（交通信息工程及控制专业论文）基于TTCN3的RBC测试方法研究.pdf

中文摘要 摘要：c t c s 3 级列控系统是铁路科技发展“十一五 规划中具有全局性、战 略性、前瞻性的十项重大专项之一。搞好c t c s 3 级列控系统的技术创新，对我国 铁路列控系统的技术发展和通信信号装备技术水平的提高具有深远的意义。 c t c s 3 级列控系统技术创新将依托武广、郑西、广深港等客运专线工程建设，通 过引进列控系统关键技术，联合设计、联合开发、联合攻关，并结合成功应用的 c t c s 2 级技术，构建符合中国国情路情、具有自主知识产权的c t c s 3 级列控技 术体系。无线闭塞中心( r a d i ob l o c kc e n t e r ，以下简称r b c ) 是c t c s 3 级列控 系统的核心设备之一，在使用前首先做一个完整的功能测试是必不可少的。 本论文对r b c 的测试方法进行研究。首先，详细分析了r b c 的功能需求，列 举了系统上电自检、安全链路管理、列车信息管理、行车许可管理、r b c 切换管 理、车载模式管理、数据库管理等七大功能，简要描述了r b c 与各设备之间的接 口，介绍了仿真测试平台，并提出了通过数据流测试反应r b c 完成功能情况的测 试方法；其次，以r b c 工作流程为对象，对其建立模型，生成用例图、状态图、 活动图，并根据建模图提取功能特征，设计了测试案例；然后，介绍了测试序列 的必要性和设计原则，对所有r b c 参与的场景进行了划分和描述，提出了基于场 景的设计思路，按照将基本场景和备选场景串联起来的方法设计并生成了测试序 列；最后，采用t r w o r k b e n c h 工具，设计并实现了基于t r c n 3 的r b c 测试系统， 模拟了r b c 的仿真测试支撑环境，实现了对测试过程的控制和管理的功能，详细 说明了测试系统的实现过程，进行了仿真实验并分析了实验结果。 本论文的创新点在于借鉴了通信协议测试的方法，将新的标准化t r c n 3 黑盒 测试语言运用到对列控设备r b c 的测试当中。仿真实验分析结果表明本文提出的 设计方案是可行的。 关键词：c t c s 3 ；无线闭塞中心：测试案例；测试序列；场景；t t c n 3 分类号：u 2 8 4 9 1 a bs t r a c t a b s t r a c t ：3 r dl e v e lo fc t c s ( c h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e m ) i so n eo ft e ns p e c i a l p r o j e c t sw h i c ha r eo fl o n g - t e r ma n ds t r a t e g i ci m p o r t a n c ea n da f f e c t i n gt h eo v e r a l l i n t e r e s t so ft h ec o u n t r yi n ”e l e v e n t hf i v e - y e a rp l a n ”f o rr a i l w a yt e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t ) t e c h n i c a li n n o v a t i o no fc t c s 一3p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt e c h n o l o g y d e v e l o p m e n to fc h i n e s e t r a i nc o n t r o ls y s t e ma n dt e c h n o l o g yi m p r o v e m e n to f c o m m u n i c a t i o na n d s i g n a l e q u i p m e n t b a s e do nt h e w u h a n - g u a n g z h o u , z h e n g z h o u - x i a n , a n dg u a n g z h o u - s h c n z h e n - h o n g k o n gp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ， c t c s 一3t h a tc o n f o r m st oc h i n a sn a t i o n a ls i