GPRS作為中國移動據(jù)數(shù)業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)，支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，涉及不同的網(wǎng)元，任何一個網(wǎng)元出故障都會直接影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的正常使用，保證用戶端到端使用就顯得非常重要。GPRSDT／CQT測試模擬終端用戶的使用情況，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用過程用時間圖、事件列表、層三信令等工具來表述，有助于工程師對測試中遇到的問題進行準確定位與分析。以往CQT測試主要是以人工測試的方式進行，先制定測試計劃交由測試人員到指定地點進行測試，測試工具一般為信號測試專用手機，這種測試所得的數(shù)據(jù)都是由測試人員手工記錄而來，再進行統(tǒng)計整理、制作分析報告，存在很大的主觀性，缺乏真實性和準確性。目前移動通信中基站架設(shè)的特點是數(shù)量大、分布廣，不可能對大量的基站和其覆蓋的范圍進行信號測試，以致于一些地方成為測試盲區(qū)。
本文基于嵌入式ARM設(shè)計的CQT測試系統(tǒng)采用遠程檢測方式，測試終端分布在目標測試地點，并接受來自遠程的監(jiān)控中心的測試任務(wù)指令，自動進行測試，再生成報告回送監(jiān)控中心，實驗表明，該方案具有很好的實用性和可靠性。
測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
GPRS在全國大規(guī)模商用的同時，中國移動集團公司對GPRS網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量現(xiàn)場測試制定了技術(shù)規(guī)范書，全國主要城市GPRS網(wǎng)運行質(zhì)量現(xiàn)場檢查的主要方式是對市區(qū)重要場所進行定點撥打測試，對市區(qū)道路進行DT路測，從用戶感受的角度評估該城市的GPRS網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。GPRSDT/CQT（GPRSDriveTest/ Call Quality Test）測試內(nèi)容包括Attach測試、PDP激活測試、Ping測試、FTP下載測試、WAP測試、Kjava、短信測試、MMS測試。中國移動DT和CQT測試規(guī)范及考核規(guī)范（下文簡稱測試規(guī)范）對其中的每項測試內(nèi)容和方法都進行了規(guī)定。本文設(shè)計的實驗裝置實現(xiàn)了CQT大部分測試內(nèi)容。
CQT測試實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩大部分組成。測試終端安裝在測試現(xiàn)場，功能是接收來自監(jiān)控主機的任務(wù)指令，并按照任務(wù)自動測試GPRS網(wǎng)絡(luò)，采集數(shù)據(jù)，最后上送至監(jiān)控主機端的數(shù)據(jù)庫；監(jiān)控主機端包括任務(wù)管理和數(shù)據(jù)庫兩大部分，可以遠程控制測試終端的測試任務(wù)，以及接受來自各地的測試終端上交的測試數(shù)據(jù)報告，從而生成報告，實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度和數(shù)據(jù)管理。測試終端使用的SIM卡可以是具備GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能的中國移動的任一種品牌的卡，實驗中使用了神州行卡。而監(jiān)控主機可采用有線和無線兩種接入方式，如果在CMNET的APN中進行測試，可采用普通的ADSL有線接入Internet網(wǎng)絡(luò)，亦或采用一套GPRSModem無線接入網(wǎng)絡(luò)；如果在CMWAP或?qū)Ｓ肁PN接入，則監(jiān)控主機必須使用同網(wǎng)段的GPRS無線接入。
測試任務(wù)分兩種：離線測試和在線測試。前者暫不發(fā)起PPP撥號，而是按照測試任務(wù)的要求，采集GPRSATTACH、PDPACTIVATE、短信等測試數(shù)據(jù)，結(jié)果暫存在測試終端的Flash存儲器中；后者先進行PPP撥號連接CMNET接入點，成功連接后，連同離線測試的數(shù)據(jù)一起生成幀，回送監(jiān)控照測試任務(wù)進行PING、FTP等測試，然后主機進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理。撥號測試需要不斷地發(fā)起PPP撥號連接和停止連接，介于離線和在線兩者之間，為設(shè)計方便在本系統(tǒng)中歸于在線測試項目。
測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
測試終端的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。主處理器采用了三星ARM920T內(nèi)核的S3C2410，該芯片非常適合開發(fā)高性能手持及便攜式智能設(shè)備或終端。在本GPRSCQT測試終端中，著重有以下部分：
存儲體系：64MNandFlash、64M（32M×2片）SDRAM；
以太網(wǎng)：設(shè)計了100Mbit/s以太網(wǎng)口，作為調(diào)試、升級用；
串口：板上設(shè)計了兩個串口UART0為控制臺，UART1作為與GPRSModem的通信接口。
GPRS模塊選用了法國WaveCom公司的Q2403A模塊，支持話音、短消息、數(shù)據(jù)及傳真功能，適用于短信中心、無線抄表、GPRS無線上網(wǎng)、GPS、直放站監(jiān)控等，超薄超小設(shè)計，性能穩(wěn)定，加少許外圍電路即可實現(xiàn)標準Modem接口，與本系統(tǒng)中UART1接口相連，主板和GPRSModem之間使用標準的AT指令實現(xiàn)通信。
測試軟件設(shè)計
