软件工程硕士学位论文GSMGPRS网络综合测试仪软件系统的设计与实现.doc

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1、 中国科学技术大学工程硕士学位论文GSM/GPRS网络综合测试仪软件系统的设计与实现 作者姓名： 学科专业： 软件工程导师姓名： 完成时间： 二八年十月二十日University of Science and Technology of ChinaA dissertation for masters degree of engineering The Design and Implementation of Software System of GSM/GPRS Network Multi-purpose Test DeviceAuthors Name： Jiang ZhonghuaSpeci

2、ality： Software engineeringSupervisor： Cao Xianbin, Yin MinFinished time: October 20th, 2008摘要随着3G网络的普及以及IP多媒体子系统（IMS，IP Multimedia Subsystem）等新技术的提出，移动通信设备的研发速度不断加快。而在新设备的研发过程中，如何有地效模拟真实应用环境以对研发中的设备进行高效的系统测试，成为移动通信系统设备研发过程中的一个关键难题。目前，各移动通信设备研发厂商普遍采用综合测试仪对研发中的设备进行测试以解决这一难题。因此，作为用于测试的设备，综合测试仪软件系统的效率、

3、可靠性以及健壮性直接关系到被测系统的最终质量。本文结合LGC公司现有的低成本GSM/GPRS网络综合测试仪的硬件设备，设计并实现了该测试仪的嵌入式软件系统。该软件系统基于MCS-51微处理器和Wavecom GSM移动台模块，使用Intel PL/M51语言开发，能够通过GSM空中接口，对GSM/GPRS网络系统进行多达128路无线信道的多业务、大负载测试，有效地解决了在实验室环境中模拟真实应用场景进行大负载系统级测试这一难题。并且由于高度模块化的设计和对高速数据传输测试的支持，仅仅通过更换Wavecom移动台模块，便能支持WCDMA/CDMA2000等3G系统甚至以后的IMS系统。本文完成的

4、主要工作包括：结合已有的低成本硬件设备，完成GSM/GPRS网络综合测试仪软件系统的需求分析与概要设计；通过模块化的设计思想对软件系统中的各子系统进行了详细设计，并采用PL/M-51程序设计语言实现了整个嵌入式软件系统；并在最后对综合测试仪进行了测试与验证。【关键词】 GSM/GPRS 测试仪 嵌入式软件系统 PL/M-51ABSTRACTWith the commercial deployment of 3G mobile communications network and the introduction of IMS (IP Multimedia Subsystem) technolo

5、gies, the development of new mobile communication is speeding up. How to simulate the real environment to test the new system effectively and efficiently during the development is the most important thing in the system test. Now the multi-purpose test device is widely used in the industry to solve t

6、his problem. As a test device, the efficiency and robustness of its software system has direct connection with the quality of the system undertest.Based on the available hardware of LGC Wireless Inc, This paper designed and implemented a new effective and efficientcy software system of GSM/GPRS netw

7、ork multi-purpose test device, which is developed by PL/M-51 programming language. With this new software, the test device can generats high load traffic to the GSM/GPRS network through the air interface with 128 wireless channels. It is an effective solution to simulate the real environment in the

8、system test lab during the development of a new system. And the test device can be easily upgrade to test the 3G network like WCDMA and IMS by replacing the Wavecom module due to its modularized software structure and the support of high speed data transmission.The work of this paper includes: the r

9、equirements analysis and preliminary design of the multi-purpose GSM/GPRS test device software system based on the available hardware; the detailed design of LAN subsystem, Test control subsystem, Mobile station driver subsystem and GUI Console subsystem with modular design method; And the test and

10、verify of the system after implementation.Key Words: GSM/GPRSTest deviceEmbeded Software SystemPL/M-51目录第 一 章 引言11.1 移动通信网络综合测试仪的重要性11.2 本文研究背景11.2.1 本文的工程背景与需求11.2.2 本文研究的硬件环境31.3 国内外现状41.3.1 已实现系统的现状41.3.2 实现技术方面的现状71.4 论文主要工作与内容安排81.4.1 本文主要工作81.4.2 论文内容安排9第 二 章 系统需求分析与概要设计102.1 GSM/GPRS网络综合测试仪软件

