移动通信终端NS_IOT测试解析

1、移动通信终端 NS-IOT 测试解析康孙 苏亮龙 赓工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室工程师工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室助理工程师 工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室工程师 工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室助理工程师 工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室助理工程师吴言润王星妍摘要 对于运营商来说，终端质量至关重要。当 4G 到来时，用户对高速畅游满怀期待；而移动互联网众多杀手级的应用也蓄势待发；终端侧的整机数据性能对于整个 4G 产业链都有着非同一般的重要 性。本文介绍了 NS-IOT 测试的测试背景、测试定义、测试系统构成、测试原理以及常见问题。关键词 NS-IOT

2、 NV-IOT 测试1引言NS-IOT 测试大体分为移动性（Mobility）测试和数据 吞 吐 率（Throughput）测 试 两 类 。 本 文 重 点 讨 论 Throughput 的测试，而本章则主要讲述 Throughput 测 试的测试目的、测试内容和测试定义。（1）为什么要有 Throughput 测试目的是测试 UE AP 层的吞吐量性能：在一个可复 现的实验室环境，模拟现实中的网络调度和无线环境， 来测试 UE 应用层使用 FTP 或者 UDP 传输所达到的平 均数据吞吐量。（2）Throughput 测试主要涉及哪些方面 衰 落 场 景 下 的 吞 吐 量 测 试（THR

3、OUGHPUT- FADING SCENARIOS）：测试终端在不同衰落场景下 的数据吞吐量。 压 力 场 景 下 的 吞 吐 量 测 试（THROUGHPUT- STRESS）：测试终端在不同传输模式下进行长时间传 输下（一般持续半小时传输）的吞吐量性能。 工 率 变 化 场 景 下 的 吞 吐 量 测 试（THROUGH- PUT-POWER SWEEP）：测试终端在信噪比变化下传输 的吞吐量性能。 功 耗 场 景 下 的 吞 吐 量 测 试（POWER CON- SUMPTION）：各 种 场 景 下 的 功 耗 ：同 频/异 频 小 区 重 选、有/无随机接入、RRC 连接态/非连接态

4、、有/无 TAU 过程、有上行/下行/并发数据业务。运营商在对数据性能进行测试时，一般有 3 种方式，即 Field Test、NV-IOT、NS-IOT。Field Test 是在现网 下进行测试，测试所用网络为商用网络，最为贴近用户 体 验 。 而 NV- IOT（Network Vendor- Interoperability Test）是在室内的模拟网下进行测试，测试所用的网络 配置和商用网络基本一致，但模拟网并未连接在商用 网 络 之 上 ；NS- IOT（Network Simulator- Interoperability Test）则是使用多家仪表厂家的仪表，对纷繁复杂的网 络

5、环境进行仿真，验证终端在各种网络环境下的互联 互通和数据性能。相对于外场和模拟网来说，NS-IOT 测试的优点在 于：可以根据自身的网络特点，灵活配置各种网络环 境；测试条件可以重复并且容易控制；可以检查实际网 络不支持的一些测试条件。总的来说，NS-IOT 测试一方面是为了进行可复现 的模拟，帮助客户解决问题，减少外场试验的需要，缩 短执行重复测试的时间，降低在重复测试中出错的可 能性，节约测试的成本；另一方面是为了测试一些不常 见的场景：如未被测试例覆盖的特殊场景或者现实网 络未实现的功能等。2测试简介· 68 ·七七泰七七尔七七检七七测七七泰 尔 检 测电信网技术20

6、14 年 8 月第 8 期（3）Throughput 测试应该是从一端到另外一端，数据吞吐量的一个体现。那么，如何定义两端？如何定 义吞吐量？一端是一台连接模拟核心网的服务器 PC。从理论上来说，另一端可以是 UE 本身（带相关 上传/下载的应用程序），也可以是连接 UE 的 PC。考 虑到测试终端本身的多样性，对于测试数据无法做到 统一性管理，收集数据很不方便。因此，在实际的开发 中，采用 UE 连接 PC 的方式。这样，在吞吐量统计、脚 本自动化方面实现统一化管理，较为便捷。毕竟仪表 厂家需要在这一端开发相应的软件，来执行数据吞吐 量的统计，对其取平均值与门限值进行对比，从而进行 判决。测

