论文基于LTE的宽带集群通信系统核心网络设备测试方法，该文是通信系统方面有关学士学位论文范文和网络设备和通信系统和集群有关在职毕业论文范文.
摘 要：基于LTE的宽带集群通信系统服务于专用网络市场.本文介绍了宽带集群通信系统的组成、核心网设备在网络中的位置、包含的网络实体以及每个实体的功能,说明了宽带集群核心网设备测试方法,包括测试方法理论、宽带数据接入测试用例和集群测试用例分析.重点从基本分组业务、集群业务、集群功能、分组和集群并发业务几个方面详细分析了集群测试用例的设计,此外从eHSS 设备功能以及操作维护的角度进一步补充完善了测试用例的研究.基于LTE的宽带集群通信系统的标准进展经历了两个阶段：第一阶段系统设备是一个整体,第二阶段系统设备拆分为核心网络设备和基站设备,意味着不同厂商的核心网络设备之间具备互通的功能.本文介绍的测试方法是基于LTE的宽带集群通信系统第二阶段标准体系中的一个标准.
关键词：LTE；宽带集群通信系统；核心网络设备；测试方法
1 引言
基于LTE的宽带集群通信系统服务于专用网络市场.与公网市场相比,专网的市场规模相对比较小.宽带集群产业联盟目前有20 多家设备厂商,全球已建立B-TrunC 专网822 张,其中国内建网516 张,国外商用网络306 张,用户总数超过40 万.涉及了无线政务、公共安全、轨道交通、电力行业、机场港口等多个领域.如果标准不统一,容易导致建网成本居高不下,以及业务之间的互联互通问题.
2017 年,国务院公开发布的《国家突发事件应急体系建设“十三五”规划》强调要加快城市基于1.4G频段的宽带数字集群专网的系统建设.在实际应用中各行业对于专网的需求不再限于本地应用,还有向区域或全国性方向发展的需求.对宽带集群通信系统来讲,这意味着全国组网和漫游的需求,提出了基站和核心网间接口开发的需求,以及核心网设备间接口开放的需求.
我国于2014 年制定了基于TD-LTE 的B-TrunC 宽带集群通信第一阶段标准,统一了技术体制和标准,其中宽带集群的系统设备由基站和核心网组成.第二阶段的标准化工作中将系统设备分为基站设备和核心网设备,以满足不同厂家产品之间互联互通的需求.为了确保核心网络设备能够满足提高业务的需求,对测试方法的标准化是非常必要的.
2 宽带集群核心网设备的组成和功能要求
基于LTE技术的专网宽带集群系统由LTE宽带集群终端、LTE数据终端、LTE宽带集群基站、LTE宽带集群核心网、调度台和业务管理台组成（见图1）.
基于LTE技术的专网宽带集群系统能够提供分组数据传输业务、集群业务,集群业务包括集群语音、集群多媒体、集群数据和集群补充业务,以及基于分组数据传输业务与集群业务的并发.
为了实现这些业务,宽带集群核心网设备应支持的功能包括标识管理功能、集群数据管理功能、调度区域选择功能、移动性管理功能,支持用户跨不同运营商网络的互通和漫游以及集群业务的安全性等.系统采用归属地路由控制机制,对于点对点业务,由终端归属集群核心网控制；对于点对多点群组业务,组归属集群核心网作为业务控制锚点.宽带集群核心网设备进一步可以细分为eHSS 设备、eMME设备、xGW设备以及TCF和TMF设备组成.
eMME 是移动管理实体,负责移动性和承载管理.eMME首先要具备基本的LTE 功能,同时需要具备集群相关功能,支持UE发起的集群业务请求过程.
xGW支持集群业务承载管理、集群数据路由和转发.xGW首先要具备基本的LTE功能,同时要增强集群功能,如集群承载管理、集群数据路由和转发、支持集群承载的QoS控制等.
TCF负责集群业务的控制管理.根据集群用户和群组的管理归属、拜访地,可分为3种角色.
用户归属（H-TCF）负责集群用户管理、点对点多媒体集群业务调度.主要功能包括集群点对点业务的权限控制；集群用户的注册和注销；点对点呼叫（包括单呼、组呼上行、视频调度、环境监听等）的建立和释放；半双工单呼话权管理；遥晕遥毙复活；集群用户信息订阅及更新；集群用户的V-TCF信息维护；用户信息更新.
组主控TCF（G-TCF）负责集群群组管理、点对多点多媒体集群业务调度,主要功能包括集群群组业务的权限控制；集群组呼的建立和释放；组成员的V-TCF信息维护并据此维护集群组呼区域,如扩建、删除、区域限制等；组呼话权管理；集群群组管理功能,如动态重组等；集群群组信息查询、订阅及推送；组信息更新；支持组呼安全.
