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WCDMA R4测试情况探讨
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一、试验概述
WCDMA的R4与R99版本相比较，在无线接入网的网络结构方面无明显变化，重要的改变是在核心网方面，主要体现在R4版本在电路域完全体现了NGN的体系构架思想，引入软交换的概念，实现控制和承载分开将原来的MSC分离成为MSCServer和媒体网关MGW。网络结构如图1所示。
图1 R4网络电路域体系结构
MSC Server和MGW的引入，使网络中增加了3个接口，即MSC Server与MGW间的Mc接口、MSC Server间的Nc接口以及MGW间的Nb接口。
在R4核心网中，除了MSC Server和MGW外，其他设备包括HLR、VLR、SCP以及分组域的SGSN/GGSN等都继承了R99的功能。
由于3GPPR4系统在核心网电路域采用了软交换技术，引入了全新的协议，并且国际上有R4商用系统的运营商也不多，同时，随着NGN技术的逐渐成熟，基于软交换技术的R4电路域核心网在业界引起了广泛的讨论，R4是否具备基本的可用性，是否具备大规模组网的能力，是否能够满足接口的开放并具备多厂家供货环境的要求，都需要通过测试来进行验证。因此，在3G技术试验中引入R4部分的试验测试是非常必要的，也是非常及时的。
此次试验R4部分的测试目的包括如下几个方面：验证R4电路域核心网对电路域基本业务的支持能力，至少应能支持R99阶段定义的基本功能；验证各厂家对R4多种关键技术的支持情况，如控制与承载分离的结构、TrFO等；验证R4系统各网络设备的功能和性能是否符合3G网络运营的要求，是否具备大规模组网的能力；验证各厂家R4系统是否能够满足接口的开放性，并具备多厂家供货环境的要求等。
此次R4测试第一阶段的测试内容包括MSCServer和MGW的设备测试以及Nc、Mc、Nb接口测试，该测试已于2004年9月底完成；第二阶段是Nc接口和Nb接口的兼容性测试，尚有部分厂家仍在测试过程中。下面主要介绍第一阶段的单系统测试情况。
二、单系统测试
（1）测试结构
此次测试中采用了三种网络结构，如图2～4所示。三种网络结构用于测试不同的测试项目，厂家需根据不同的要求调整网络结构。结构1（图2）比较简单，用于测试MSCServer/MGW及Mc接口的基本功能，还包括RNC间的切换；结构2（图3）用于测试Nc接口、Nb接口的基本功能以及MGW间切换；结构3（图4）用于测试1：N的网络结构以及局间切换。测试过程主要监视Mc/Nc/Nb接口消息，必要时监视Iu口消息以及MAP消息。
图2结构1――两个RNC与同一MGW连接
图3结构2－—两个MGW分别与不同的MSCServer连接
图4结构3－—两个MGW与同一MSCServer连接
（2）测试情况
①MSCServer测试情况
基于突出R4特点的考虑，MSCServer规范与R99的MSC规范相比，保留基本功能测试，删除部分不重要项，增加对R4关键技术支持情况的测试内容。测试规范分为3个部分：呼叫处理功能、业务测试和操作维护测试。
设备功能。MSCServer/VLR的设备功能包括呼叫处理功能、TrFO功能、DTMF功能、移动性管理功能、安全性功能、VLR恢复功能及计费功能。与R99的MSC设备相比，它主要增加了TrFO功能、DTMF功能。在呼叫处理功能中，强调针对不同的承载进行基本呼叫功能测试，而不仅仅是R99中的TDM承载。对于继承R99的功能这一项，厂家都能很好地完成，而TrFO是厂家必选项不通过的主要原因，Nb口的承载方式、Nc口的承载建立方式是可选项不通过的主要原因。
业务测试。业务测试包括电信业务、承载业务、补充业务的测试。相对于设备功能来说，业务测试通过率稍高一些。因为在承载建立方式和TrFO中，只有前者对该部分有影响。
