（通信与信息系统专业论文）gsmrgprs+qos指标测试及测试软件的开发.pdf

北京交通大学硕士论文 v8 7 8 5 8 二 1 o 摘要 摘要 g s m r g p r s 通信网络作为铁路综合通信平台，将为铁路运输提供通 信保障，g s m _ r g p r s 网络运行性能和质量成为影响铁路运营的关键因素 之一。论文选择在保证网络设备正常运行的前提下，对g s m - r g p r s 网络 进行测试与分析，为网络提供提高通信质量和运行效率的优化调整依据。 其重点是研究能够对网络的性能和效率进行有效的测试与分析的方案， 及时准确地发现网络运行中存在的问题。同时，论文介绍了针对铁路特 色自主开发的铁路g s m r g p r s 无线通信网络测试系统一一r n t ( r a d i o n e t w o r kt e s ts y s t e m ) 。 第一章对g s 妊r 的基本概念及其发展作了简单介绍，给出了g p r s 在 铁路上应用的基本概念，指出了开发铁路专用的g s m _ r g p r s 无线通信网 络测试系统的必要性。 第二章介绍了g p r s 移动通信系统，并介绍了影响g s m r g p r s 网络 性能的一些重要的无线网络参数。 第三章介绍了r n t 的功能需求、设计、控制程序流程设计与开发方 法。 第四章介绍了几种q o s 指标的测试方法，包括网络事件、呼叫测试、 电路数据等，并重点介绍了g p r s 数据传输质量的测试方法并对青藏线测 试数据进行了分析。 第五章对全文进行总结，提出了以后应继续研究的重点内容。 【关键词】 g s m _ r g p r s 网络参数q o s 测试无线网络测试软件 第1 页 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t a sa “n do f i n t e 伊a t e d c o m m u n i c a t i o np l a t f 0 t mf o t r a j l w a y ， g s m r g p r sw mp m v i d ea s s u r 姐c cf o rr a j l w a y 仃孤s p o r t n sp 硫m a n c e i st l l ek e yf a c t o ft l l a ti n u e n c c st h eo p e r a t i o no fr a i l w a y t 1 l et h e s j sr e s e 删l e st h ej n v e s t i g a t i o n 、a n a l y s i sa n da d j u s t m e n tt ot h e g s m 一刚g p r sn e m o r k t l l a tt h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo ft l l e e t w o r kc a l l b ej n l p r o v e du n d e rt h ec o n d i t i o no fk e e p j n gn e t w o 血m n n i n gi ng e a r t h e r c s e a t c hp o i n to ft h i st h e s i si sh o wt ot e s t 柚da l l a l y s i z et h ep e i f b n t l a n c ca i l d e f f i c i e n c yo ft h e c t o r k ，f i n dt h eq u e s t i o no fj 1 h l t h i st h c s i s ，ia l s o j i n r o d u c eas y s t e mu s e dt ot e s tt h eg s m i v g p r sr a d i on e m o r kw h i c hi s d c v e l o p c d b y u s c h a p t e ro n ed e s c r i b e s t h eb a s i c c o n c e p t ， n e t 、o r ks t m c i u r ea n d d c v c l d p m e n t0 fg s m - r ，a i l dm en e c e s s i t y0 fi 心盯s y s t e m c h a p t e r 咐o i n t r o d u c e st l l eb 硒i cm e o r yo fg p r si n c u l d j n gt h en e t w o r kp a r a m e t e r sa l l d t h e i ri n f l u e n c et ot b en e “r k c ：l i a p t e ft l l r e ep f e s e n t st h ed e v e l o p m e mo f f a d i on e t w o f kf e s ts y s t e m i ti l l d u d e