本文介紹了一種應(yīng)用在LTE協(xié)議棧系統(tǒng)軟件開發(fā)過程的測試和調(diào)試的模型，并給出了測試模型的應(yīng)用結(jié)果。該模型以LTE接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)為原型，分層調(diào)試為思想，多彩模塊化打印為手段，具有環(huán)境簡易、調(diào)試方便的特點(diǎn)，對協(xié)議棧軟件調(diào)試和分析具有良好的輔助作用。
1 LTE 協(xié)議棧架構(gòu)
LTE系統(tǒng)由核心網(wǎng)絡(luò)（EPC）、無線網(wǎng)絡(luò)（E-UTRAN）和用戶設(shè)備（UE）構(gòu)成?；荆╡NodeB）之間通過X2接口相連組成接入網(wǎng)，其空口協(xié)議棧分為控制面和用戶面，圖1 是控制面的架構(gòu)，用戶面與控制面架構(gòu)類似。
NAS層、RRC層統(tǒng)稱為L3層，主要負(fù)責(zé)信令和無線資源控制。PDCP層［4］、RLC層［5］、MAC 層統(tǒng)稱為L2 層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路，PHY層則是向高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。
2.1 測試環(huán)境
測試環(huán)境模擬LTE系統(tǒng)架構(gòu)來搭建，分別為移動(dòng)管理實(shí)體（MME）/服務(wù)網(wǎng)關(guān)（SGW）、 eNodeB和UE，整體的測試框架如圖2所示，主要分為L2/L3高層協(xié)議測試和L1/L2/L3 層協(xié)議測試兩部分。本文測試中使用了中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所無線通信技術(shù)中心自主研發(fā)的LTE終端協(xié)議棧軟件、LTE Femtocell協(xié)議棧軟件和LTE網(wǎng)關(guān)軟件。為便于分析問題，采用了單用戶模式舉例，多用戶情況以此類推。
LTE協(xié)議棧軟件功能眾多，按照分層化思路進(jìn)行調(diào)試分析是一個(gè)不錯(cuò)的開始。先分別進(jìn)行單層測試，確保各層功能的正確與穩(wěn)定性，然后再逐層遞加進(jìn)行測試。
L2 層數(shù)據(jù)鏈路通過后，再開始信令面和用戶面的測試。在定位棘手的問題時(shí)，一層一層追蹤數(shù)據(jù)流向，可以達(dá)到事半功倍的效果。舉例來說，在測試下行用戶面時(shí)，首先確認(rèn)基站PDCP 層是否收到數(shù)據(jù)包，確認(rèn)后查看數(shù)據(jù)有沒有通過PDCP 層轉(zhuǎn)發(fā)下去；如果PDCP 層沒有問題，數(shù)據(jù)是否到達(dá)RLC 層；如果到達(dá)RLC 層，MAC層是否進(jìn)行調(diào)度發(fā)送。
2.3 網(wǎng)絡(luò)封包捕獲解析
網(wǎng)絡(luò)封包捕獲解析程序可從以太網(wǎng)卡中捕獲數(shù)據(jù)流并進(jìn)行解析顯示。這里推薦使用wireshark，它是一款常用的優(yōu)秀開源網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件，提供了自定義協(xié)議解析插件的編程接口，可以讓使用者開發(fā)適用于自定義協(xié)議的插件。目前wireshark 中已經(jīng)提供了RRC 層、PDCP 層、RLC層、MAC層的解析插件，只需要在協(xié)議數(shù)據(jù)包前加上特殊的解析包頭即可調(diào)用解析，看到各個(gè)消息的名稱和字段的值。在抓包以后，可以將抓包另存為 pcap文件，方便下次查看。尤其在L1/L2 層集成測試時(shí)，MAC/PHY API 接口是處理MAC 層消息，控制并調(diào)度PHY物理層鏈路處理的重要接口，MAC/PHY API的高效性和完備性直接影響到物理層處理的效率和正確性。
因此需要編寫能夠解析MAC/PHY API的wireshark網(wǎng)絡(luò)封包軟件的插件程序，使得wireshark 能夠顯示兩層接口之間交互的信息，如圖3所示。
在測試L2/L3 層時(shí)，可先用以太網(wǎng)模擬PHY 層，網(wǎng)關(guān)程序、基站協(xié)議棧程序、終端協(xié)議棧程序、網(wǎng)絡(luò)封包捕獲解析程序分別各自運(yùn)行在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，通過udpsocket編程來發(fā)送MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)包，同時(shí)將RRC、PD-CP、RLC、MAC 層的協(xié)議數(shù)據(jù)包通過udp socket 編程抄送至網(wǎng)絡(luò)封包捕獲程序，網(wǎng)絡(luò)封包捕獲程序則監(jiān)視設(shè)定的udp端口來抓取數(shù)據(jù)。
2.5 調(diào)試信息顯示
2.5.1 打印位置
調(diào)試信息的打印是測試的關(guān)鍵。LTE 系統(tǒng)中傳輸時(shí)間間隔（TTI）被定義為1 ms，也就是說1 ms內(nèi)需要將調(diào)度或者收發(fā)數(shù)據(jù)完全處理，每個(gè)子幀都有可能需要打印調(diào)試信息，將帶給硬件不小的壓力。在單獨(dú)測試L2/L3層協(xié)議時(shí)，可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序，目前大部分計(jì)算機(jī)的性能可以滿足需求，因此調(diào)試信息可以直接在窗口中打印。當(dāng)加入L1層進(jìn)行集成測試時(shí)，嵌入式開發(fā)板資源相對比較短缺，大量的I/O操作會(huì)嚴(yán)重占用CPU使用率，而CPU 與以太網(wǎng)卡的交互速率更快。這里使用的PHY層開發(fā)板為飛思卡爾公司生產(chǎn)的BSC9131，專門用于開發(fā)家庭基站，CPU 為單核1 GHz，打印信息較多時(shí)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致開發(fā)板掛掉，解決的方法是應(yīng)用udpsocket發(fā)送機(jī)制將調(diào)試信息通過以太網(wǎng)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中則編寫簡單的 wireshark解析插件后進(jìn)行捕獲解析。此方法經(jīng)過實(shí)際項(xiàng)目檢驗(yàn)有效可行，沒有再出現(xiàn)掛掉的情況。
2.5.2 模塊化多色打印
直接在計(jì)算機(jī)上顯示時(shí)，采用在程序中開發(fā)相應(yīng)的專用打印模塊的方法，不同的優(yōu)先級(jí)打印信息顯示不同的顏色，并且能夠顯示程序運(yùn)行的狀態(tài)、出錯(cuò)的位置。
在與L1 層集成測試時(shí)，同樣可以選擇多彩化打印。
wireshark支持不同的協(xié)議或者端口顯示不同的顏色，只需要簡單的設(shè)置即可，這給我們調(diào)試提供了便利。應(yīng)用這種方式，在調(diào)試信息繁多時(shí)可以極大的提高調(diào)試效率。圖4為wireshark主窗口多色顯示的結(jié)果，從圖4中可見，視覺效果十分明顯。