操作维护。操作维护测试的通过率很高。
②MGW测试情况
在R4中，MGW是新增的设备，测试内容主要包括：MGW设备功能、Nb接口测试和操作维护测试。
设备功能测试。MGW设备的功能测试包括语音处理功能、承载媒体的转换功能、承载的建立和释放功能、切换、放音测试、DTMF带外带内转换、TrFO/TFO功能、建立和维护与MSCServer之间的关联、网络互通功能、内嵌信令网关和信令转接测试。
从必选项的通过情况来看，大部分厂家的设备能够满足MGW的基本功能、与MSCServer正常联系，在MSCServer的控制下，完成媒体格式的转换，完成呼叫（包括语音呼叫和视频呼叫）和切换过程的承载建立和释放以及对用户播放录音通知。绝大部分厂家的MGW具有内嵌信令网关功能用于转接RANAP信令。总的说来，与MSCServer相似的是，TrFO功能以及UTRAN的功能仍然是影响设备通过率的主要因素。
另外，视频电话提示音是所有厂家都未能支持的测试项。这是因为在R4中，视频业务是端到端的透明数据业务，MGW无法在通话过程中终结透明数据流，插入语音业务。因此，厂家都是用USSD方式给用户以文字提示。这种方式在目前的网络结构中是合理的。
Nb接口测试。Nb接口的测试内容较少，主要测试Nb接口能否进行的用户面数据传送，包括NbUP初始化过程、用户面数据格式、对视频业务时的NbUP的模式和速率控制。从结果上看，厂家都能正确完成用户面数据传送。因此NbUP初始化过程和用户面数据格式通过情况良好。
操作维护测试。操作维护测试简单，所有厂家都通过测试。
③Nc测试情况
由于Nc接口采用的BICC消息是ISUP的演进，所以此次R4的BICC测试规范是以ISUP的测试规范为基础，保留其中的基本功能测试，并针对BICC的独特性，增加不同承载方式下的呼叫流程以及编解码协商的消息流程等。其规范由两部分组成：基本业务测试和补充业务测试。
基本业务。基本业务包括BICC基本消息的结构检查、正常的呼叫建立和释放的流程、异常呼叫的处理、特殊呼叫的建立、各种承载建立方式的测试、TrFO功能、呼叫中的TrFO和DTMF信号带外传送。基本业务中，TrFO功能和承载建立方式依然影响该部分测试。另外，有部分厂家不能够实现DTMF信号带外传送。
补充业务。补充业务包括CLIP、CLIR、COLP、COLR、CUG、呼叫前转业务、呼叫等待、呼叫保持、多方呼叫、CCBS呼叫以及eMLPP呼叫。厂家基本能实现常用的补充业务功能。
④Mc测试情况
Mc接口测试包括：基本功能测试、不同承载方式下的基本呼叫流程、业务测试、切换测试。另外，对于Nb接口，其用户面消息可以直接在Nb接口监视，但与IP承载相关的IPBCP/BCTP消息是通过隧道方式在Mc/Nc口传的，在Nb口无法看到，所以将此部分内容安排在Mc接口规范中测试。
基本功能测试。基本功能测试包括命令及描述符测试、通配符测试、MGW的注册/注销测试、资源管理测试、包测试。除个别厂家因为MGW不支持BCF功能，导致基本功能测试情况不太好以外，大部分厂家都能够完成Mc口的基本功能。但可选项的支持情况不是很好。
多种承载测试。多种承载测试主要指Nb口采用不同的承载方式（ATM/IP）建立呼叫时，Mc接口能否传送正确的承载建立控制信息，保证呼叫的正常进行。根据测试原则，每个厂家选定一种承载建立方式作为必选项，其他的承建建立方式作为可选项。所以该部分的必选项只有一个。在目前情况下，没有确定惟一的呼叫流程，测试时主要检查H.248消息结构是否正确。同时检查可确定因素，对于呼叫中的消息顺序、消息个数不做检查。基于这种检查方式和只有一个必选项的情况，厂家在这部分的必选项通过率都达到100％，影响该部分可选项通过情况的原因只有一个：那就是厂家对承载建立方式的支持情况。