st h es y s t e ms t n l c t u r c ，f i i n c t j o n 卸d i m p l e m c n t a t i o no fr n t c h a p t e rf o u ri n t m d u c e st h eb a s i cp r j n c i p l e ，t e s t c o n t e n t 柚dt c s tm e t h o do fs o m en e 蜥o ko o sf a c t o r s c h a p t e f 如e c o n d u d c st i l et 1 1 e s j sa 1 1 dp u t sf b n v a r ds e v e 豫lf e s e a f c l l 曲弓c t j o n si nt h e f i l t u r e 【k e y w o r d s 】g s m 鼬b p r sn e 哺o t kp a r a m e t e r sq o s1 e s tr n t s y s t e m 第l i 负 北京交通大学硕士论文 第一章综述 第一章综述 1 1g s m r 技术及其在国内外进展 g s m _ r ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e r a i l ) 最先由欧洲铁路使用，它 是在g s m 蜂窝系统的基础上，增加调度通信、组呼、列车定位等铁路需 要的特殊功能，构成了新一代铁路专用移动通信系统。g s m r 系统构架 在g s i f 基础网络之上，可以实现现有无线列调的所有功能，同时还增加 了许多铁路调度管理急需的附加功能，如：多优先级和强插功能、话音 组呼及广播功能、列车位置跟踪、车次号的传输以及数据传输等。 g s m r 的标准包括以g s mp h a s e 2 + 为基础的骨干标准和针对铁路特殊 应用的欧洲铁路综合无线增强网络( e i r e n e ) 标准。前者包括商用g s m 标准部分( 包括电信业务和补充业务) 、通用集群功能( 包括组呼、广播呼 叫、优先级、强插强拆等) 。后者包括功能寻址( 车次、机车、客车、调 度作业、铁路维护等功能呼叫) 、与位置有关的寻址、f 0 1 1 0 w m e 功能、 直接模式、调车编组作业通信、列车自动控制数据传输业务等。 1 9 9 3 年国际铁路联盟u i c 成立了e r i e n e 工作组，开始了新一代铁 路综合无线通信系统g s m r 的标准制定工作。1 9 9 7 年，欧洲2 4 个国家 的3 2 个铁路组织签署协议，承诺共同为g s m r 作为新一代的铁路无线通 信系统标准努力。1 9 9 7 年以后，生产厂商加大了投资力度，u i c 成立负 责试验开发的m o r a n e 项目组，分别在德国、法国以及意大利进行现场试 验，并配合e r i e n e 工作组完善g s m - r 的标准。 1 9 9 9 年，第一个g s m r 网络在瑞典铁路建成，随后，德国、瑞士、 荷兰、英国、意大利、西班牙、印度也相继开始建设自己的g s m r 系统。 第3 页 北京交通大学礤士论文第章综述 另外，匈牙利、芬兰、挪威、丹麦、比利时、波兰、捷克共和国、奥地 利、北美、澳大利亚也开始对g s m r 进行招标或商业咨询。 目前，g s m r 设备厂商已经开始在g s m r 系统中增加新的功能一 g p r s 业务，从而提供列车诊断、地面设备监测、移动互联网接入、信 息广播、车辆跟踪、移动售票、旅客信息服务等各种新兴业务。2 0 0 2 年， 西门子在荷兰完成了具有g p r s 功能的g s m r 网络。 为了适应信息社会和高速发展的国民经济的需求，铁道部作出引入 欧洲铁路先进的g s 卅r 铁路无线通信系统决定。 铁道部在2 0 0 2 年中期确定了首期g s 卅r 试验网络建设目标，一共有 两条线路即青藏线和大秦线。青藏线g s m _ r 试验网覆盖长达1 8 0 多公里 的铁路线，试验包括两个阶段：第一阶段测试内容包括g s m r 的业务、 功能、接口、网络性能，编号方案，网络规划与无线覆盖，管理与维护 等内容。第二阶段测试内容为铁路特定应用的测试，主要包括无线列调 功能测试、列车尾部风压检测和控制指令传输、调度指令传输、区间移 动通信、电子路签或无线机车信号信息传输。大秦线是中国铁路实现跨 越式发展的标志性工程，现代化重载运煤专线的示范性工程，改造后的 大秦线将实现铁路机车、通信的现代化，先进的g s * r 通信网络将为全 长6 0 0 余公里的晋煤东运的主干线提供综合通信服务保障。 2 0 0 4 年3 月，铁道部与北电网络签署了青藏铁路g s m r 网络的试 用协议。北电网络提供先进的无线网络设备，其中包括i n 、m s c 、b s c 和b t s ，并将g p r s 引入g s m r 的网络中。该项目已于2 0 0 4 年1 1 月 中旬完成g s m - r 系统的建设和测试工作，2 0 0 5 年4 月完成g p r s 系统 的建设与测试。 第4 页 北京交通大学硕士论文第一章综述 1 2g p r s 业务在铁路上的应用 铁路目前有许多数据应用的迫切需求，急需解决地车之间、现场与 数据中心之间的数据传输通道。