 Computer Science and Applicatio n 计算机科学与应用, 2011, 1, 164-170 http://dx.doi.org/10.12677/csa.2011.13032 Published Online December 2011 (http://www.hanspub.org/journal/csa) Copyright © 2011 Hanspub CSA A Consistency Test Method about TD-SCDMA/GSM Handover Protocol Yixuan Hao, Zhezhao Zeng College of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha Email: hyx07@163.com; hncs6699@yahoo.com.cn Received: Sep. 7th, 2011; revised: Oct. 16th, 2011; accepted: Oct. 29th, 2011. Abstract: This paper discussed a technique to achieve Protocol Conformance Test (PCT), analyzed the fea- sibility about this method, and presented the example of the approach about the TD-SCDMA Network System handover to GSM Network System in protocol specifica tions by TTCN-2. The results showed the flexibility, efficiency and high-logicality about the method in the field of PCT. Keywords: TTCN-2; TD-SCDMA/GSM; PCT; T/G Network-Handover 一种 TD-SCDMA/GSM 切换的协议一致性测试实现方法 郝逸轩，曾 吉吉 昭 长沙理工大学电气与信息工程学院，长沙 Email: hyx07@163.com; hncs6699@yahoo.com.cn 收稿日期：2011 年9月7日；修回日期：2011 年10 月16 日；录用日期：2011 年10 月29 日 摘 要：本文讨论了如何用 TTCN-2 实现 3GPP 协议一致性测试，分析了这种实现方法的可行性，给 出了如何用 TTCN-2 实现协议规范中的 TD-SCDMA/GSM 切换的具体实例。研究结果表明该方法在协 议一致性测试实现中的灵活性、高效性和逻辑清晰性。 关键词：TTCN-2；TD-SCDMA/GSM；协议一致性测试；T/G 网络切换 1. 引言 2009 年1月7日，工业和信息化部为国内运营商 发放了 3G牌照，从此 TD-SCDMA 系统在我国正式进 入商用阶段。为实现从 GSM到TD-SCDMA 的平滑过 渡，国内外各终端制造商开始推出 TD-SCDMA/GSM 双模终端，以满足用户需求，并适应用户使用习惯。 因此，在未来很长一段时间内，中国移动将面临着建 设和优化 GSM和TD-SCDMA 两张网络的局面，从网 络技术上 TD-SCDMA 属于3G 技术，可以给运营商带 来高速的数据接入服务，但因为 TD-SCDMA网络的 建设期才开始三年，相比之下，已经建设十多年的 GSM 网络有着更好的覆盖率，由此 2G 和3G 互操作 的课题应运而生，2G/3G 互操作不仅仅要求网络的融 合，更需要在融合中促进用户满意度和网络综合收益 的最大化[1]。这也是中国移动通信研究院近年投入的 重点课题。 在通信领域，为了确保进入消费市场的设备在使 用过程中不仅自身质量没有问题，而且不会对通信网 络中的其他设备带来不良影响，各国通信主管部门都 会对申请销售的电信设备进行一系列的测试和认证， 只有通过了这些测试并获取认证证书的设备才能进入 市场进行销售。在这些认证环节，协议一致性测试是 其中最重要也是测试内容最丰富的测试。