測試具備UMA/GAN功能的移動(dòng)電話(huà)技術(shù)問(wèn)題

要預測客戶(hù)對一款手機性能的接受程度，從而預測手機設計的品質(zhì)，需要進(jìn)行實(shí)際使用測試。使用測試是一種很有價(jià)值的工具，本文將介紹如何進(jìn)行此類(lèi)測試。

UMA/GAN是一種能讓移動(dòng)電話(huà)在傳輸話(huà)音、數據、既有話(huà)音也有數據或既無(wú)話(huà)音也無(wú)數據時(shí)在蜂窩網(wǎng)絡(luò )(例如 GERAN--GSM/EDGE 無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng))和IP接入網(wǎng)絡(luò )(例如無(wú)線(xiàn) LAN)之間無(wú)縫切換的系統。作為網(wǎng)絡(luò )融合發(fā)展過(guò)程中一項里程碑式的技術(shù)，UMA/GAN能讓手機用戶(hù)得以享受固定寬帶網(wǎng)提供的服務(wù)。

UMA/GAN最初叫做免許可移動(dòng)接入(UMA)網(wǎng)，之后被3GPP改名為通用接入網(wǎng)(GAN)，本文將這兩種技術(shù)統稱(chēng)為GAN1。

3GPP技術(shù)規范43.318和44.3182, 3中描述了GAN的系統架構和協(xié)議。一款手機必須經(jīng)測試符合這些標準的要求才能投放市場(chǎng)。但在此之前，手機開(kāi)發(fā)商還有很多機會(huì )測試其GAN產(chǎn)品對標準的一致性。提早驗證手機處理數據和話(huà)音的能力將大大提高產(chǎn)品成功通過(guò)一致性測試的幾率。

即便對于像GAN這樣相對成熟的技術(shù)，設計者也仍然可以通過(guò)提供獨特的性能實(shí)現產(chǎn)品差異化。WLAN是一種已廣泛用于手機的技術(shù)，它既可用于實(shí)現VoIP，也可用作數據調制解調器。影響GAN使用的關(guān)鍵因素之一是IP網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)之間的無(wú)縫切換，這是WLAN方案單獨無(wú)法提供的功能。

網(wǎng)絡(luò )組件

GAN系統還為GERAN/UTRAN網(wǎng)絡(luò )添加了一種新的架構組件：GAN控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)GANC。GANC在功能上相當于典型GERAN網(wǎng)絡(luò )中的基站控制器(BSC)。但與BSC不同的是，GANC的前端連接的是IP接入網(wǎng)，而且是通過(guò)這個(gè)接口(被稱(chēng)作上行接口)利用GAN專(zhuān)用協(xié)議與手機通信。為確保能在手機和核心網(wǎng)之間傳送信令和用戶(hù)數據，GANC還負責將上行接口的消息轉換為現有的BSC/核心網(wǎng)接口協(xié)議(在GSM情況下是BSSAP/BSSGP協(xié)議)。

只有雙模手機才能享受GAN服務(wù)，也就是說(shuō)當用戶(hù)漫游出入藍牙或Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )時(shí)手機必須能察覺(jué)，以便在GERAN/UTRAN模式和GAN模式之間切換。而且，手機還必須通過(guò)一個(gè)兼容GAN的中間安全網(wǎng)關(guān)(SEGW)在自己和服務(wù)GANC之間建立一個(gè)基于IPSec(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議保密)的VPN隧道。這樣作為移動(dòng)服務(wù)基礎的數據、話(huà)音和信令業(yè)務(wù)都能得到正確保護，并通過(guò)這個(gè)隧道傳輸。

如何建立GAN連接

在進(jìn)行GAN網(wǎng)絡(luò )部署時(shí)，通常需要幾個(gè)GANC來(lái)分擔提供GAN業(yè)務(wù)的任務(wù)，同時(shí)保證負載平衡。網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)GANC至少要為以下幾個(gè)邏輯實(shí)體中的一個(gè)提供服務(wù)：配置GANC(P-GANC)、默認GANC(D-GANC)或服務(wù)GANC(S-GANC)。

