目前第三代合作伙伴计划(3GPP)在LTE终端测试规范的标准化工作已经完成。基于各版本规范，终端一致性测试和TTCN测试代码编辑工作也陆续展开，进一步推动终端认证和互操作测试的开展，加快产业化的进程[1]。而一致性测试的完善程度标志着LTE产业的成熟度，是业内关注的焦点。

测试包含三种类型：一致性测试、互操作性测试以及性能测试[2]。其中，一致性测试是其他两种测试的基础。协议测试中的一致性测试是一种“功能测试”，它依据一个协议的描述对协议的某个实现进行测试。所以在对LTE终端的设计开发中进行协议一致性测试是必要的。本文在研究LTE系统RRC层的基础上，以RRC连接重建为例设计了一种基于TTCN-3的一致性测试新方案。
1 LTE系统RRC层研究
1.1 RRC层整体介绍
RRC位于LTE协议栈层3[3]，处于非常重要的地位，控制着层间主要的接口是接入层和非接入层的主要控制中心。不仅为上层提供来自网络系统的无线资源参数，同时还要控制下层的主要参数和行为。RRC是整个控制平面的核心、终端协议的无线总管,同时也是接入平面和非接入平面进行对话的桥梁、协议信令与用户数据通道的调度员。RRC层是否完善、可靠，很大程度上影响整个LTE协议栈软件的性能。
1.2 RRC连接重建过程
在RRC连接状态下，当检测到无线链路失败、切换失败、从E-UTRAN的移动性失败、接收到来自低层的完整性校验失败以及RRC连接重配置失败的情况下，触发RRC连接重建过程。
RRC连接重建的目的是重建RRC连接[4]，包括SRB(Signalling Radio Bearer)中SRB1的恢复和安全性的重激活。图1为RRC连接重建成功的通信流程，对于处于RRC连接状态的终端(UE)，其安全性已经被激活，它将初始化该进程来继续RRC连接。连接重建只有当目标小区已经准备好时才能继续，即该进程需要一个有效的UE上下文。如果E-UTRAN接收到连接重建请求，当无线承载保持被暂时搁置状态时，SRB1运作重新开始。如果AS安全性还没激活，则UE不初始化该进程，而是直接移到RRC空闲状态。

2 基于TTCN-3的协议一致性测试设计
2.1 TTCN-3简介
TTCN-3(Testing and Test Control Notation version 3)抽象测试描述语言[5]是由欧洲电信标准协会(ETSI)发布的一个国际标准。TTCN-3是一种灵活、强有力的语言，用于描述在多种通信端口上的各种响应系统测试，典型应用于协议测试、模块测试、服务测试、基于平台的公用对象请求调度体系结构(CORAB)测试以及API测试等[6]。TTCN-3核心语言除了包含一般高级语言特性外，还包括一系列测试的专用语言结构和语言对象，如并行测试组件、编解码模块、测试匹配机制和测试判决等。TTCN-3的核心语言形式可以与其图形表示格式(GFT)相互转化，其中GFT图以一种更加简单、直观的图形表示方式来描述TTCN-3的行为。
TTCN-3并不仅限于一致性测试，它可以用于许多其他种类的测试，如互操作性测试、健壮性测试、回归测试、系统测试和集成测试。然而TTCN-3逐渐成为一种成熟的测试语言，受到很多测试人员的青睐，并将其视为实现高效、低成本测试的关键因素。
2.2 协议一致性测试简介

协议测试包含有三种类型的测试：一致性测试、互操作性测试以及性能测试。所谓一致性，是指协议的形式规范和协议实现行为之间的一致，即协议实现是否符合协议规范的要求。协议一致性测试就是通过测试执行活动，检查测试实现是否符合协议规范的要求。协议测试理论包容了协议测试的整个过程，其主要研究内容可以概括为测试组织、测试方法、测试生成、测试集描述、测试管理、测试执行和判决、测试结果分析等多个方面[7]。
2.3 测试系统整体架构
TTworkbench 是由德国Testing tech公司研发、支持TTCN-3语言的测试系统。该系统基于TTCN-3国际标准测试语言的图形化测试开发环境和执行环境，包括测试过程所需要的全部功能[8](如分析、测试、执行等),同时还可以执行图形定义的测试例。TTworkbench综合集成开发环境,包括核心语言编辑器、TTthree编译器、TTman测试执行管理、图形格式 TTCN-3编辑器和运行环境等。在TTworkbench平台的基础上，对基于TTCN-3的LTE系统协议一致性测试中底层支撑平台的设计架构见图2。通过此平台，用户只需利用TTCN-3语言编写抽象测试套，对相应编解码规则和被测系统适配器进行配置，生成可执行测试套，即可对终端进行测试。
图2中主要模块的功能如下：
(1)TTCN-3测试系统总控模块（TM）：负责抽象测试套的载入，以及编译器、执行机的装配和外部参数的配置等功能。
(2)TTCN-3编译器（TC）：将TTCN-3核心语言格式的抽象测试套转换为中间表示形式,可供执行机执行，并提供了多种辅助功能(如及时查错和编写建议等),以简化测试套的编写和编译过程。
(3)TTCN-3执行环境(TE)：解释执行中间表示，根据抽象测试套调度编解码器、平台适配器和系统适配器等。同时负责TTCN-3抽象测试套的加载和执行，并收集执行过程中的数据，为用户判断执行过程中是否存在异常提供可用信息。
(4)编码/解码器(CD)：负责测试数据的编解码工作，为TTCN-3的执行环境中定义的类型和底层传输的PDU(协议数据单元)之间提供转换。
(5)被测系统适配器(SA)：负责TTCN-3测试系统和被测LTE系统之间正常通信,以成功完成整个测试过程。
(6)平台适配器(PA)：包括平台的外部函数和定时器声明，以供抽象测试套调用。