业务测试。业务测试包括基本业务和补充业务测试，主要测试Mc接口能否正确处理呼叫的建立和释放。基本业务的必选项通过情况良好，厂家都能够完成基本呼叫业务；补充业务部分由于是重点检查与基本业务的不同点，因此与承载建立方式无关，厂家只要按必选的承载建立方式进行呼叫即可，因此该部分通过率较高。基本业务部分的可选项同样受承载建立方式支持情况的影响。
切换测试。切换包括UMTS局内切换、MGW间切换、局间切换。切换测试没有可选项，厂家的核心网基本都能支持切换要求。
与Nb接口相关的协议测试。与Nb接口相关的协议包括：IPBCP协议和BCTP协议。该协议只与IP承载有关。支持IPBCP和BCTP协议的厂家测试情况都较好。
(3)测试总结
在此次测试中，MSCServer设备和Nc接口的测试情况良好，MGW设备和Mc接口的测试结果相对差一些。
R4的MSCServer设备是基于R99的MSC演进而来的，大部分业务功能的要求与R99的MSC设备完全一致，由于控制和承载的分离而引入了新的承载控制机制和新的协议，但这些差异更多地在接口测试部分中体现。Nc接口采用的BICC协议是在传统的ISUP基础上修订演进而来的，结构非常相似，改进相对比较简单。另外，BICC协议中不确定因素很少，消息结构统一，对于协议流程的争议也很少。因此，Nc接口已经具备了进行IOT测试的技术条件。
MGW的测试通过率相对低一些。MGW在R4中是新的概念，厂家对于MGW的基本功能，如包含承载终结点和媒体处理设备、处理音频/视频、进行媒体流转换、发送信号音等都能很好地支持，但有45％的厂家不能提供R4中定义的TrFO功能。不支持TrFO功能虽然不影响网络普通的通信业务，但对网络性能的优化将有影响。TrFO能够提高语音质量，节省带宽资源，降低网络建设成本和运营成本，这在实际网络运营中还是很重要的因素，这也是R4控制承载分离结构所引入的重要优势之一。
至于Mc接口，单从必选项的通过率情况看，测试情况还比较好。但是在测试过程中发现，一方面，各厂家的接口符合基于H.248承载控制协议的原理，消息的基本结构相似，这为Mc接口的开放奠定了基础；另一方面，由于协议本身的灵活性以及厂家对协议理解的差异性，造成厂家实现同样功能的方式有所差别，包括消息顺序、消息的参数设置、消息出现的场合等，这虽然给厂家实现设备的基本功能带来便利，但却给互联互通带来很大的难度。从测试情况看，虽然厂家都以3GPP23.205消息流程为参考，但没有两个厂家的呼叫流程完全相同。真正实现Mc接口的开放，需要以此次测试结果为重要依据，对各厂家的实现方式进行深入研究，比较各种方式的优劣性，并通过标准化的工作解决这些不确定性的问题，比如，首先确定编码方式、承载方式、协议栈等，在保证系统性能最佳的前提下，对影响互通的问题确立可行方案。
整体说来，参加该次测试的绝大部分厂家的系统设备能够支持规范所要求的基本功能和业务，部分厂家不支持TrFO功能。测试过程中各厂家的设备稳定性良好，没有出现设备重启情况。
在接口测试中，Nc接口单系统测试情况较好，各厂家消息流程与规范符合程度较好，而Mc接口的消息流程及参数选择的差别较大，Mc接口的互操作需要解决的技术问题相对较多，需要在后续行业标准制定中，通过试验和测试进行深入研究，以保证Mc接口的开放。
三、IOT测试
通过单系统测试阶段，对各厂家的R4系统的基本业务功能和接口协议进行了验证，特别通过测试对接口协议互通性相关的技术问题进行了深入的研究，经过分析，我们认为各厂家系统的Nc、Nb接口基本具备了进入IOT测试阶段的实施条件和技术条件。
（1）测试结构
IOT测试中，要求各厂家提供一套MSCServer和MGW，进行厂家间Nc、Nb接口的互通测试。测试结构如图5所示。
图5R4IOT测试结构图
（2）测试情况
此次IOT测试的测试内容与单系统阶段保持一致，删除了部分实际网络中没有使用的业务。同时，鉴于国内的实际情况，定义Nb口的IP承载为必选方式。