移動(dòng)用戶(hù)如果有一部帶GAN功能的手機，只有當手機在其可以連接的免許可無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍內時(shí)才能使用手機的GAN功能。手機首次嘗試建立連接時(shí)，需要識別默認GANC (D-GANC)。因此，它會(huì )啟動(dòng)發(fā)現過(guò)程，以接收有關(guān)D-GANC的信息，并在注冊過(guò)程中使用這些信息。

為得到D-GANC的地址及其相關(guān)安全網(wǎng)關(guān)(SEGW)的信息，手機會(huì )通過(guò)P-GANC的關(guān)聯(lián)SEGW連接到其歸屬地公用陸地移動(dòng)網(wǎng)(HPLMN)內的配置GANC。一部預設了完全合格域名(FQDN)或IP地址的手機里應存有該P-GANC的地址及關(guān)聯(lián)SEGW，否則手機也可以根據(U)SIM卡上的信息得到FQDN。3GPP TS 23.0035中對尋址要求有詳細描述。

接下來(lái)，手機要與D-GANC的SEGW建立一個(gè)安全通道，并嘗試通過(guò)該D-GANC注冊。該D-GANC若接受了注冊，就會(huì )成為本次連接的S-GANC，否則，它會(huì )將手機的注冊請求引導到另一個(gè)S-GANC。一部手機即使并未工作在GAN模式下也可以無(wú)限期地持續注冊在一個(gè)S-GANC上，同時(shí)享受GERAN/UTRAN服務(wù)，以便在需要時(shí)能及時(shí)將話(huà)音和數據切換至GAN網(wǎng)絡(luò )。一旦手機明確地切換至GAN網(wǎng)絡(luò )或用戶(hù)自己決定切換為使用GAN之后，手機用戶(hù)的當前位置信息(這些信息都保存在核心網(wǎng)上)就會(huì )通過(guò)手機刷新，然后，話(huà)音/數據和信令流量就會(huì )通過(guò)GANC而不是蜂窩網(wǎng)發(fā)送到手機。

安全網(wǎng)關(guān)的作用

GAN系統中一個(gè)很關(guān)鍵的部分就是安全網(wǎng)關(guān)(SEGW)，它在移動(dòng)電話(huà)和位于 “不安全的”IP接入網(wǎng)另一端的運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )之間提供了一條安全的連接。
在典型的GAN部署中，SEGW負責在手機和GANC所在的核心移動(dòng)網(wǎng)之間建立并保持安全的(按IPSec/IKEv2標準加密)連接。在建立起GAN連接之后，手機必須采用已簽名的公鑰安全證書(shū)對安全網(wǎng)關(guān)進(jìn)行認證。這是為了確保在用戶(hù)通過(guò)公共IP接入網(wǎng)使用GAN時(shí)，不會(huì )在不知情的情況下被“誘騙”到其他惡意網(wǎng)絡(luò )。

SEGW還能作為手機和相連的計費、認證與授權服務(wù)器(AAA)之間的通信中介，對用戶(hù)進(jìn)行認證并允許他們使用網(wǎng)絡(luò )提供的GAN服務(wù)時(shí)。AAA服務(wù)器以發(fā)向手機的請求/響應口令所得到的結果為基礎進(jìn)行認證判決，并迫使手機和網(wǎng)絡(luò )都去證實(shí)用戶(hù)SIM或USIM卡上的共享私秘“k”值和該AAA服務(wù)器連接的網(wǎng)絡(luò )歸屬位置寄存器信息。除了對手機和網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行認證之外，認證算法的結果還可用于推算通信雙方所需的關(guān)鍵資料，以便對手機和SEGW之間的IPSec連接進(jìn)行加密。

手機與AAA服務(wù)器之間的認證協(xié)議在2G和3G網(wǎng)絡(luò )中是不相同的。2G和3G網(wǎng)絡(luò )使用的認證協(xié)議均基于現有的2G和3G認證技術(shù)，但為增強對往往更易受攻擊的IP接入網(wǎng)的保護而做了很大改進(jìn)。2G網(wǎng)絡(luò )采用的是針對用戶(hù)識別模塊(EAP-SIM)的擴展認證協(xié)議，而3G網(wǎng)絡(luò )采用的是針對UMTS認證和密匙協(xié)商(EAP-AKA)的擴展認證協(xié)議。

