TETRA空中接口協(xié)議測試

在亞洲、歐洲和南美洲不同專用移動集群通信網(wǎng)（PMR）技術的激烈競爭中，歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）制定的開放TETRA標準是明顯的勝利者。歐洲標準EN 300 392描述的TETRA空中接口協(xié)議符合ISO-OSI參考模式，旨在保證可靠性和工作安全性；這也是為什么行業(yè)企業(yè)以及管理部門都傾向于在公共安全機構（PSS）中采用它的原因。

當開發(fā)新的TETRA 終端或基站時，采用空中接口協(xié)議分析儀保證網(wǎng)絡單元符合TETRA標準要求非常關鍵。然而，為保證已運營TETRA 網(wǎng)絡在安全性可用性方面的苛刻要求，類似空中接口協(xié)議分析儀的測量設備對于保證服務質(zhì)量極端重要（參見圖框）。

圖 1：TETRA移動臺協(xié)議棧（話音和數(shù)據(jù)）

只需要快速瀏覽不同協(xié)議層的每一條消息就可以快速發(fā)現(xiàn)并解決可能會導致移動服務故障的與協(xié)議不符的終端行為。

協(xié)議層

TETRA協(xié)議分為多層：做為最低層的物理層是位傳輸層，也就是無線傳輸?shù)膶嶋H接口。所有與數(shù)據(jù)鏈路層有關的任務都在第2層，而第3層用于連接控制（網(wǎng)絡層）。用戶數(shù)據(jù)被轉發(fā)到應用層。此處簡要描述了與空中接口分析相關的協(xié)議層任務。

物理層

物理層或位傳輸層是TETRA協(xié)議的實際空中接口。要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，物理層要與較低層的MAC層通信。調(diào)制和解調(diào)、接收和發(fā)送間的轉換、頻率和時間同步以及移動較功率控制都屬于物理層的范圍。

下層媒體訪問控制層（Lower MAC）

下層MAC是數(shù)據(jù)保護層（第2層）的子層。其工作是從接收到猝發(fā)信號中過濾用戶數(shù)據(jù)、完成信道解碼、校正任何傳輸錯誤并將解碼數(shù)據(jù)指定到邏輯信道。然后數(shù)據(jù)被傳送到較高MAC。

在猝發(fā)發(fā)送時，下層MAC必須對接收自上層MAC的邏輯信道中的用戶數(shù)據(jù)進行編碼，適配到猝發(fā)包中并發(fā)送到物理層。

上層媒體訪問控制層（Upper MAC）

上層MAC也是第2層的一部分，主要根據(jù)邏輯信道處理接收自下層MAC的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)是信令數(shù)據(jù)（控制平面），那么會被轉發(fā)到邏輯鏈路控制子層。另一方面，業(yè)務信道的數(shù)據(jù)（用戶平面）則直接提供到更高的用戶層（4至7層）。在發(fā)送一側，業(yè)務數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)被分配到相應的邏輯信道并轉發(fā)到下層MAC。對于信令消息的發(fā)送，上層MAC需要控制復雜的隨機訪問過程。

在上層MAC，基站也管理控制幀協(xié)議。此協(xié)議負責發(fā)送基礎信道，并每18個幀數(shù)據(jù)發(fā)送同步和系統(tǒng)信息。

邏輯鏈路控制（LLC）

做為安全層（第2層）的子層，LLC的任務是對接收到的數(shù)據(jù)進行真實性檢查。對MLE發(fā)送來的需要發(fā)送的信令數(shù)據(jù)，LLC為其加上一個頭。如果另一方的模塊沒有接收到或確認，LLC則重新發(fā)送。在此過程中，持續(xù)告知更高層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)。

