應(yīng)對(duì)當(dāng)今無線設(shè)備研發(fā)挑戰(zhàn)

簡(jiǎn)介
五年前，移動(dòng)設(shè)備與僅提供簡(jiǎn)單語音通話功能的手機(jī)幾乎是同義詞，但到2004年，預(yù)計(jì)僅提供語音通話功能的手機(jī)在所有移動(dòng)設(shè)備中所占比例還不到三分之一，大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備將同時(shí)支持語音和數(shù)據(jù)功能，還有一小部分僅支持?jǐn)?shù)據(jù)功能。因此，傳統(tǒng)的無線電話已經(jīng)與個(gè)人數(shù)字輔助器(PDA)融合，成為支持因特網(wǎng)無線訪問的“智能電話”。
隨著簡(jiǎn)單的語音移動(dòng)電話演化為復(fù)雜的語音和數(shù)據(jù)綜合移動(dòng)設(shè)備，無線設(shè)計(jì)開發(fā)行業(yè)面臨著第一代和第二代移動(dòng)設(shè)備時(shí)代所沒有的新挑戰(zhàn)，包括：

因此，做為設(shè)計(jì)開發(fā)人員，根據(jù)在無線設(shè)備開發(fā)過程中所處的位置，必須同時(shí)處理其中一種、兩種或全部挑戰(zhàn)。

支持TCP/IP的測(cè)試功能
在GPRS之前，無線設(shè)備對(duì)TCP/IP的支持功能并不強(qiáng)大。除了在一些孤立的電路交換和蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)應(yīng)用以外，手機(jī)的工作過程一般是先與某個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立呼叫聯(lián)系，然后建立一個(gè)語音電路(參見圖2)。
隨著GPRS和后續(xù)技術(shù)的出現(xiàn)，無線設(shè)備現(xiàn)在必須能夠處理因特網(wǎng)連接，以及語音連接，或者同時(shí)支持語音和數(shù)據(jù)連接。隨著因特網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備的集成，有些無線應(yīng)用需要與語音或數(shù)據(jù)連接協(xié)同工作，因此目前移動(dòng)設(shè)備的工作模式比數(shù)年前復(fù)雜了許多倍。
TCP/IP
因特網(wǎng)協(xié)議(IP)通過遍布全球的一種可尋址鏈接系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)通過因特網(wǎng)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸通過傳輸控制協(xié)議(TCP)來控制，因此，TCP/IP就是用來將計(jì)算設(shè)備連接到因特網(wǎng)的一組協(xié)議。通過TCP/IP，用戶可以完成電子郵件傳送、文件傳輸(FTP)、遠(yuǎn)程計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)瀏覽等各種任務(wù)。因特網(wǎng)就是由通過有線和無線方式利用TCP/IP協(xié)議互連到一起的計(jì)算機(jī)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)組成的(見圖3)。
對(duì)于支持TCP/IP的無線設(shè)備，全面驗(yàn)證其收發(fā)器操作的唯一方式就是測(cè)試設(shè)備接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)的能力。除了最基本的IP數(shù)據(jù)接收和發(fā)送功能以外，還必須對(duì)極端數(shù)據(jù)情況下的無線設(shè)備進(jìn)行工作狀態(tài)測(cè)試，從而確定其：

僅僅進(jìn)行這些測(cè)試仍然不夠，因?yàn)榇祟愋略O(shè)備具有復(fù)雜的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和許多嵌入式應(yīng)用，并且支持基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。而且，某些應(yīng)用需要IP數(shù)據(jù)支持，而其它一些應(yīng)用可在IP數(shù)據(jù)傳輸過程中工作。因此，必須能夠測(cè)試IP數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的操作系統(tǒng)性能，如MIPS性能和存儲(chǔ)器使用情況。然后必須能夠驗(yàn)證IP傳輸進(jìn)行過程中應(yīng)用的工作情況。有效的測(cè)試需要模擬實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)工作情況，包括連接到因特網(wǎng)、FTP服務(wù)器、疊加網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備活動(dòng)、異步網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備活動(dòng)等多種情況，同時(shí)還需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的某些方面進(jìn)行控制(包括使用模擬設(shè)備和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，參看圖4)。

