5G 时代看未来无线技术及设备测试发展趋势

一、引言

　　5G时代的无线通信正朝着 ICDT（信息、通信、大数据技术）融合、开放、云化的方向发展。其中 ICDT 融合的基础与核心是基础设备硬件共平台；开放指无线网元组件间接口的规范化和一致化，即标准组件化；无线云化类似核心网云化的思路，在基础设施共平台的基础上将无线的相关网元软件化后，统一以云的方式做资源的编排调度和管理。目标是推动无线网络由传统封闭模式向开放、云化及智能方向演进。从而促进无线产业生态更丰富、更健壮，降低网络建设成本和运营复杂度，可以快速响应更加多样化的客户需求。目前，国际相关组织机构正在积极推进5G标准的定义，开放无线网络架构。无线产业和周边生态也在积极研究相关技术并规划研制与之匹配的软硬件产品和组件，并且已在部分地区的5G网络建设中部署落地，这一趋势的形成是无线产业生态多方面诉求合力的结果。从技术架构来看，它与传统基站相同，本质区别在于无线网产业化的生产组织模式进行了重大的变革。传统基站是“垂直整合模式”，设备商研发专用硬件和软件，基站具有黑盒属性，技术壁垒导致产品性能梯队分化加剧。新的趋势是“水平整合模式”，依托开放、共享思路将产业按硬件（含多个子系统模块）、软件等多模块水平分工，最后由集成商或运营商完成组装、交付和运维。这个趋势上的变化给无线设备提出了新的需求和挑战，同时也给测试技术的发展带来了新的机遇。本文将围绕未来可能潜在的变化，指出无线测试在方式、方法及工具上的需求和挑战，并且尝试给出解决方向。

　　二、无线网络演变的根本驱动力

　　IT 化、标准组件化无线网络顺应信息与通信技术（ICT）融合的趋势，其理念具有超前性，吸引了全球运营商、IT企业和新兴企业的广泛关注。归根到底是因为IT化、标准组件无线网络给产业的各个环节都带来了众多益处。

　　1.从运营商的角度看

　　其一，繁荣产业生态。可选的主要设备商太少导致不足以支撑产业的健康发展，这是全球运营商，特别是国外运营商的普遍顾虑。

　　其二，很多运营商无法做到全网覆盖，低价值区域往往受成本影响导致覆盖率不足，新型无线网络可以提高新地区和边缘区域的覆盖率。

　　其三，发展新的商业模式。由于5G发展将面向更加复杂多样的行业市场，需要快速引入新能力打造智能化网络，灵活满足行业客户的各种需要，为运营商拓展新的商业模式创造了必要的技术条件。基于安防行业的属性，要求与5G、人工智能、大数据、云计算等前沿技术融合应用落地，在4G通信时代，云计算处理中心难以对海量的实时数据进行全面剖析，5G通信架构通过采用云化和虚拟化技术可有效解决在移动报警、物联网等应用中传输层的系列问题。由此，5G在安防行业的发展除自身高速率、大容量、低时延的特性外，还需具有快速融合、灵活应用的优势。

　　其四，降低成本。这里不仅包括设备采购成本，也包括设备ICT化后带来的自动运维模式降低运维成本的因素。

　　2.从设备商的角度看

　　IT化、标准组件无线网络给IT、新兴企业带来新的市场机遇，让他们有机会利用这一趋势变化切入市场并且给产业引入创新与良性竞争。而对于传统设备商而言，虽然传统方式受到冲击，但未来一定会存在聚焦自身优势实现技术高端升级的机会。

    当然，任何一个新趋势、新技术的发展都不会一蹴而就的，需要不断打磨完善最终走向成熟。从技术层面来说，我们还要客观的认识到随着无线网络标准组件开放后，网络系统碎片化后会增加不稳定的因素以及开放给网络安全带来新风险等潜在问题；IT化的网络在性能和可靠性上还需要不断优化；同时产业引入更多新兴企业在促进创新和良性竞争的同时，也需要考虑其良莠不齐的风险。这些挑战凸现了我们在推动这一新趋势、新技术发展的背景下，研究探索测试新方法、新工具、新设备的重要性与紧迫性。