11、系统的需求分析102.1.1 GSM/GPRS网络结构介绍102.1.2 GSM/GPRS网络的测试需求152.1.3 综合测试仪的物理硬件结构162.1.4 GSM/GPRS网络综合测试仪软件系统的需求182.2 综合测试仪系统软件概要设计192.2.1 逻辑结构192.2.2 逻辑子系统间的通信212.2.3 系统参数设计242.3 本章小结26第 三 章 系统详细设计与实现273.1 公共模块273.1.1 Boot Loader程序设计273.1.2 中断处理和任务调度模块设计293.1.3 IIC驱动程序设计333.2 LAN子系统343.2.1 以太网驱动程序设计353.2.2 简

12、化的IP/UDP协议模块设计373.3 测试控制子系统413.3.1 位置更新测试模块设计413.3.2 呼叫测试模块设计423.3.3 短消息测试模块设计453.3.4 CSTA统计模块设计473.3.5 自检与异常处理模块设计473.4 移动台控制子系统483.4.1 AT命令转换模块设计483.4.2 GPRS数据传输测试模块设计493.4.3 PPP协议模块设计503.5 控制台子系统533.5.1 GUI模块设计533.5.2 CSTA模块设计603.6 本章小结62第 四 章 系统测试与验证634.1 测试系统结构634.2 测试方案644.2.1 测试参数644.2.2 测试方案

13、与检验标准654.3 测试结果分析664.3.1 系统稳定性与成功率664.3.2 系统性能674.3.3 系统误差684.3.4 异常情况694.4 本章小结69第 五 章 结束语705.1 论文的主要工作705.2 工作展望71参考文献72图索引74表索引76致谢77第 一 章 引言1.1 移动通信网络综合测试仪的重要性20世纪90年代以来，随着第二代移动通信网络的普及和3G网络的商用，移动通信技术得到了飞速发展，经历了从模拟到数字的转变；从窄带数字技术向宽带数字技术发展；从单一的语音通信向以数据通信为核心的移动互联网、移动多媒体的发展1。同时，在国际电信联盟（ITU，Internatio

14、nal Telecom Union）的推动下，各种技术不断朝着标准化的方向发展，互联互通和漫游等问题基本得到了解决。然而，对于移动通信设备研发厂商来说，技术的飞速发展使得他们必须不断地升级和更新他们的系统以满足技术的要求；同时，标准化的实施使得不同公司的系统在功能上日趋同质化，竞争的核心因而转变为系统的可靠性、稳定性以及服务等方面。这对所有的移动通信设备研发厂商都提出了新的要求，即如何在更短的时间内向市场推出更加高效、稳定的产品以满足客户需求。在移动通信系统设备的研发过程中，系统测试是保证系统业务功能的正确性和整体可靠性的最为重要的环节。然而，在新的市场形势下，传统上仅仅通过测试人员人工操作手

15、机对系统进行测试的方式已远远不能满足系统测试的需求。采用新的自动化测试仪器代替测试人员对系统进行全自动的功能和性能测试已成为各厂商的共识。在某种程度上来说，自动综合测试仪的优劣直接关系到系统的可靠性和稳定性以及售后服务的及时性，直接关系到各厂商的市场竞争力，是系统研发过程中最为重要的辅助设备之一。因此，综合测试仪软件系统的效率、稳定性以及健壮性就显得尤为重要。1.2 本文研究背景1.2.1 本文的工程背景与需求本文研究的项目源于LGC公司在移动通信网络设备研发过程中的工程需求。LGC无线通信设备有限公司是一家从事高性价比，容量可配置的 GSM/CDMA移动通信系统开发的公司。近年来，公司不断接

