关于USIM卡的全面测试综述

文章出处：http://www.singbon.com 作者： 人气： 发表时间：2012年02月21日

    近年来移动通信的飞速发展，特别是第三代移动通信技术的逐渐成熟备受世人关注。随着3G技术在世界范围内越来越多的国家实现商用，其业务方面的魅力正逐渐显现。就WCDMA和TD-SCDMA接入技术而言，二者均继承了GSM机卡分离的技术特点，这就意味着作为移动通信网络接入点的UE（User Equipment）是ME设备（Mobile Equipment）与USIM卡的综合体，其逻辑结构见图1。为了保证UE与网络间的正常通信及业务实现，通过对ME与USIM卡间的Cu接口进行全面的测试验证能够保证二者作为一个整体协同工作。

图1　移动终端/用户设备的逻辑结构

    USIM是通用用户身份识别模块（Universal Subsciber Identity Module）的简称，其物理实体为通用集成电路卡（Universal Integrated Circuit Card），即UICC，而USIM实际上是建立在UICC上的一种主要用于终端用户身份识别的应用。UICC卡分为ID-1 UICC和Plug-in UICC两类，其区别主要在于物理外形尺寸及应用环境。目前一般3G终端中使用的是后者——插入式UICC，它实现了平台和应用的分离。USIM应用只是UICC平台上的第一个应用，而像电子签名一类的非电信应用或电信增值应用，均可以建立在此平台之上。除此之外，由于USIM卡中存储着用于用户身份验证、鉴权加密以及系统登录的重要信息，因此USIM在安全机制，鉴权方式等方面也有了进一步的加强和完善。随着USIM功能的不断增强，针对USIM以及Cu接口的测试也变得日益重要和复杂，这方面的相关测试主要包括：USIM/ME接口一致性测试；（Cu）接口USAT测试以及USIM一致性测试。

    USIM/ME接口一致性测试（一级标题）

    USIM/ME接口一致性测试的主要目的是保证终端与USIM间的信息交互符合相关测试规范的要求，通过观察Cu接口的信令交互过程及针对各种电气指标的测试，验证终端与USIM卡协同工作的能力。USIM/ME接口一致性测试所依据的规范分为两部分，分别是3GPP的TS31.121针对USIM/ME接口应用特性方面的一致性测试和ETSI的TS 102 230针对终端与USIM在电气、逻辑特性等方面的一致性测试。

    USIM/ME接口一致性测试是通过对USIM的模拟，验证终端在与USIM配合工作时，其行为是否和协议标准所规定的相一致，这部分测试关系到终端能否在现实网络中正常工作，因此是运营商和手机厂家都非常关注的一项测试。以欧洲权威的认证机构GCF（Global Certification Forum）为例，目前GCF通过对测试项目重要程度的判断，将其要求的所有测试项目分为7个级别（Batch），其中USIM/ME接口一致性测试与射频一致性测试及部分协议一致性测试一起被列入了第一优先级，也就说WCDMA或TD-SCDMA终端若想得到欧洲各大运营商的认可，顺利进入欧洲市场就必须通过USIM/ME接口一致性测试，其重要程度可见一斑。

    1.USIM/ME接口一致性测试：应用特性方面

    对于USIM/ME接口应用特性方面的一致性测试的主要测试内容包括：

    * 签约相关过程测试：主要针对IMSI/TMSI的处理过程及接入控制的处理过程进行测试。
    * 安全相关过程测试：主要针对终端在PIN的处理、FDN的处理、BDN的处理以及AoC的处理等方面的信令流程进行测试。
    * 签约无关过程测试：包括电话本处理过程、短消息处理报告等。

    USIM/ME接口应用特性方面的一致性测试所需测试仪表的功能要求是对USIM应用进行模拟并能够对Cu接口的消息流程进行实时的跟踪和显示，同时利用Uu接口的测试仪表进行辅助的监测，测试环境如图2所示。

 图2　Cu接口测试环境（一）

    USIM卡模拟器提供各测试项所需的USIM卡中的测试数据文件，模拟USIM卡各种正常和异常的操作过程、信号或数据输出。终端直接对USIM模拟器进行操作，USIM卡模拟器监视Cu接口的信号和数据流，终端对USIM卡的数据读写操作结果可以通过USIM卡模拟器来确认。

