關于USIM卡的全面測試綜述

文章出處：http://hz-huyue.com 作者： 人氣： 發表時間：2012年02月21日

    近年來移動通信的飛速發展，特別是第三代移動通信技術的逐漸成熟備受世人關注。隨著3G技術在世界范圍內越來越多的國家實現商用，其業務方面的魅力正逐漸顯現。就WCDMA和TD-SCDMA接入技術而言，二者均繼承了GSM機卡分離的技術特點，這就意味著作為移動通信網絡接入點的UE（User Equipment）是ME設備（Mobile Equipment）與USIM卡的綜合體，其邏輯結構見圖1。為了保證UE與網絡間的正常通信及業務實現，通過對ME與USIM卡間的Cu接口進行全面的測試驗證能夠保證二者作為一個整體協同工作。

圖1　移動終端/用戶設備的邏輯結構

    USIM是通用用戶身份識別模塊（Universal Subsciber Identity Module）的簡稱，其物理實體為通用集成電路卡（Universal Integrated Circuit Card），即UICC，而USIM實際上是建立在UICC上的一種主要用于終端用戶身份識別的應用。UICC卡分為ID-1 UICC和Plug-in UICC兩類，其區別主要在于物理外形尺寸及應用環境。目前一般3G終端中使用的是后者——插入式UICC，它實現了平臺和應用的分離。USIM應用只是UICC平臺上的第一個應用，而像電子簽名一類的非電信應用或電信增值應用，均可以建立在此平臺之上。除此之外，由于USIM卡中存儲著用于用戶身份驗證、鑒權加密以及系統登錄的重要信息，因此USIM在安全機制，鑒權方式等方面也有了進一步的加強和完善。隨著USIM功能的不斷增強，針對USIM以及Cu接口的測試也變得日益重要和復雜，這方面的相關測試主要包括：USIM/ME接口一致性測試；（Cu）接口USAT測試以及USIM一致性測試。

    USIM/ME接口一致性測試（一級標題）

    USIM/ME接口一致性測試的主要目的是保證終端與USIM間的信息交互符合相關測試規范的要求，通過觀察Cu接口的信令交互過程及針對各種電氣指標的測試，驗證終端與USIM卡協同工作的能力。USIM/ME接口一致性測試所依據的規范分為兩部分，分別是3GPP的TS31.121針對USIM/ME接口應用特性方面的一致性測試和ETSI的TS 102 230針對終端與USIM在電氣、邏輯特性等方面的一致性測試。

    USIM/ME接口一致性測試是通過對USIM的模擬，驗證終端在與USIM配合工作時，其行為是否和協議標準所規定的相一致，這部分測試關系到終端能否在現實網絡中正常工作，因此是運營商和手機廠家都非常關注的一項測試。以歐洲權威的認證機構GCF（Global Certification Forum）為例，目前GCF通過對測試項目重要程度的判斷，將其要求的所有測試項目分為7個級別（Batch），其中USIM/ME接口一致性測試與射頻一致性測試及部分協議一致性測試一起被列入了第一優先級，也就說WCDMA或TD-SCDMA終端若想得到歐洲各大運營商的認可，順利進入歐洲市場就必須通過USIM/ME接口一致性測試，其重要程度可見一斑。

    1.USIM/ME接口一致性測試：應用特性方面

    對于USIM/ME接口應用特性方面的一致性測試的主要測試內容包括：

    * 簽約相關過程測試：主要針對IMSI/TMSI的處理過程及接入控制的處理過程進行測試。
    * 安全相關過程測試：主要針對終端在PIN的處理、FDN的處理、BDN的處理以及AoC的處理等方面的信令流程進行測試。
    * 簽約無關過程測試：包括電話本處理過程、短消息處理報告等。

    USIM/ME接口應用特性方面的一致性測試所需測試儀表的功能要求是對USIM應用進行模擬并能夠對Cu接口的消息流程進行實時的跟蹤和顯示，同時利用Uu接口的測試儀表進行輔助的監測，測試環境如圖2所示。

 圖2　Cu接口測試環境（一）

    USIM卡模擬器提供各測試項所需的USIM卡中的測試數據文件，模擬USIM卡各種正常和異常的操作過程、信號或數據輸出。終端直接對USIM模擬器進行操作，USIM卡模擬器監視Cu接口的信號和數據流，終端對USIM卡的數據讀寫操作結果可以通過USIM卡模擬器來確認。

