摘 要： 主要研究了輔小區(qū)激活與去激活的條件和過程，針對UE業(yè)務(wù)量大小對輔小區(qū)激活與去激活過程的影響設(shè)計了相應(yīng)的自動化測試方案和測試用例，并對測試用例的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞： 載波聚合；輔小區(qū)；激活；去激活
0 引言
隨著4G牌照的下發(fā)，LTE系統(tǒng)大規(guī)模部署，LTE-Advanced系統(tǒng)也逐漸開始進(jìn)入商用階段。LTE-Advanced系統(tǒng)是LTE系統(tǒng)的演進(jìn)系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的整體性能，LTE-Advanced系統(tǒng)引入了包括載波聚合技術(shù)在內(nèi)的多種新的關(guān)鍵技術(shù)。通過使用載波聚合技術(shù)可以將多個連續(xù)或離散的LTE系統(tǒng)載波擴(kuò)展成一個能夠滿足LTE-Advanced系統(tǒng)需求的載波。近年來，載波聚合技術(shù)得到了快速發(fā)展，聚合的載波數(shù)量和類型也在不斷變化。韓國SK電信于2013年首次將載波聚合技術(shù)用于商用，并于2014年成功演示了三載波聚合[1]，中國電信也于2014年9月成功演示了FDD系統(tǒng)與TDD系統(tǒng)間的載波聚合。無線頻譜資源的稀缺使得載波聚合技術(shù)成為運營商面向未來的必然選擇。
載波聚合過程中，用戶設(shè)備（User Equipment，UE）可以通過多個小區(qū)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其中包含一個或多個輔小區(qū)。輔小區(qū)主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)傳輸提供額外的無線資源，它們可以處于激活或去激活狀態(tài)[2]。演進(jìn)型Node B（Evolved Node B，ENodeB）可以根據(jù)實際情況使輔小區(qū)處于激活或去激活狀態(tài)從而有效利用系統(tǒng)的無線資源，同時也可以在一定程度上減少該UE的功耗。
本文主要對輔小區(qū)激活與去激活的條件和過程進(jìn)行研究，針對UE業(yè)務(wù)量大小對輔小區(qū)激活與去激活過程的影響設(shè)計相應(yīng)的自動化測試方案與測試用例，并對測試用例的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析。
1 輔小區(qū)激活與去激活
1.1 輔小區(qū)激活與去激活
載波聚合是UE級的概念。對同一個eNodeB下的不同UE來說，它們的輔小區(qū)集合可能是不同的。輔小區(qū)可以處于激活或去激活狀態(tài)，且輔小區(qū)之間的狀態(tài)相互獨立。處于激活狀態(tài)的輔小區(qū)參與數(shù)據(jù)傳輸，UE會通過該輔小區(qū)收發(fā)數(shù)據(jù)，但由于PUCCH資源較少，所有來自輔小區(qū)的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過主小區(qū)的PUCCH來傳輸[3]。處于去激活狀態(tài)的輔小區(qū)不參與數(shù)據(jù)傳輸，UE只對其進(jìn)行必要的簡單測量[4]。
當(dāng)ENodeB為UE添加輔小區(qū)時，該輔小區(qū)默認(rèn)處于去激活狀態(tài)。隨后，ENodeB可以根據(jù)實際情況對輔小區(qū)的狀態(tài)進(jìn)行管理從而使系統(tǒng)的無線資源能夠得到更有效的利用，提高系統(tǒng)的吞吐量。例如，ENodeB可以暫時使UE的某個輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，減少無線資源的消耗，并且能夠在UE需要時迅速將該輔小區(qū)恢復(fù)到激活狀態(tài)從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。當(dāng)輔小區(qū)處于激活狀態(tài)時會消耗UE更多的電量[5]，因此，適當(dāng)?shù)厥馆o小區(qū)處于去激活狀態(tài)也可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗，有利于延長UE的使用時間[6]。
輔小區(qū)的激活過程基于MAC控制消息，去激活過程可以基于MAC控制消息，也可以基于去激活定時器[6]。
當(dāng)UE在序號為n的子幀收到激活命令時，對應(yīng)的操作將在序號為n+8的子幀啟動。當(dāng)UE在序號為n的子幀收到去激活命令或某個SCell的去激活定時器超時，除了某些測試上報操作外，其他操作必須在序號為n+8的子幀前完成[7]。
1.2 MAC控制消息機(jī)制