　　三、未来无线设备测试的新需求和新挑战

　　综合以上对于未来无线网络的趋势发展判断，我们认为IT化、标准组件网络将给传统无线设备测试设备、测试方法手段提出许多新的需求及挑战。

    传统的无线设备测试，整个基站是一个整体黑盒设备，所以测试设备和测试方法只要能够包围整个基站就完全可以满足测试要求。但是如图1所示，从目前无线设备解耦的主流划分方式来看，当我们将整个基站规格化以后，传统的仪器（信号源、频谱仪、终端模拟器等）如何满足每个子系统单独测试的要求就显得尤为困难。

　　1.基站设备的RRU和BBU规格化后需

　　要开展独立子系统测试如图1所示标识3的位置，目前国际上已经定义了较为完整的前传开放接口规范体系，相关的测试仪器设备厂商也已经纷纷布局了独立的射频拉远单元（RRU）和基带处理单元（BBU）独立包围测试系统的配套设备。比如 RRU 子系统测试，是得等公司研制的 DU 模拟器通过配合已有的频谱仪和信号发生器，就可以开始开展部分RRU 独立子系统测试。这是面向IT化、标准组件无线网络发展趋势在测试上可喜的一步，至少测试方法和手段已经确立，但是我们还需要客观的看待，相关的仪器测试设备在支持规范特别是接口规范的全面性上尚存差距，还不能开展完整的RRU子系统接口标准一致性的测试，不过我们相信，随着广大运营商对于解耦设备的需求逐渐落地，这个测试门类的测试设备和测试方法一定会很快成熟应用。

　　2.将传统的无线相关运算从专用平台移植到通用平台

　　IT化、标准组件无线网络的另一个重要特征是硬件IT化、通用化，如图1所示标识号1所指的位置，当前从事IT化、标准组件无线网络研究开发的主流厂商已经成功完成基于通用服务器硬件的软件移植开发工作，虽然性能稳定性与专用硬件设备比较还有优化空间，但是相信经过后面的设备测试、部署打磨会尽快成熟。与此同时就给我们测试提出一个新的课题，一台怎样的服务器才是符合无线网络需求的设备？我们能否在没有完成协议栈和系统集成的条件下通过测试来评估一台服务器是否能够满足无线网络的需求？是否沿用现有的通用服务器以及核心网和边缘计算平台的规格及测试方案体系就可以匹配无线领域的要求？答案是否定的。首先本着最大化复用已有生态的原则，确实大部分的规格及测试评估方案是适用的，比如服务器的规格尺寸、通用计算性能、接口规范等。但是无线对通用服务器也是有专门的要求，以性能要求为例，由于无线运算对实时性要求很高，所以对于 CPU的并行计算（SIMD）性能的要求、Cache的大小的要求、任务多核调度的负荷、访问内存的效率和速度，BIOS的配置、PCIE接口的数量、位宽以及传输效率等都是有较高的特殊要求。然而，当前产业界还停留在能不能只依靠移植软件后的系统集成测试阶段来发现解决问题的阶段，这就出现了一种软件和加速器挑服务器的普遍现象。所以面对这个挑战我们建议，在沿用现有服务器测试和评估体系的基础上，尽快建立完善针对无线需求的测试评估体系以及相关性能评估测试软件，从而更加高效和准确地完成服务器在无线场景下的独立测试与评估，为今后集成商和运营商在无线领域服务器独立采购及设备商研发效率提高提供有效的支撑。

　　3.IT化、标准组件无线网络的基础设施平台测试

　　基于上面第二点论述中通用化服务器的硬件解耦，未来将会将服务器、无线加速器、操作系统和虚拟容器化平台作为一个整体平台来看，也就是图1所示中标号1与标号7的部分当成一个整体。基于这样的思路，未来的无线网络建设思路将会演进成为无线网络基础设施的平台建设与基于该平台的软件开发、集成两个主线并行发展。对测试的需求而言，将带来新的挑战。