在底層軟件中，該方案移植了目前應(yīng)用廣泛的軟實時嵌入式操作系統(tǒng)armlinux。嵌入式Linux具備完整的常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP、UDP、FTP、等）和相關(guān)工具，且性能穩(wěn)定可靠。在本實驗中移植的是linux2.4.18內(nèi)核。為了實現(xiàn)PPP撥號等功能，在makemenuconfig配置內(nèi)核的時候選擇PPP協(xié)議支持，并選擇相關(guān)的工具pppd和chat，為了測試UART1，同時移植了tip串口調(diào)試工具。
下面著重介紹下本實驗實現(xiàn)的幾項CQT項目測試方法。全部用linux下C編程實現(xiàn)，離線測試主要為串口編程，在線測試涉及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)套接字編程。
ATTACH附著測試先使用AT指令集中的AT+CGATT?查詢附著情況，返回1表示已附著，返回0表示未附著。如果已附著，則向GPRSModem發(fā)AT+CGATT=0讓其退出附著，然后發(fā)送AT+CGATT=1，并啟動計時器，等待返回，收到OK則停止計時器，采集到一個ATTACH測試數(shù)據(jù)。實驗中設(shè)置等待時間15秒，超時視為失敗。按照中國移動DT和CQT測試規(guī)范及考核規(guī)范（下文簡稱測試規(guī)范），應(yīng)采集10項ATTACH數(shù)據(jù)。
PDPACTIVATE測試可使用AT+CGACT指令測試。首先向GPRSModem發(fā)送AT+CGACT?查詢PDP激活情況，返回+CGACT:0 0表明未激活，+CGACT: 0 1表示激活。如果已激活，則發(fā)送AT+CGACT=0,0使PDP返回未激活狀態(tài)，然后發(fā)送AT+CGACT=0,1，并啟動計時器，等待返回+CGACT: 0 1，則停止計時，采集到一個PDP ACTIVATE測試數(shù)據(jù)。超時時間同樣為15秒。
撥號測試配置PPP相關(guān)文件，使用linux的pppd/chat程序發(fā)起撥號，檢測ip-up腳本程序的啟動與否判斷撥號成功，計算耗費時間。總共作10次的撥號測試。
引言
無線路由器是一款基于GPRS/CDMA1X公用移動網(wǎng)絡(luò)平臺，通過無線接入Internet或VPDN的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它能提供可移動的、低成本的基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸通道。
無線路由器可廣泛應(yīng)用于金融、保險、電力、監(jiān)控、交通、氣象、水文監(jiān)測等行業(yè)。利用穩(wěn)定的GPRS/CDMA1X無線網(wǎng)絡(luò)，無線路由器可以代替部分有線以太網(wǎng)路由器、HUB、有線MODEM，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。在公用移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的條件下，原先采用以太網(wǎng)接口，依靠有線以太網(wǎng)通信系統(tǒng)的各種終端設(shè)備，如PC機、工控機、ATM機、POS機、網(wǎng)絡(luò)攝像機等，都可以很方便地通過無線路由器接入到GPRS/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)中，利用移動互聯(lián)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)來進行數(shù)據(jù)通信。
圖1模擬器工作原理示意圖
與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)接入相比，無線路由器設(shè)備具有以下優(yōu)點：
·不受線纜的約束，能迅速提供無線TCP/IP服務(wù)。
·具有移動性，可以安裝在輪船、火車、汽車等移動載體上。
·靈活可變，根據(jù)需要隨時增減設(shè)備。
無線路由器硬件設(shè)計
無線路由器由無線通信模塊、以太網(wǎng)接口、嵌入式處理器及存儲器、電源模塊等四部分組成，如圖1所示，它一端通過無線通信模塊經(jīng)天線接入GPRS/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，另一端通過以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如PC、網(wǎng)絡(luò)攝像機、多媒體終端等，無線路由器相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)之間搭起了一座橋梁。無線通信模塊部分完成接入GPRS/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)的工作，相當(dāng)于一部可以撥號上網(wǎng)的移動調(diào)制解調(diào)器。
無線路由器通過無線通信模塊連接GPRS或CDMA1X移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過以太網(wǎng)接口連接內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者內(nèi)部局域網(wǎng)。無線路由器具備網(wǎng)絡(luò)路由功能，能夠在兩個網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。各種終端設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)口被處理器接收，處理器對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理后再通過串行口1發(fā)送給無線通信模塊，由它轉(zhuǎn)發(fā)到GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)中。同理，從無線網(wǎng)絡(luò)來的反向數(shù)據(jù)經(jīng)過相反的路徑最終送回網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。