基于MAC控制消息的輔小區(qū)激活與去激活過程是由ENodeB控制的。ENodeB通常會根據(jù)輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量和UE的業(yè)務(wù)量來管理輔小區(qū)的狀態(tài)。例如，當(dāng)某個輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量較好且UE的業(yè)務(wù)量較大時，ENodeB會通過MAC控制消息來使該輔小區(qū)處于激活狀態(tài)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，而當(dāng)輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量較差或UE業(yè)務(wù)量較小時，ENodeB會通過MAC控制消息來使該輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，節(jié)約系統(tǒng)無線資源。
用于輔小區(qū)激活與去激活的MAC控制消息的長度固定為8 bit，如圖1所示，其中包含7個C域和1個R域。在輔小區(qū)的配置過程中，系統(tǒng)會為不同輔小區(qū)分配相應(yīng)的索引值[8]，MAC控制消息中的C域用來表示對應(yīng)輔小區(qū)的激活或去激活狀態(tài)，例如，當(dāng)C1的值設(shè)置為1時，表示索引值為1的輔小區(qū)被激活；當(dāng)C2的值設(shè)置為1時；表示索引值為2的輔小區(qū)被激活；而當(dāng)C1的值設(shè)置為0時，表示索引值為1的輔小區(qū)被去激活[6，9]。MAC控制消息中的R域用作保留位，其值通常設(shè)置為0。
當(dāng)UE收到ENodeB發(fā)來的相關(guān)MAC控制消息后需要向ENodeB發(fā)送對應(yīng)的確認(rèn)消息。
1.3 去激活定時器機(jī)制
基于去激活定時器的輔小區(qū)去激活過程是由UE主動執(zhí)行的。在輔小區(qū)的配置過程中，系統(tǒng)會通過RRC重配置消息將去激活定時器的值告知UE。UE的每個輔小區(qū)都對應(yīng)有一個獨立的去激活定時器，且對于特定的UE來說，其所有輔小區(qū)對應(yīng)的去激活定時器的值都是相同的[6]。
如果在去激活定時器指定的時間段內(nèi)，UE在某個輔小區(qū)上沒有收到物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）消息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，則主動將對應(yīng)的輔小區(qū)去激活，這也是UE主動將某個輔小區(qū)去激活的唯一方式。但是如果某個UE的去激活定時器的值被配置成“infinity”，則表示不允許該UE主動將某個輔小區(qū)去激活，在這種情況下，輔小區(qū)的去激活過程只能通過MAC控制消息來觸發(fā)。
2 自動化測試方案的設(shè)計
2.1 測試目的
本次測試的目的是檢查當(dāng)輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量較好時，ENodeB是否能夠根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量通過MAC控制消息來動態(tài)地激活與去激活UE的輔小區(qū)。
2.2 測試方案設(shè)計
當(dāng)ENodeB收到UE對相關(guān)MAC控制消息的確認(rèn)時，會在運行日志文件中記錄相關(guān)信息。為了能夠自動檢查相關(guān)輔小區(qū)的激活與去激活過程是否發(fā)生，本次測試采用了分析ENodeB運行日志文件的方式，通過匹配日志文件中的關(guān)鍵字段來判斷相關(guān)過程是否發(fā)生。相關(guān)測試流程如圖2所示。
整個測試流程如下：
（1）調(diào)整輔小區(qū)的無線信道質(zhì)量，使其處于相對較好的情況；
（2）使UE接入到網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)置狀態(tài)變量的值為0；
（3）發(fā)送速率相對較小的數(shù)據(jù)，并同時收集該階段ENodeB的運行日志；
（4）對收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)激活過程，若沒有發(fā)生，說明輔小區(qū)仍處于去激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1并跳轉(zhuǎn)到步驟（9）；
（5）發(fā)送速率相對較大的數(shù)據(jù)，并同時收集該階段ENodeB的運行日志；
（6）對收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)激活過程，若發(fā)生了該過程，說明輔小區(qū)處于激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1并跳轉(zhuǎn)到步驟（9）；
（7）發(fā)送速率相對較小的數(shù)據(jù)，并同時收集該階段ENodeB的運行日志；