t u a t i o na n dh a si n d e p e n d e n tp a t e n tr i g h t si s t 0b eb u i l tt h r o u g hi n t r o d u c i n gk e yt e c h n o l o g i e so ft r a i nc o n t r o ls y s t e m ，j o i n td e s i g n , d e v e l o pa n dr e s e a r c h ，a n da d o p t i n gt h ec t c s - 2t e c h n o l o g yw h i c hi sa p p l i e d s u c c e s s f u l l y a sr b c ( r a d i ob l o c kc e n t e r ) i so n eo f t h eg o r ee q u i p m e n t so f c t c s 一3 ，i t i si n d i s p e n s a b l et od oc o m p l e t ef u n c t i o nt e s tt oi t i nt h i st h e s i s ，t h et e s tm e t h o d o l o g yo fr b ce q u i p m e n ti sr e s e a r c h e d f i r s to fa l l ，t h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n to fr b ci sa n a l y z e di nd e t a i l ，s e v e nf u n c t i o ni n c l u d i n gs y s t e m s e l f - t e s t , s e c u r i t yl i n km a n a g e m e n t , t r a i ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，m o v e m e n ta u t h o r i t y m a n a g e m e n t , r b ct r a n s i t i o nm a n a g e m e n t , o n b o a r de q u i p m e n tm o d em a n a g e m e n t , d a t a b a s em a n a g e m e n ta r el i s t e d ，t h ei n t e r f a c e so fr b cw i t ho t h e re q u i p m e n ta r eb r i e f l y d e s c r i b e d ，s i m u l a t i o nt e s tp l a t f o r mi si n t r o d u c e d ，a n dt e s tm e t h o dt h a tr e f l e c t st h e c o m p l e t i o nf u n c t i o no fr b ct h r o u g hd a t af l o wt e s ti sb r o u g h tf o r w a r d s e c o n d l y , t h e r b co p e r a t i n gp r o c e s s i o n sa r em o d e l e da n du s ec a s ed i a g r a m ，s t a t ed i a g r a m ，a n d a c t i v i t yd i a g r a ma r eg e n e r a t e d ；f u n c t i o nf e a t u r e sa r ea b s t r a c t e da n dt e s to a s e sa r e d e s i g n e db a s e do nt h e s ed i a g r a m s t h i r d l y , t h en e c e s s i t ya n dd e s i g np r i n c i p l e so ft e s t s e q u e n c ea r ei n t r o d u c e d ；a l ls c e n a r i o st h a tr b c i si n v o l v e di na r ed i v i d