分析設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議消息
對(duì)于協(xié)議消息機(jī)制來說，信息從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到設(shè)備，然后又從設(shè)備發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，這些消息必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候利用正確的協(xié)議正確地發(fā)送。TCP/IP涉及因特網(wǎng)協(xié)議，但現(xiàn)在我們討論的是GPRS、cdma2000和W-CDMA等無線協(xié)議，其復(fù)雜性比傳統(tǒng)技術(shù)高了許多倍。
TCP/IP為計(jì)算機(jī)間通過因特網(wǎng)通信提供了所必須的順序控制、定時(shí)控制和內(nèi)容(協(xié)議)。與此類似，GPRS, cdma2000和WCDMA則為使用這些技術(shù)的無線設(shè)備通過相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信提供了所必須的順序控制、定時(shí)控制和內(nèi)容(協(xié)議)。關(guān)鍵是這些技術(shù)還為TCP/IP提供了底層支持，因此使得設(shè)計(jì)、測(cè)試和驗(yàn)證問題的復(fù)雜性大增。
要實(shí)現(xiàn)中等復(fù)雜程度以上的任何協(xié)議都需要模塊化，模塊化是通過分層來實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)相應(yīng)協(xié)議的是“協(xié)議?！薄ＲM(jìn)行協(xié)議分析，必須能夠查看協(xié)議棧的不同層。在協(xié)議棧的底層是射頻部分，語音、數(shù)據(jù)和信令都是通過射頻層傳輸?shù)?。在此之上是協(xié)議棧的第一層，為射頻鏈路提供實(shí)際的控制(功率、信道等)。協(xié)議的更高層提供更高層的控制，最高層的信令層控制無線設(shè)備的移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)會(huì)話。TCP/IP位于無線協(xié)議層之上，無線協(xié)議負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)和無線傳輸部分之間的接口。無線協(xié)議分析需要在所有這些層或其中任意一層進(jìn)行(參看圖5)。
對(duì)訪問協(xié)議信息進(jìn)行分析的方法有多種，每種方法都有相應(yīng)的成本和/或效率問題：