3 RRC连接重建一致性测试设计
3.1 测试流程设计
RRC连接重建的测试是验证当前小区和目标小区在同频或异频上时，UE能够从检测到RRC连接丢失的时刻起，在规定的重建延迟时限向系统模拟器发送RRC连接重建请求，以测试RRC连接重建的协议一致性。测试中需要一个服务小区和一个邻近小区，分别称为小区1和小区2，使UE能在同一个载频或相异载频上监测相邻小区，并在合适的条件下开始在物理随即接入信道(PRACH)上向小区2发送前导完成同频RRC连接重建，其测试流程如图3所示。

首先，确定UE处于3A状态，3A状态是UE开机之后从空闲状态进入到连接状态的测试模式。与正常模式不同，测试模式中UE收到网络端的业务资源后会原样返回，因此通过在模拟网络端的匹配机制达到测试的目的。然后根据3GPP标准系统模拟器(SS)向终端发送测量配置，进行RRC连接状态下的测量，并关闭服务小区，开始在目标小区进行RRC连接重建过程。最后计算连接重建时延，从而判断是否满足测试要求并给出结果。其中RRC连接重建时延的计算是测试判决的关键因素，分为两种情况：

Nfreq是RRC重建所监管的E-UTRA 频率的数目。如果目标小区已知，则Nfreq=1，如果目标小区不包含UE相关上下文，则没有要求。
3.2 抽象测试套的设计
LTE协议测试TTCN代码的开发工作需依据TTCN-3语言的规定以及针对LTE协议一致性测试的特殊需求。针对RRC连接重建过程的协议一致性测试的，实现应包括以下4个步骤：
(1)测试数据类型定义：消息结构，信息元素的结构，内部数据的结构，基本数据和结构的类型。
(2)实际测试数据的构建：常量和模板，消息及参数值，消息及参数的匹配表达式。
(3)测试配置的定义和管理建立：定义测试组件，定义测试端口，以便被测终端正常通信；测试组件动态管理：测试组件到抽象测试系统接口的映射，测试组件接口间的连接，测试组件的创建与终止等。
(4)测试流程的实现：消息收发，过程函数的计算，测试结果验证判决。
4 测试结果分析
根据测试套开发模式的要求，利用TTworkbench平台的TTthree作为编译器，完成TTCN-3抽象测试套的开发，将抽象测试套编译并打包为可执行的.jar文件。然后编解码部分重用TTworkbench平台中的ASN.1插件，以完成测试消息的编码和解码。同时利用被测系统适配器和平台适配器进行测试执行的控制并完成测试事件记录。最后，将TTCN-3核心语言编写的关键测试用例通过TTworkbench自动生成GFT图。图4为服务小区和目标小区在同一E-UTRAN载频上时，RRC连接重建完成的GFT图。由观察可知，同频RRC连接重建测试的实现完全符合协议一致性测试的规范。

终端协议一致性测试是研发终端产品的一个重要阶段，测试理论和方法的研究一直是国内外学术界倍受关注的研究领域。本文在介绍TTCN-3和协议一致性测试的基础上，构建了协议一致性测试整体架构，并通过设计和执行TTCN-3测试套对RRC连接重建过程进行一致性测试。该方法简单易行，可重用性强，为未来相关测试仪表的商用化提供了关键的技术支持。而在测试套的设计和运行过程中也发现了一些不足，如系统适配器和平台适配器方面还有待改进，这也是下一步研究的重点。
参考文献
[1] 3GPP TS 36.521-3. Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA) radio resource management conformance testing (Release 10)[S].2012.
[2] 段修文，张德民，李小文.LTE系统确认模式的设计与一致性测试[J].计算机应用研究，2011,28(12)：4708-4710.
[3] 3GPP TS 36.331. Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA) radio resource control(RRC)(Release 10)[S]. 2012.
[4] 彭大芹,邓江.LTE终端RRC连接重建过程研究与实现[J].重庆邮电大学学报(自然科学版)， 2011,23(3)：299-304.
[5] ETSI ES 201 873-1.The testing and test conrol notation version 3(TTCN-3)[R]. TTCN-3 Core Language (Release 4),2012.
[6] 刘小勇， 蒋凡.TTCN-3测试套开发模式及其应用[J]. 计算机辅助工程，2005,14(2)：21-25.
[7] 马云峰.基于TTCN-3的协议一致性测试技术研究[D].北京：北方工业大学，2006.
[8] 孙萌，陈静,王鲁.基于Web Service的TTCN-3远程测试系统[J].计算机应用与软件，2012,29(6):137-140.