè)試方案

2.3.3 全路共用設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口及測(cè)試方案

全路共用設(shè)備包括一級(jí)NRF、一級(jí)DNS、5G-EIR,5G-IN, 其互聯(lián)互通待測(cè)接口如表5所示。

表5 全路共用設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口

全路共用設(shè)備互聯(lián)互通接口描述及測(cè)試方案如表6所示。N27接口參見表2,Nx接口參見表4。

2.3.4 無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)備待測(cè)接口及測(cè)試方案

無(wú)線接入網(wǎng)的主要設(shè)備是gNB,此處添加邊緣UPF(如此文第1章所述,設(shè)備邊緣UPF部署位置靠近無(wú)線接入網(wǎng),在本節(jié)統(tǒng)一描述)。其互通測(cè)試接口如表7所示。

表7 無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口

無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試接口描述及測(cè)試方案見表8。N9接口參見表2。

表8 無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)設(shè)方案

2.3.5 用戶設(shè)備待測(cè)接口及測(cè)試方案

MC終端是安裝了MC客戶端的終端設(shè)備,需要和MC設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試, 為區(qū)分起見,把MC終端從終端設(shè)備分離出來(lái)單獨(dú)考慮。由此,目前互聯(lián)互通用戶設(shè)備包含終端設(shè)備、MC終端、SIM卡,其互聯(lián)互通測(cè)試接口如表9所示。用戶設(shè)備互聯(lián)互通的接口描述及測(cè)試方案如表10所示。

表9 用戶設(shè)備互聯(lián)互通待測(cè)接口

表10 用戶設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試方案

3 互聯(lián)互通測(cè)試規(guī)范設(shè)計(jì)

互聯(lián)互通測(cè)試規(guī)范的開發(fā)應(yīng)遵循一般測(cè)試規(guī)范開發(fā)思路,測(cè)試規(guī)范的組成部分之間應(yīng)根據(jù)技術(shù)規(guī)范的要求、功能需求,保持緊密的平行關(guān)系。根據(jù)鐵路5G-R的實(shí)際情況,完整的5G-R互聯(lián)互通規(guī)范設(shè)計(jì)流程圖建議[4]見圖3,其重要流程描述如圖7所示。

圖7 互操作測(cè)試規(guī)范開發(fā)流程

(1)編寫測(cè)試大綱:依據(jù)接口協(xié)議規(guī)范和相關(guān)技術(shù)規(guī)范,明確測(cè)試接口的協(xié)議架構(gòu),接口消息,接口消息參數(shù),業(yè)務(wù)功能,編寫測(cè)試項(xiàng)目點(diǎn)。 測(cè)試大綱要求接口消息,業(yè)務(wù)功能全覆蓋。以N12接口(AMF—AUSF)為例,列出接口消息[19]、接口消息參數(shù)、業(yè)務(wù)功能如表11所示。

表11 N12接口測(cè)試大綱分析

N12接口4條消息是一起使用,可以簡(jiǎn)化描述為“鑒權(quán)”,根據(jù)排列組合知識(shí), N12可以列出測(cè)試項(xiàng)目點(diǎn)N=1×2×2×4=16個(gè)

①采用5G AKA鑒權(quán)認(rèn)證,完成異局開機(jī)注冊(cè)(SUCI)

②采用5G AKA鑒權(quán)認(rèn)證,完成異局開機(jī)注冊(cè)(GUTI)

……

(2)生成測(cè)試最小集: 對(duì)于接口消息和業(yè)務(wù)功能,5G-R互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)相關(guān)測(cè)試用例,以業(yè)務(wù)場(chǎng)景為主,盡量覆蓋接口消息和接口參數(shù),期望以較少的測(cè)試用例覆蓋所有測(cè)試項(xiàng)目點(diǎn)。接上仍以N12為例,對(duì)于業(yè)務(wù)功能,主要考察有4種業(yè)務(wù),由于注冊(cè)的消息流程幾乎沒(méi)有不同,所以4種業(yè)務(wù)可以直接簡(jiǎn)化為2種業(yè)務(wù):開機(jī)注冊(cè)和跨區(qū)切換。據(jù)此N12接口測(cè)試項(xiàng)目可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)用例的測(cè)試最小集:用5G AKA加密鑒權(quán)認(rèn)證完成異局開機(jī)注冊(cè)(SUCI);用EAP-AKA'加密鑒權(quán)認(rèn)證完成跨局切換。

(3)開發(fā)測(cè)試用例:測(cè)試用例對(duì)實(shí)際測(cè)試具有指導(dǎo)作用,因此根據(jù)測(cè)試最小集測(cè)試大綱開發(fā)測(cè)試用例時(shí),要求格式簡(jiǎn)明、內(nèi)容詳細(xì),使測(cè)試人員易于操作。測(cè)試案例的編寫主要包括以下幾個(gè)部分:用例編號(hào)、類型、用例名稱,測(cè)試目的、測(cè)試預(yù)置條件、測(cè)試組網(wǎng)/消息流程、執(zhí)行步驟、預(yù)期結(jié)果等。