移動鏈路控制實體（MLE）

做為網(wǎng)絡層（第3層）的子層，MLE根據(jù)地址信息將接收到信令數(shù)據(jù)饋送到數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)控制、移動管理或電路模式控制實體子層。這一過程稱為協(xié)議路由。MLE扮演的另一個角色是選擇適當?shù)膯卧�，以及持續(xù)監(jiān)控相信單元的狀態(tài)。

此外，下行鏈路中的基站MLE創(chuàng)建D-MLE-SYNC 和 D-MLE-SYSINFO消息，為創(chuàng)建基礎信道提供重要信息。

移動管理（MM）

移動管理子層保證移動臺可以登錄到網(wǎng)絡并可以訪問。其任務覆蓋網(wǎng)絡注冊（登入）直至認證和防止不正當使用在內(nèi)的多種功能。

電路模式控制實體（CMCE）

電路模式控制實體任務可分為三個不同的方面。包括附加服務、短數(shù)據(jù)服務以及呼叫控制。

附加服務是在正常的話音和數(shù)據(jù)傳輸之外，可由網(wǎng)絡運營商提供的更多更高層應用層。短數(shù)據(jù)服務是支持發(fā)送短消息的特殊服務。呼叫控制負責建立呼叫。

子網(wǎng)相關會聚協(xié)議（SNDCP）

SNDCP支持用戶傳輸分組數(shù)據(jù)。這些服務一般用來為筆記本提供訪問計算網(wǎng)絡的能力，例如訪問TETRA網(wǎng)絡。

完成測試

TETRA協(xié)議通常采用離線分析方式，即選定傳輸信道上的所有消息首先被實時記錄下來，然后再進行評估。為做到這一點，協(xié)議測試儀通常需要直接置于射頻信道，即配備一個接收器。所有接收到的原始數(shù)據(jù)都用適當?shù)奈募�格式保存，可以進行編輯，供以后評估用。

例如，當連接建立時在不同的協(xié)議層之間有多種消息交換，因此必須找到一種適當?shù)娘@示流程有序地分析這一信息。消息序列表（MSC）已經(jīng)成為標準，并且能夠提供清楚的消息時間序列圖以及相應的發(fā)送層和目的層。在此視圖中，消息轉發(fā)的協(xié)議層以列的形式顯示出來。這意味著只需瀏覽一下就可以檢查出不完整或丟失的信令消息，并確定這些錯誤。例如如圖2所示。

圖 2：消息序列表（MSC）顯示不同層間的通信

每條顯示的消息都附加有時間戳，以及其它數(shù)據(jù)信息，如校驗各、加密信息以及性能和時隙控制標記。因此所有這些數(shù)據(jù)都可用于分析，如果需要的話，也可以顯示出來。

為進一步簡化分析并使視圖更清晰，可以利用專門的條件來過濾出單獨的協(xié)議層或消息。這一標準協(xié)議分析儀功能支持僅顯示某一層中的消息或僅顯示某種消息類型，當然反過來也可以僅屏蔽某一層中的消息或某種消息類型。因此在分析過程中，用戶可以將精力更準確地集中在記錄中懷疑有問題的地方。

利用協(xié)議分析儀的評估軟件功能，可以通過特定的過濾器功能標記中正常傳輸流中丟失或不完整的消息和錯誤消息。

此處提到的過濾功能不僅可以在離線模式下使用，還可以用于實時分析。

錯誤診斷

如圖3所示的錯誤消息例子。其中注冊流程的一部分出現(xiàn)問題，在記錄的原始數(shù)據(jù)中相應的消息以紅色標記出來。

圖 3：協(xié)議分析儀還可以提供故障排除和錯誤分析支持

一部 TETRA移動設備試圖觸發(fā)基站的用戶位置更新。消息做為信令被轉發(fā)到移動管理協(xié)議層，并在這一層導致錯誤。有關這一消息的詳細信息可在顯示屏幕的下半部分看到；根據(jù)TETRA標準，在實際信令消息中增加了兩位長的附加消息。然而，在解碼過程中長度指示地表示僅有一位長附加信息。這種情況被做為純文本錯誤消息（消息太短）。因此，由于消息太短不符合TETRA標準要求，用戶位置更新失敗，相應的TETRA移動設備將會被基站拒絕。