e da n dd e s c r i b e d ； d e s i g ni d e ab a s e do ns c e n a r i oi sp u tf o r w a r d ；b a s e do nc o m b i n a t i o no fb a s i cs c e n a r i o a n do p t i o n a ls c e n a r i o ，t e s ts e q u e n c ei sd e s i g n e da n dg e n e r a t e d f i n a l l y , w i t ht o o l t t w o r k b e n c h ，t e s ts y s t e mf o rt h er b cb a s e do nt h e i t c n - 3i sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d ，s u p p o r t i n ge n v i r o n m e n tf o rs i m u l a t i o nt e s to fr b ci ss i m u l a t e d ，t h e f u n c t i o no fc o n t r o l l i n ga n dm a n a g i n gt e s tp r o c e s si sa c t u a l i z e d ，r e a l i z a t i o np r o c e s so f t e s ts y s t e mi sd e s c r i b e di nd e t a i l ，a n ds i m u l a t i o ne x p e r i m e n ti sd o n ea n dt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ea n a l y z e d t h ei n n o v a t i o no ft h i st h e s i si st oa p p l yt h en e ws t a n d a r d i z e db l a c k - b o xt e s t i n g a b s t r a ( 玎 l a n g u a g et r c n 一3t 0i 之b co ft e s tt r a i nc o n t r o le q u i p m e n tw i t hc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l t e s tm e t h o d s a n a l y s i sr e s u l to fs i m u l a t i o nt e s ts h o w st h a td e s i g np l a np u tf o r w a r di n t h i st h e s i si sf e a s i b l e 1 ( e y w o i t d s ：c t c s 一3 ；r a d i ob l o c kc e n t e r ；t e s tc a s e ；t e s ts e q u e n c e ；s c e n a r i o ； t t c n 3 c i 。a s s n o ：u 2 8 4 9 1 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：嘞韬 签字闩期： 砂7 年占月廖同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权晚明) 学位论文作者签名：冲砀韦为 签字同期：弘叩年6 月f g 同 导师签名： 签字t 7 期：加7 年6 月，gf i - 致谢 本论文的工作是在我的导师张勇副教授的悉心指导下完成的。张老师渊博的 学识、严谨的治学态度和丰富的研究经验都让我受益终生：他忘我的敬业精神也 将是我以后学习和研究中永远的榜样：同时在张老师身上我也学会了许多做人的 道理，在此论文完成之际，谨向他致以最诚挚的感谢。 本实验室的刘中田老师、袁磊老师悉心指导我们完成了实验室工作，并对我 的科研和论文提出了宝贵意见，在此对以上老师表示感谢。 感谢实验室的吕继东师兄、刘超师兄、赵显琼师兄、宋沛东师兄、王春花师 姐，他们手把手指导了我的科研工作以及论文，在此表示感谢。 还要感谢一同做课题的袁春贵、李涛、矫亮亮、薛丽萍、陈建球、耿鹏、梁 楠、李伟、秦玲、尹南、靖焱林等同学，感谢他们给予了我许多支持和帮助。 