传统的协议 一致性测试实现方法有 COT方案[2]和第一代 TTCN 方 案[3,4]，它们的提出为通信行业的发展开辟了一条新的 道路，但他们在协议一致性测试的实现过程中，表现 出了系统总体框架不够严谨，抽象服务原语(ASP)的逻 辑性不够清楚，协议规范定义的个参数定义起来不够 灵活，对测试点(PCO)的检查也不够方便等不足。  郝逸轩 等 一种 切换的协议一致性测试实现方法165 TD-SCDMA/GSM 本文提出一种运用第二代树表描述语言(TTCN-2) 来实现协议一致性测试的方法，并针对其应用特点提 出一种新的分布式协议一致性测试模型。基于这种方 法，本文给出了一个实例，其详细阐述了如何运用 TTCN-2 来实现 3GPP协议规范中从 TD-SCDMA 网络 系统到 GSM 网络系统的切换流程，从而达到实现协 议一致性测试的目的。此实例经过专用协议一致性测 试系统验证通过可行，从实现的过程可以看出， TTCN-2 的方法对于测试点的检查非常灵活方便，其 对流程实现过程的逻辑性非常清楚。 2. TTCN-2实现协议一致性测试的 可行性分析 2.1. 协议一致性测试 协议一致性测试(Protocol Conformance Test)是一 种被广泛应用的测试方式，其主要特点就是应用黑盒 测试的手段来构造测试环境对被测系统进行测试，通 过观察被测系统在不同测试场景下呈现于外部的反应 是否与协议规范保持一致来判定该测试系统是否符合 要求[5,6]。在本文中，协议即为3GPP 中所规范的，被 测系统则为由模拟的通信网络各网元设备以及手机终 端组成的模拟通信网络中的接入层系统。 协议一致性测试标准包括抽象测试集(ATS) ，协 议实现一致性说明(PICS)和协议实施附加信息(PIXIT) 等三个部分[7]。可执行测试集在以上三部分基础上生 成。图 1给出了一致性测试过程和原理。 Figure 1. The flow chart of protocol conformance testing 图1. 协议一致性测试过程 显然，协议一致性测试的主要目的是测试协议实 现是 2.2. TTCN-2 TTCN(Tree and Tabular Combined Notation)树表 描述 ) TTCN-2 来实现 TD-SCDM 议 否严格遵循相应的协议描述，判断通信产品的协 议实现是否符合协议的国际标准，确认产品遵从规范 要求，减少产品在现场运行时发生错误的风险性。因 此，中国移动明确规定所有上市的 TD-SCDMA/GSM 终端产品必须通过协议一致性测试才能上市。 语言，顾名思义，就是采用以树状结构和表格为 表现形式的测试描述方法，其中表格主要用于数据类 型、原语、协议观察点、约束等，树状结构则用于描 述测试集、测试例、测试步。根据定义，TTCN需要 满足以下几项需求：第一点，测试系统能够定义、构 造发送和接收被测试实体(IUT)的抽象服务原语 (ASP)；第二点，能够定义和构造嵌入在 ASP 中的协 议数据单元(PDU)；第三点，在指定控制和观察点(PCO 上，能够规定ASP 的发送或接收顺序和能够构造测试 例[8]。为了测试被测部分(IUT)，我们需要建立一个仿 真测试事件集合或交互行动序列，这个用于描述测试 任务的事件或行动的序列称为测试例[9]，在3GPP 规 范TS 34.123中定义了大约 1000 个测试例用于描述通 信网络中的各种行为。TTCN 就是一种用于说明测试 例的符号集，它可以建立一个实际被测系统的抽象模 型，并说明测试例的执行过程。 本文采用第二代 TTCN 即 A/GSM 快速切换的协一致性测试， TTCN-2 是在TTCN上扩展而来的，由ISO 和ITU提 出，它在实现协议一致性测试时需要一个体系结构框 架，即使测试模型，本文采用图2所示分布式测试模 型来替代传统的本地式测试模型。 Figure 2. The model of protocol conformance testing 图2. 