这些业务的特点是业务点分散、非周期 间断数据传输、频繁小容量数据传输及个别的大容量数据传输，有些业 务点同时又是移动的。由于这些业务的此种特性，如果利用电路交换方 式进行数据传输，会造成无线资源的极大浪费，并且造成频繁的越区切 换而增加网络的信令负担。对于这些业务，采用分组交换的方式则能提 高网络运行效率。 为适应铁路对高速移动口业务的需求，g s m - r 网络开始引入分组无 线数据业务g p r s ，它不仅能在无线信道上提供9 0 5 1 7 1 2k b i 伽的可 变速率，更实现了无线信道上数据分组传送，在现有电路交换网络中引 入了分组网，为g s m r 运营者由仅提供话音业务向提供综合信息服务业 务领域拓展提供了重要的网络平台，并为g s m r 网向第三代演进打下了 基础。 根据铁道部g s m _ r 调度命令传送系统主要技术条件( 暂行) ，g s m r 车次号传送系统主要技术条件( 暂行) ，g s m r 列尾装置信息传送系统 主要技术条件( 暂行) ，列车的调度命令、车次号及列尾装置信息均采 用g p r s 方式进行数据传输。 1 。3 无线网络测试 移动通信系统的无线部分由于具有很多不确定的因素，它对于移动 通信网络的性能影响很大，其性能优劣成为决定移动通信网络的决定性 因素。 第5 页 北京交通大学硕士论文 第一章综述 进行无线网络q o s 指标测试系统的开发； 对青藏线和大秦线g s m r g p r s 网络进行测试： 对实地测试数据进行分析，对网络性能进行评估，重点是g p r s 业务的q o s 。 第7 页 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 第二章g p r s 移动通信系统 本章对g p r s 系统和g p r s 的移动性管理( g 删) 、会话管理( s m ) 、 无线资源管理( r r ) 进行了简单介绍，并指出了影响g p r s 网络性能的一 些重要的无线网络参数。 2 1g p r s 概述 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用无线分组业务) 作为第二 代移动通信技术g s m 向第三代移动通信( 3 g ) 的过渡技术，是由英国 b tc e l l n e t 公司早在1 9 9 3 年提出的，是g s mp h 箍e 2 + ( 1 9 9 7 年) 规范 实现的内容之一，是一种基于g s m 的移动分组数据业务，面向用户提供 移动分组的i p 或者x 2 5 连接。 g p r s 采用与g s m 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标 准、跳频规则以及相同的t d m a 帧结构。因此，g p r s 在现有的g s m 网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加一些硬件设备和软 件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、广域的无线i p 连接。 2 2g p r s 移动台的状态和操作模式 g p r s 的数据传输是一种移动分组数据业务，g p r s 移动台可以接收 外部数据网( 如i n t e m e t ) 的数据，它们之间利用t c p i p 协议进行寻址。 与普通的数据通信不同的是，移动台在数据传输时会发生位置变化，这 就需要网络对移动台进行移动性管理，实时的确定移动台的位置。由于 第8 页 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 g p r s 的分组数据传输方式，其移动性管理又不同于与普通的g s m 移动 台。在无线接口，g p r s 的无线资源管理也与普通的g s m 移动台不同， 移动台进行数据传输时并不需要建立一条独占的物理链路，而是在分组 数据传输开始前申请无线资源，传输结束后迅速释放无线资源。 移动台的移动性管理( m m ) 、无线资源管理( r r ) 和会话管理( s m ) 是g p r s 数据可靠传输的前提，而这些几方面管理的效率又决定了g p r s 数据传输的效率。下面将对m m 、r r 和s m 做一些简单的介绍。 2 2 1g p r s 移动性管理状态 移动性管理的主要功能是支持用户终端的移动性，如将用户当前的 位置通知网络以及提供用户标识的机密性。g p r s 移动性管理信息的设 置驻留在移动台和s g s n 中，表示为“m m 上下文”。所谓“m m 上下文” ( m mc o m 限x t ) 是指专门为g p r s 移动台在s g s n 和移动台内创建 的、与移动状态相关的数据库。 g p r s 定义了三种移动性管理( m m ) 的状态，即g p r s 空闲( i d l e ) 状态、待命( s 1 d b y ) 状态和就绪( r 勘o y ) 状态，每一个状态都 描述一定级别的功能和分配的信息，某一时刻的m s 总是处于这三种状 态之一。m s 、s g s n 在不同事件的触发下，在这三种状态之间进行转换。 