另一例子如圖4所示。根據(jù)TETRA SDS（短數(shù)據(jù)服務）服務，應當傳送一條短消息。為此，一條協(xié)議消息到達SDS-TL，同時生成一條確認接收報告。如果消息沒有完全解碼（如本例中的情況），確認消息沒有發(fā)送。因此會導致發(fā)送設備白白等待確認消息。分析軟件將決定性的“SDS report”信令標記為紅色，從而可以容易地發(fā)現(xiàn)這一問題。

圖 4：協(xié)議分析儀可以發(fā)現(xiàn)短消息中的錯誤

工作流程框圖顯示了網(wǎng)絡和終端協(xié)議層間的空中接口檢測到的消息。因此，空中接口也非常適于分析更高層的協(xié)議層，因為空中接口的信號可以訪問并且協(xié)議是明確的，而一般網(wǎng)絡基礎設施中的設備通常都有非標準的私有接口。

TETRA AirAnalyzer

德國威爾泰克的系列產(chǎn)品中就包含一種現(xiàn)代TETRA協(xié)議分析儀（參看圖5）。 Willtek 8140 TETRA AirAnalyzer為前向和反向鏈路配備了兩個高靈敏度接收器，能夠記錄無線信道上的所有消息，包括從移動設備到基站和基站到移動設備兩個方向。與基于簡單的射頻設備的解決方案不同， 8140 TETRA AirAnalyzer基于TETRA參考協(xié)議棧。因此可以解碼所有信令和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，并檢查其一致性。語音解碼器選件支持為了分析目的監(jiān)控TETRA網(wǎng)絡上的對話并以WAV文件格式記錄下來。此外，8140還可以解碼靜態(tài)和/或動態(tài)加密的數(shù)據(jù)。設備本身通過以太網(wǎng)連接到控制PC，在分析軟件上運行分析軟件。因此，這使得TETRA AirAnalyzer成為評估TETRA網(wǎng)絡服務質(zhì)量的非常有用的工具。

圖5（參考文本框1）

服務質(zhì)量（QoS）

TETRA網(wǎng)絡建成后一般由負有安全責任的部門和機構使用，因此不能與一般商用移動服務相比。員工的工作完全依賴于網(wǎng)絡的功能和可用性，而在極端情況下，防火隊員或警察的生命可能都有賴于網(wǎng)絡可用性。因此，與普通商用移動無線網(wǎng)絡相比，TETRA無線網(wǎng)絡運營服務的質(zhì)量有特別的要求，例如建立無線鏈路的時間非常重要。

由于這一原因，TETRA網(wǎng)絡的“服務質(zhì)量”分析必須根據(jù)安全服務部門服務的特殊情況和標準進行。在此過程中，首先對從接收信號電平到小區(qū)變化后呼叫恢復流程的成功率、調(diào)制質(zhì)量、小區(qū)最大呼叫數(shù)據(jù)評估，直至呼叫建立時間或話音延遲在內(nèi)的各個參數(shù)進行測量并進行統(tǒng)計評估。

此處的目標是發(fā)現(xiàn)移動服務提供的現(xiàn)有瓶頸或潛在威脅，如小區(qū)負載水平、呼叫建立時間（如圖所示），或者呼叫中止的頻率和錯誤原因。利用這些結果，移動電話網(wǎng)絡可以始終保持在最佳的狀態(tài)，從而盡最大可能達到其建設目標。

圖6（參考文本框2）

作者簡介：Thomas Riedl 在移動電話網(wǎng)絡系統(tǒng)技術方面有8年的專業(yè)經(jīng)驗，目前擔任德國威爾泰克通訊技術有限公司產(chǎn)品經(jīng)理。