TD-SCDMA系統(tǒng)的GMM實體功能的一致性測試與仿真

隨著TD-SCDMA產業(yè)的迅速發(fā)展，眾多終端廠家的產品由研發(fā)階段逐漸進入到了白箱聯調和集成測試階段，終端產業(yè)鏈也逐漸形成。但由于3G標準的復雜性，其中有很多不同的實現方法和標準的可選項以及參數范圍的廣泛性，根據以往WCDMA系統(tǒng)多年來難以兼容的經驗教訓，如果不進行終端一致性測試，那么多廠商終端的一致性和互聯互通性將成為制約TD-SCDMA產業(yè)化和商業(yè)運營的關鍵因素之一，所以盡早開展終端一致性測試方面的工作就顯得尤為重要。

一、GMM協議規(guī)范介紹

GMM是非接入層中MM子層的一個實體，是為PS域的移動性管理服務的，因此主要完成與用戶移動性相關的一些任務，同時還進行加密識別等。GMM的各種任務的實現都是通過GMM的各種特殊過程和一般過程來完成的。

ATTACH過程、DETACH過程和路由區(qū)更新過程是GMM的幾大特殊過程，而特殊過程一般都會觸發(fā)一般過程，GMM一般過程包括鑒權過程、身份識別過程、P-TMSI重分配等過程。一般過程可以獨立進行，也可以伴隨著GMM的特殊過程進行。

1.ATTACH過程

ATTACH過程就是附著登記過程，每次開機建立了PS信令連接之后，還必須進行ATTACH注冊過程，建立起GMM的上、下文，這樣PS域的功能才能正常使用。ATTACH過程主要有以下兩種。

（1）正常的GPRSATTACH過程，這種過程無論是網絡操作模式I還是網絡操作模式II的情況下都被UE用于ONLYGPRS業(yè)務的IMSI附著。

（2）組合的GPRSATTACH過程，這種過程則用于網絡操作模式I時支持COMBINED的GPRS和非GPRS業(yè)務附著過程。

無論是哪一種ATTACH過程都是由UE端發(fā)起的。當網絡收到UE發(fā)的ATTACHREQUEST消息，將根據REQUEST中的消息發(fā)起GMMauthenticationand ciphering procedure.假如網絡和UE的鑒權參數匹配，鑒權加密過程通過，則網絡就會發(fā)送ATTACH ACCEPT消息并分配新的GMM消息參數；若參數不匹配，鑒權過程失敗，接著就會引發(fā)GMM identification procedure.

網絡如果接受此次附著，就會發(fā)送一個ATTACHACCEPT消息，消息中將包含新的各種參數，UE收到之后，發(fā)送ATTACHCOMPLETE進行確認，ATTACH過程成功結束，GMM上、下文建立。

2.路由區(qū)更新過程

和位置新不同，位置區(qū)更新是當前信號的位置信息與SIM卡的位置信息不一致時就發(fā)起位置更新申請，或在定時周期到時間了的周期位置更新。路由區(qū)更新是GPES數據業(yè)務小區(qū)重現后原來的路由區(qū)與當前信號的路由區(qū)不一致就會發(fā)起路由區(qū)更新。路由更新時會斷開原來的數據路由，再連接新的數據路由，路由區(qū)更新時沒有數據傳輸，頻繁的路由區(qū)更新會影響下載數據的平均速率。

以下幾種情況會觸發(fā)路由區(qū)更新過程。

（1）當檢測到路由區(qū)發(fā)生變化時；

（2）當檢測到路由區(qū)/位置區(qū)發(fā)生變化時；

（3）由定時器T3312觸發(fā)周期性路由區(qū)更新；

（4）當UE已成功進行PS域的IMSI附著，需要進行CS域的IMSI附著時，進行組合的路由區(qū)更新過程；

（5）UMTS系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)間改變時；

（6）由“直接信令連接重建”引起的RRC連接釋放后，UE和網絡之間的重同步。

UE通過向網絡發(fā)送ROUTINGAREAUPDATEREQUEST消息來觸發(fā)路由區(qū)更新過程，消息中將指明路由區(qū)更新的類型，根據不同的類型進行相應的更新。路由區(qū)更新的類型主要有以下4種：RA updating，combined RA/LA updating，combined RA/LA updating with IMSI attach和Periodic updating.