当移动台处于空闲状态时，用户没有附着g p r s 移动性管理，移动 台和s g s n 均未保留有效的用户位置或路由信息。此时，移动台可以执 行p u 加n 选择、g p r s 小区选择和重选，但不能接收和发送数据，网络 也不能寻呼到该用户。因此，处于这种状态的移动台可以认为是不可及 的。 当移动台处于待命状态时，用户已经执行了g p r s 附着过程，并且 和s g s n 已经建立m m 连接。此时，移动台可以执行g p r s 小区选择和 第9 页 北京交通大学硬士论文第二章g p r s 移动通信系统 重选、路由区更新，也可以接收数据或信令的寻呼以及通过s g s n 的电 路交换业务的寻呼，但不能接收和发送数据。其中，位置信息只包含移 动台的g p r s 路由区识别码。待命状态定时器超时后，移动台执行i m s i 隐式分离，从就绪状态转为待命状态。移动台发起g p r s 分离过程，可 以从待命状态变成空闲状态。 当移动台和g p r s 网络的分组传输正在进行之中或刚刚结束时，移 动台就处于g p r s 就绪状态。移动台可以执行g p r s 小区选择和重选， 位置信息包含实际的小区识别码，也可以接收和发送数据。就绪状态定 时器超时后，移动台就从就绪状态转为待命状态。移动台发起g p r s 分 离过程，也可以从就绪状态直接变成空闲状态。 2 2 2 g p r s 会话管理状态 会话管理程序指的是g p r s 移动台连接到外部数据网络的处理程序， 它的主要作用是支持用户终端对p d p 上下文处理。它的主要程序包括 p d p 上下文的激活、解除和修改，以及匿名接入时p d p 上下文的激活的 解除。 如果一个用户所申请的g p r s 业务涉及个或多个外部p d n ( 如 h t e m e l 、x 2 5 等) ，则在其g p r s 签约数据中就将包括个或多个与这 些p d n 对应的p d p 地址( 通常为i p 地址) 。每个p d p 地址对应有一个 p d p 上下文。每个p d p 上下文由p d p 状态及及p d p 地址等相关信息来 描述，都在于m s 、s g s n 、g g s n 中。一个用户的所有p d p 上下文都与 该用户唯一的一个m m 上下文相关联。 p d p 状态有激活和未激活两种，p d p 状态表示p d p 地址是否激活并 进行数据传送，在激活状态下可以进行数据传输，这两种p d p 状态在相 关事件的触发下进行转换： 第1 0 页 北京变通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 未激活状态：该状态是指用户的某个p d p 地址没有激活的数据业务， 相应的p d p 上下文中没有路由或映射信息。此时，m s 的路由区更新不 会引起p d p 上下文的更新。移动台可以通过发起p d p 上下文激活程序， 从未激活状态转移到激活状态。 激活状态：该状态是指用户的某个p d p 地址有激活的数据业务。由 于m s 、s g s n 、g g s n 的相应的p d p 上下文中包含了该p d p 地址所传 输的p d u 的路由或映射信息，因此它们之间可以传输数据。用户的m m 状态为待命或准备就绪时，p d p 状态才可能进入激活状态。只有当执行 了p d p 上下文的解除程序或者移动台的m m 状态变为了空闲，p d p 状 态才能从激活转变成未激活。 2 2 3移动台的无线资源管理工作模式 g p r s 定义了两种无线资源管理( r r ) 的工作模式：分组空闲模式 和分组传输模式。 在分组空闲模式下，不存在t b f ( 临时块流) 。移动台在分组数据物 理信道上没有分配任何无线资源，需要监听p b c c h ( 分组广播控制信道) 和p c c c h ( 分组公菸控制信道) ，若网络没有p b c c h 和p c c c h ，则监 听b c c h 和c c c h 。当上层需要传递l l cp d u ( 逻辑链路控制分组数据 单元) 时，会触发建立一个t b f ，移动台转移到分组传输模式。 在分组传输模式下，网络给移动台提供了t b f 。移动台在一个或多 个分组数据物理信道上分配了无线资源，能够传递l l cp d u 。当移动台 改变了服务小区时，会先退出分组传输模式，进入分组空闲模式后获得 新小区的系统消息后，再进入新小区的分组传输模式。 根据前边的介绍可知，g p r s 移动台要与外部网络进行分组数据传 输，需要满足以下条件： 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 1 1移动台有一个激活的p d p 上下文； 2 1移动台附着到g p r s 网络上，处于就绪状态； 3 1移动台处于分组传输模式。 如果上述条件不能满足，则需首先执行附着、p d p 激活、1 b f 建立 等相应过程。 2 3 无线网络参数 g s m r g p r s 系统是一个集网络技术、数字程控交换技术、各种传输 技术和无线技术等领域的综合性系统。从网络的物理结构分析， g s m r g p r s 系统一般可分为三个部分，即网络分系统( n s s ) 、基站分系 统( b s s ) 和移动台( m s ) 。