(4)驗(yàn)證測(cè)試用例:組織相關(guān)設(shè)備廠家,按照互聯(lián)互通測(cè)試規(guī)范和測(cè)試要求,執(zhí)行測(cè)試用例,并根據(jù)測(cè)試結(jié)果修訂測(cè)試用例,保證測(cè)試用例的有效性、合理性。

4 5G-R互連互通測(cè)試環(huán)境設(shè)計(jì)

4.1 5G-R互聯(lián)互通靜態(tài)測(cè)試環(huán)境設(shè)計(jì)

5G-R互聯(lián)互通靜態(tài)測(cè)試環(huán)境指建立一套實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境,符合鐵路5G專用移動(dòng)通信(5G-R)系統(tǒng)總體技術(shù)要求,符合現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)的軟硬件需要,能有效開展5G-R設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室模擬是一項(xiàng)有效的技術(shù)手段,在建網(wǎng)前期,可以提前了解網(wǎng)絡(luò)的功能、性能、成熟度,為設(shè)備上道、上線測(cè)試提供功能、性能支撐的必要條件。 在正式建網(wǎng)和維護(hù)階段,可繼續(xù)在該模擬環(huán)境中進(jìn)行版本驗(yàn)證、問(wèn)題調(diào)查,不影響現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行,不影響行車調(diào)度,能夠避免現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)調(diào)試所面臨的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

5G-R互聯(lián)互通靜態(tài)測(cè)試環(huán)境架構(gòu)如圖8所示,由鐵路應(yīng)用云、5G-C、gNB、終端設(shè)備通過(guò)交換云組成實(shí)驗(yàn)室測(cè)試網(wǎng)絡(luò), 待測(cè)試設(shè)備根據(jù)組網(wǎng)要求接入測(cè)試網(wǎng)絡(luò),對(duì)相關(guān)接口進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試。鐵路應(yīng)用云可部署鐵路專有設(shè)備和服務(wù),包括且不限于MC設(shè)備、Radius、DNS、地面接入服務(wù)器[20]。該組網(wǎng)架構(gòu)以交換為連接中心,鐵路應(yīng)用云為依托,連接方便,配置簡(jiǎn)單,減少設(shè)備進(jìn)場(chǎng)時(shí)間,提高測(cè)試效率。

圖8 鐵路5G-R互聯(lián)互通靜態(tài)測(cè)試環(huán)境框架

4.2 5G-R互聯(lián)互通動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)境

5G-R互聯(lián)互通動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)境(圖9)是指利用中國(guó)鐵道科學(xué)研究院東郊環(huán)行鐵道部署5G基站和實(shí)車條件下,對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行互聯(lián)互通測(cè)試,完成對(duì)不同基站、終端、應(yīng)用的考察,驗(yàn)證業(yè)務(wù)安全性、可靠性,檢驗(yàn)頻率無(wú)線覆蓋和電波傳播特性,驗(yàn)證空口性能及系統(tǒng)承載能力,檢驗(yàn)數(shù)據(jù)呼叫的連接建立時(shí)間和連接建立失敗率、端到端數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)傳輸干擾時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間、數(shù)據(jù)連接丟失率及網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延等指標(biāo)[21-22]。

圖9 鐵路5G-R互聯(lián)互通動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)境框架

5 結(jié)語(yǔ)

5G-R網(wǎng)絡(luò)是鐵路信息化、現(xiàn)代化、智能化的重要基礎(chǔ)設(shè)施。系統(tǒng)的互聯(lián)互通是鐵路 5G-R裝備研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程部署的前提和基礎(chǔ)。

本文依據(jù)5G-R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu),梳理了鐵路5G-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的層次關(guān)系。參考互聯(lián)互通的典型測(cè)試框架設(shè)計(jì)思路,給出了鐵路5G-R互聯(lián)互通測(cè)試框架,創(chuàng)新定義互聯(lián)互通測(cè)試方法積木堆疊法,并使用該方法搭建已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng),簡(jiǎn)化了已驗(yàn)證系統(tǒng)搭建邏輯,為5G-R互聯(lián)互通測(cè)試提供可靠的測(cè)試系統(tǒng),并理論分析驗(yàn)證了積木堆疊法的合理性。根據(jù)積木堆疊法中設(shè)計(jì)的已驗(yàn)證5G-R系統(tǒng)搭建流程,參照3GPP、工信部、國(guó)鐵集團(tuán)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),分析得出設(shè)備間互聯(lián)互通需測(cè)試的物理接口和邏輯接口,并給出相應(yīng)的測(cè)試方案。依據(jù)一般測(cè)試規(guī)范設(shè)計(jì)思路,給出5G-R互聯(lián)互通測(cè)試規(guī)范設(shè)計(jì)流程,并對(duì)測(cè)試規(guī)范的核心步驟進(jìn)行舉例描述。最后結(jié)合鐵路5G-R系統(tǒng)設(shè)備實(shí)際情況,給出鐵路5G-R互聯(lián)互通靜態(tài)測(cè)試環(huán)境、動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)境框架。

綜上,本文以積木堆疊法搭建5G-R系統(tǒng)已驗(yàn)證系統(tǒng)為核心,為鐵路5G-R互聯(lián)互通工作的設(shè)計(jì)和開展提供了全面的解決思路。