16、到全球各地客户的投诉，反应系统在高负载环境下存在不稳定的现象，甚至在某些特定情况下出现系统停机导致通信中断的严重事件，极大地影响了公司的信誉和客户的信心。因此，在启动新一代GSM软交换系统研发之前，公司决定重新审视系统开发测试流程，解决系统的稳定性问题。经过分析，我们发现造成系统不稳定的因素主要在于测试阶段未能对系统进行充分有效的测试，从而导致一些不稳定因素遗留在系统中。在以往系统的研发过程中，测试流程依据CSIP嵌入式系统测试框架，分为以下几个阶段（如图1.1所示）：图1.1 CSIP嵌入式系统质量评测体系框架1) 单元测试：由各模块的开发人员在编码完成后进行。采用白盒测试方式对模块进行代码

17、级的测试。2) 集成测试：由集成测试人员在系统集成时进行。主要针对各模块之间的接口，测试各子系统和各模块协同工作的正确性。主要采用公司自行开发的Message Simulator软件模拟相关子系统/模块被测子系统/模块进行交互，通过检验各子系统/模块之间的消息或信令流程来验证各子系统/模块协同工作的正确性。3) 系统测试：由系统测试人员在系统集成后进行，是测试流程中最为重要的阶段，直接关系到产品的质量和性能。测试内容包括系统级功能测试、系统级性能测试、压力测试、可靠性测试以及系统兼容性测试。其中，功能测试主要依靠测试人员操作手机对系统各项功能进行验证；性能测试、压力测试和可靠性测试则是将系统分

18、为网络子系统（BSS）和基站子系统（NSS）两个子系统分别进行测试：网络子系统采用信令测试仪和模拟呼叫器，基站子系统则采用模拟呼叫器、蜂窝基站测试仪和无线电综测仪进行测试。造成系统不稳定的因素在于系统测试阶段进行压力测试和可靠性测试时，缺乏一个有效的手段模拟系统的现实应用环境对整个系统进行大容量高负载的测试。现有测试手段仅仅针对某个子系统进行，对整个系统缺乏有效的可靠性测试手段。这直接导致了系统中残留有潜在的不稳定因素，从而造成系统在高负载环境下的不稳定。要解决这个问题，必须找到一个有效的手段和测试设备充分有效地模拟现实应用环境对系统进行压力测试和可靠性测试。1.2.2 本文研究的硬件环境本文

19、研究的综合测试仪软件系统基于LGC公司已有的低成本硬件设备。该硬件系统由经过改造的传统的电路交换系统中的主控设备以及Wavecom工控移动台组成，具体包括以下两部分：1) 控制板：控制板由两块MCS-51 微处理器以及一块以太网处理芯片组成，每块CPU拥有64KB的可访问RAM以及64KB的ROM。CPU之间通过IIC总线进行通信。2) 载板：载板包括一块MCS-51 CPU以及两块Wavecom Q2306A工控移动台模块。该MCS-51微处理器同样拥有64KB的可访问RAM以及64KB的ROM。CPU与Wavecom模块之间通过串口连接。Wavecom Q2306A无线模块是一款符合ETS

20、I GSM Phase2+标准的工控移动台模块，支持三频GSM/GPRS网络（900/1800/1900MHz），由标准的AT命令控制。控制板和载板之间通过IIC总线进行通信。1.3 国内外现状本节从目前国内外市场上已经实现的系统和其所采用的技术两方面，来总结与分析现有GSM/GPRS网络综合测试仪的国内外现状。1.3.1 已实现系统的现状从2000年开始，GSM/GPRS移动通信网自动测试系统被业界开始提出和实现，但由于市场规模和使用范围的限制，没有统一的测试标准和规范，缺乏明确的评价指标，业务功能上也是不尽相同，各有特色各有侧重。这些研究和应用主要分为两种情况2：一是以做GSM/GPRS通