从信令结构分析，g s m r g p r s 系统中主要包 含了m a p 接口、g n 接口( s g s n 与g g s n 之间的接口) 、a 接口( m s c 与b s c 间的接口) 、g b 接口( s g s n 与b s c 之间的接口) 、a b i s 接口( b s c 与b t s 间的接口) 和u m 接口( b t s 与m s 间的接口，通常也称作空中接口) 。所 有这些实体和接口中都有大量的配置参数和性能参数。其中的一些参数 在设备的开发和生产过程中已经确定，但更多的参数是由网络运营部门 根据网络的实际需求和实际运作情况来确定。而这些参数的设置和调整 对整个g s m r g p r s 网络的运作具有相当的影响。因此，g s m g p r s 网络 的测试和优化在某种意义上是网络中各种参数的优化设置和调整的过 程。 作为移动通信系统，g s m r g p r s 网络中空中接口上的参数对网络服 务质量的影响显的尤为重要。g s m - r g p r s 网络中的无线参数是指与无线 设备和无线资源有关的参数。这些参数对网络中小区的覆盖、信令流量 的分布、网络的业务性能等具有至关重要的影响，因此合理调接无线参 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 数是g s 舻r g p r s 网络优化的重要组成部分。根据无线参数在网络中的服 务对象，g s m _ r g p r s 无线参数一般可以分为二类，一类为工程参数，另 一类为资源参数。工程参数是指与工程设计、安装和开通有关的参数， 如天线增益、电缆损耗等，这些参数一般在网络设计中必须确定，在网 络的运行过程中一般不易更改。资源参数是指与无线资源的配置、利用 有关的参数，这类参数通常会在无线接口( u m ) 上传送，以保持基站与 移动台之间的一致。资源参数的另一个重要特点是：大多数资源参数在 网络运行过程中可以通过一定的人机界面进行动态调整，这些参数的设 置对于网络性能是至关重要的。本文所涉及的无线参数主要是无线资源 参数。 2 3 1网络识别参数 g s m _ r g p r s 是以g s m 移动通信系统为基础的。作为一个全球性的蜂 窝移动通信系统，g s l 对每个国家的每个g s m 网络，乃至每个网络中的 每一个位置区、每个基站和每个小区都进行了严格编号，以保证全球范 围内的每个小区都有唯一的号码与之对应。采用这种编号方式的目的是： 1 ) 使移动台可以正确地识别出当前网络的身份，以便在任何环境下 都能正确地选择用户希望进入的网络； 2 ) 使网络能够实时地知道移动台地确切地理位置，以便网络正常地 接续以该移动台为终点的业务； 3 ) 使移动台在通话过程中向网络报告正确的相邻小区情况，以便在 必要时刻采取切换的方式保持移动用户的通话过程，对于g p r s 移动台， 则采取小区重选的方式保证分组数据的传输。 网络的识别参数主要包括以下几种： m c c ( m o b i l ec o u n t r yc o d e ) ：移动国家号码，用于标识移动用户归 第1 3 页 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 中的r e a d yt i m e r 开始计时：当定时器超时后，m s 和s g s n 中的g 删上 下文返回待命状态。 当移动台处于就绪状态时，网络将通过就绪定时器( t 3 3 1 4 ) 来控制 移动台的小区更新过程。当就绪定时器正在运行时，移动台在每次小区 重选后，都应执行小区更新( c e l lu p d a t e ) 程序；如果这两个小区属 于不同路由区，那么移动台应该执行路由区更新过程，而不是小区更新。 当就绪定时器超时后，移动台将从就绪状态返回到待命状态。此时， 移动台执行小区重选后将不执行小区更新，如果两个小区属于不同路由 区，那么移动台执行路由区更新过程。 移动台和网络之间可以通过g p r s 附着和g p r s 路由区更新的过程来 协商就绪定时器的值。如果两者协商了一个就绪定时器的值，那么移动 台在接收到s g s n 发来的“g p r s 咐着接受” ( g p r sa t t a c ha c c e p t ) 或 “路由区更新请求”( r au p d a t ea c c e p r ) 消息时，应向s g s n 发送一个 “g p r s 附着完成”( g p r sa t t a c hc 0 m p l e t e ) 或“路由区更新完成”( r a u p d a t ec o m p l e t e ) 消息。在移动台发送该消息的同时，应启动就绪定时 器；在s g s n 收到该消息的同时，也将启动就绪定时器。 该参数取值范围为0 无穷大。 如果该值设置的过大，则将会导致小区更新频繁，因而将大大增加 网络的信令负担。如果该值设置的过小，则会引起寻呼消息增多。在设 置就绪定时器大小时，要考虑到s g s n 的覆盖模型。 t 3 3 1 4 缺省值为4 4 s ，青藏线g p r s 网络设置为6 0 s 。 