    对于不要求USIM卡进行异常操作的测试用例，还可以采用真实的USIM卡进行测试。测试系统配置如图3，包含的测试设备包括：USIM卡、USIM卡读写器、Cu接口监视器、终端以及系统模拟器。终端直接对真实的USIM进行操作，在操作过程中，通过Cu接口监视器监视Cu接口的信号和数据流，终端对USIM卡中数据的读写操作结果通过USIM卡读写器读取USIM卡中的文件来验证。各测试项所需的USIM卡中的测试数据可以通过USIM卡读写器写入到USIM卡中。

 图3　Cu接口测试环境（二）

    2.USIM/ME接口一致性测试：电气、逻辑特性方面

    对于USIM/ME接口电气、逻辑特性方面的一致性测试的主要测试内容包括：

    * UICC-终端接口的电气特性测试；
    * 初始通信测试；
    * 传输协议测试；
    * 独立于应用的程序等。

    对于电气和逻辑特性的Cu接口一致性测试不需要系统模拟器的配合，其他测试设备与应用特性测试基本一致。

    UICC-终端（Cu）接口USAT测试

    USAT（USIM应用工具箱）是USIM Application Toolkit的缩写，这部分测试主要关注UICC-终端（Cu）接口的USAT应用特性，其目的是为了保证终端与USIM的互操作性。

    在不支持USAT的传输协议中，终端总是处于控制地位，发送指令给UICC，UICC则不能发送指令给终端，这限制了引入UICC的新特性。为了解决此类问题，在Cu接口的协议栈中引入USAT协议层，USAT层在传输层提供的服务基础之上提供了一种服务机制，允许UICC应用与支持这种机制的终端进行交互和操作，使得UICC可以主动要求终端执行某个操作。支持USAT的Cu接口的协议栈如图4所示。

图4　支持USAT功能的Cu接口协议栈

    USAT通过一组指令（TERMINAL PROFILE、FETCH、主动式指令、ENVELOPE、TERMINAL RE-SPONSE、状态字SW1 SW2“91 XX”或“93 00”）实现这种服务机制。支持USAT功能的UICC应支持上述指令。

    对于终端来说USAT为可选功能，支持USAT功能的终端和UICC在Cu接口上的过程包括：终端的PROFILE下载过程；主动式UICC会话过程；Envelope命令过程以及主动轮询过程。

    UICC-终端（Cu）接口USAT测试的标准依据是3GPP TS 31.111（ETSI TS 131 111），国内的标准化工作也正在进行中。根据测试项目以及测试数据跟踪采集的要求，本部分测试所需要的仪表与USIM/ME接口一致性测试基本一致。主要的测试内容包括：

    * Profile下载的处理
    * 主动式指令测试
    * ENVELOPE指令测试

    UICC-终端（Cu）接口USAT测试虽然目前还未被GCF列为正式的准入测试项目，但随着3G业务与应用的进一步发展，USAT的应用势必日益广泛。可以说USAT的应用为电信增值业务搭建了一个广阔的平台。

    USIM一致性测试

    USIM一致性测试主要是对USIM卡的物理特性及应用特性所进行的测试，其目的是验证USIM卡的基本特性是否与规范的要求一致，以保证USIM卡的适用性和可靠性，应该说这部分测试是专门针对USIM卡的基本测试。

    关于USIM的物理、电气特性的技术要求依据规范ETSI TS102.221，关于应用特性的技术要求依据规范3GPP 31.102。USIM一致性测试所依据的测试规范是3GPP TS31.122，所需测试设备主要包括：ME模拟器；触电压力测试设备；温度可控设备；温度测量设备；电压测量设备等等。主要测试内容如下：

    * 物理特性测试
    * 电气特性测试
    * 初始通信建立流程测试
    * 传输协议测试
    * 应用及文件格式测试
    * 安全特性测试
    * USIM指令测试
    * UICC特性测试

    目前，USIM一致性测试并没有被国际上比较权威的认证组织列为必测项目，这一方面是由于USIM/ME接口一致性测试已经全面验证了终端与标准USIM模拟器的配合情况，进而保证了终端与网络的良好互通；另一方面，从测试性质来说，本部分测试更适合用做USIM提供商的内部测试。

    小结

    本文就USIM相关的测试内容、测试依据规范以及测试所需仪表进行了相应介绍。在以业务和应用为主旋律的3G时代，基于USIM卡的应用将会更加广泛，通过对USIM进行全面测试可以提高和加强卡与终端的一致性，为3G丰富多彩的业务提供可靠的保证。