从目前的测试情况来看，正如前面所述，Nc接口因为采用BICC协议的不确定因素少，而使互通变得简单，测试结果较好，参加测试的厂家都能很好完成基本语音、视频呼叫的互通。
----《通信世界》
作者：电信研究院通信标准研究所 许慕鸿
WCDMA的R4与R99版本相比较，在无线接入网的网络结构方面无明显变化，重要的改变是在核心网方面，主要体现在R4版本在电路域完全体现了NGN的体系构架思想，引入软交换的概念，实现控制和承载分开将原来的MSC分离成为MSCServer和媒体网关MGW。网络结构如图1所示。
MSC Server和MGW的引入，使网络中增加了3个接口，即MSC Server与MGW间的Mc接口、MSC Server间的Nc接口以及MGW间的Nb接口。
在R4核心网中，除了MSC Server和MGW外，其他设备包括HLR、VLR、SCP以及分组域的SGSN/GGSN等都继承了R99的功能。
由于3GPPR4系统在核心网电路域采用了软交换技术，引入了全新的协议，并且国际上有R4商用系统的运营商也不多，同时，随着NGN技术的逐渐成熟，基于软交换技术的R4电路域核心网在业界引起了广泛的讨论，R4是否具备基本的可用性，是否具备大规模组网的能力，是否能够满足接口的开放并具备多厂家供货环境的要求，都需要通过测试来进行验证。因此，在3G技术试验中引入R4部分的试验测试是非常必要的，也是非常及时的。
此次试验R4部分的测试目的包括如下几个方面：验证R4电路域核心网对电路域基本业务的支持能力，至少应能支持R99阶段定义的基本功能；验证各厂家对R4多种关键技术的支持情况，如控制与承载分离的结构、TrFO等；验证R4系统各网络设备的功能和性能是否符合3G网络运营的要求，是否具备大规模组网的能力；验证各厂家R4系统是否能够满足接口的开放性，并具备多厂家供货环境的要求等。
此次R4测试第一阶段的测试内容包括MSCServer和MGW的设备测试以及Nc、Mc、Nb接口测试，该测试已于2004年9月底完成；第二阶段是Nc接口和Nb接口的兼容性测试，尚有部分厂家仍在测试过程中。下面主要介绍第一阶段的单系统测试情况。
二、单系统测试
（1）测试结构
此次测试中采用了三种网络结构，如图2～4所示。三种网络结构用于测试不同的测试项目，厂家需根据不同的要求调整网络结构。结构1（图2）比较简单，用于测试MSCServer/MGW及Mc接口的基本功能，还包括RNC间的切换；结构2（图3）用于测试Nc接口、Nb接口的基本功能以及MGW间切换；结构3（图4）用于测试1：N的网络结构以及局间切换。测试过程主要监视Mc/Nc/Nb接口消息，必要时监视Iu口消息以及MAP消息。
（2）测试情况
①MSCServer测试情况
基于突出R4特点的考虑，MSCServer规范与R99的MSC规范相比，保留基本功能测试，删除部分不重要项，增加对R4关键技术支持情况的测试内容。测试规范分为3个部分：呼叫处理功能、业务测试和操作维护测试。
设备功能。MSCServer/VLR的设备功能包括呼叫处理功能、TrFO功能、DTMF功能、移动性管理功能、安全性功能、VLR恢复功能及计费功能。与R99的MSC设备相比，它主要增加了TrFO功能、DTMF功能。在呼叫处理功能中，强调针对不同的承载进行基本呼叫功能测试，而不仅仅是R99中的TDM承载。对于继承R99的功能这一项，厂家都能很好地完成，而TrFO是厂家必选项不通过的主要原因，Nb口的承载方式、Nc口的承载建立方式是可选项不通过的主要原因。
业务测试。业务测试包括电信业务、承载业务、补充业务的测试。相对于设备功能来说，业务测试通过率稍高一些。因为在承载建立方式和TrFO中，只有前者对该部分有影响。
操作维护。操作维护测试的通过率很高。
②MGW测试情况
在R4中，MGW是新增的设备，测试内容主要包括：MGW设备功能、Nb接口测试和操作维护测试。
