應對當今無(wú)線(xiàn)設備研發(fā)挑戰

簡(jiǎn)介
五年前，移動(dòng)設備與僅提供簡(jiǎn)單語(yǔ)音通話(huà)功能的手機幾乎是同義詞，但到2004年，預計僅提供語(yǔ)音通話(huà)功能的手機在所有移動(dòng)設備中所占比例還不到三分之一，大多數移動(dòng)設備將同時(shí)支持語(yǔ)音和數據功能，還有一小部分僅支持數據功能。因此，傳統的無(wú)線(xiàn)電話(huà)已經(jīng)與個(gè)人數字輔助器(PDA)融合，成為支持因特網(wǎng)無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的“智能電話(huà)”。
隨著(zhù)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音移動(dòng)電話(huà)演化為復雜的語(yǔ)音和數據綜合移動(dòng)設備，無(wú)線(xiàn)設計開(kāi)發(fā)行業(yè)面臨著(zhù)第一代和第二代移動(dòng)設備時(shí)代所沒(méi)有的新挑戰，包括：

因此，做為設計開(kāi)發(fā)人員，根據在無(wú)線(xiàn)設備開(kāi)發(fā)過(guò)程中所處的位置，必須同時(shí)處理其中一種、兩種或全部挑戰。

支持TCP/IP的測試功能
在GPRS之前，無(wú)線(xiàn)設備對TCP/IP的支持功能并不強大。除了在一些孤立的電路交換和蜂窩數字分組數據應用以外，手機的工作過(guò)程一般是先與某個(gè)網(wǎng)絡(luò )建立呼叫聯(lián)系，然后建立一個(gè)語(yǔ)音電路(參見(jiàn)圖2)。
隨著(zhù)GPRS和后續技術(shù)的出現，無(wú)線(xiàn)設備現在必須能夠處理因特網(wǎng)連接，以及語(yǔ)音連接，或者同時(shí)支持語(yǔ)音和數據連接。隨著(zhù)因特網(wǎng)和移動(dòng)設備的集成，有些無(wú)線(xiàn)應用需要與語(yǔ)音或數據連接協(xié)同工作，因此目前移動(dòng)設備的工作模式比數年前復雜了許多倍。
TCP/IP
因特網(wǎng)協(xié)議(IP)通過(guò)遍布全球的一種可尋址鏈接系統支持數據通過(guò)因特網(wǎng)傳輸，數據傳輸通過(guò)傳輸控制協(xié)議(TCP)來(lái)控制，因此，TCP/IP就是用來(lái)將計算設備連接到因特網(wǎng)的一組協(xié)議。通過(guò)TCP/IP，用戶(hù)可以完成電子郵件傳送、文件傳輸(FTP)、遠程計算和網(wǎng)絡(luò )瀏覽等各種任務(wù)。因特網(wǎng)就是由通過(guò)有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)方式利用TCP/IP協(xié)議互連到一起的計算機設備和網(wǎng)絡(luò )組成的(見(jiàn)圖3)。
對于支持TCP/IP的無(wú)線(xiàn)設備，全面驗證其收發(fā)器操作的唯一方式就是測試設備接收和發(fā)送IP數據的能力。除了最基本的IP數據接收和發(fā)送功能以外，還必須對極端數據情況下的無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行工作狀態(tài)測試，從而確定其：

僅僅進(jìn)行這些測試仍然不夠，因為此類(lèi)新設備具有復雜的實(shí)時(shí)操作系統和許多嵌入式應用，并且支持基于網(wǎng)絡(luò )的應用。而且，某些應用需要IP數據支持，而其它一些應用可在IP數據傳輸過(guò)程中工作。因此，必須能夠測試IP數據傳輸時(shí)的操作系統性能，如MIPS性能和存儲器使用情況。然后必須能夠驗證IP傳輸進(jìn)行過(guò)程中應用的工作情況。有效的測試需要模擬實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )工作情況，包括連接到因特網(wǎng)、FTP服務(wù)器、疊加網(wǎng)絡(luò )和設備活動(dòng)、異步網(wǎng)絡(luò )和設備活動(dòng)等多種情況，同時(shí)還需要對網(wǎng)絡(luò )的某些方面進(jìn)行控制(包括使用模擬設備和實(shí)際網(wǎng)絡(luò )，參看圖4)。

