一种通信设备的协议调试和测试方法

摘要　文章首先介绍了IEEE 802.16通信设备的开发模型，接着提出了一种终端设备通信协议的调试与测试方法，并搭建实际的环境，对此方法进行验证。结果证明，此方法具有可操作性和实用性。

关键词　IEEE 802.16　通信设备　协议测试　MAC层协议信令　网络数据包侦探器

1　引言

IEEE 802.16空中接口标准是适用于2GHz～66GHz的空中接口规范，它所规定的无线接入系统覆盖范围可达50平方公里，因此IEEE 802.16系统主要应用于城域网，被视为可与数字用户回路(DSL)竞争的“最后一公里”宽带解决方案。该技术最显著的优势在于它可以在城域网一点对多点的环境下快速地提供一种有效进行互操作的宽带无线接入手段，而且由于是基于IP网的技术，它比3G技术更适合于数据传输。

本文将介绍在IEEE 802.16通信设备开发过程中，通过设计测试平台对通信协议进行调试和测试的方法，以缩减产品的开发周期。

2　调试与测试方法

2.1设备开发框图

设备开发的典型框图见图1。待开发的通信设备在开发过程中一般称为目标机，而开发机则称为宿主机。宿主机通过交叉编译器将应用程序编译成目标机上的程序，然后和共享库、常用工具程序等一起，形成一个完整的文件系统映像下载到目标机上，并在目标机上进行协议软件的调试和测试。

2.2协议调试与测试方法

图2为在设备开发过程中通信协议调试测试框图，主要工作流程如下：

(1)开发MAC层协议信令发送程序，并向特定以太网口发送MAC层协议信令消息；

(2)对网络数据包侦探器进行二次开发，定制支持MAC层协议信令解析的模块；

(3)宿主机将应用程序编译、下载到目标机；

(4)宿主机驱使目标机遵循IEEE 802.16协议的MAC层协议信令；

(5)具备网络数据包侦探器的计算机通过以太网与目标机发送MAC层协议信令的网口连接；

(6)网络数据包侦探器通过捕包平台抓取相关的包含MAC层协议信令的数据包，并进行分析。

3　调试和测试实施方案

3.1测试平台设计

调试与测试平台框图见图3。基于IEEE 802.16协议的基站MAC层负责将MAC层协议信令发送给PHY层(基站为发送端)或处理PHY层接收到的消息并提交上层(基站为接收端)，将两方向流经MAC层的消息转发、封装成UDP包，输出到以太网口，具备IEEE 802.16MAC层协议解析模块的网络数据包侦探器便可捕获、分析MAC层协议信令。

网络数据包侦探器采用开放源码的Wireshark软件，支持Linux和Windows平台。其特点如下：

(1)数据包捕获平台

依赖于一套工作于底层的捕捉网络数据包的函数库，作用是从网卡取得数据包或者根据过滤规则取出数据包的子集，再转交给上层分析模块。在Linux中是采用Libpcap函数库抓包，在Windows中是采用Winpcap函数库抓包。

(2)层次化的分析方法

按照七层协议模型对协议数据进行逐层分析。

(3)基于插件技术

IEEE 802.16 MAC协议解析模块采用Wireshark的插件技术开发。采用插件技术及良好的结构设计，使得用户极其容易开发出基于wireshark、伸缩性良好、便于维护的协议解析模块。

3.2MAC／PHV接口原语

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基站MAC层与PHY层交互的协议信令流如图4，图中描述的协议原语封装了MAC层对PHY层的控制信令、BS发送或接收的协议数据报文(PDU)等数据。BS将这些协议原语通过UDP方式发送至宿主机，然后由Wireshark负责解析其中包含的协议数据。

3.3测试结果

图5～9分别显示出由wireshark解析得到的PARAM／CONFIG／DCD／UCD／START等原语对应的协议报文。

网络数据包侦探器能够抓取MAC层协议信令并解析出来，进而形成一种终端设备通信协议的调试与测试方法。此方法操作简单，实现容易。在IEEE 802.16通信设备开发过程中，我们应用此方法进行通信协议的调试与测试，取得了很好的效果。