無線路由器硬件包括嵌入式處理器、存儲器、無線通信模塊、接口和電源等幾部分，如圖2所示。
圖2無線路由器硬件設(shè)計框圖
處理器
無線路由器的嵌入式處理器采用ARM處理器S3C4510B，內(nèi)核為ARM7TDMI，主頻為50MHz，它提供2個UART串行口、1個I2C總線控制器、1個實時時鐘和1個10/100Mbps以太網(wǎng)控制器。
存儲器
FLASH存儲器為1片1M×16位數(shù)據(jù)寬度的HY29LV160，它的容量為16M位(2M字節(jié))，工作電壓為2.7V~3.6V。
SDRAM存儲器為1片16位數(shù)據(jù)寬度的HY57V641620，它的容量為4組×16M位(8M字節(jié))，工作電壓為3.3V。
I2C存儲器為1片AT24C01，它提供了128字節(jié)的EEPROM存儲空間，可用于存放少量在系統(tǒng)掉電時需要保存的數(shù)據(jù)。
無線通信模塊
采用Wavecom公司生產(chǎn)的GPRS模塊Q2406B或CDMA1X模塊Q2358C，嵌入式處理器通過串行口1與無線通信模塊的相連，模塊通過外接天線與公用移動網(wǎng)絡(luò)的蜂窩小區(qū)基站通信，收發(fā)無線數(shù)據(jù)。
對外接口
路由器對外有三個接口：一個SMA座的天線接口，50Ω阻抗；一個RJ45座的10M以太網(wǎng)口接口，連接各種網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備；一個DB9座的RS232串行口，既可以配置成控制臺接口，用來設(shè)置參數(shù)和設(shè)備運行監(jiān)控，也可配置成串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)口數(shù)據(jù)。
電源
考慮到車載電瓶電壓大都為+12V，為了方便連接汽車的點煙器或車載電瓶，無線路由器電源模塊采用直流電源+12輸入，輸出4V、2.8V、3.3V，分別供給無線通信模塊、S3C4510、FLASH等數(shù)字電路部分。
無線路由器的軟件設(shè)計
操作系統(tǒng)軟件
mClinux是一個完全符合GNU/GPL(通用公共許可證)公約的項目和完全開放代碼，它是標準Linux的一個分支，現(xiàn)在由Lineo公司支持維護。它專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌放式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。
無線路由器的操作系統(tǒng)軟件采用mClinux，它是基于Linux內(nèi)核公開源代碼的一種嵌入式操作系統(tǒng)。由于無線路由器的硬件電路是針對此應(yīng)用專門設(shè)計的，mClinux并不能直接使用，所以重新修改mClinux操作系統(tǒng)軟件中與硬件電路相關(guān)的部分源代碼，使得mClinux操作系統(tǒng)能夠在無線路由器電路板上正常運行，針對mClinux進行的改動主要有：
·ARMS3C4510B和存儲器芯片的初始化程序；
·mClinux內(nèi)核的引導(dǎo)程序bootloader；
無線路由器支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
無線路由器支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議示于表1。
表1無線路由器支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
應(yīng)用軟件
無線路由器的網(wǎng)絡(luò)接口包括有線以太網(wǎng)接口和無線撥號上網(wǎng)接口，無線路由器的作用就是在這兩個接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，提供靜態(tài)路由功能。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)代碼已經(jīng)內(nèi)嵌在mClinux操作系統(tǒng)中，在內(nèi)核中設(shè)置“IP轉(zhuǎn)發(fā)”和“IP偽裝”就能實現(xiàn)靜態(tài)路由功能。應(yīng)用軟件設(shè)計主要包括兩個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序：PPP應(yīng)用程序和iptables應(yīng)用程序。
PPP應(yīng)用程序
PPP應(yīng)用程序用來通過無線通信模塊撥號登錄GPRS/CDMA1X移動網(wǎng)絡(luò)，登錄過程遵循PPP點到點通信協(xié)議。mClinux操作系統(tǒng)代碼中包含有一個實現(xiàn)PPP協(xié)議的程序pppd，但是需要根據(jù)GPRS/CDMA1X移動網(wǎng)絡(luò)通信的要求，修改pppd源代碼中的部分配置參數(shù)，如撥號號碼、登錄用戶名、登錄密碼，就能夠得到需要的PPP應(yīng)用程序，實現(xiàn)撥號登錄移動網(wǎng)絡(luò)。
iptables應(yīng)用程序
iptables軟件包支持數(shù)據(jù)處理包偽裝和過濾功能，這種功能被稱為網(wǎng)絡(luò)過濾器(netfilter)。在無線路由器中我們使用了"IP轉(zhuǎn)發(fā)"和"IP偽裝"功能。
“IP轉(zhuǎn)發(fā)”功能：
#echo1> /proc/sys/net/ipv4/ipforward
“IP偽裝”功能：
#iptables-t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE
“IP偽裝”的工作原理是：當(dāng)路由器撥號上網(wǎng)后，它擁有的兩個網(wǎng)絡(luò)接口，它倆分別擁有兩個IP地址：
a.撥號網(wǎng)絡(luò)接口ppp0是一個動態(tài)的合法公網(wǎng)IP地址，假定為a.b.c.d；
b.以太網(wǎng)口接口eth0是一個固定的私網(wǎng)的IP地址，假定為192.168.1.1