协议一致性测试模型 Copyright © 2011 Hanspub CSA  郝逸轩 等 一种 切换的协议一致性测试实现方法 TD-SCDMA/GSM 166 这样，TTC 发送和接收被 测实 切换的协议 众所周知，TD-SCDMA/GSM 切换分为 GSM 系 统切换 TD- 3 使用电路交换业务中(CS域)以及小区专 用信道 信 切换的实现 中所涉及到 的被 的测试例 8.3.7.1M2 测 试目 侧建立 GSM 网络和TD-SCDMA 网 络的 A网络系统中接电话； 到G 关键的过程 三， 成 TD-S N-2 就能够定义、构造 体(IUT)的抽象服务原语(ASP)；也能够定义和构 造嵌入在 ASP中的协议数据单元(PDU)；还能够在指 定控制和观察点(PCO)上，能够规定 ASP 的发送或接 收顺序和能够构造测试例，所以，TTCN-2 可以更精 确灵活的定义出测试过程中所需要的上行和下行消息 内容和顺序，并根据测试中出现的各种可能情况做灵 活处理，很适合做消息格式和流程判断为主要内容的 协议一致性测试实现方法。 3. TD-SCDMA/GSM 规范信令流程 到TD-SCDMA网络系统和 TD-SCDMA网络系 统到 GSM 网络系统，前者大多来自数据业务，后者 大多来自语音业务，由于篇幅限制，本文将针对因语 音业务需要实现从 TD-SCDMA 网络系统到GSM网络 系统的切换提出基于TTCN-2 的一种可行的方法。 针对语音业务，在 TD-SCDMA覆盖边缘，支持 SCDMA 到GSM 的切换，但因为系统间的切换掉 话率会高于系统内切换，所以不必支持系统的反向切 换。在 TD-SCDMA 的建网初期，其覆盖没有GSM/ GPRS 广泛，因此在很多没有 TD-SCDMA 覆盖的区域 需要利用 GSM/GPRS 网络来拓展 TD-SCDMA 的覆 盖，保持基本业务的连续性，保持 G与2G话务的平 衡性。而 TD-SCDMA 到GSM 的切换的信令流程关键 在于通信系统中手机终端(UE)和陆地无线接入网 (UTRAN)两个网元之间的信令通信[6]，其流程如图 3 所示。 该流程在 (CELL_DCH)状态下，将 UE与UTRAN 之间的 连接转移至GSM网络系统时被启动，UTRAN发送一 条HANDOVER FROM UTRAN COMMAND消息， UE 在接受到此消息后，即使在之前没有对目标小区进 行UE 测量，也会进行 TD-SCDMA/GSM 网络系统间的 切换。因为根据协议规定[6]，在 TD-SCDMA/GSM 双 模系统下，这时 UE会执行息元素中的命令“INTER SYSTEM TO UTRAN HANDOVER COMMAND”与 GSM 网络系统建立连接，同时携带与GSM网络系统 接入所需要的相关候选/目标小区标识和无线参数。在 TD-SCDMA 系统切换至 GSM 网络系统成功后， UTRAN 应释放无线连接并清除相关UE 的全部上下 文信息。 4. TD-SCDMA/GSM 显而易见，本文中在协议一致性测试 测部分(IUT)为TD-SCDMA/GSM 切换的信令流 程协议规范，而在 3GPP规范 TS 34.123中定义了数个 与TD-SCDMA/GSM 切换相关的测试例，其中，较具 有代表性的测试例为8.3.7.1M2，本文将以此测试例为 代表，详细阐述如何利用TTCN-2 实现测试例中的 TD-SCDMA/GSM 切换步骤。 3GPP 规范TS 34.123定义 的为在 T网接收到语音呼叫信令，网络侧发送 TD-SCDMA/GSM 切换信令 HANDOVER FROM UTRAN COMMAND，使得手机终端（UE）快速切换 到GSM网络系统进行语音业务，并向网络侧回发一 条网络切换完成信令用以确定[6]。整个测试例具体可 分为三个过程： 过程一：网络 小区，终端侧开机； 过程二：在 TD-SCDM 过程三：接电话后从 TD-SCDMA网络快速切换 SM 网络系统中，进行语音业务。 本文利用 TTCN-2 实现测试例中最 开发环境采用的是 Telelogic公司提供的 TTCN TAU，其主要功能可以提供对 TTCN-2 用例的编辑， 修改，编译和执行，另外还为用户提供了灵活编辑所 生成的 C代码的功能，其实现过程如表 1所示。 lt_LocalTest 是这个测试例的主要分支，用来完 CDMA/GSM 的快速切换，按序号来描述 TTCN 中的各消息含义： U E UTRAN HANDOVER FROM UTRAN COMMAND Figure 3. TD-SCDMA handover to GSM, successful case 图3. TD-SCDMA系统成功切换至 GSM系统的信令流程图 Copyright © 2011 Hanspub CSA  郝逸轩 等 一种 TD-SCDMA/GSM切换的协议一致性测试实现方法 Copyright © 2011 Hanspub CSA 167 ndover to GS 序号 行为描述（声明） 结论 Table 1. TD-SCDMA haM network with TTCN-2 表1. 