当移动台向网络发送“最后证实标志”( f a i ) 等于“1 ”的“分组下 第1 6 页 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 行证实未证实”消息时( 表明移动台已经收到了t b f 中的所有r l c 数据 块，并且没有重传需求) ，它将启动定时器t 3 1 9 2 ；当移动台收到p c u 发 送的“分组下行指配”消息或“分组时隙重新配置”消息后，t 3 1 9 2 停 止；当该定时器超时后，移动台将释放与该t b f 相关的资源( 如t f i ) ， 停止监听p d c h 信道并开始监听其寻呼信道，如图3 一l 所示。 m sp c u p c 枉hd 呻n l i n ka a ( n c k 评l datab 睇k t f i 酷怍7 3 n t b l m t f i b s h = 7 4 眦k 盯d 0 州l l n k c “n c k ( f a i = 1 ) t p i t 8 f 释放 图3 1t 3 1 9 2 相关的信令流程 定时器t 3 1 9 2 包含于小区选项信息单元中，在每个小区广播的分组 系统消息中周期性发送；若p b c c h 不存在，则在b c c h 上的系统消息1 3 中广播。 该定时器的值设置的越大，m s 保留系统所指配的t f i 和时隙的时间 也就越长，那么拥塞的风险也就越大。另一方面，该值设置的越小，下 行t b f 建立的时间也就越长。这是因为，若该值设置的很小，那么m s 将 会很快的释放掉t b f ；这时，若网络有新的下行分组数据到来，那么网 络将不得不重新发起寻呼或立即指配( 若m s 处于就绪状态) 程序，下行 t b f 的建立时间肯定就会很长。反之，网络有瓤的下行分组数据到来屠， 若t 3 1 9 2 还未超时，那么网络将通过在p a c c h 上发送“控制证实( c o n t r o l 第1 7 页 一 一 删 黼 絮 北京交通大学硕士论文第二章g p r s 移动通信系统 a c k ) ”比特是l 的“分组下行指配”消息，来建立一个新的下行t b f 。 此时，移动台将会停止t 3 1 9 2 ，认为前面的t b f 已经结束，它将按照新 的分配消息来操作。 因此，在设置该值时，应充分考虑该小区的业务负荷情况。我们应 去分析该小区的下行业务模型，根据平均连续两次下行数据传输的时间 间隔的大小来选取t 3 1 9 2 的值。 在青藏线g p r s 网络中，g p r s 业务量较小，两次下行数据传输的间 隔较大，因此t 3 1 9 2 值应该尽量小。以减少无线资源的浪费。青藏线t 3 1 9 2 的值为8 0 m s 。 2 3 4 信道编码方案 g p r s 和g s m 采用相同的t d m a 帧结构。一个 m a 的突发脉冲能够 承载1 1 4 个比特的信息，每个无线块是由4 个突发脉冲组成的，因此一 个无线块只能承载4 5 6 比特的信息，这些比特的信息中既有用户数据信 息也有信道编码信息。信道编码为无线传输提供纠错和检错的机制。 g p r s 分组数据业务信道定义了4 种编码方案，即c s l 至c s 4 。这四 种编码方案都有各自的特点，如表3 一l 所示。其中，c s l 编码的纠错能 力很强，能够忍受一定的误码率，因此它对无线环境的要求较低，但是 它的缺陷是吞吐量是最小的。编码方案越高( c s 4 是最高的编码方案) ， 吞吐量越高，纠错能力也就越弱。因为为了获得更高的编码速率，就必 须要减少用于纠错和检错的比特，因此数据传输速率的提高其实是以承 担更大的误码风险为代价的。 选择哪种编码方案，最终还是由无线接口的质量决定的。因为编码 方案越高，相应的对网络覆盖要求也就越高。如果不采用跳频，c s l 编 码要求c i 达到9 d b ，c s 2 编码要求c i 达到1 2 d b 。 第1 8 页 北京交通大学硕士论文 第二章g p r s 移动通信系统 g s m 网络设计时要求t c h 的c i 值大于9 d b ，b c c h 的c i 大于1 2 d b 。 因此在g s m 网络中引入g p r s 理论上可以满足c s l 达到话音覆盖的1 0 0 ， 但是为了保证g p r s 工作在更高传输速率，需要提高c i 。 在青藏线的g p r s 网络中，由于对可靠性有很高要求，一般都采用 c s l 和c s 2 编码。 l 编码方案数据比特 数据速率 编码比特 c s l1 8 19 0 54 5 6 c s 22 6 81 3 44 5 6 c s 3 3 1 2 1 5 64 5 6 c s 44 2 82 1 44 5 6 表3 1g p r s 信道编码方案 2 3 5时隙分配 分配给m s 的时隙数量和各时隙的信道编码方案决定了其数据传输 的速率。 在g p r s 系统中承载分组逻辑信道的物理信道称为分组数据信道 ( p d c h ) ，g p r s 的逻辑信道可分为业务信道和控制信道两大类。分组业 务信道( p d t c h ) 用于在分组交换模式下承载用户数据，1 个p d t c h 可映 射到一个物理信道。在多个时隙工作的模式下，一个m s 可并行使用多个 p d t c h 用于数据分组传送。 