（8）對收集到的日志文件進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，判斷是否發(fā)生了輔小區(qū)去激活過程，若發(fā)生了該過程，說明輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)，否則設(shè)置狀態(tài)變量的值為1；
（9）使UE離開網(wǎng)絡(luò)；
（10）根據(jù)狀態(tài)變量的值判斷測試結(jié)果，若狀態(tài)變量的值為0，則測試用例執(zhí)行結(jié)果為PASS，說明ENodeB能夠根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量來激活或去激活UE的輔小區(qū)；若狀態(tài)變量的值為1，則測試用例執(zhí)行結(jié)果為FAIL，說明ENodeB在根據(jù)UE的業(yè)務(wù)量來激活或去激活UE的輔小區(qū)方面存在問題。
3 測試用例的實現(xiàn)與結(jié)果分析
3.1 測試用例的實現(xiàn)
本次測試使用的自動化測試工具是EasyTest，它是阿爾卡特朗訊開發(fā)的一款自動化測試用例開發(fā)與執(zhí)行環(huán)境。
測試前，通過修改eNodeB的配置文件確保UE的去激活定時器的值為“infinity”。在測試過程中，利用安全外殼（Secure Shell，SSH）協(xié)議遠(yuǎn)程登錄到相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)器，并調(diào)用發(fā)包工具來發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過改變發(fā)送的數(shù)據(jù)量來創(chuàng)造輔小區(qū)激活與去激活條件。在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，需要同步收集該階段ENodeB的相關(guān)運行日志，并通過匹配關(guān)鍵字段來判斷基于MAC控制消息的輔小區(qū)激活與去激活過程是否發(fā)生。最后，根據(jù)狀態(tài)變量的值判斷測試用例的最終執(zhí)行結(jié)果。
具體表示輔小區(qū)激活與去激活過程的字段通常依賴于ENodeB軟件的具體實現(xiàn)。在本次測試過程中，表示激活過程發(fā)生的關(guān)鍵字段設(shè)定為“UECaState 3”，表示去激活過程發(fā)生的關(guān)鍵字段設(shè)定為“UECaState 1”。
3.2 測試用例執(zhí)行結(jié)果分析
測試用例成功實現(xiàn)后，需要在測試環(huán)境中執(zhí)行。在測試用例執(zhí)行過程中，通過觀察UE監(jiān)控軟件，可以幫助確認(rèn)輔小區(qū)激活或去激活過程是否與用例中的設(shè)計保持一致。
從圖3可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量較小時，輔小區(qū)沒有參與數(shù)據(jù)傳輸，此時輔小區(qū)處于去激活狀態(tài)。
從圖4可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量變大時，輔小區(qū)開始參與數(shù)據(jù)傳輸，此時輔小區(qū)處于激活狀態(tài)。
從圖5可以看出，當(dāng)UE業(yè)務(wù)量再次變小時，輔小區(qū)不再參與數(shù)據(jù)傳輸，此時輔小區(qū)又回到去激活狀態(tài)。
針對同一個軟件版本，自動化測試用例的執(zhí)行結(jié)果應(yīng)與手動測試用例的執(zhí)行結(jié)果保持一致。在自動化測試用例真正用于測試之前，應(yīng)在相關(guān)軟件版本上執(zhí)行若干次，使用的軟件版本最好能夠覆蓋功能正常和存在軟件缺陷的版本，并對比手動測試結(jié)果，確保該自動化測試用例的實現(xiàn)正確有效。
圖6顯示的是在功能正常的軟件版本上執(zhí)行該測試用例20次所得到的統(tǒng)計結(jié)果，其中19次執(zhí)行成功，1次執(zhí)行失敗。經(jīng)分析，測試用例執(zhí)行失敗的原因為網(wǎng)絡(luò)中防火墻的相關(guān)設(shè)置導(dǎo)致調(diào)用發(fā)包工具發(fā)送數(shù)據(jù)包的命令沒能正確傳輸給相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器，從而無法觸發(fā)輔小區(qū)的激活與去激活過程。
4 結(jié)論
在載波聚合過程中，ENodeB可以靈活地根據(jù)實際情況使輔小區(qū)處于激活或去激活狀態(tài)，這不僅可以使系統(tǒng)的無線資源得到更有效的利用，還可以在一定程度上節(jié)約UE的功耗。本文在研究輔小區(qū)激活與去激活的條件和過程的基礎(chǔ)上，針對UE業(yè)務(wù)量大小對輔小區(qū)激活與去激活的影響進(jìn)行了自動化測試方案和用例的設(shè)計，并通過執(zhí)行測試用例驗證了測試用例的實現(xiàn)是成功的。
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