當測試條件不允許禁止手機中的GAN安全功能時(shí)，必須在測試系統中部署帶一定IPSec和EAP功能的SEGW與AAA服務(wù)器組件，這樣手機才能連接到GAN網(wǎng)絡(luò )并使用GAN服務(wù)。

測試注意事項

在嘗試驗證一部GAN手機的設計參數時(shí)，設計工程師需要回答以下幾個(gè)問(wèn)題。第一，在測試與標準的一致性時(shí)，哪些參數是必須測試的？其次，哪些實(shí)際使用情形的測試最能表明手機的設計是否達到目標？最后是在設計過(guò)程中要想減少重復工作和不必要的重復測試，最佳的測試時(shí)機在何時(shí)？

就象純蜂窩網(wǎng)絡(luò )一樣，在GAN網(wǎng)絡(luò )中，呼叫建立、呼叫終止和切換功能最可能成為系統的弱點(diǎn)，從而增大服務(wù)故障和用戶(hù)不滿(mǎn)的幾率。為了徹底地試驗這些功能，設計工程師最好有一套具備測試功能的測試平臺，并且最好靠近設計小組的其他成員。這樣能夠促進(jìn)設計小組根據測試結果進(jìn)行高效的決策。

GAN系統引入了新的信令程序，這是一種被許多現有上層功能采用的接入層技術(shù)。3GPP在3GPP TS 51.010-14中規定了許多一致性測試項目，具備GAN功能的手機必須經(jīng)過(guò)這些測試才能上市。盡管這些測試規范對GAN專(zhuān)用的新程序測試給予了相當的關(guān)注，但對在GAN上部署的現有蜂窩通信技術(shù)的使用和用戶(hù)體驗卻鮮有涉及。因此，設計工程師可以選擇許多工作情景進(jìn)行測試，包括：
* GAN發(fā)現程序的成功或失敗
* 包括寄存器更新在內的GAN注冊程序的成功或失敗
* 在GAN和GERAN/UTRAN操作之間的初始移動(dòng)站模式選擇
* 移動(dòng)發(fā)起(MO)和移動(dòng)終止(MT)的GAN話(huà)音呼叫
* 基于GAN的數據連接以及采用這些基礎連接的設備帶來(lái)的最終用戶(hù)體驗
* 基于GAN的雙模傳輸(DTM)或SS (UTRAN)連接
* 通過(guò)GAN傳送基于GSM的MO和MT點(diǎn)對點(diǎn)SMS短信
* 通過(guò)GAN傳送基于GPRS的MO和MT點(diǎn)對點(diǎn)SMS短信
* 所有適用的出入蜂窩網(wǎng)絡(luò )的情景包括：漫游入(從G/U到GAN網(wǎng))、漫游出(從GAN到G/U)、切換入(從G/U到GAN)、切換出(從GAN到G/U)、蜂窩變更指令(從G/U到GAN)、在DTM或SS連接過(guò)程中的切換入/出(從GAN到G/U以及從G/U到GAN)

GAN測試的配置

使用諸如安捷倫8960這樣的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信測試套件，就能以可控并且可重復的方式仿真GAN功能測試所需的各種不同情景。此類(lèi)測試在GAN手機的整個(gè)開(kāi)發(fā)周期內(從早期設計階段，一直到系統集成和驗證、仿真和現場(chǎng)測試、互通性測試以及一致性測試)都是非常重要的。

圖1給出了一種GAN手機功能測試的配置，其中在PC機上運行的應用程序用于模仿GANC。

圖1：用軟件進(jìn)行GANC仿真。

在這種配置中，任何能夠與手機連接并獲取一個(gè)IP地址的設備都能提供一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò )連接。圖2中使用的是一個(gè)普通的商用WLAN接入點(diǎn)。

圖2：利用安捷倫8960測試套件和商用WLAN接入點(diǎn)進(jìn)行GAN測試配置。

其他測試考慮因素

除了驗證一款手機的性能是否符合GAN標準之外，設計工程師還應考慮一些標準沒(méi)有涉及但與日常使用有關(guān)的測試項目。下面舉了三個(gè)使用測試的例子，從中可以看出這些測試對預測手機的實(shí)際使用性能很有幫助。