与电路型双向业务信道所不同的是，p d t c h 为单向业务信道，它或 者是上行信道( p d t c h u ) 以用于移动台发起的分组数据传送，或者是下 行信道( p d t c h d ) 以便于移动台接收的分组数据。g p r s 进行数据传输 时，上下行是分别进行的，其时隙分配也是分开进行的。 单个时隙可提供的最大速率为2 l k b i t s ，为了得到更高的速率，g p r s 系统可以利用m a c 层功能来为某个移动台提供多时隙的工作方式，但是 第1 9 页 北京交通大学硕士论文 第三章o o s 测试系统的设计与开发 第三章q o s 测试系统的设计与开发 要对g s 卜r g p r s 无线网络进行测试，需要利用测试软件结合专用的 测试设备进行。目前g s m 公网测试的路测系统有很多，有的已经比较成 熟，但是由于g s m r 具有组呼、广播呼叫等特殊功能，而且铁路上g p r s 数据要求采用u d p 方式进行传输，这些要求都是公网路测系统不能满足 的，因此需要开发一套铁路专用的测试系统对g s m r g p r s 无线网络进行 测试。 r n t ( r a d i on e t w o r kt e s ts y s t e m ) 是专门针对g s m r g p r s 无线网 络开发的一套测试系统，用于g s m _ r g p r s 网络建设后期的无线网络测评 或者运营期间的网络优化和维护。它主要包括语音拨打测试，电路数据 测试，网络事件信令测试，g p r s 数据传输测试四个功能模块，可以对 g s m r 无线网络做出全面的评估。下面将对r n t 的设计与开发进行介绍。 3 1 需求分析 通过对g s m r g p r s 网络的研究与分析，无线网络q o s 测试系统应该 具有全面的q o s 指标测试功能，以达到对g s m - r g p r s 无线网络进行有效 评估的目的，同时还应有生动的数据显示功能、数据存储和回放功能、 数据报表功能。 3 1 1测试功能 系统的测试功能应包括以下几部分： 1 ) 语音拨打测试： 这部分主要是从终端用户的角度对网络的语音呼叫性能进行测试。 第2 1 页 北京交通大学硕士论文 第三章o o s 测试系统的设计与开发 包括呼叫建立时间、呼叫建立成功率的测试。除进行点对点呼叫测试以 外，针对g s m r 的特点，该测试系统还要支持进行v g c s 和v b s 呼叫测试 功能。 这部分功能的实现需要利用专用的g s m r 测试模块。 2 ) 电路数据测试： 电路数据在铁路通信中有着重要的应用，在g s m r 网络中，列车调 度命令利用g s m r 电路方式进行传输，电路数据的传输性能会直接影响 到列车运行的安全，因此必须对其进行测试。 这部分的测试主要包括数据呼叫建立时间、数据呼叫成功率、传输 时延、误码率、误帧率、连接中断率。对于不同速率的电路数据业务要 分别进行测试。 电路数据的测试需要利用g s m 模块，首先建立数据链路，然后进行 数据测试。 3 ) 无线网络参数和事件的测试： 无线网络接口存在大量参数，这些参数的设置和调整对整个 g s m r g p r s 网络的运作具有相当的影响，因此在网络测试中需要对这些 参数进行跟踪与测试。小区重选、切换、路由区更新、位置更新等无线 网络事件直接反映网络质量，是测试中非常关心的内容。 这部分内容应包括无线网络事件发生的时间、地点、发生事件前后 网络参数变化情况、事件发生的成功率、事件失败的原因。从对无线网 络参数和信令的测试中能够清晰的看出事件发生的原因以及失败的原 因，从而检测实际中无线网络事件发生的情况是否和规划时考虑的一致， 修整不合理的参数设置。 无线网络参数和事件应该利用测试手机进行测试。 4 ) g p r s 数据传输测试： 第2 2 页 北京交通大学硕士论文 第三章q o s 测试系统的设计与开发 件应该提供报表功能，把测试得到的切换、小区重选、路由区更新、位 置更新、p i n g 测试结果、u d p 时延和吞吐量测试结果等信息自动转存到 e x c e l 表格中。 3 2 系统设计 3 2 1系统配置 根据系统功能需求，g s m r g p r s 测试系统需要测试手机、g s m r 测 试模块、g s l 模块和g p s 接收机，并需要软件对这些测试设备进行控制。 测试系统配置包括便携计算机、测试手机、数据线、网线、r 岍信息 采集综合平台、后端路测软件并配各车载测试用集中供电单元，系统配 置如图3 1 所示。 图3 1r h t 系统配置图 由于测试设备很多，如果开发的测试软件运行于笔记本上，将所有 测试设备与笔记本连接，则会遇到两个问题。一方面便携式计算机的串 口不够，另外一方面便携式计算机的处理能力有限，即使能够利用多串 口卡将设备与便携式计算机相连，程序的效率也会很低。因此，该测试 第2 4 页 北京交通大学硕士论文 第三章0 0 s 测试系统的设计与开发 系统适合采用分布式的结构，将测试设备与嵌入式计算机相连，再将嵌 入式计算机与便携式计算机相连。嵌入式计算机内运行一部分程序，给 测试设备发送命令，并接收测试返回的数据，将数据进行初步处理后发 送回便携式计算机。便携式计算机内运行的程序对数据做进一步的处理、 分析、显示与存储。 3 2 2系统结构和功能单元 测试系统的结构如图3 2 所示。