最后，我还要感谢我的家人，感谢他们对我的理解和支持使我能够在学校专 心完成我的学业。 本论文由国家自然科学基会项目“列车运行控制及组织的基础理论与关键技 术研究”( 项目号：6 0 6 3 4 0 1 0 ) 和“列车运行控制系统的仿真理论与方法”( 项 目号：6 0 7 3 6 0 4 7 ) 支持。 1 绪论 1 1研究背景及意义 c t c s 3 级列控系统是铁路科技发展“十一五一规划中具有全局性、战略 性、前瞻性的十项重大专项之一。搞好c t c s 3 级列控系统的技术创新，对我国铁 路列控系统的技术发展和通信信号装备技术水平的提高具有深远的意义。c t c s 3 级列控系统技术创新将依托武广、郑西、广深港等客运专线工程建设，通过引进 列控系统关键技术，联合设计、联合开发、联合攻关，并结合成功应用的c t c s 2 级技术，构建符合中国国情路情、具有自主知识产权的c t c s 3 级列控技术体系。 无线闭塞中心( r a d i ob l o c kc e n t e r ，以下简称l 狙c ) 是c t c s 3 级列控系统 的核心设备之一。r b c 根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过 g s m r 无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给c t c s 3 级 车载设备；同时接收车载设备发送的位置和列车参数等信息。通过研究，形成一 套具有完全自主知识产权的r b c 技术平台。 铁路是大容量和大众化的交通运输工具，安全运输是铁路追求的重要目标， 通常所说的“安全第一一表明安全在铁路中的地位，“故障一安全( f a i l s a f e ) 理 念的技术化也源于铁路【i l 。为了保证设备投入使用时的安全可靠，在使用前首先做 一个完整的功能测试是必不可少的，同时还必须考虑尽可能多的安全性测试。国 内外相关领域专家已经进行了列控系统的测试工作，并取得了一定成果。特别是 对于e t c s 车载设备的测试，e r t m su n i s i g 工作组发布了较为详细的文档，描 述了根据系统的需求规范s r s 提取系统特征的基本方法、产生测试案例的原则和 方法、通过测试案例构成测试子序列的方法以及通过测试子序列构成测试序列的 方法。而针对r b c 的测试规范国外相关机构久久未能公布。国内对列控系统的测 试工作刚刚起步，目前着重在对国产化的车载设备的测试，r b c 的测试则是存在 很大一片空白。 基于以上背景，开展针对c t c s 3 级列控设备测试方法的研究便具有一定的创 新意义和现实价值。其中r b c 作为列控系统的重要组成部分，对其各方面性能， 尤其是互操作性和安全性等进行测试，是非常重要的。 系统的功能规范测试如果要完全在真实环境中执行需要大量的时间和资源， 此外，大量的测试需要产生异常的安全一故障条件，这些在真实环境中很难实施。 因此我们需要有一个仿真环境来模拟被测设备实际运行的真实环境，该仿真环境 由于与被测系统相互连接，因此不仅要在功能上能够“以假乱真一，而且要符合一 定的实时要求。对于安全软件的测试，仿真环境除了能动态地响应软件的输出命 令之外，还要能够按照真实环境的各种可能的故障模式模拟环境的非正常情况， 从而在不破坏任何设备的前提下验证被测软件处理异常情况的能力及其容错性 能。 本论文便是立足于基于t r c n 3 的r b c 测试方法的研究，通过测试案例、序 列编写以及仿真测试软件的开发搭建了这样一个仿真测试平台，希望能够快速、 自动的在正常和降级的操作条件下执行系统的功能测试。 1 2国内外研究现状 国外在列车控制系统的测试方面非常重视，开展了各项研究工作。 在车载设备测试方面，e r t m su n i s i g 工作组发布了关于e t c s 车载设备的 测试文档，内容涉及到功能特征、测试案例、测试子序列和测试序列的产生方法 等【z 1 ：西班牙c e d e xl i f 实验室采用仿真测试方法，建立了e u r o c a b 测试平台， 并开发了一些测试工具，实现了测试序列定义，测试序列生成和查看、测试管理 和测试结果分析评估等功斛引。 在联锁设备测试方面，在德国、意大利、法国等都设有计算机联锁系统的认 证机构，其中德国的认证机构最为完善，是一个独立机构，有大量的测试平台及 检查硬件的必备设备，一般认证时间约6 个月左右，他们测试的主要内容包括： 系统认证，重点是系统的合理性和可靠性；硬件认证，主要是硬件等级和厂家承 诺；故障一安全认证，其中包括各种定性定量的分析甚至计算和试验；应用软件 的检查认证，对可维护性给予认证、评估，检验系统软件功制4 】。 