21、信系统支持的IT公司面向移动通信运营商开发的自动测试系统。这些厂家有普天科技、福建新大陆电脑科技有限公司、深圳市铭泰通讯设务有限公司、北京美迪特通信设备有限公司等。如北京美迪特公司的自动拨测系统，其结构如图1.2所示：图1.2 美迪特公司自动拨测系统结构系统由拨测中心和拨测设备组成。拨测中心由数据库服务器、拨测管理终端、统计管理工作站、通信服务器及图表输出设备组成，软件采用Windows2000 Server操作系统，SYBASE通用数据库。拨测设备有MD61A固定拨测单元、MD62A便携拨测单元、MD63A车载拨测单元。拨测设备通过以太网、GSM网、CF卡（人工）、拨号网、E1方式与拨测中心

22、进行通信。固定拨测单元有12个通信信道，既可做主叫测试也可做被叫测试。其中有8个无线信道（GSM）和4个有线信道（PSTN）。无线信道可以任意更换SIM卡的类型。系统支持以下功能：1) 制定拨测计划脚本。2) 存储拨测设备返回的测试信息，并能长期保存供查询分析用。3) 监测系统内拨测设备所在地的网络信号强度、小区ID、通话质量等信息。4) 监测系统内拨测设备的运行状态，如拨测设备中所插SIM卡的电话号码。5) 统计管理，将测试结果进行统计分析形成各种图形和报表。6) 维护串口可与笔记本连接进行设备的数据维护和参数设置。7) 自动检测SIM卡的信息，当更换新卡时主动上传新卡信息。8) 自动进行呼

23、叫和应答呼叫。9) 语音提示。10) DTMF收发。虽然该系统功能比较完备，能够满足一定的测试需求，但是却很少应用于系统设备的研发测试中，其原因分析起来有以下几点：1) 系统结构复杂，操作和设置比较麻烦，需要专门人员学习维护。2) 单套系统仅支持4路8条无线信道，远远无法满足压力测试的需要。3) 暂时无法支持短信发送和GPRS数据传输测试。4) 价格昂贵，因此很难通过组合使用多套系统进行压力测试。二是由一些移动通信公司自主研制开发的自动测试工具来替代过去由人工手动进行的拨打测试。如图1.3所示的LGC公司目前使用的自主研发的基站自动测试仪，由一台PC和若干部GSM手机组成，手机通过USB接口连

24、接到PC，由PC上的控制程序通过AT命令控制其进行呼叫、短消息、GPRS数据传输等测试。PC控制程序收集测试结果并定时生成测试报告和呼叫统计。该系统具有以下优点：1) 测试功能完备。支持包括GPRS数据传输在内的大部分GSM业务测试。2) 系统结构简单，安装方便。自动化程度高，无需专人负责。3) 系统由通用设备（PC、普通手机）组成，成本较低。然而，在实际使用中该系统却仅仅用于测试单个基站（BTS），无法用来测试整套系统（NSS+BSS），究其原因如下：图1.3 LGC公司自主研发的基站自动测试仪1) 单台PC的USB接口数量有限，一般仅能连接4台手机（相当于4个无线信道），虽然可以通过USB

25、 HUB扩展，但过多的USB HUB会使系统结构变得混乱和臃肿，从而大大增加了系统维护的难度。2) 虽然单套系统成本不高，但由于单套系统支持的无线信道有限，如需对整个系统进行压力测试，则需要10套（按每套系统连接10台手机计算）以上系统，因此无论是在成本上还是在系统的可维护性上都无法接受。综上所述，目前已有GSM/GPRS移动通信自动测试仪尚无法完全满足系统级的压力测试和可靠性测试需求。1.3.2 实现技术方面的现状从上节介绍的现有系统可以知道，目前GSM/GPRS网络综合测试仪普遍采用控制主机加拨测设备的二元结构模式，其硬件组成一般如下：1) 控制主机：由一台或多台基于Windows或者Li