V-TCF 作为用户H-TCF 和用户所属组G-TCF 在拜访地的*,负责终端在拜访地的集群业务的控制管理.当V-TCF发生变化时,目标V-TCF需要*UE向用户归属的H-TCF进行集群注册,H-TCF向用户所属组的组主控G-TCF登记当前V-TCF位置信息.
TMF负责集群业务的媒体面控制,为集群业务分配集群媒体面资源,以及集群业务数据的管理、路由和转发.
TMF可分为组主控TMF和用户归属TMF.组主控TMF是点到多点集群业务上行数据的终结点和点到多点业务下行数据的起始点；用户归属TMF是点到点集群业务上行数据的终结点和点到点集群业务下行数据的起始点.
eHSS 是签约数据管理中心和鉴权中心.eHSS 分为HSS 和THSS 两部分.HSS 为LTE 标准HSS 功能,通过S6a 接口与MME连接.THSS 用于维护用户/群组的集群签约信息数据,通过Tc1 接口与TCF 连接.THSS增强集群功能包括集群业务鉴权；集群业务注册和注销；集群位置更新；集群用户和群组数据管理,包括业务签约数据的请求、推送、删除以及动态重组和遥晕遥毙复活过程中的数据管理.
3 宽带集群核心网设备测试方法研究
为了保证宽带集群核心网设备能够支持业务和集群功能的要求,需要从业务角度和功能角度出发,同时兼顾数据库功能以及设备的操作维护管理功能,设计一套全方位多角度的核心网设备测试方法.
3.1 测试方法
常用的测试用例设计方法有多种,在集群核心网设备测试方法的研究中主要使用了等价类划分法和错误推测法、判定表等在内的多种方法.
等价类划分法是将测试的范围划分成几个互不相交的子集,从每个子集中选出若干个具有代表性的值作为测试用例.核心网设备测试方法分为宽带数据和集群两部分使用了等价类划分法.而集群部分由分组数据业务、集群业务、集群功能、分组业务和集群业务的并发、eHSS设备、操作维护管理等几类组成,同样使用了等价类划分法.
错误推测法是根据经验或直觉推测设备功能处理中可能存在的各种错误,从而有针对性地编写检查这些错误的测试用例的方法.比如对于语音业务、可视单呼业务、注册等过程中经常存在呼叫失败、注册失败的情况,设计了针对性的测试用例.
判定表法是分析和表达多逻辑条件下执行不同操作的工具,条件不同则执行不同的测试用例.例如音视频编解码部分,由于有多种音频和视频编码方式,分别针对不同的音频编码方式和视频编码方式设计测试用例,确保涵盖所有可能的情况.
3.2 宽带数据部分
核心网设备测试需要先满足宽带数据接入的基本需要,在此基础上满足集群测试的需要（见表1）.
宽带数据接入是宽带集群核心网设备的基本功能,包括移动性管理、会话管理、IP 地址分配、QoS 控制.为实现这个功能,分别针对每一个组成实体设计了测试用例,包括MME、S-GW、P-GW和HSS.其中,MME设备测试用例占比达到50%,P-GW设备测试用例占比21%.HSS 和S-GW测试用例占比分别为17%和12%（见图2）.
3.3 集群测试部分
测试方法的设计首先要满足基本数据业务的接入要求,在此基础上重点满足集群业务和集群功能的要求,同时要满足基本数据业务和集群业务并发的要求.此外,还要测试集群数据库以验证集群签约数据管理功能,以及针对操作维护管理功能来进行相应测试用例的设计.
表2 详细解读了宽带集群核心网设备的测试用例及其设计说明.
考虑到LTE 中不同的QCI 对应不同的业务类型,为了测试集群核心网设备支持分组数据业务的能力,针对每一种QCI 设计了测试方法,包括QCI1、QCI2、QCI4、QCI7 和QCI9.
集群业务是整个测试的核心部分,测试用例占比为57%.集群业务包括集群语音业务、集群数据业务、集群多媒体业务和集群补充业务（见图3）.
集群语音业务包括语音组呼业务、全双工语音单呼业务等.在集群通信中终端UE和调度台DC都可以发起组呼和单呼业务,因此需分别针对这两种不同类型的发起者设计测试用例,同时考虑呼叫失败的场景设计测试用例.集群数据业务主要针对集群短数据业务和集群短数据业务阅读回执设计测试用例.集群多媒体业务主要是视频相关业务,包括可视单呼、同源视频组呼、视频推送、视频转发、视频上拉、视频回传等.与语音业务相类似,通信终端包括UE和调度台DC,因此针对两种不同类型的终端设计视频单呼和组呼的测试用例.同时,设计视频呼叫失败相关的测试用例,确保核心网设备能够正确处理呼叫的异常情况.此外,视频上拉和视频回传均为点对点视频调度业务,视频推送和视频转发则可以发送给UE或群组,而视频推送可以是UE发起也可以是DC发起,视频转发以及视频上拉由DC发起,视频回传由UE 发起,测试用例针对这些情况分别进行设计.