设备功能测试。MGW设备的功能测试包括语音处理功能、承载媒体的转换功能、承载的建立和释放功能、切换、放音测试、DTMF带外带内转换、TrFO/TFO功能、建立和维护与MSCServer之间的关联、网络互通功能、内嵌信令网关和信令转接测试。
从必选项的通过情况来看，大部分厂家的设备能够满足MGW的基本功能、与MSCServer正常联系，在MSCServer的控制下，完成媒体格式的转换，完成呼叫（包括语音呼叫和视频呼叫）和切换过程的承载建立和释放以及对用户播放录音通知。绝大部分厂家的MGW具有内嵌信令网关功能用于转接RANAP信令。总的说来，与MSCServer相似的是，TrFO功能以及UTRAN的功能仍然是影响设备通过率的主要因素。
另外，视频电话提示音是所有厂家都未能支持的测试项。这是因为在R4中，视频业务是端到端的透明数据业务，MGW无法在通话过程中终结透明数据流，插入语音业务。因此，厂家都是用USSD方式给用户以文字提示。这种方式在目前的网络结构中是合理的。
Nb接口测试。Nb接口的测试内容较少，主要测试Nb接口能否进行的用户面数据传送，包括NbUP初始化过程、用户面数据格式、对视频业务时的NbUP的模式和速率控制。从结果上看，厂家都能正确完成用户面数据传送。因此NbUP初始化过程和用户面数据格式通过情况良好。
操作维护测试。操作维护测试简单，所有厂家都通过测试。
③Nc测试情况
由于Nc接口采用的BICC消息是ISUP的演进，所以此次R4的BICC测试规范是以ISUP的测试规范为基础，保留其中的基本功能测试，并针对BICC的独特性，增加不同承载方式下的呼叫流程以及编解码协商的消息流程等。其规范由两部分组成：基本业务测试和补充业务测试。
基本业务。基本业务包括BICC基本消息的结构检查、正常的呼叫建立和释放的流程、异常呼叫的处理、特殊呼叫的建立、各种承载建立方式的测试、TrFO功能、呼叫中的TrFO和DTMF信号带外传送。基本业务中，TrFO功能和承载建立方式依然影响该部分测试。另外，有部分厂家不能够实现DTMF信号带外传送。
补充业务。补充业务包括CLIP、CLIR、COLP、COLR、CUG、呼叫前转业务、呼叫等待、呼叫保持、多方呼叫、CCBS呼叫以及eMLPP呼叫。厂家基本能实现常用的补充业务功能。
④Mc测试情况
Mc接口测试包括：基本功能测试、不同承载方式下的基本呼叫流程、业务测试、切换测试。另外，对于Nb接口，其用户面消息可以直接在Nb接口监视，但与IP承载相关的IPBCP/BCTP消息是通过隧道方式在Mc/Nc口传的，在Nb口无法看到，所以将此部分内容安排在Mc接口规范中测试。
基本功能测试。基本功能测试包括命令及描述符测试、通配符测试、MGW的注册/注销测试、资源管理测试、包测试。除个别厂家因为MGW不支持BCF功能，导致基本功能测试情况不太好以外，大部分厂家都能够完成Mc口的基本功能。但可选项的支持情况不是很好。
多种承载测试。多种承载测试主要指Nb口采用不同的承载方式（ATM/IP）建立呼叫时，Mc接口能否传送正确的承载建立控制信息，保证呼叫的正常进行。根据测试原则，每个厂家选定一种承载建立方式作为必选项，其他的承建建立方式作为可选项。所以该部分的必选项只有一个。在目前情况下，没有确定惟一的呼叫流程，测试时主要检查H.248消息结构是否正确。同时检查可确定因素，对于呼叫中的消息顺序、消息个数不做检查。基于这种检查方式和只有一个必选项的情况，厂家在这部分的必选项通过率都达到100％，影响该部分可选项通过情况的原因只有一个：那就是厂家对承载建立方式的支持情况。
业务测试。业务测试包括基本业务和补充业务测试，主要测试Mc接口能否正确处理呼叫的建立和释放。基本业务的必选项通过情况良好，厂家都能够完成基本呼叫业务；补充业务部分由于是重点检查与基本业务的不同点，因此与承载建立方式无关，厂家只要按必选的承载建立方式进行呼叫即可，因此该部分通过率较高。基本业务部分的可选项同样受承载建立方式支持情况的影响。