復(fù)雜2.5G/3G技術(shù)環(huán)境中的功能測(cè)試
對(duì)任何設(shè)備來說，功能開始都是一樣的，即網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)設(shè)備已經(jīng)正確連接(即設(shè)備必須連接、登錄、注冊(cè)等)，這時(shí)，設(shè)備才可以建立一個(gè)語音通道(語音呼叫)或數(shù)據(jù)通道(網(wǎng)絡(luò)瀏覽)。但再往前，不同的無線技術(shù)的相對(duì)復(fù)雜性有很大不同，這也意味著功能驗(yàn)證的復(fù)雜度也有很大不同。比較GPRS和GSM，GPRS保留了所有GSM功能，同時(shí)還增加了編碼機(jī)制、多時(shí)隙以及壓縮通道等功能，因此從協(xié)議和功能角度來看，GPRS系統(tǒng)至少比GSM系統(tǒng)復(fù)雜四倍。EGPRS的復(fù)雜性又是GPRS的數(shù)倍，而W-CDMA的復(fù)雜性又比EGPRS高許多倍。
隨著技術(shù)本身復(fù)雜性的增加，無線連接本身的內(nèi)在不可靠性也在增加。移動(dòng)車輛、建筑、山峰、氣候和許多其它環(huán)境因素的影響使得移動(dòng)設(shè)備必須具備功率控制、錯(cuò)誤校正、移動(dòng)管理、會(huì)話管理和其它網(wǎng)絡(luò)/移動(dòng)控制功能。必須記住，TCP/IP也是這一復(fù)雜系統(tǒng)的一部分，而且TCP/IP即使在有線網(wǎng)絡(luò)中也有許多困難，更不用說在無線網(wǎng)絡(luò)中了(參看圖6)。
設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)過程中對(duì)所有這些功能進(jìn)行驗(yàn)證，保證其性能、質(zhì)量，同時(shí)保證其符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，達(dá)到客戶期望，滿足服務(wù)供應(yīng)商和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。做到這一點(diǎn)的唯一可靠方法是在一個(gè)可控制的環(huán)境中進(jìn)行功能驗(yàn)證，在這一測(cè)試環(huán)境中，相關(guān)參數(shù)和測(cè)試條件可以容易地修改。
就如所面臨的其它挑戰(zhàn)一樣，開發(fā)人員目前也有解決這些問題的方法，但相應(yīng)的工具和方法對(duì)于研發(fā)環(huán)境并不理想。例如：
尋找支持設(shè)備開發(fā)所用技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。能夠就近找到此類網(wǎng)絡(luò)的可能性是非常小的，如果開發(fā)是技術(shù)中立的，那么可能多跑幾個(gè)地方就可以找到可用的不同類型網(wǎng)絡(luò)。然而，如果是一種較新的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)可能還未提供完全服務(wù)，因此可能會(huì)需要尋找更多地方。但是，當(dāng)開發(fā)小組找到可用的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，也通常會(huì)發(fā)現(xiàn)擁有的控制很少，并且很少能在理想的時(shí)間工作(通常是在深夜)。
利用一致性系統(tǒng)(Conformance Systems)來驗(yàn)證功能，此類系統(tǒng)確實(shí)提供很大的靈活性和全面的信令(協(xié)議)功能。此類系統(tǒng)對(duì)于一致性測(cè)試非常理想，但它們對(duì)于研發(fā)測(cè)試卻并非最理想的。研發(fā)測(cè)試通常在開發(fā)過程的早期進(jìn)行，經(jīng)常需要更多測(cè)試方式，而這可能需要數(shù)周的時(shí)間來開發(fā)和調(diào)試。同時(shí)，此類系統(tǒng)非常昂貴并且需要大量的年度支持費(fèi)用才能使其保持最新和正常使用。
在研發(fā)過程中同樣使用生產(chǎn)過程采用的無線測(cè)試工具。盡管此類測(cè)試工具易于使用，但其能力卻限制在網(wǎng)絡(luò)仿真方面，因?yàn)樯a(chǎn)過程中需要的功能測(cè)試數(shù)量有限，但卻需要大量的參數(shù)調(diào)整能力。
因此，關(guān)鍵是良好的無線開發(fā)工具。合適的無線測(cè)試儀將能夠提供如下的功能：
一個(gè)受控的環(huán)境，可用來測(cè)試設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的連接性，而不需要使用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)；
修改一些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的能力并啟動(dòng)某些網(wǎng)絡(luò)事件的能力；
實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)仿真，在沒有實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的情況下盡可能接近地仿真網(wǎng)絡(luò)時(shí)序；
用于TCP/IP應(yīng)用的端到端連接能力；
易于使用的豐富協(xié)議分析能力。

結(jié)語
近期，預(yù)計(jì)正在生產(chǎn)的無線設(shè)備中僅有33%屬于傳統(tǒng)的僅支持語音的移動(dòng)電話，而幾乎所有無線設(shè)備開發(fā)都集中于支持分組數(shù)據(jù)的3G技術(shù)。面臨的挑戰(zhàn)非常清楚，從現(xiàn)在開始，無線設(shè)備開發(fā)過程中必須以各種方式處理TCP/IP、協(xié)議分析和信令。安捷倫(Agilent)提供的一組工具可幫助開發(fā)人員迎接這些挑戰(zhàn)，從而達(dá)到最大效率(參看圖7)■。