整个系统从结构上可以分为两个子 系统：信息采集平台和后端路测软件，两个子系统之间通过网口进行交 互。另外，在执行g p r s 数据传输测试时需要g p r s 应用测试软件( 服务 器端) 的配合。g p r s 应用测试软件做为p i n g 、f t p 测试、u d p 时延与吞 吐量测试的服务器，该软件运行在与g p r s 网络的g i 接口相连的g i 接口 应用服务器上。 3 2 2 1 信息采集平台 信息采集平台的功能是控制各采集设备执行相应的操作，采集测试 数据，并通过网口将数据传递回后端路测软件。信息采集平台由控制单 元和测试手机、测试模块等专用采集设备和一台g p s 接收机组成。控制 单元的功能为向信息采集设备发送控制命令控制采集设备的行为，接收 采集设备返回的测试数据，对采集设备返回的数据进行解帧，然后按照 我们自己统一规定的网口信息帧格式将数据进行封装，发送回后端路测 软件。采集设备的功能为执行具体的测试数据采集操作，并将数据返回 控制单元。g p s 接收机用于采集位置信息。 第2 5 页 北京交通大学硕士论文 第三章q o s 测试系统的设计与开发 圈3 2r n t 系统结构和功能单元 第2 6 页 北京交通大学硕士论文第三章o o s 测试系统的设计与开发 3 2 2 2 后端路测软件 r n t 后端路测软件在便携式计算机上运行，主要负责对采集到的测试 数据的处理、分析和显示，以及存储和测试数据的回放。这部分程序独 立运行，包括三个主要的功能单元：数据处理和显示单元，数据存储和 回放单元，通信控制单元。 1 ) 数据处理和显示单元 数据处理和显示单元具有以下负责以下两方面的功能：提供人机接 口，接收用户对测试的配置，将用户配置命令发送给通信控制单元；接 收通信控制单元返回的钡4 试数据，对测试数据进行处理与简洁生动的显 示。显示单元提供了图线、表格和地图等多种显示方式。 2 ) 数据存储和回放单元 数据存储和回放单元负责在测试进行时存储原始数据及事件与参数 分析结果，在测试回放时提供回放开始、暂停、结束以及回放速度的调 节和进度的控制等功能。 3 ) 通信控制单元 后台测试软件运行在便携式计算机上，笔记本与采集仪的三个控制 单元用网线连接到h u b 上，各自具有不同的i p ，通过u d p 协议进行通信。 通信控制单元负责后端路测软件与信息采集平台之间的通信，采用u d p 方式。通信控制单元一方面接收用户控制命令，将其封装成统一的帧格 式发送给信息采集平台，另一方面它接收采集平台返回的测试数据，对 数据进行解帧，将其发送给数据处理和显示单元与数据存储和回放单元。 信息采集平台控制多种采集设备进行测试，必须规定一个统一的帧结构 区分不同测试设备的数据。通信控制单元的帧格式如表3 1 所示： 第2 7 页 北京交通大学硕士论文第三章q o s 铡试系统的设计与开发 字段名称字段长度 帧起始3 字节 帧长度 2 字节 源地址4 字节 目的地址4 字节 时间戳4 字节 帧类型l 字节 数据域长度2 字节 数据域 n 普通语音组呼 m s 作为组成员发起组呼，组成员不包含调度员； m s 作为组成员发起组呼，组成员包含固定调度员； m s 作为组成员发起组呼，组成员包含移动调度员； m s 作为组成员发起组呼，组成员包含固定和移动调度员 m s 作为移动调度员发起组呼，组成员不包含其他调度员 m s 作为移动调度员发起组呼，组成员包含移动调度员； 第3 6 甄 北京交通大学硕士论文 第四章无线网络o o s 测试 燃作为移动调度员发起组呼，组成员包含固定调度员： 紧急组呼 m s 作为组成员发起紧急组呼； m s 作为移动调度员发起紧急组呼： 广播呼叫 m s 作为移动调度员发起广播呼叫，组成员不包含其他调度员 m s 作为移动调度员发起广播呼叫，组成员包含移动调度员： m s 作为移动调度员发起广播呼叫，组成员包含固定调度员； 4 2 无线网络事件测试 无线网络事件测试的内容主要包括四类事件：小区重选、切换、路 由区更新、位置更新。 4 2 1小区重选 小区选择重选过程是指处于空闲模式的移动台选择网络中合适的 小区，以实现移动台记录网络发出的数据、做好接入网络的准备并把自 己的移动情况报告给网络。一旦移动台选择了某个小区作为服务小区， 就可以在该小区上与网络进行通信。小区选择过程服从c 1 准则。 小区选择是移动台在刚开机时进行的过程，而小区重选是在移动台 已经选择了小区后进行的过程。移动台选择小区后，在各种条件不发生 重大变化的情况下，移动台将停留在所选的小区中，同时移动台开始测 量临近小区的广播控制信道的信号电平，记录其中信号电平最大的6 个 相邻小区，并从中提取出每个相邻小区的各类系统消息和控制消息，在 满足一定条件的时候，移动台将从当前停留的小区转移到另一个小区， 这个过程就是小区重选。小区重选服从c 2 准则。 第3 7 页 北京交通大学硕士论文 第四章无线嬲络o b s 测试 小区选择和重选是保证手机成功接入无线网络的重要前提，小区选 择和重选对g s m r 特殊的组呼业务和g p r s 数据传输的影响较大，因此 对小区选择和重选进行钡8 试是非常必要的。 小区重选的测试是利用测试手机进行的，当检测到手机的b c c h 信道 和服务小区识别码发生变化时，即认为手机发生了小区重选。小