LTE協(xié)議棧軟件分析測試方法

0引言

LTE（Long Term Evolution）是UMTS技術(shù)標準的長期演進，3GPP組織在2004年12月正式立項啟動。為達到系統(tǒng)高速率、低時延等要求，對空中接口和系統(tǒng)架構(gòu)進行了重新設(shè)計，來更好地應(yīng)付如今呈爆炸式增長的數(shù)據(jù)流量需求。因此空中接口協(xié)議棧軟件的開發(fā)顯得極其重要，其軟件性能更是直接關(guān)系到了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的商用臨近，更多的廠商將加入LTE協(xié)議棧軟件的研發(fā)。

本文介紹了一種應(yīng)用在LTE協(xié)議棧系統(tǒng)軟件開發(fā)過程的測試和調(diào)試的模型，并給出了測試模型的應(yīng)用結(jié)果。該模型以LTE接入網(wǎng)標準架構(gòu)為原型，分層調(diào)試為思想，多彩模塊化打印為手段，具有環(huán)境簡易、調(diào)試方便的特點，對協(xié)議棧軟件調(diào)試和分析具有良好的輔助作用。

1 LTE協(xié)議棧架構(gòu)

LTE系統(tǒng)由核心網(wǎng)絡(luò)（EPC）、無線網(wǎng)絡(luò)（E-UTRAN）和用戶設(shè)備（UE）構(gòu)成。基站（eNodeB）之間通過X2接口相連組成接入網(wǎng)，其空口協(xié)議棧分為控制面和用戶面，圖1是控制面的架構(gòu)，用戶面與控制面架構(gòu)類似。

NAS層、RRC層統(tǒng)稱為L3層，主要負責(zé)信令和無線資源控制。PDCP層［4］、RLC層［5］、MAC層統(tǒng)稱為L2層，主要負責(zé)數(shù)據(jù)鏈路，PHY層則是向高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

圖1 LTE空中接口控制架構(gòu)圖

2測試過程分析

2.1測試環(huán)境

測試環(huán)境模擬LTE系統(tǒng)架構(gòu)來搭建，分別為移動管理實體（MME）/服務(wù)網(wǎng)關(guān)（SGW）、eNodeB和UE，整體的測試框架如圖2所示，主要分為L2/L3高層協(xié)議測試和L1/L2/L3層協(xié)議測試兩部分。本文測試中使用了中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所無線通信技術(shù)中心自主研發(fā)的LTE終端協(xié)議棧軟件、LTE Femtocell協(xié)議棧軟件和LTE網(wǎng)關(guān)軟件。為便于分析問題，采用了單用戶模式舉例，多用戶情況以此類推。

圖2 協(xié)議測試環(huán)境

2.2分層測試

LTE協(xié)議棧軟件功能眾多，按照分層化思路進行調(diào)試分析是一個不錯的開始。先分別進行單層測試，確保各層功能的正確與穩(wěn)定性，然后再逐層遞加進行測試。

L2層數(shù)據(jù)鏈路通過后，再開始信令面和用戶面的測試。在定位棘手的問題時，一層一層追蹤數(shù)據(jù)流向，可以達到事半功倍的效果。舉例來說，在測試下行用戶面時，首先確認基站PDCP層是否收到數(shù)據(jù)包，確認后查看數(shù)據(jù)有沒有通過PDCP層轉(zhuǎn)發(fā)下去；如果PDCP層沒有問題，數(shù)據(jù)是否到達RLC層；如果到達RLC層，MAC層是否進行調(diào)度發(fā)送。

2.3網(wǎng)絡(luò)封包捕獲解析

網(wǎng)絡(luò)封包捕獲解析程序可從以太網(wǎng)卡中捕獲數(shù)據(jù)流并進行解析顯示。這里推薦使用wireshark，它是一款常用的優(yōu)秀開源網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件，提供了自定義協(xié)議解析插件的編程接口，可以讓使用者開發(fā)適用于自定義協(xié)議的插件。目前wireshark中已經(jīng)提供了RRC層、PDCP層、RLC層、MAC層的解析插件，只需要在協(xié)議數(shù)據(jù)包前加上特殊的解析包頭即可調(diào)用解析，看到各個消息的名稱和字段的值。在抓包以后，可以將抓包另存為pcap文件，方便下次查看。尤其在L1/L2層集成測試時，MAC/PHY API接口是處理MAC層消息，控制并調(diào)度PHY物理層鏈路處理的重要接口，MAC/PHY API的高效性和完備性直接影響到物理層處理的效率和正確性。