電流消耗分析

與蜂窩通信標準不同，WLAN標準并沒(méi)有過(guò)多考慮用戶(hù)設備的電池容量，因此其耗電量可能較大。一款單模GSM手機，即便一直運行于待機狀態(tài)，其電池使用時(shí)間可能也是運行于WLAN模式的手機電池的5倍。如果再算上通話(huà)時(shí)間，二者的差別會(huì )更大。因為一部具備GAN功能的手機必須同時(shí)監測GERAN、UTRAN和GAN網(wǎng)絡(luò )，所以電池使用時(shí)間應該是設計中需要主要考慮的一個(gè)因素。

可以通過(guò)一種全面的分析來(lái)評估關(guān)鍵應用點(diǎn)上(例如在圖3所示的分組數據傳輸期間)電流消耗帶來(lái)的影響。圖3的縱軸對應時(shí)間變化，橫軸對應幅度變化。

圖3：利用14565B CCDF測量和分析電池的電流消耗。

話(huà)音質(zhì)量

在利用IP分組作為底層攜帶話(huà)音數據方面，Voice over GAN 與Voice over IP (VoIP)非常類(lèi)似。在GAN中，IP分組包含的是經(jīng)過(guò)GSM編碼并封裝好的話(huà)音信息。Voice over GAN與GERAN/UTRAN話(huà)音呼叫的不同主要在于編解碼器選擇的決策不同，在GAN中編解碼器的選擇由丟失分組所占的百分比而不是手機感知的功率電平或載波與干擾的相對電平?jīng)Q定。

盡管GAN標準中至今并未針對編解碼速率變化或任何與丟失分組個(gè)數相關(guān)的滯后現象強制進(jìn)行接收機靈敏度測試，但這些因素可能在很大程度上影響用戶(hù)可感知的手機性能，因為AMR編解碼器哪怕只發(fā)生輕微的改變，敏感用戶(hù)都可能察覺(jué)到。話(huà)音質(zhì)量測試在評估一部GAN手機設計對這些問(wèn)題的解決效果如何方面大有幫助(見(jiàn)圖4)。

圖4：話(huà)音質(zhì)量與分組丟失率和滯后之間的關(guān)系。

數據吞吐量測試

第三類(lèi)，也是最基本的一類(lèi)使用測試是評估端到端數據吞吐率并發(fā)現可能影響用戶(hù)體驗的反應延遲。設計工程師必須對多種使用情景進(jìn)行仿真，并測量WLAN連接上的端到端IP數據率以及在呼叫切換走(例如切換到GERAN服務(wù)蜂窩)和切換回時(shí)出現的任何變化。

這一點(diǎn)非常重要，因為在使用典型GAN接入網(wǎng)(例如無(wú)線(xiàn)LAN)時(shí)理論上可達到的數據率與使用GERAN/UTRAN網(wǎng)較慢的數據率相比將呈幾何級數的增加，見(jiàn)圖5。

圖5：從GAN到GERAN再到GAN轉換的流量分析。

本文小結

在一致性測試之前進(jìn)行設計實(shí)現的驗證時(shí)需要考慮許多因素。文中提到的測試情景列表雖然還不夠全面，但仍為摸清手機性能提供了非?？煽康幕A。在一套能夠模仿GAN系統的套件中進(jìn)行這些測試可以幫助工程師評估各種不同決策可能產(chǎn)生的影響，從而最大程度地減小設計周期中可能需要的反復次數。該方法極大節約了設計人員的時(shí)間、精力與設計成本。類(lèi)似的，實(shí)際使用測試也能讓工程師預測客戶(hù)對手機性能的可接受程度，從而預測出手機設計的質(zhì)量。所以說(shuō)，使用測試是一種非常有價(jià)值的工具，應該收入設計工程師的工具箱，以便提高產(chǎn)品獲得成功商用的幾率。

臺式無(wú)線(xiàn)通信測試套件為設計工程師提供了一種簡(jiǎn)單并且高性?xún)r(jià)比的評估UMA/GAN等新興技術(shù)的方法。