在对r b c 测试方面，法国e a s a 搭建了车载系统、无线闭塞中心测试平台以 及互联互通测试平刨5 1 ，如图1 1 所示： 2 图1 - 1 法国e a s a 的互联互通测试平台 f i g v r e l - 1e a s a t e s t b e n c hc o n f i g u r a t i o n f o r c r o s s t e s t s i n f r a n c e gd e n i c o l a 提出了一种基于白盒测试和黑盒测试的混合测试方法x 系统进行测试基本思路是从系统的规格说明书出发，把系统切割成自 若干逻辑单元，之后对每一个逻辑单元进行测试嗍。 意大利的rd i t o m m a s o 研究了对e t c s 的地面关键设备r b c 安全 的方法，主要是通过仿真方法提供在列车与r b c 之间数据通信异常情d 案例来验证r b c 系统的安全性。研究发现只有1 3 的测试规范适应目 条件，其余的8 7 都是有关降级和异常测试( 分别是5 2 和3 5 ) 1 7 1 ， 类的基础上，制定了一个叫做“异常管理”的工具它和正常的仿真s 立的。研究了“s y s t e r 】ni nt h el o o p ”仿真环境以及专门的异常管理工具， 测试组在几个月的时间里通过手稿文件定义和自动测试大多数的规范s 来检测不一致性和执行的错误，钡4 试环境如图i 一2 所示： 图l - 2 测试环境的逻辑图不 f i g u r e l 0 2t h el o g i cs c h e m eo f t h et e s t i n ge n v i r o n m e n t 国内在计算机联锁测试方面，已有部分高校和科研单位展开了相关的研究， 同济大学软件测试评估研究室开发的“计算机联锁软件测试装置 【8 】和铁道科学 研究院的“t y j l - i i 微机联锁p l c 模拟测试系统 【9 】是其中比较有代表性的研究。 t f c n 3 作为一种最新的测试描述和实现语言。在以德、法为代表的欧洲工业 界受到了高度重视，不断推出基于t t c n 3 的测试实现工具【i o 】。其中比较有代表 性的有： t e l e l o g i c l l l 】公司一直致力于t r c n 支持工具研发。拥有t r c n 1 和t r c n 2 的 相关工具。t a u f f e s t e r 是一款基于t f c n 3 的软件测试工具，主要用于软件开发期 间的系统测试和集成测试。 d a n e t 公司的d a n e tt r c n 3t o o l 1 2 】。该工具将t r c n 3 转换为c + + 语言，生成 可执行测试集，多用于电信、媒体和汽车工业等领域的软件测试。 近年来t i c n 3 的应用范围也不断拓广，文献【1 3 , 1 4 分别将t t c n 3 应用于 r i p n g 协议和移动i p v 6 协议的一致性测试中；文酬1 5 】研究了移动管理协议b c m p 的性能测试，文献【i6 】则将t r c n 3 应用于分布式负载测试( 1 0 a dt e s t ) q a 。此外， t t c n 3 也广泛应用于其他类型的测试中，如服务测试【1 7 1 、软件测试【1 8 , 1 9 1 、入侵检 测和被动测试【2 0 】等。 而对于t t c n 3 在列控系统测试国外已有研究，奥地利因斯布鲁克大学的 s t e f a nb l o m 等人用t r c n 3 对联锁设备中央处理器软件的空闲等待( i d l ew a i t i n g ) 仿真时间提出了解决方案，并已运用到贝托货运铁路线( b e t u w e l i j n ) 2 1 】中。 目前我国对于t r c n 3 测试实现技术的研究尚在起步阶段，主要集中于测试 执行系统中单元技术的实现研究【2 2 2 4 】。此外。在基于t r o n 3 协议一致性测试【2 5 1 、 4 性能测试方面也有一些初步的研究。 对于r b c 的测试华为公司已经做了相关研究，主要集中在测试通信流程上。 实验室在r b c 的测试上已有一定基础【2 6 1 ，主要是初步概括了r b c 功能特征， 以及在此基础上测试平台的搭建；采用提取功能特征的方式总结了部分案例；定 义了工作状态，并采用基于中国邮路算法设计了测试序列。当然也存在不足之处， 例如：测试案例覆盖不足；对r b c 测试的研究停留在理论层次，虽然搭建了测试 仿真平台，但并没有具体实现测试控制的软件编码。