7、试的 UE AP 层吞吐量定义，从源（即服务器 PC 端）经网络下发至终端的单 位时间内总的用户数据比特单元 ，包 含 协 议 开 销（如 TCP、UDP 报头）和重传数据包。（5）服务器。（6）支持定义的无线衰落环境和高斯白噪声源。 系统构成如图 1、2 所示。如前所述，考虑到吞吐量统计和脚本自动化实现的便捷程度，目前仪表厂家 一般参照图 2 的连接方式来进行系统的组建。为保持 一 致 性 ，在 本 文 中 也 将 统 一 采 用 图 2 方 式 进 行 描 述 。 在测试过程中，首先终端在网络进行注册，建立无线承 载。在网络分配给终端相关 IP 后，开始进行数据传输： 下行数据从应用服务器

8、到核心网，然后从核心网到接 入网，从接入网再通过空中接口（射频线）传到终端，最 后终端通过 USB 线传到相连的电脑；反之，上行数据 的传输则是通过终端反向传输至应用服务器的过程。 最后，脚本对数据传输速率、传输时延进行统计，并与 门限进行对比，给出判决结果。3测试系统3.1 测试系统模型测试系统应具有如下设备（可以被隐含）：（1）UE。（2）装 好 UE 驱 动 ，可 与UE AP 层正常交互的电脑。（3）可以在测试中分配必要 IP 链接的系统模拟器。（4）客户端。图 1 NS-IOT 测试系统 1下面以 Anite 和 Anritsu 为例，对 NS-IOT 测试系统的物理构成进行介绍。3

9、.2 Anite NS-IOT 测试系统Anite 测 试 系 统 由 Anite9000 2.4、SAS PC、图 2 NS-IOT 测试系统 2· 69 ·TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGYNo.8CHNATTL TESTAutomation PC、一个交换机和手机构成（见图 3）。各部分所起作用如下：（1）Anite9000 2.4：可 仿 真 两 个 TD- LTE 小 区 的 系 统模拟器+内置高斯白噪声源和衰落模拟器。（2）SAS PC：安装服务器，模拟核心网的软件，运 行测试脚本，运行 AT 指令工具（TAG）。（3）A

10、utomation PC：安装客户端，运行 AT 指令工具（TAG）。3.3 Anritsu NS-IOT 测试系统图 4 主要用于空闲模式选择（重选）/LTE 内移动性/ 漫游/基本无线承载/数据吞吐量/功耗等相关测试；图 5 主要用于 Inter-RAT（TD-LTE/TSD-CDMA/GSM）移动图 3Anite NS-IOT 测试系统图 4 Anritsu NS-IOT 测试系统 1· 70 ·泰 尔 检 测 电信网技术2014 年 8 月第 8 期图 5 Anritsu NS-IOT 测试系统 2性/CSFB/双待等相关测试。Anritsu NS-IOT 系统各部

11、分器件起到的作用如下：（1）MD8430A：可仿真两个 TD-LTE 小区的系统模 拟器。（2）MF6900A：提供高斯白噪声源和衰落模拟器。（3）SIDE PC：模拟核心网的软件，运行测试脚本和AT 指令工具，安装客户端。（4）Sever PC：安装服务器。（5）MD8475A：可 仿 真 TD- SCDMA/GSM 小 区 的 系统模拟器。务加载，即步骤（3），是一个端到端的呈现。一个测试用例的速率不达标，不管是 Modern 物理层解调性能不 好，还是 AP 层和 Modern 高速率交互有问题，总之都会 大大降低用户体验。在测试过程中，主要使用 FTP 和 UDP 两种数据传 输方式，

12、本文将分别从传输层和应用层角度对数据传 输方式的选择进行说明。4.1 传输层协议从传输层协议来说，FTP（文件传输协议）传输主 要 使 用 的 是 TCP 传 输 层 协 议 。 那 么 ，为 什 么 需 要 考 察 TCP 传输层协议？ 如下几点强调了 TCP 传输的重 要性：（1）许多需要可靠数据传输的应用需要用 TCP 作 为传输层协议。（2）吞吐量对端到端的时延很敏感。（3）在双向、不对称的数据速率连接测试 FTP 显得 有利，因为下行速率被上行速率所限制；当 FTP 在一个 方向进行数据传输，TCP ACK 在另一个方向传输，所以 在一个方向上收到 TCP ACK 的时延，会对另一个