　　（1）如何建立一套完整有效的无线网络通用基础设施，包括性能及功能的评估体系以及相关的评估工具软件，需要评估的内容至少包括：以上第 2点论述中所有关于服务器的要求；基于虚拟平台的进程和中断响应速度、任务的切换速度等（从目前的一些测试结果看，要达到无线计算的需求，建议的时延是：虚拟机实时性建议Avg:10Max:20；容器实时性建议Avg:6Max:10单位：us）；基础设施与平台软件接口的一致性；硬件加速器能力；容器部署和资源迁移的速度等。这个测试方向的工具的主要体现是一套评估软件。

　　（2）从基于无线平台之上的软件开发与部署的角度看，如图1所示中的对象标志6，未 BBU网元更多是以软件App的方式独立存在、发布及升级。这就要求在测试领域尽快建立一套标准软硬件接口，研发可供客观快速评估软件的功能及性能的硬件平台，这个平台可以不优先考虑功耗和降低成本等因素，但是需要优先考虑平台是否具备足够的资源和能力来客观评价和测试第三方软件的功能与性能。

　　4. 无线智控平台和网管南向接口开放

　　从图1所示的标志4来看，未来无线智控平台将会是由无线网络演进出的独立网元，针对这个独立子系统，对下我们需要开发出基于开放E2接口的模拟器；对上我们需要一个可以适配测试不同智能APP功能和性能的平台。而对于图1所示的标志5的网管系统来看，统一南向接口的逻辑和其它的开放接口一致性测试的需求一样，需要建立开放南向接口的测试方法及相关接口一致性的测试工具。

　　5. 网络安全

　　加强安全设计和管理测试能力。IT化、标准组件无线网络打造开放式产业格局，势必会导致增加对网络和数据安全的风险，需要分别从技术和管理层面强化数据安全防护，增强安全管控机制的同时也要从测试工具和测试方法上提前将潜在的安全漏洞检测出来。我们认为，随着 IT 化、标准组件无线网络的引入，可能也会引入新的潜在性安全问题。

    IT 化、标准组件无线网络在传统安全威胁基础上，新增开放接口、云化、第三方APP等相关的安全风险，除了需要设计和部署相应的安全防护措施，保证无线网云化安全级别不低于传统无线网络的安全级别外，还需设计检测安全漏洞的测试工具，比如前传接口开放后的协议漏洞检测工具、云平台漏洞检测工具等，这将会是未来对无线测试发展的又一新需求和挑战。

　　四、整体解决思路

　　综上所述，应对IT化、标准组件无线网络的测试需求，未来无线测试工具和方法的总体演进思路主要有以下几点：

　　1.提供无线网络组件标准化后围绕子系统包围测试的相关解决方案解决的思路就是在所有组件接口开放的点，开发相应的对端模拟器来模拟需要的动作、行为及数据。同时测试设备在标准接口方面一定需要考虑可编程、可升级、可扩展等需求，因为未来标准化无线组件的发展一定还要经过相当时间的迭代和完善才能稳定下来。

　　2.提供无线网络软硬件解耦，基础设施平台化后的系统测试方案解决思路是2个方向：对于软硬解耦后的硬件测试，主要需要针对无线对于硬件平台的性能和功能，要求开发出相应的性能评估和功能覆盖遍历工具；对于解耦后的软件测试方案，关键是构筑一个性能足够强大且标准化的平台，所有的软件都在这个平台上做测试。

　　3.提供未来支持无线智控平台等新网元出现后的独立测试方案解决思路是，在尽快完善新网元的功能接口定以后，开发基于新网元标准接口的模拟测试工具与环境。

　　4.无线开放后带来的安全防范测试工具解决思路体现在预测无线组件标准化后，从接口层面带来的安全隐患，设计模拟攻击以及攻击防范的相关模拟测试方案。

　　五、结语

　　随着IT化、标准组件无线网络在未来深入地发展，运营商需要借助新的测试技术和测试工具完成对设备性能、稳定性、一致性及安全性的测试和认证。

　　设备商也需要借助新的测试技术和测试工具提高自身的研发能力和研发效率。而无线测试技术和设备的发展本身也是无线领域产业生态的重要一环，只有全产业链在新的开放合作模式下通力合作，共同建设一个丰富、健康、有序的生态环境，才能实现整个无线事业的蓬勃发展。同时，将测试完成后实用、好用、安全的5G移动通信赋能到安防行业，助力我国安防行业向着更高水平、更高质量方向发展。

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