本论文在此基础上进行了部 分改进，测试案例的设计采用了基于建模图的方法，测试序列的设计则采用基于 场景的方法，并在此基础上设计实现了基于t r c n 3 的r b c 测试系统。 1 3 论文主要工作 本论文重点研究了基于t t c n 3 的r b c 测试方法，对c t c s 3 级子系统r b c 进行了功能分析，按照场景建模图的方法总结出了测试案例，针对r b c 功能划分 了场景，并基于场景设计了测试序列，最后设计实现了基于t r c n 3 的测试系统 并进行了仿真测试。 论文章节安排如下： 第一章、介绍本课题研究的背景、意义、国内外研究现状和论文的主要工作。 第二章、r b c 功能概述，分析了r b c 的功能需求，描述了接口，介绍了r b c 仿真测试平台并提出了测试方法。 第三章、r b c 测试案例的设计，对r b c 的工作流程建模，生成建模图，从而 指导提取功能特征和设计测试案例。 第四章、r b c 测试序列的设计，介绍了测试序列的必要性及设计原则，按照 场景串联的方法设计了测试序列，并说明了将测试案例组成测试序列的方法。 第五章、t t c n 3 简介，包括表示形式和核心语言、测试系统的模型及各组成 部分介绍，说明了各种操作并介绍了测试工具t t w o r k b e n c h 。 第六章、基于t r c n 3 的r b c 测试系统设计与实现，设计并实现了测试系统， 并对r b c 进行了仿真测试及结果分析。 第七章、总结和展望。 1 4本章小结 本章简介了论文的研究背景、研究意义和国内外研究现状；最后分章节简介 了论文的主要工作。 2r b c 功能概述 2 1概述 r b c 是c t c s 3 级列控系统的核心地面设备，是一个基于计算机的系统，它 根据从外部地面系统接收到的信息( 股道占用信息和进路信息等) 以及与车载子 系统交换的信息( 如位置报告) 生成发送给列车的消息。数据交换通过g s m r 通 信网络完成。这些消息的主要目的是向车载设备提供行车许可、相应的线路参数、 临时限速等信息，使列车在r b c 管辖范围内的线路上安全运行。 本章用到的缩写词如表2 1 所示： 表2 - 1 缩写词表 t 出l e 2 1t i a b l eo f a b b r e v i a t i o n s 序号英文缩写说明 1m a ( m o v e a u t h o r i t y ) 行车许可 2l r b g ( l a s tr e l e v a n tb a l i s eg r o u p ) 最后相关应答器组 3f s ( f u l ls u p e r v i s i o n ) 完全监控模式 4c o ( c a l lo n ) 引导模式 5o s ( o ns i g h t ) 目视行车模式 6s h ( s h u n t ) 调车模式 7l t a ( l e v e lt r a n s i t i o na n n o u n c e m e n t )等级转换预告应答器组 2 2r b c 功能分析 r b c 的主要功能包括：系统上电自检、安全链路管理、列车信息管理、行车 许可管理、r b c 切换管理、车载模式管理、数据库管理等。 2 2 1 系统上电自检 r b c 系统上电后首先执行下面三个任务：自检、与外部系统建立联系、联系 列车。 1 ) 系统上电后，应对系统设备进行自检，自检至少应包括逻辑运算部件和输 入输出接口部件的电路板、通信电缆等。 6 2 ) 系统自检通过后，应与c t c 、联锁、车载、接收r b c 等设备建立通信联 系。 3 ) 如果r b c 是由于故障造成的重新启动，r b c 应能够与管辖范围内的列车 主动建立通信会晤，因为此前r b c 保留有这些列车的电话号码。 2 2 2 安全链路管理 安全链路管理包括通道测试、建立链接、保持链接、删除链接、异常处理等。 1 ) 通道测试：主要完成r b c 与g s m r 之间的无线网络测试功能，是与车载 交互消息的前提条件。 2 ) 建立链接： 车载设备发起一个通信会晤的建立过程 车载设备发起建立的通信会晤，应按照如下步骤进行： a ) 车载设备应请求与地面设备建立安全链接，不断重复请求直到连 接成功或超过规定的次数为止； b ) 一旦建立安全链接，车载设备应立即向r b c 发送通信会晤初始化 信息； c ) 一旦r b c 接收到初始化信息，应立即发送系统版本信息； d ) 车载设备收到系统版本号信息，向r b c 发送一个包含车载设备电 话号码的会晤已建立的报告。 3 ) 保持链接： 如果没有故障条件发生，通信会晤一旦建立，将一直保持，直到列车 完成运行任务。 当通信会晤建立后，如果安全链接偶然中断但地面设备未发出断开链 接的指令时，相关实体都应认为通信会晤仍然是建立的。 