13、方向 的吞吐量产生负面影响。从传输层协议来说，UDP 传输主要使用的是 UDP 传输层协议。那么，为什么需要考察 UDP 协议？如下 几点强调了 UDP 传输的重要性：4测试原理一个 Throughput 的测试用例，主要步骤如下：（1）系 统 模 拟 器 初 始 化 小 区 、衰 落 、噪 声 等 信 道 环 境 。（2）UE 开机，在小区进行注册，建立默认承载和专 用承载。（3）根据不同测试用例规范需求，在不同的场景和 信道条件下，进行数据的 FTP 传输和 UDP 传输。由 于 步 骤（1）、（2）在 一 致 性 测 试 中 是 一 个 常 见 的流程，其判决和一致性测试也无区别，所以本

14、文不 再赘述。与一致性测试不同，NS-IOT 测试引入了真实的业· 71 · TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.8 CHNATTL TEST（1）基于 UDP 传输的数据表现，不像基于 TCP 的传输，是操作系统不可知的。（2）大多数多媒体应用所用到的实时传输协议都 是基于 UDP 协议的。（3）和 TCP 传输不同，一个方向的数据传输，不管 上行还是下行，都和另一个方向无关。4.2 应用层协议当使用 TCP 作为传输协议时，可以考虑如下的应 用层协议：FTP/TFTP/SFTP/HTTP/VoIP。为了减少测试量，目前仅使用

15、 FTP。FTP 在 TCP/ IP 的最上层运行，经常在应用层被使用，上传/下载的 表现对于一端的用户来说也是显而易见的。由于以下原因，没必要再用别的应用层协议来重 复进行测试：SFTP 和 HTTP 都用 TCP 作为传输协议，既然已 经用了 FTP，那么不必再使用它们来测试吞吐量。HTTP 主要是用户浏览网页的一个功能性的测 试。数据吞吐量对于用户来说，很难产生直观的感受。SFTP 是一个进程加强，一般用于测试 UE 中的 安全引擎。TFTP 通常用于嵌入式设备更新固件，可靠地使 用一个低占用堆栈，以避免使用完整的 TCP 协议栈。 TFTP 是一个请求响应协议，不是一个性能分析的候 选

16、方案。VoIP（RTP-Based）有种类繁多的应用程序，应用 程序兼容性是一个问题。对于 UDP，一般使用原始数据传输而不是定义 一个流媒体协议来简化 UDP 传输应用程序的需求。总 之 ，从 重 要 性 、可 操 作 性 等 角 度 出 发 ，目 前 的NS-IOT 测试系统在应用层主要考察 FTP 和 UDP 协议。5典型问题由于 NS-IOT 测试技术主要是对终端性能的考验，其测试过程受手机通信模块、手机 AP、电脑 AP 的影 响，复杂程度远超协议。目前主要有以下问题：（1）Modern 异 常 ：Modern 在 和 AP 测 的 配 合 过 程 中，出现异常，无法恢复。（2）物理

17、层问题：终端在接收功率发生改变的情况 下，未能及时反应，上报的 CQI 等参数的值低于预期， 影响了数据的传输速率。（3）AT 指令问题：具体表现在个别芯片对个别 AT 指 令 支 持 有 问 题 ；自 动 化 测 试 过 程 中 AT 指 令 返 回 Error 未生效；AT 端口异常。（4）UE 驱动与 PC 操作系统的兼容性问题：测试过 程中数据掉零，无法恢复。（5）射频校准问题：校准有问题导致速率不达标。（6）AP 层问题：测试机在进入空闲态后，AP 层（有 一些后台的应用）尝试进入连接态，重新发起系统不期 望的 RRC 建立。6结束语为了让用户体会到高速率、多业务的魅力，得到最优质的

18、服务质量，制造商、运营商和测试厂商都需要进 行比过去更多的测试来确保终端的稳定性及可靠性。 NS- IOT 聚焦于 多种网络条件下 的数据性能 ，至关重 要；测试的可操作性、可溯源性方面非常优秀；由于是 运营商自主定制，测试标准和测试方法的更新也会非 常及时。因此，NS-IOT 会在移动终端的发展过程中， 长期对提升终端质量做出重要贡献。A Survey of NS-IOT for Mobile CommunicationsAbstract For a carrier operator, quality of terminal can be seen as one of the most important requirement in the 4th generation wireless network. On one hand, high speed is the