假如以太網(wǎng)口連接的是一個局域網(wǎng)192.168.1.x，通常這個局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備是不能訪問到公網(wǎng)IP的。局域網(wǎng)終端設(shè)備(假定它的ip地址為192.168.1.22)將無線路由器以太網(wǎng)口的IP地址192.168.1.1設(shè)定為默認網(wǎng)關(guān)，當(dāng)無線路由器收到局域網(wǎng)設(shè)備訪問公網(wǎng)的請求數(shù)據(jù)包時，通過上面的"IP轉(zhuǎn)發(fā)"命令對其進行轉(zhuǎn)發(fā)，再通過的"IP偽裝"命令對其進行改寫，將數(shù)據(jù)包的源地址192.168.1.22替換為自己的合法IP地址a.b.c.d，將源端口號port1換成一個新的端口號port2，并且對該過程進行記錄。
當(dāng)無線路由器收到Internet主機的響應(yīng)包時，如果目的端口號正是先前改動后的端口號port2，則再對該包進行反向改寫，將響應(yīng)包的目的IP(a.b.c.d)及目的端口號(port2)替換為原來記錄的局域網(wǎng)設(shè)備的IP地址192.168.1.22和端口號port1，然后再發(fā)送給局域網(wǎng)設(shè)備。
將私網(wǎng)地址轉(zhuǎn)化為公網(wǎng)地址，是由存儲在基于iptable的無線路由器上的數(shù)據(jù)庫完成的。無線路由器的iptable軟件維護這個數(shù)據(jù)庫，因此它知道如何進行“逆轉(zhuǎn)換”，所以從公網(wǎng)返回的數(shù)據(jù)就能正確的送到源訪問設(shè)備。
終端設(shè)備接入無線網(wǎng)絡(luò)方式
無線路由器對終端設(shè)備提供兩個接口，分別是以太接口和無線ppp接口。無線路由器中的路由軟件將來自以太口的有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)發(fā)到GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，或者接收來自GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給以太口的有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這種由無線路由器的自動轉(zhuǎn)發(fā)能力提供了以下三種功能：
·網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)
網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備只要通過以太網(wǎng)口連接到無線路由器，并將默認網(wǎng)關(guān)設(shè)置成無線路由器的IP地址，就可以接入到GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)。終端設(shè)備本身的通信軟件無需作任何的改變。
·網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的即插即用
無線路由器內(nèi)置DHCP服務(wù)器。終端設(shè)備只要設(shè)置成自動獲取IP地址，通過以太口連接到無線路由器，就可以通過DHCP協(xié)議自動獲取動態(tài)的IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼、DNS等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，然后可以接入到GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)。終端設(shè)備本身的通信軟件無需作任何的改變，真正做到了即插即用。
·移動網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)
無線路由器內(nèi)置軟件能自動識別路由器硬件配置的無線通信模塊類型，然后采用不同的撥號參數(shù)，登錄GPRS或者CDMA1X移動網(wǎng)絡(luò)。
圖3無線路由器的設(shè)備外形圖
結(jié)語
有線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備可以利用已有的GPRS/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，無需鋪設(shè)網(wǎng)線便可通過無線路由器完成網(wǎng)絡(luò)無線接入。CDMA1X無線路由器設(shè)備可在高速公路監(jiān)控、防汛指揮、山區(qū)防火、地質(zhì)災(zāi)害等場合作為應(yīng)急通信手段。在偏遠地區(qū)，島嶼、汽車、三峽游輪、火車等架設(shè)通信線路困難或架線不經(jīng)濟的地方，使用GPRS/CDMA1X無線路由器接入互聯(lián)網(wǎng)或者專用VPDN是一種迅速、廉價的解決方法。本設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用在太湖流域管理局的太湖水文數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中。
總之，在GPRS/CDMA1X蜂窩網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)，無線路由器設(shè)備能快速經(jīng)濟地提供無線網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)。本文所提供方法實現(xiàn)的無線路由器設(shè)備通用性強，能夠高效率地運行。
參考文獻：
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2.SamsungElectronics，S3C4510BUSER Manual
3.ARMArchitecture Reference Manual，Second Edition，David Seal
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