切换测试。切换包括UMTS局内切换、MGW间切换、局间切换。切换测试没有可选项，厂家的核心网基本都能支持切换要求。
与Nb接口相关的协议测试。与Nb接口相关的协议包括：IPBCP协议和BCTP协议。该协议只与IP承载有关。支持IPBCP和BCTP协议的厂家测试情况都较好。
(3)测试总结
在此次测试中，MSCServer设备和Nc接口的测试情况良好，MGW设备和Mc接口的测试结果相对差一些。
R4的MSCServer设备是基于R99的MSC演进而来的，大部分业务功能的要求与R99的MSC设备完全一致，由于控制和承载的分离而引入了新的承载控制机制和新的协议，但这些差异更多地在接口测试部分中体现。Nc接口采用的BICC协议是在传统的ISUP基础上修订演进而来的，结构非常相似，改进相对比较简单。另外，BICC协议中不确定因素很少，消息结构统一，对于协议流程的争议也很少。因此，Nc接口已经具备了进行IOT测试的技术条件。
MGW的测试通过率相对低一些。MGW在R4中是新的概念，厂家对于MGW的基本功能，如包含承载终结点和媒体处理设备、处理音频/视频、进行媒体流转换、发送信号音等都能很好地支持，但有45％的厂家不能提供R4中定义的TrFO功能。不支持TrFO功能虽然不影响网络普通的通信业务，但对网络性能的优化将有影响。TrFO能够提高语音质量，节省带宽资源，降低网络建设成本和运营成本，这在实际网络运营中还是很重要的因素，这也是R4控制承载分离结构所引入的重要优势之一。
至于Mc接口，单从必选项的通过率情况看，测试情况还比较好。但是在测试过程中发现，一方面，各厂家的接口符合基于H.248承载控制协议的原理，消息的基本结构相似，这为Mc接口的开放奠定了基础；另一方面，由于协议本身的灵活性以及厂家对协议理解的差异性，造成厂家实现同样功能的方式有所差别，包括消息顺序、消息的参数设置、消息出现的场合等，这虽然给厂家实现设备的基本功能带来便利，但却给互联互通带来很大的难度。从测试情况看，虽然厂家都以3GPP23.205消息流程为参考，但没有两个厂家的呼叫流程完全相同。真正实现Mc接口的开放，需要以此次测试结果为重要依据，对各厂家的实现方式进行深入研究，比较各种方式的优劣性，并通过标准化的工作解决这些不确定性的问题，比如，首先确定编码方式、承载方式、协议栈等，在保证系统性能最佳的前提下，对影响互通的问题确立可行方案。
整体说来，参加该次测试的绝大部分厂家的系统设备能够支持规范所要求的基本功能和业务，部分厂家不支持TrFO功能。测试过程中各厂家的设备稳定性良好，没有出现设备重启情况。
在接口测试中，Nc接口单系统测试情况较好，各厂家消息流程与规范符合程度较好，而Mc接口的消息流程及参数选择的差别较大，Mc接口的互操作需要解决的技术问题相对较多，需要在后续行业标准制定中，通过试验和测试进行深入研究，以保证Mc接口的开放。
三、IOT测试
通过单系统测试阶段，对各厂家的R4系统的基本业务功能和接口协议进行了验证，特别通过测试对接口协议互通性相关的技术问题进行了深入的研究，经过分析，我们认为各厂家系统的Nc、Nb接口基本具备了进入IOT测试阶段的实施条件和技术条件。
（1）测试结构
IOT测试中，要求各厂家提供一套MSCServer和MGW，进行厂家间Nc、Nb接口的互通测试。测试结构如图5所示。
（2）测试情况
此次IOT测试的测试内容与单系统阶段保持一致，删除了部分实际网络中没有使用的业务。同时，鉴于国内的实际情况，定义Nb口的IP承载为必选方式。
从目前的测试情况来看，正如前面所述，Nc接口因为采用BICC协议的不确定因素少，而使互通变得简单，测试结果较好，参加测试的厂家都能很好完成基本语音、视频呼叫的互通。
----《通信世界》
作者：电信研究院通信标准研究所 许慕鸿