26、nux系统的主机或服务器组成。控制主机承载测试仪软件系统的运行，对拨测设备进行控制以完成测试任务并收集各项数据并进行统计分析。2) 拨测设备：通常采用工控移动台模块或直接采用普通手机。拨测设备通常为被控设备，响应控制主机的指令并执行测试任务。这种结构的综合测试仪优点在于其控制主机一般基于Windows或Linux等通用操作系统，其性能强大，拥有丰富的软件支持。但是由于相对于嵌入式工控设备来说，通用的x86主机和服务器通常价格昂贵，在需要联合多套系统进行大话务量的压力测试时，其成本是阻碍其大规模部署的最大因素。由于采用了通用的主机与操作系统作为控制主体，目前市场上这类综合测试仪的软件系统也多为通

27、用软件结构，其技术特点有：1) 专注于业务实现。通用的操作系统提供了大量接口函数并且屏蔽了底层细节，因此这类综合测试仪的软件系统在实现是只需关注其自身业务流程，而不必理会底层细节。2) 多线程模型。由于操作系统提供了良好的进程/线程调度机制，使得这类综合测试仪的软件系统能够采用多线程模型对各个拨测模块进行控制，在目前多核计算的应用环境下能够极大的提高系统运行效率。3) 独立数据库。测试数据一般保存于独立的数据库中，因此系统能够保存多次测试数据并进行较为复杂的数据分析。4) 采用面向对象高级语言开发，调试及维护均较为方便。由上分析可以知道，现有GSM网络综合测试仪的软件系统大多基于通用操作系统，

28、屏蔽了底层细节，因此技术上更多的关注高层设计，能够实现较为复杂的功能。但是通用软件的高昂授权费用却极大地增加了综合测试仪系统的部署成本，成为其无法逾越的障碍。因此，结合具体的应用需求，进行针对性地综合测试仪软件系统的设计与实现仍然是必要的。1.4 论文主要工作与内容安排1.4.1 本文主要工作本文旨在设计并实现一个低成本GSM/GPRS网络综合测试仪的软件系统，以满足对GSM/GPRS网络进行系统级的压力测试和可靠性测试的需求。本文在已有硬件系统的前提下，重点关注综合测试仪软件系统的设计与实现。在系统设计中，首先通过分析综合测试仪的功能需求以及性能需求，完成软件的概要设计；然后以模块化的思想对

29、各个子系统模块进行详细设计；同时在各个子系统模块的设计过程中，充分考虑了系统的实时性能和未来软件升级的便利性。在软件的实现过程中，选择高效率的PL/M-51语言进行系统开发，最大限度地提升了子系统的运行效能。在完成软件系统的实现之后，通过LGC公司最为成熟的WXC2 R8.2 GSM/GPRS系统对该综合测试仪软件系统的各项性能进行了验证。在本文完成的综合测试仪软件系统成功实现后，已经投入到LGC公司新一代软交换系统的测试中，对研发中的系统进行了充分有效的压力测试和可靠性测试，有效地改善了系统的稳定性，收到了良好的使用效果。总之，论文的主要工作与特色有：1) 在已有的低成本硬件设备的基础上，完

30、成了GSM/GPRS网络综合测试仪软件系统的需求分析与概要设计。2) 采用模块化的设计思想，详细设计了软件系统中的各子系统模块；并分别采用PL/M-51和Visual C+语言，实现了GSM/GPRS网络综合测试仪的嵌入式拨测子系统和控制台子系统。3) 通过成熟的WXC2 R8.2 GSM/GPRS网络对综合测试仪软件系统的各项性能进行了测试与验证。在本文的工作中，本人负责系统的总体结构设计，参与设计了LAN子系统、测试控制子系统和移动台控制子系统，并且具体承担测试控制系统的编码实现。1.4.2 论文内容安排本文围绕GSM/GPRS网络综合测试仪系统的设计与实现，介绍了系统的需求分析、概要设计