分析設備和網(wǎng)絡(luò )間的協(xié)議消息
對于協(xié)議消息機制來(lái)說(shuō)，信息從網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到設備，然后又從設備發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )，這些消息必須在適當的時(shí)候利用正確的協(xié)議正確地發(fā)送。TCP/IP涉及因特網(wǎng)協(xié)議，但現在我們討論的是GPRS、cdma2000和W-CDMA等無(wú)線(xiàn)協(xié)議，其復雜性比傳統技術(shù)高了許多倍。
TCP/IP為計算機間通過(guò)因特網(wǎng)通信提供了所必須的順序控制、定時(shí)控制和內容(協(xié)議)。與此類(lèi)似，GPRS, cdma2000和WCDMA則為使用這些技術(shù)的無(wú)線(xiàn)設備通過(guò)相應的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信提供了所必須的順序控制、定時(shí)控制和內容(協(xié)議)。關(guān)鍵是這些技術(shù)還為T(mén)CP/IP提供了底層支持，因此使得設計、測試和驗證問(wèn)題的復雜性大增。
要實(shí)現中等復雜程度以上的任何協(xié)議都需要模塊化，模塊化是通過(guò)分層來(lái)實(shí)現，因此實(shí)現相應協(xié)議的是“協(xié)議?！?。要進(jìn)行協(xié)議分析，必須能夠查看協(xié)議棧的不同層。在協(xié)議棧的底層是射頻部分，語(yǔ)音、數據和信令都是通過(guò)射頻層傳輸的。在此之上是協(xié)議棧的第一層，為射頻鏈路提供實(shí)際的控制(功率、信道等)。協(xié)議的更高層提供更高層的控制，最高層的信令層控制無(wú)線(xiàn)設備的移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò )會(huì )話(huà)。TCP/IP位于無(wú)線(xiàn)協(xié)議層之上，無(wú)線(xiàn)協(xié)議負責IP數據和無(wú)線(xiàn)傳輸部分之間的接口。無(wú)線(xiàn)協(xié)議分析需要在所有這些層或其中任意一層進(jìn)行(參看圖5)。
對訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議信息進(jìn)行分析的方法有多種，每種方法都有相應的成本和/或效率問(wèn)題：

