TETRA空中接口協(xié)議測(cè)試

在亞洲、歐洲和南美洲不同專(zhuān)用移動(dòng)集群通信網(wǎng)（PMR）技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）制定的開(kāi)放TETRA標(biāo)準(zhǔn)是明顯的勝利者。歐洲標(biāo)準(zhǔn)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(mén)都傾向于在公共安全機(jī)構(gòu)（PSS）中采用它的原因。

當(dāng)開(kāi)發(fā)新的TETRA 終端或基站時(shí)，采用空中接口協(xié)議分析儀保證網(wǎng)絡(luò)單元符合TETRA標(biāo)準(zhǔn)要求非常關(guān)鍵。然而，為保證已運(yùn)營(yíng)TETRA 網(wǎng)絡(luò)在安全性可用性方面的苛刻要求，類(lèi)似空中接口協(xié)議分析儀的測(cè)量設(shè)備對(duì)于保證服務(wù)質(zhì)量極端重要（參見(jiàn)圖框）。

圖 1：TETRA移動(dòng)臺(tái)協(xié)議棧（話(huà)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(huì)導(dǎo)致移動(dòng)服務(wù)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(wú)線傳輸?shù)膶?shí)際接口。所有與數(shù)據(jù)鏈路層有關(guān)的任務(wù)都在第2層，而第3層用于連接控制（網(wǎng)絡(luò)層）。用戶(hù)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用層。此處簡(jiǎn)要描述了與空中接口分析相關(guān)的協(xié)議層任務(wù)。

物理層

物理層或位傳輸層是TETRA協(xié)議的實(shí)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(zhuǎn)換、頻率和時(shí)間同步以及移動(dòng)較功率控制都屬于物理層的范圍。

下層媒體訪問(wèn)控制層（Lower MAC）

下層MAC是數(shù)據(jù)保護(hù)層（第2層）的子層。其工作是從接收到猝發(fā)信號(hào)中過(guò)濾用戶(hù)數(shù)據(jù)、完成信道解碼、校正任何傳輸錯(cuò)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M(jìn)AC。

在猝發(fā)發(fā)送時(shí)，下層MAC必須對(duì)接收自上層MAC的邏輯信道中的用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)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(wèn)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(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到邏輯鏈路控制子層。另一方面，業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)（用戶(hù)平面）則直接提供到更高的用戶(hù)層（4至7層）。在發(fā)送一側(cè)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)被分配到相應(yīng)的邏輯信道并轉(zhuǎn)發(fā)到下層MAC。對(duì)于信令消息的發(fā)送，上層MAC需要控制復(fù)雜的隨機(jī)訪問(wèn)過(guò)程。

在上層MAC，基站也管理控制幀協(xié)議。此協(xié)議負(fù)責(zé)發(fā)送基礎(chǔ)信道，并每18個(gè)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(wù)是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)性檢查。對(duì)MLE發(fā)送來(lái)的需要發(fā)送的信令數(shù)據(jù)，LLC為其加上一個(gè)頭。如果另一方的模塊沒(méi)有接收到或確認(rèn)，LLC則重新發(fā)送。在此過(guò)程中，持續(xù)告知更高層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)。

移動(dòng)鏈路控制實(shí)體（MLE）

做為網(wǎng)絡(luò)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(dòng)管理或電路模式控制實(shí)體子層。這一過(guò)程稱(chēng)為協(xié)議路由。MLE扮演的另一個(gè)角色是選擇適當(dāng)?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(chǔ)信道提供重要信息。

移動(dòng)管理（MM）

移動(dòng)管理子層保證移動(dòng)臺(tái)可以登錄到網(wǎng)絡(luò)并可以訪問(wèn)。其任務(wù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)（登入）直至認(rèn)證和防止不正當(dāng)使用在內(nèi)的多種功能。

電路模式控制實(shí)體（CMCE）

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

附加服務(wù)是在正常的話(huà)音和數(shù)據(jù)傳輸之外，可由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的更多更高層應(yīng)用層。短數(shù)據(jù)服務(wù)是支持發(fā)送短消息的特殊服務(wù)。呼叫控制負(fù)責(zé)建立呼叫。

子網(wǎng)相關(guān)會(huì)聚協(xié)議（SNDCP）

SNDCP支持用戶(hù)傳輸分組數(shù)據(jù)。這些服務(wù)一般用來(lái)為筆記本提供訪問(wèn)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的能力，例如訪問(wèn)TETRA網(wǎng)絡(luò)。

完成測(cè)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(shí)時(shí)記錄下來(lái)，然后再進(jìn)行評(píng)估。為做到這一點(diǎn)，協(xié)議測(cè)試儀通常需要直接置于射頻信道，即配備一個(gè)接收器。所有接收到的原始數(shù)據(jù)都用適當(dāng)?shù)奈募�格式保存，可以進(jìn)行編輯，供以后評(píng)估用。

例如，當(dāng)連接建立時(shí)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(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)，并且能夠提供清楚的消息時(shí)間序列圖以及相應(yīng)的發(fā)送層和目的層。在此視圖中，消息轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)議層以列的形式顯示出來(lái)。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(cuò)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(shí)間戳，以及其它數(shù)據(jù)信息，如校驗(yàn)各、加密信息以及性能和時(shí)隙控制標(biāo)記。因此所有這些數(shù)據(jù)都可用于分析，如果需要的話(huà)，也可以顯示出來(lái)。