实现TD-SCDMA/GSM 网络切换的 TTCN-2 约束 lt_LocalTest 1 [pc_GSM_EFR] 2 md := _8371_M2( '00001'B, . 3 d ( tsc_CellA ) (tsc_CellA) 7 AM ! RLC_AM_DATA_REQ s_HandoverFromUTRANCommand_GSM overToGSM Info, SM string(tcv_G 8 CRTU_G ! CRTU_G_Act_REQ CANCEL t_TTCN2CRTUG ASS (tcv_GSM_HO_C cs_G_HandOverCmd_FH tsc_G_TimeSlot, tcv_G_CellInfoA.tSC , tcv_G_CellI nfoA.ncc, tcv_G_CellInfoA.bcc, 20, '000010'B, '000010'B, tsc_G_HoRefD, c_G_ChModeSpeechFROrHRV2, tcv_G _CellInfoA cipherMode)) +ts_IdleUpdate 4 +ts_CC_EnterU10_MT_Speech 5 +ts_RRC_Delay(400) 6 +lt_FreqBand ca (tsc_CellDedicated, tsc_RB2, cbs_InterSystemHand (tcv_CellIndInfo.dl_IntegrityCheck cb_HandoverFromUTRANCommand_G (tcv_RRC_Ti, c_RAB_Info_T314, tcv_FreqBand,o_TTCN_HO_CommandToBit SM_HO_Cmd)))) cas_CrtugActReq 9 CRTU_G ? CRTU_G_Act_RSP_CNFcar_CrtugActrsp P 1) 根据协议规范的第4步要求，需要网络侧检测 PIXI 要求，通过 GSM_HO_Cmd 来配 置一 侧在小区1的空闲状态。根据协议规 范要 用 一个 的时延分支，用以确保网络 侧各 求， 此用 PCO 名称，“AM_DATA_REQ”是ASP 名称，表示 所操 的 一个 的确认新消息，如果终端此时已经 成功 T中的 pc_GSM_EFR 信息来知晓 UE 在GSM中 的EFR 支持情况。 2) 根据协议规范 些所需要的参数，比如 GSM 网系统网络中的时 隙(tsc_G_TimeSlot)为’010’B，小区1中的各个信息 (CellInfoA)等。 3) 更新网络 求，网络侧需要更新终端对于电路域移动性管理 (MM)和分组域 GPRS 移动性管理(GMM)的状态。 4) +ts_CC_EnterU10_MT_Speech(tsc_CellA)是 分支进行小区 1的电路域呼叫管理(CC)相关流程 的处理，在这个分支中，网络侧和终端侧将在 TD-SCDMA 网络系统中对呼叫请求，鉴权，呼叫应答 等流程做相应的处理。 5) 进入一个 400毫秒 个网元的同步，保证网络系统的稳定性。 6) 进入一个频段配置分支，根据协议规范要 例的频段(Frequency Band)需设为 GSM/PCS 1900， 但如果这个频段已被使用，则设为GSM/DCS 18 00。 7) AM ! RLC_AM_DATA_REQ 中的“AM”是 作的原语名称，其含义是，确认模式下(AM)，在 无线链路控制层上发送一条数据请求消息给 UE，消 息的内容为 HandoverFromUTRANCommand，即为 TD-SCDMA/GSM 网络切换请求消息。该消息中包含 了之前根据协议规范定义的一些列参数信息(如：相关 候选目标小区标识、无线参数以及频道参数等)。 8) CRTU_G ! CRTU_G_Act_REQ中的 CRTU_G 为PCO 名称，代表观测点为模拟GSM 网络系统中 网元——基站设备，Act_REQ为ASP 名称，代表 GSM 网络系统中的 CRTU 网元发送一条动作请求消 息(CrtugActReq)，这条消息的目的是测试 GSM网络 侧是否有响应。 