復雜2.5G/3G技術(shù)環(huán)境中的功能測試
對任何設備來(lái)說(shuō)，功能開(kāi)始都是一樣的，即網(wǎng)絡(luò )確認設備已經(jīng)正確連接(即設備必須連接、登錄、注冊等)，這時(shí)，設備才可以建立一個(gè)語(yǔ)音通道(語(yǔ)音呼叫)或數據通道(網(wǎng)絡(luò )瀏覽)。但再往前，不同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)的相對復雜性有很大不同，這也意味著(zhù)功能驗證的復雜度也有很大不同。比較GPRS和GSM，GPRS保留了所有GSM功能，同時(shí)還增加了編碼機制、多時(shí)隙以及壓縮通道等功能，因此從協(xié)議和功能角度來(lái)看，GPRS系統至少比GSM系統復雜四倍。EGPRS的復雜性又是GPRS的數倍，而W-CDMA的復雜性又比EGPRS高許多倍。
隨著(zhù)技術(shù)本身復雜性的增加，無(wú)線(xiàn)連接本身的內在不可靠性也在增加。移動(dòng)車(chē)輛、建筑、山峰、氣候和許多其它環(huán)境因素的影響使得移動(dòng)設備必須具備功率控制、錯誤校正、移動(dòng)管理、會(huì )話(huà)管理和其它網(wǎng)絡(luò )/移動(dòng)控制功能。必須記住，TCP/IP也是這一復雜系統的一部分，而且TCP/IP即使在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中也有許多困難，更不用說(shuō)在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中了(參看圖6)。
設計人員必須在設計過(guò)程中對所有這些功能進(jìn)行驗證，保證其性能、質(zhì)量，同時(shí)保證其符合設計目標，達到客戶(hù)期望，滿(mǎn)足服務(wù)供應商和技術(shù)標準的要求。做到這一點(diǎn)的唯一可靠方法是在一個(gè)可控制的環(huán)境中進(jìn)行功能驗證，在這一測試環(huán)境中，相關(guān)參數和測試條件可以容易地修改。
就如所面臨的其它挑戰一樣，開(kāi)發(fā)人員目前也有解決這些問(wèn)題的方法，但相應的工具和方法對于研發(fā)環(huán)境并不理想。例如：
尋找支持設備開(kāi)發(fā)所用技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )。能夠就近找到此類(lèi)網(wǎng)絡(luò )的可能性是非常小的，如果開(kāi)發(fā)是技術(shù)中立的，那么可能多跑幾個(gè)地方就可以找到可用的不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò )。然而，如果是一種較新的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )可能還未提供完全服務(wù)，因此可能會(huì )需要尋找更多地方。但是，當開(kāi)發(fā)小組找到可用的網(wǎng)絡(luò )時(shí)，也通常會(huì )發(fā)現擁有的控制很少，并且很少能在理想的時(shí)間工作(通常是在深夜)。
利用一致性系統(Conformance Systems)來(lái)驗證功能，此類(lèi)系統確實(shí)提供很大的靈活性和全面的信令(協(xié)議)功能。此類(lèi)系統對于一致性測試非常理想，但它們對于研發(fā)測試卻并非最理想的。研發(fā)測試通常在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期進(jìn)行，經(jīng)常需要更多測試方式，而這可能需要數周的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)和調試。同時(shí)，此類(lèi)系統非常昂貴并且需要大量的年度支持費用才能使其保持最新和正常使用。
在研發(fā)過(guò)程中同樣使用生產(chǎn)過(guò)程采用的無(wú)線(xiàn)測試工具。盡管此類(lèi)測試工具易于使用，但其能力卻限制在網(wǎng)絡(luò )仿真方面，因為生產(chǎn)過(guò)程中需要的功能測試數量有限，但卻需要大量的參數調整能力。
因此，關(guān)鍵是良好的無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)工具。合適的無(wú)線(xiàn)測試儀將能夠提供如下的功能：
一個(gè)受控的環(huán)境，可用來(lái)測試設備與網(wǎng)絡(luò )的連接性，而不需要使用實(shí)際網(wǎng)絡(luò )；
修改一些網(wǎng)絡(luò )參數的能力并啟動(dòng)某些網(wǎng)絡(luò )事件的能力；
實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )仿真，在沒(méi)有實(shí)際網(wǎng)絡(luò )的情況下盡可能接近地仿真網(wǎng)絡(luò )時(shí)序；
用于TCP/IP應用的端到端連接能力；
易于使用的豐富協(xié)議分析能力。

結語(yǔ)
近期，預計正在生產(chǎn)的無(wú)線(xiàn)設備中僅有33%屬于傳統的僅支持語(yǔ)音的移動(dòng)電話(huà)，而幾乎所有無(wú)線(xiàn)設備開(kāi)發(fā)都集中于支持分組數據的3G技術(shù)。面臨的挑戰非常清楚，從現在開(kāi)始，無(wú)線(xiàn)設備開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須以各種方式處理TCP/IP、協(xié)議分析和信令。安捷倫(Agilent)提供的一組工具可幫助開(kāi)發(fā)人員迎接這些挑戰，從而達到最大效率(參看圖7)■。