只有车载设备才应尝试建立另一个新的安全链接，r b c 不能尝试建立 另一个新的安全连接。 如果存在无线通信盲区，r b c 应预先将盲区的起始位置和结束位置通 知车载设备，由车载设备在无线盲区末端尝试恢复无线通信。 4 1 删除链接： 车载设备应按下列步骤终止通信会晤： 幻车载设备应发送终止通信会晤的消息； b ) 一旦接收到终止通信会晤消息，r b c 应认为通信会晤已终止并向 车载设备发送确认信息； 7 c ) 当接收到确认信息，车载设备应认为通信会晤已终止并要求释放 与r b c 的安全链接。 d ) r b c 确认了终止会话的消息后不能再发送消息给车载。 在下列情况下，r b c 命令车载设备终止通信会晤： a ) 从r b c 区域进入非r b c 区域，在区域边界附近，r b c 命令车载 设备终止会晤； b ) 在r b c - - r b c 切换过程中，列车最小安全末端通过了切换边界后， 移交r b c 向车载设备发送终止会晤命令： c ) 在r b c - - r b c 切换过程中，当接收r b c 收到取消切换信息后， 向车载设备发送终止会晤命令； m 在任务开始阶段r b c 拒绝列车。 5 ) 异常处理：在正常的通信会晤建立后，如果r b c 在规定时间内未接收到 车载设备的报文，即认为通信中断。在确认通信中断后，r b c 应进行如 下操作： 记录通信会晤中断； r b c 在规定时间内未接收到车载设备建立通信会晤的请求，则r b c 删除该列车参数。 2 2 3 列车信息管理 列车信息管理包括列车参数管理和列车位置管理。 1 ) 列车参数管理：当与r b c 建立通信会晤后，车载设备应向r b c 发送列车 种类、列车长度、最大允许速度、载重、轴重、列车能接受的牵引电压、 气密系统、列车车次号等数据。r b c 与车载之间通过g s m r 无线通信来 传递相应的信息。当r b c 与车载进行信息交互，接收到车载发送的消息 后首先会进行消息合法性判断，判断消息合法后，将消息的内容进行存储， 以备其他模块使用这些信息内容。r b c 通过相应的发送机制发送对应的 消息，最后收到确认后，删除此消息内容。 2 ) 列车位置管理： r b c 应当根据车载设备的位置报告实时更新列车位置数据： r b c 应检查列车位置信息，确认在本r b c 的管辖范围内。如果超出 了管辖范围，则向车载设备发送报警信息并向车载发送断开连接的命 令： r b c 收到的位置报告应至少包括以下位置和方向数据： 8 a ) l r b g 与列车估计前端位置之间的距离； b ) 与估计前端位置对应的置信间隔，从而确定欠读误差过读误差； c ) 位置基准( 即l r b g 的标识号) ： d ) 相对于l r b g 方向的列车方向( 注：只有车载系统才可以处理司 机选择的运行方向) ； e ) 相对于l r b g 的列车前端的位置( 即列车正向或反向通过 l r b g ) ： f ) 列车速度： 曲列车完整性信息； h ) 相对于l r b g 方向的列车运行方向。 r b c 应维持管辖范围内单应答器组的坐标系，当车载设备无法检知运 行方向时，应负责向车载设备提供方向信息； r b c 应当根据列车位置报告计算列车所处的轨道区段位置，根据轨道 电路信息确认列车占用； r b c 可以通过在行车许可信息中包含位置报告参数的方法，向车载设 备发送指令来设置列车进行位置报告的方式； 通过与车载设备之间的位置和方向信息交换( 位置报告) ，r b c 应能 够在任意时刻跟踪区域内所有与其通信的列车位置和方向，在自己的 股道布置图中给出列车定位。 2 2 4 行车许可管理 r b c 根据区间列车占用情况及车站进路信息生成管辖范围内所有列车的m a ； 接收c t c 系统提供的i 临时限速信息，并向c t c s 3 级车载设备发送m a 、临时限 速及线路参数等信息：遇到线路故障时，能够生成并向列车发送缩短m a 和紧急 消息，包括进路管理、m a 的授予和更新、m a 的协作缩短。 1 ) 进路管理：r b c 从联锁设备获取进路信息，并根据进路信息计算m a 和 查询线路参数； 2 ) m a 的授予和更新：利用与前一个m a 相同的l r b g 、或一个新的l r b g 来延伸m a ，给出一个或多个新的闭塞分区； 3 ) m a 的协作缩短：当轨道区段、道岔、信号故障导致已建立的进路被破坏 时，r b c 应立即重新计算m a ，并将缩短后的m a 发送给列车，如果与 车载协商不成功，应立即改发无条件紧急停车消息。 