31、、详细设计、实现以及测试验证的过程。具体内容组织如下：1) 引言。简单介绍了GSM/GPRS网络综合测试仪的重要性和应用范围，在分析了国内外现状之后，简述了本文的主要工作。2) 系统需求分析与概要设计。简单介绍了GSM/GPRS网络结构，通过分析移动通信设备研发过程中的测试流程，指出现有的测试仪已经满足不了系统测试的需要，并据此进行综合测试仪的需求分析和概要设计。3) 系统详细设计与实现。详细介绍了GSM/GPRS网络综合测试仪中各子系统的设计和实现。4) 系统测试与验证。通过成熟的WXC2 R8.2 GSM/GPRS系统对综合测试仪进行测试与验证，并对测试结果进行了详细的分析。5) 结束语。

32、描述系统实现效果，总结尚需完善的部分，展望下一代3G网络第 二 章 系统需求分析与概要设计上一章讨论了移动通信系统测试仪的概况，分析了系统设备研发过程中测试环节由于综合测试仪的缺失所造成的问题以及当前国内、国外的相关解决方案及其技术特点。本章通过分析综合测试仪的应用环境及其硬件系统的构成，展开对综合测试仪软件系统的需求分析，并在此基础上进行概要设计。2.1节介绍GSM/GPRS网络综合测试仪软件系统的需求分析，2.2节在需求分析的基础上对系统进行了概要设计，最后于2.3节对本章进行了总结。2.1 GSM/GPRS网络综合测试仪软件系统的需求分析本节着重于分析综合测试仪软件系统功能与性能需求。要

33、分析其需求，首先必须了解其应用环境，也就是GSM/GPRS网络的系统结构以及其测试需求；同时，还必须了解综合测试仪软件系统的运行环境，也就是其物理硬件环境。2.1.1 GSM/GPRS网络结构介绍GSM数字蜂窝移动通信系统（简称GSM系统）是完全依据欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点3：1) GSM系统是由几个分系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN, ISDN, PDN等）互连互通。各分系统之间或各分系统与各种公用通信网之间

34、都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对于全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关。2) GSM系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务。3) GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全。4) GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承担能力一般都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求。5) GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。6) 用户终端设备（手持机和车载机）随着大规模集成电路技术的进一步发展能向更小型、

35、轻巧和增强功能趋势发展。GSM系统的典型结构如图2. 1所示。GSM系统是由基站子系统、网络子系统，操作支持子系统等若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网路子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS, BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持子系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。下面将分别对各个子系统作一个简介。图2.1 GS

36、M/GPRS网络结构图1) 移动台移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。除了通过无线接口接入GSM系统的通常无线和处理功能外，移动台必须提供与使用者之间的接口。移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它包含所有与用户有关的被储存用户无线接口一边的信息，其中也包括鉴权和加密信息。SIM卡的应用使移动台并非固定地束缚于一个用户，因此，GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的，这为将来发展个人通信打下了基础。2) 基站子系统基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，

37、负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC） 相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作支持子系统（OSS）即OMC之间的通信连接。基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。实际上，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备（BIE）采用远端控制的连接方式与BSC相连接。需要说明的是，基站子系统还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备

38、（SM）。码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间，在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点。在基站子系统中的基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等。载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的整合等。控制单元则用于BTS的操作与维护。另外，如果在BSC与BTS不设在同一处需采用Abis接口时，

39、传输单元是必须增加的，以实现BSC与BTS之间的远端连接方式。如果BSC与BTS并置在同一处，只需采用BS接口时，传输单元是不需要的。基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。3) 网络子系统NSS主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No. 7协议和GSM规范的

40、7号信令网路互相通信。移动业务交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能及鉴权中心 （AUC）、移动设备识别寄存器（EIR）、操作维护中心（OMC）和面向固定网（公用电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、分组交换公用数据网（PSPDN）,电路交换公用数据网（CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。作为网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动特征性和其它网络功能。移动业务交换中心MSC可从三种数据库，即归属用户位置寄存器（HLR） ,访问用户位置寄存器（VLR）和鉴权中心获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，M

41、SC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC可为移动用户提供一系列业务：如电信业务、承载业务以及呼叫前转、呼叫限制、呼叫等待、会议电话和计费通知等补充业务。VLR是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内己登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。HLR是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据，包括MSC提供的关于移动用户实际漫游所在的MSC区域的有关动态信息数据。VLR从该移动用户的HLR处获取并存储必要的数据。AUC是GSM系统采取的特别安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密