9) CRTU_G ? CRTU_G_Act_RSP_CNF代表网络 侧期待接收终端侧 从TD-SCDMA 网络切换至GSM 网络，则终端会 回一条 GSM 网络侧的响应消息(CrtugActrsp)，网 络 侧 收到此消息后认可TD-SCDMA/GSM 切换成功，将结 论判为 PASS。此时，整个TD-SCDMA/GSM 切换流 程将结束，TTCN-2 将会结束相关的定时器，释放相 关的资源，完成lt_LocalTest这个主体分支。  郝逸轩 等 一种 切换的协议一致性测试实现方法 TD-SCDMA/GSM 168 其验证 过程 tion)中，描述了此用例是用于测试网络系统 (UE)关闭，此时的模拟基站系统将配 置此 此TTCN-2 设计流程在专用的协议一致性测试系 统下验证通过可行，验证过程如图 4~7 所示， 为： 图4：选取测试例8.3.7.1M2，可以看到在用例描 述(Descrip 从TD(UTRAN)切换到 GSM，并判定是否按照协议规 范成功切换。 图5：终端 测试例中，UE所需的基站，建立所需要的小区， 并初始化相关数据等。 Figure 4. To chose test case 8.3.7.1M2 图 4. 测试例 8.3.7.1M2 验证选取用例图 Figure 5. Config the cell UE need in test case 8.3.1M 图5. 测试例 8.3.7.1M2验证配置终端所需小区过程图 Copyright © 2011 Hanspub CSA  郝逸轩 等 一种 切换的协议一致性测试实现方法169 TD-SCDMA/GSM Figure 6. UE power on and cho s e n e twork in test case 8.3.7 .1M2 图6. 测试例 8.3.7.1M2验证终端开机选网过程图 Figure 7. The final verdict in test case 8.3.7.1M2 图7. 测试例 8.3.7.1M2验证最终判定结果图 图6：UE 被开启，并选择协议所规 可以 TD- 的无线资源，并最终根据每一步的判定结果给出最终 DICT)，当且仅当每一个步骤 设计的流程高效可行。 范的网络，图中 的判定结果(FINAL VER 看到在消息台中显示了之前基站相关的配置信息。 图7：通过 TTCN，使得终端按照协议规范从 SCDMA 系统成功切换至 GSM 系统后，释放相应 在规定时间内都完成协议规范要求时，最终判定结果 则为通过(PASS)。从图中可以看到，最终判定结果为 PASS，且在规定时间 600 s内完成，说明用此 TTCN Copyright © 2011 Hanspub CSA  郝逸轩 等 一种 切换的协议一致性测试实现方法 TD-SCDMA/GSM 170 行。通过观察实例的实 现此方法通过树状分支的方式来实现协议 规范 基础[M]. 北京: 人民邮电出 , 2003. 通信世界, 2005, oject; Technical [2] 赵会群等编. 通信软件测试技术 版社, 2004. 5. 结论 本文用TTCN-2 来实现 3GPP 协议规范的 TD-SCDMA/GSM 网络切换的流程，用协议一致性测 通过，方法可试系统验证 程，可以发 现过 [ 中的相关流程、定义以及参数配置，然后将它们 用表格的形式对其行为进行统一描述。这种方法对于 测试点(PCO)的检查非常方便，实现的过程逻 辑非常 清楚，对于测试过程中所需要的上行和下行消息内容 和顺序定义起来也非常的精确灵活。 参考文献 (References) [1] 张平. Beyond3G 移动通信系统关键技术[J]. 北京邮电大学学 报, 2002, 25(3): 1-6. [3] 李小文等. TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现[M]. 北京: 人民邮电出版社 [4] 王鹏, 孙嘉晨, 项文胜, 谢永斌. TD-SCDMA终端一致性测试 技术研究[J]. 29(3): 56-59. 5] ISO/IEC9646-3. 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