用戶體驗（UserExperience，簡稱UX或UE）是一種純主觀的在用戶使用一個產品（服務）的過程中建立起來的心理感受。因為它是純主觀的，就帶有一定的不確定因素。個體差異也決定了每個用戶的真實體驗是無法通過其他途徑來完全模擬或再現的。但是對于一個界定明確的用戶群體來講，其用戶體驗的共性是能夠經由良好設計的實驗來認識到。計算機技術和互聯網的發(fā)展，使技術創(chuàng)新形態(tài)正在發(fā)生轉變，以用戶為中心、以人為本越來越得到重視，用戶體驗也因此被稱做創(chuàng)新2.0模式的精髓。

網絡收到消息后，根據消息中的參數，可能觸發(fā)其它GMM的一般過程，這與GPRS附著過程相類似。如果網絡接受了UE的更新請求，將向UE端回ROUTINGAREAUPDATEACCEPT消息。反之，則回ROUTING AREA UPATE REJECT消息來拒絕UE的更新請求。

UE收到網絡發(fā)來的ROUTINGAREAUPDATEACCEPT消息后，將分析消息中所包含的內容。若消息中包含P-TMSI（路由區(qū)更新時），UE將使用該P-TMSI作為GPRS的新臨時標識，同時存儲該P-TMSI;若消息中包含IMSI（組合路由更新時），UE將刪除任何的TMSI;若消息中包含TMSI，UE將刪除老的TMSI，使用新的TMSI作為臨時標識；若消息中包含P-TMSI/TMSI或者N-PDU號，則UE將用ROUTING AREA UPDATE COMPLETE消息來給網絡以應答。

3.GPRS分離過程

通用分組無線服務技術（GeneralPacketRadioService）的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業(yè)務。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps.在GPRS系統(tǒng)中采用的就是分組通信技術，用戶在數據通信過程并不固定占用無線信道，因此對信道資源能夠更合理地應用。

GPRS分離有兩種情況。

（1）UE端發(fā)起的GPRS分離過程

UE端發(fā)起的GPRS分離過程也有兩種情況，一種是由于關機引起的GPRS分離，另一種是非關機引起的GPRS分離。UE通過向網絡發(fā)送消息DETACHREQUEST來啟動GPRS分離過程。在消息中，GMM指定了GPRS分離的類型：是否由于關機引起的GPRSDETACH、IMSIDETACH或組合GPRS/IMSI DETACH.

關機引起的GPRS分離過程，當UE向網絡發(fā)送了DETACHREQUEST消息之后，不會等到網絡回消息就關機了。

不是因為關機引起的GPRS分離過程，網絡收到UE端的DETACHREQUEST消息后，根據相應的分離類型作相應的處理，并發(fā)送DETACHACCEPT/DETACH REJECT消息給UE端，表示接受/拒絕GPRS分離。

（2）網絡發(fā)起的GPRS分離過程

網絡為了自己的特定目的需要進行GPRS分離過程。它也是通過給UE發(fā)送DETACHREQUEST消息來觸發(fā)GPRS分離過程。消息中也將指示進行GPRS分離的原因和分離類型。網絡發(fā)起的GPRS分離類型有re-attachrequired，re-attachnot required和IMSI detach三種情況。

到網絡發(fā)來的DETACHREQUEST消息后，UE將根據其分離類型進行相應的處理，如有可能需要去激活PDP和其他相關連接，然后發(fā)送DETACHACCEPT消息給網絡。

4.P-TMSI重分配

P-TMSI是GPRS業(yè)務的臨時移動臺識別符，只在［c1］當前的路由區(qū)內有效。在路由區(qū)外，它必須和RAI結合起來才能表示惟一的識別信息。

P-TMSI重分配的目的是為了提供用戶身份的保密性，防止用戶被入侵者識別和定位。PTMSI的重新分配常常和其他過程同時發(fā)生。通常，在路由區(qū)的更新和ATTACH過程中，都伴隨著P-TMSI重分配過程，但具體的實施過程由網絡運營商確定。

5.鑒權加密過程

鑒權加密過程的主要目的是為了允許網絡對UE身份的合法性進行檢查，向UE提供參數使之能夠計算出新的GPRS密鑰和讓網絡設置加密模式和加密算法。該過程有三種使用方式：

*僅進行鑒權；

*僅進行加密模式和算法的設置；

*鑒權及加密模式和算法的設置。

為了允許在沒有鑒權的時候可以在本地鏈路上進行加密，引入了GPRS加密序列號。這個加密序列號由網絡管理，在鑒權的時候發(fā)送給UE，一個加密序列號對應一個加密密鑰。當UE先前的加密算法已知，而且如果UE所給的加密序列號與網絡存儲的加密序列號相同，則網絡可能選擇該加密序列號對應的密鑰進行加密。如果UE所給的加密序列號與網絡的存儲加密序列號不同，網絡可能進行相應的鑒權過程。對于一個已經附著TD-PRS的UE而言，它時刻對網絡的“鑒權加密請求”消息做出響應。