42、等。因此，AUC存储鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线网络的安全性管理。移动设备管理是由EIR来完成的，EIR与NSS的功能实体之间是通过SS7信令网络的接口互连，为此，EIR也归入NSS的组成部分之一。EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，都能采取平时的防范措施，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。对于容量比较大的移动通信网，一个网络

43、子系统NSS可包括若干个MSC，VIR和HLR，为了建立固网用户与GSM移动用户之间的呼叫，无需知道移动用户所处的位置，此呼叫首先被接入到入口移动业务交换中心，称为GMSC，入口交换机负责获取位置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的MSC，称为被访MSC（VMSC）。因此，GMSC具有与固定网和其它NSS全体互通的接口。目前，GMSC功能就是在MSC中实现的。根据网路的需要，GMSC功能也可以在固定网交换机中综合实现。4) GPRS子系统GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN（Gateway GPRS Supporting No

44、de，网关GPRS支持节点）和SGSN（Serving GSN，服务GPRS支持节点）。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN，服务GSN），另一种为GGSN（GatewayGSN，网关GSN），SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用

45、，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。2.1.2 GSM/GPRS网络的测试需求移动通信系统在系统交付给网络运营商之前必须经过严格的系统测试。通常测试需要包括以下几部分4：1) 功能测试验证系统功能是否符合设计目标，各项功能执行是否正确。功能测试基本上由测试人员操作移动台进行，某些可重复的测试项目亦可由可编程的综合测试仪完成。2) 兼容性测试验证系统与其他外围系统（PSTN、PLMN等）是否兼容。测试标

46、准应符合目标客户的所在国的电信设备入网测试标准，确保系统能够顺利通过入网测试。进行兼容性测试时通常需要搭建一若干个符合标准的外围网络（如PSTN固话网或PLMN移动网，也可以使用MGTS等测试仪器模拟外围网络），检验被测系统与外围系统互联互通情况并通过信令分析仪分析其信令流程是否符合标准。3) 性能测试和压力测试检验系统各项性能指标是否达到设计目标以及各项指标的最高阀值。由于目前没有测试设备能够在系统级接口（即移动台与网络之间的无线接口）上产生足够的负载，因此在研发实验室中多采用模拟呼叫器在子系统级接口上（BSS与NSS之间的A接口、BSS与GPRS子系统之间的Gb接口、NSS与GPRS之间的

47、Gr接口以及NSS与外围系统的接口）进行模拟呼叫。4) 可靠性测试检验系统在大负载下各项功能的正确性和长时间运行的稳定性。可靠性测试通常结合压力测试与功能测试进行，即在长时间压力测试的不同时间点对系统进行功能测试。由于压力测试只能在子系统级接口上进行，因此可靠性测试时系统主要负载仍然只在子系统级接口上，系统级接口只进行功能验证。一个典型的GSM/GPRS网络系统测试环境如图2.2所示。图2.2 GSM/GPRS测试系统模型因此，目前系统测试最迫切的需求在于引进综合测试仪以便能够在系统级的无线接口上对系统进行大负载的性能测试、压力测试和可靠性测试。2.1.3 综合测试仪的物理硬件结构综合测试仪的物理硬件系统由8个拨测子系统和一台基于Windows操作系统的控制台PC组成，控制台PC与拨测子系统之间通过以太网连接。每个拨测子系统包括16个Wavecom移动台模块，整个系统最大支持128路无线信道，即128个测试端口。控制台PC主要负责控制测试的启动和停止时间、参数管理、统计维护测试数据以及生成测试报告；拨测子系统负责执行具体的测试流程，每个拨测子系统又包括一块控制板和8块载板。综合测试仪的物理硬件系统如图2.3所示图2.3 综合测试仪物理结构图1) 控制板控制板由两个80C652 CPU以及一个以太网控制芯