為進(jìn)一步簡(jiǎn)化分析并使視圖更清晰，可以利用專(zhuān)門(mén)的條件來(lái)過(guò)濾出單獨(dú)的協(xié)議層或消息。這一標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)型，當(dāng)然反過(guò)來(lái)也可以?xún)H屏蔽某一層中的消息或某種消息類(lèi)型。因此在分析過(guò)程中，用戶(hù)可以將精力更準(zhǔn)確地集中在記錄中懷疑有問(wèn)題的地方。

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

此處提到的過(guò)濾功能不僅可以在離線模式下使用，還可以用于實(shí)時(shí)分析。

錯(cuò)誤診斷

如圖3所示的錯(cuò)誤消息例子。其中注冊(cè)流程的一部分出現(xiàn)問(wèn)題，在記錄的原始數(shù)據(jù)中相應(yīng)的消息以紅色標(biāo)記出來(lái)。

圖 3：協(xié)議分析儀還可以提供故障排除和錯(cuò)誤分析支持

一部 TETRA移動(dòng)設(shè)備試圖觸發(fā)基站的用戶(hù)位置更新。消息做為信令被轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)管理協(xié)議層，并在這一層導(dǎo)致錯(cuò)誤。有關(guān)這一消息的詳細(xì)信息可在顯示屏幕的下半部分看到；根據(jù)TETRA標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際信令消息中增加了兩位長(zhǎng)的附加消息。然而，在解碼過(guò)程中長(zhǎng)度指示地表示僅有一位長(zhǎng)附加信息。這種情況被做為純文本錯(cuò)誤消息（消息太短）。因此，由于消息太短不符合TETRA標(biāo)準(zhǔn)要求，用戶(hù)位置更新失敗，相應(yīng)的TETRA移動(dòng)設(shè)備將會(huì)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(wù)）服務(wù)，應(yīng)當(dāng)傳送一條短消息。為此，一條協(xié)議消息到達(dá)SDS-TL，同時(shí)生成一條確認(rèn)接收?qǐng)?bào)告。如果消息沒(méi)有完全解碼（如本例中的情況），確認(rèn)消息沒(méi)有發(fā)送。因此會(huì)導(dǎo)致發(fā)送設(shè)備白白等待確認(rèn)消息。分析軟件將決定性的“SDS report”信令標(biāo)記為紅色，從而可以容易地發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題。

圖 4：協(xié)議分析儀可以發(fā)現(xiàn)短消息中的錯(cuò)誤

工作流程框圖顯示了網(wǎng)絡(luò)和終端協(xié)議層間的空中接口檢測(cè)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?yàn)榭罩薪涌诘男盘?hào)可以訪問(wèn)并且協(xié)議是明確的，而一般網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的設(shè)備通常都有非標(biāo)準(zhǔn)的私有接口。

TETRA AirAnalyzer

德國(guó)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(gè)高靈敏度接收器，能夠記錄無(wú)線信道上的所有消息，包括從移動(dòng)設(shè)備到基站和基站到移動(dòng)設(shè)備兩個(gè)方向。與基于簡(jiǎn)單的射頻設(shè)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(yǔ)音解碼器選件支持為了分析目的監(jiān)控TETRA網(wǎng)絡(luò)上的對(duì)話(huà)并以WAV文件格式記錄下來(lái)。此外，8140還可以解碼靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)加密的數(shù)據(jù)。設(shè)備本身通過(guò)以太網(wǎng)連接到控制PC，在分析軟件上運(yùn)行分析軟件。因此，這使得TETRA AirAnalyzer成為評(píng)估TETRA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的非常有用的工具。

圖5（參考文本框1）

服務(wù)質(zhì)量（QoS）

TETRA網(wǎng)絡(luò)建成后一般由負(fù)有安全責(zé)任的部門(mén)和機(jī)構(gòu)使用，因此不能與一般商用移動(dòng)服務(wù)相比。員工的工作完全依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)的功能和可用性，而在極端情況下，防火隊(duì)員或警察的生命可能都有賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)可用性。因此，與普通商用移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，TETRA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)的質(zhì)量有特別的要求，例如建立無(wú)線鏈路的時(shí)間非常重要。

由于這一原因，TETRA網(wǎng)絡(luò)的“服務(wù)質(zhì)量”分析必須根據(jù)安全服務(wù)部門(mén)服務(wù)的特殊情況和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在此過(guò)程中，首先對(duì)從接收信號(hào)電平到小區(qū)變化后呼叫恢復(fù)流程的成功率、調(diào)制質(zhì)量、小區(qū)最大呼叫數(shù)據(jù)評(píng)估，直至呼叫建立時(shí)間或話(huà)音延遲在內(nèi)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估。

此處的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)移動(dòng)服務(wù)提供的現(xiàn)有瓶頸或潛在威脅，如小區(qū)負(fù)載水平、呼叫建立時(shí)間（如圖所示），或者呼叫中止的頻率和錯(cuò)誤原因。利用這些結(jié)果，移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)可以始終保持在最佳的狀態(tài)，從而盡最大可能達(dá)到其建設(shè)目標(biāo)。

圖6（參考文本框2）

作者簡(jiǎn)介：Thomas Riedl 在移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)方面有8年的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，目前擔(dān)任德國(guó)威爾泰克通訊技術(shù)有限公司產(chǎn)品經(jīng)理。