集群补充业务包括紧急呼叫、组播呼叫、动态重组和组管理、遥毙/遥晕/复活、强插/强拆、调度台订阅等.集群补充业务主要是与调度台相关的,而调度台在专网指挥调度中占有重要的角色,所以集群补充业务是整个业务测试的重要部分.紧急呼叫包括单呼和组呼以及紧急呼叫的层级转发,层级转发是指紧急呼叫号码有多个,而用户只需要拨打其中一个,如果这个号码无法接通核心网设备就会自动接续第二个号码.组播呼叫包括DC 发起的组播呼叫和UE 发起的组播呼叫,动态重组和组管理重点测试动态在组内增加或删除成员,以及通过OM修改组属性,并测试组根密钥更新可以及时下发给组内成员.遥毙/遥晕/复活是指从网络侧对终端进行操作,遥毙将彻底锁死终端,重新刷机后才能使用；遥晕则是暂时锁定终端,无法使用除附着、注册、鉴权、复活/遥毙、定位之外的业务.通过网络发起的复活过程,遥晕后的终端能够再次接入网络使用业务,这三者是集群中的重要业务,分别针对每一种业务设计测试用例.强插/强拆是指对正在进行的组呼,DC强行插入呼叫获得话权,或者强行拆除呼叫,为高优先级用户提供优先权,针对这两种业务分别设计测试用例.调度台订阅业务是指调度台向核心网订阅用户的注册状态、用户的呼叫状态、组呼状态以及系统在线状态信息,针对每一种业务设计测试用例.
分组数据业务和集群业务的并发业务,主要选取了QCI4、QCI9 与语音组呼、视频转发以及组播短消息的并发业务进行测试用例的设计,以典型的业务来代替业务的遍历测试.
集群功能的测试从另外一个角度保证了业务的完整性和连续性,是测试项目的主要组成部分,测试用例占比为25%.集群功能测试包括注册与注销、话权管理,视频源提示、移动性管理、音视频编解码.为了保证业务能够正常使用,首先要完成注册和注销功能,设计这两个功能的测试.话权管理包括话权申请后的授权、拒绝、排队、排队后授权、排队后取消排队以及话权抢占等功能.由于申请话权的终端可能是UE也可能是DC,因此针对这两种不同的终端以及以上不同的功能分别设计测试用例.视频源提示是针对视频相关的呼叫业务,用来提示视频的来源.移动性管理主要测试切换功能,包括本地网切换和漫游网络切换.针对空闲态、连接态,单呼、组呼,以及目标小区是否有组呼等多种情况的排列组合设计测试用例.音视频编解码针对语音单呼、语音组呼的音频编解码设计测试用例,针对视频单呼、视频组呼的视频编解码设计测试用例.
核心网设备中的eHSS 设备提供了集群签约数据管理功能,这是需要单独进行测试的,这部分测试用例占比为7%.eHSS 设备的签约数据管理包括用户签约数据管理、调度台签约数据管理、组签约数据管理,其中每一种数据的管理都包含了增加数据、删除数据以及修改数据3 个部分.综合以上情况设计测试用例.此外,组签约数据中包含的组业务权限列表、组业务区域、组密钥信息等和组呼业务的权限管理、调度区域选择、组呼安全密切相关,因此除了增删改之外,还针对这3 项信息的管理分别进行了测试.
对设备的操作维护管理测试是设备测试用例设计中有必要考虑的一块内容,具体包括人机接口的图形界面支持以及设备的配置管理、故障管理、维护管理和性能管理,这部分测试用例占比为6%.
集群核心网设备的测试用例从业务、功能、设备以及操作维护管理几个维度进行了设计,形成了对集群核心网设备的多角度测试.在未来如果有新的业务需求和新的功能出现,可以再进一步补充和调整测试用例.
4 结束语
宽带集群通信系统测试方法一方面用于指导设备开发,另一方面在宽带集群产业联盟层面形成设备认证测试的依据.目前,第一阶段的集群设备认证测试方法应用于宽带集群设备的测试认证已超过3 年,在宽带集群领域多厂家共存的情况下,认证和标准化工作推动了宽带集群技术和市场的发展.宽带集群通信系统第二阶段的标准已经完成,宽带集群通信系统核心网络设备测试方法是第二阶段系列标准中的一个标准,用于集群核心网设备的认证测试.除了设备测试方法外核心网设备还要满足与其他设备之间的接口要求以及核心网设备之间的接口要求.厂家依据BTrunC系列标准进行开发,不同厂家的产品依据标准进行互联互通测试,进一步实现产品的标准化和开放化,推动宽带集群产品的国际化,促进宽带无线技术和产业化的进一步发展.
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参考文献：
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