二、GMM的狀態(tài)

3GPP的目標是實現由2G網絡到3G網絡的平滑過渡，保證未來技術的后向兼容性，支持輕松建網及系統(tǒng)間的漫游和兼容性。其職能：3GPP主要是制訂以GSM核心網為基礎，UTRA（FDD為W-CDMA技術，TDD為TD-CDMA技術）為無線接口的第三代技術規(guī)范。

3GPP協議規(guī)定，GMM主要有三大業(yè)務狀態(tài)：PMMDETACHED、PMMIDLE和PMMCONNECTED.

三大狀態(tài)之間的轉換如圖1所示。

根據協議一致性要求，在協議實現過程中可以將GMM劃分為如下狀態(tài)：PMMDETACHED，NULDNSDLSDAA DNI DNC DPS;PMMIDL，RNS RAU RNC RLS RAM DIN;PMMCONNECTED，RNS RAM RIN SRI RID AUI.

GMM實體在實現其各種功能的過程中將向相應的狀態(tài)轉移，在測試過程中檢查其狀態(tài)轉移是否正確也是一個非常重要的環(huán)節(jié)。根據其狀態(tài)轉移情況，也能很大程度上幫助我們在測試工作中發(fā)現和分析問題。

三、GMM一致性測試

1.測試模型

在UE的協議軟件結構圖中，GMM作為整個系統(tǒng)的一個子模塊。對GMM來說，其它模塊、系統(tǒng)等都可看作環(huán)境。仿真模型是通過TTCN與SDL描述系統(tǒng)協仿真進行構造的，如圖2所示，SDL將被測系統(tǒng)GMM同SDL自帶的接口適配模塊（即通信模塊，測試時先在SDL的SIMULATOR中運行編譯好的協仿真程序，再通過SIMULATOR的命令建立與測試工具TTCN的通信相連，然后運行TTCN中構造好的測試例與被測系統(tǒng)GMM進行消息交互，觀察測試中生成的MSC圖來檢驗被測系統(tǒng)的正確性，從而達到仿真測試的目的。

2.測試例：ATTACH過程（伴隨隱式的P-TMSI重分配過程）

（1）測試目的：驗證網絡接受ATTACH過程，重新分配了新的P-TMSI，并以新的P-TMSI作為識別。

（2）測試過程：GMM ATTACH過程（伴隨隱式的P-TMSI重分配過程）如圖3所示，UE向網絡發(fā)送ATTACHREQUEST，網絡接受附著，返回一個ATTACHACCEPT消息，消息中指示了重新分配一個新的P-TMSI，UE通過發(fā)送ATTACH COMPLETE以確認，在以后的通信中都將用新分配的P-TMSI.

ATTACH REQUEST消息內容為：08，01，02， 45， 00， 71 ，*.具體見表1所示。

（3）測試仿真結果（見圖2）。

此仿真過程是從開機開始的，必須注意到UE接口的各個層次結構，任何一個高層模塊必須都是在低層信令建立好之后才可用。開機時GMM處于NUL狀態(tài)，也就是PMMDETACHED狀態(tài)，MMC開始讀取SIM卡；隨后GMM通過GMMAS_ESTABLISH_REQ原語請求建立Ps信令連接，GMM狀態(tài)跳轉到RIN狀態(tài)，即進入了PMMCONNECTED狀態(tài)；把仿真得到的信號流圖與各種測試例中設計的信號流圖比較，發(fā)現在TTCN和仿真軟件模塊之間的信號交互是完全一致的。測試例中的數據與通過TTCN仿真所產生的數據也基本是一致的，GMM狀態(tài)轉移也是完全正確的。

四、結束語

在協議開發(fā)過程中，對實體要進行大量的測試，限于篇幅，在此僅列出對GMM特殊過程中的ATTACH過程進行的協仿真測試過程。3GPP有關非接入層部分（尤其是GMM部分）的規(guī)范主要從原GSM系統(tǒng)的規(guī)范文檔修改而來，而在修改過程中，由于多人修改，造成不同文檔之間的術語及一些業(yè)務描述并不統(tǒng)一，因此在協議的開發(fā)和測試過程中要特別注意。本文參照3GPP標準，結合自己的經驗就GMM的一般過程和特殊過程進行了研究測試，對于了解TD-SCDMA系統(tǒng)的GMM功能實體有一定的參考價值，對該系統(tǒng)標準的完善和一些今后從事研發(fā)和測試的人員也有一定借鑒意義。