    對于不要求USIM卡進行異常操作的測試用例，還可以采用真實的USIM卡進行測試。測試系統配置如圖3，包含的測試設備包括：USIM卡、USIM卡讀寫器、Cu接口監視器、終端以及系統模擬器。終端直接對真實的USIM進行操作，在操作過程中，通過Cu接口監視器監視Cu接口的信號和數據流，終端對USIM卡中數據的讀寫操作結果通過USIM卡讀寫器讀取USIM卡中的文件來驗證。各測試項所需的USIM卡中的測試數據可以通過USIM卡讀寫器寫入到USIM卡中。

 圖3　Cu接口測試環境（二）

    2.USIM/ME接口一致性測試：電氣、邏輯特性方面

    對于USIM/ME接口電氣、邏輯特性方面的一致性測試的主要測試內容包括：

    * UICC-終端接口的電氣特性測試；
    * 初始通信測試；
    * 傳輸協議測試；
    * 獨立于應用的程序等。

    對于電氣和邏輯特性的Cu接口一致性測試不需要系統模擬器的配合，其他測試設備與應用特性測試基本一致。

    UICC-終端（Cu）接口USAT測試

    USAT（USIM應用工具箱）是USIM Application Toolkit的縮寫，這部分測試主要關注UICC-終端（Cu）接口的USAT應用特性，其目的是為了保證終端與USIM的互操作性。

    在不支持USAT的傳輸協議中，終端總是處于控制地位，發送指令給UICC，UICC則不能發送指令給終端，這限制了引入UICC的新特性。為了解決此類問題，在Cu接口的協議棧中引入USAT協議層，USAT層在傳輸層提供的服務基礎之上提供了一種服務機制，允許UICC應用與支持這種機制的終端進行交互和操作，使得UICC可以主動要求終端執行某個操作。支持USAT的Cu接口的協議棧如圖4所示。

圖4　支持USAT功能的Cu接口協議棧

    USAT通過一組指令（TERMINAL PROFILE、FETCH、主動式指令、ENVELOPE、TERMINAL RE-SPONSE、狀態字SW1 SW2“91 XX”或“93 00”）實現這種服務機制。支持USAT功能的UICC應支持上述指令。

    對于終端來說USAT為可選功能，支持USAT功能的終端和UICC在Cu接口上的過程包括：終端的PROFILE下載過程；主動式UICC會話過程；Envelope命令過程以及主動輪詢過程。

    UICC-終端（Cu）接口USAT測試的標準依據是3GPP TS 31.111（ETSI TS 131 111），國內的標準化工作也正在進行中。根據測試項目以及測試數據跟蹤采集的要求，本部分測試所需要的儀表與USIM/ME接口一致性測試基本一致。主要的測試內容包括：

    * Profile下載的處理
    * 主動式指令測試
    * ENVELOPE指令測試

    UICC-終端（Cu）接口USAT測試雖然目前還未被GCF列為正式的準入測試項目，但隨著3G業務與應用的進一步發展，USAT的應用勢必日益廣泛?？梢哉fUSAT的應用為電信增值業務搭建了一個廣闊的平臺。

    USIM一致性測試

    USIM一致性測試主要是對USIM卡的物理特性及應用特性所進行的測試，其目的是驗證USIM卡的基本特性是否與規范的要求一致，以保證USIM卡的適用性和可靠性，應該說這部分測試是專門針對USIM卡的基本測試。

    關于USIM的物理、電氣特性的技術要求依據規范ETSI TS102.221，關于應用特性的技術要求依據規范3GPP 31.102。USIM一致性測試所依據的測試規范是3GPP TS31.122，所需測試設備主要包括：ME模擬器；觸電壓力測試設備；溫度可控設備；溫度測量設備；電壓測量設備等等。主要測試內容如下：

    * 物理特性測試
    * 電氣特性測試
    * 初始通信建立流程測試
    * 傳輸協議測試
    * 應用及文件格式測試
    * 安全特性測試
    * USIM指令測試
    * UICC特性測試

    目前，USIM一致性測試并沒有被國際上比較權威的認證組織列為必測項目，這一方面是由于USIM/ME接口一致性測試已經全面驗證了終端與標準USIM模擬器的配合情況，進而保證了終端與網絡的良好互通；另一方面，從測試性質來說，本部分測試更適合用做USIM提供商的內部測試。

    小結

    本文就USIM相關的測試內容、測試依據規范以及測試所需儀表進行了相應介紹。在以業務和應用為主旋律的3G時代，基于USIM卡的應用將會更加廣泛，通過對USIM進行全面測試可以提高和加強卡與終端的一致性，為3G豐富多彩的業務提供可靠的保證。