9 2 2 5i m c 切换管理 r b c 应负责与接收r b c 在指定区域( 切换应答器) 实现对列车的无缝切换。 切换过程分为一个电台和两个电台两种情况。 1 ) 如果车载只能处理一个通信会晤： 移交r b c 发送切换预通告； 移交r b c 生成包含边界的行车许可； 移交r b c 发送r b c 切换通告； 车载设备终止与移交r b c 的通信会晤； 车载设备建立与接收r b c 的通信会晤； 2 ) 在车载能够同时处理两个通信会晤的情况下，正常操作中，从一个r b c 区 域运行到另一个r b c 区域需要的主要功能步骤如下： 移交r b c 发送切换预通告； 车载设备与接收r b c 建立通信会晤； 移交i 沿c 生成包含边界的行车许可； 移交r b c 发送切换通告； 移交r b c 向接收r b c 移交列车监控权； 车载设备终止与移交r b c 的通信会晤。 2 2 6 车载模式管理 r b c 应监督列车的运行模式，在某些情况下，r b c 可以关联不同的模式曲线 建议列车改变运行模式，但司机必须介入。主要分为模式管理和等级转换： 1 ) 模式管理： f s 模式和c o 模式下，r b c 每周期进行列车定位并且更新路径状态； 当新的占用信息与列车报告位置的时间间隔在6 s 以内时，r b c 将向 列车发送新的完全监控行车许可。否则列车将继续以o s 模式运行； 当工作在c t c s 3 级时，经r b c 同意，列控车载设备转入s h 模式后 与r b c 断开连接，退出s h 模式后再重新与r b c 连接。 2 ) 等级转换： c t c s - 2 级转入c t c s 3 级：当列车前端通过l t a 时，车载设备向r b c 报告列车位置，r b c 据此确定列车接近的准确进路，然后根据c t c s 3 级控制区域联锁进路信息，向车载设备提供包括线路参数的m a 及级 间转换命令； l o c t c s 3 级转入c t c s 2 级：在c t c s 3 c t c s 2 级边界处设置转换执 行应答器组，当列车前端通过该应答器组还没有转换为c t c s - 2 级控 车时，r b c 发送级间转换命令，命令车载设备转为c t c s 2 级系统控 车。 2 2 7 数据库管理 r b c 的静态数据包括：配鼍数据( 如：固定数据和默认值数据，r b ci d 和 r b c 电话号码、系统版本号等) 、管辖范围内的线路数据、管辖范围内的应答器布 置图、列车种类信息。 2 3r b c 接口描述 r b c 与外部设备之间的连接关系如图2 1 所示： 图2 - 1r b c 与外部接口连接图 f i g u r e 2 - 1e x t e r n a li n t e r f a c e so fr b c 其中r b c 与各设备之间的接口类型也不尽相同： 1 ) 与联锁设备之间的接口： r b c 从联锁获得进路信息： l m c 向联锁发送进路请求； 2 ) 与c t c 系统之间的接口： r b c 由c t c 系统获得临时限速信息； r b c 实时将运行状态信息反馈于c t c 系统； 3 ) 与g s m r 之间的接口： 车载设备通过g s m r 系统向r b c 发送列车状态信息，包括位置信息、 速度信息、列车长度、列车重量等； 列车通过g s m r 系统向r b c 申请行车许可； r b c 通过g s m r 系统向列车发送行车许可信息： 使用信息加密方法实现安全层，e u r o r a d i o 提供高优先级和普通的数据 发送方法，能够通过e u r o r a d i o 建立安全连接和拆除安全连接； 4 ) 与接收r b c 之间的接口： 列车交放权信息，线路信息，列车参数等信息； 5 ) 与记录维护操作台之间的接口： r b c 向维护终端汇报列车运行信息，包括速度、位置、状态等信息； 6 ) 与本地操作台之间的接口： r b c 向操作台汇报运行、故障处理信息； r b c 从操作台获得紧急消息和文本消息： 2 4r b c 仿真测试平台及测试方法概述 2 4 1r b c 仿真测试平台概述 针对r b c 既有的接口，为其搭建仿真测试环境。在时间有限的情况下，不可 能真实地设置所有的现实中可能出现的运行环境，并且有些环境是不可能设置的， 因此，采用仿真测试环境的办法，使仿真测试环境尽可能地模拟真实的运行环境。 真实的被测试设备以及仿真测试设备就在仿真环境上运行。r b c 仿真测试平台如 图2 2 所示： 1 2 仿真测试 案例库 避旃佰息白 轨遗占用稿 测试序列 生成器 仿真测试管理器 联嚣备1f 仿真饿1f 列簦孔 应替嚣擞文、i 辩车速皮相位置i 摩 鹏倩息 i睢时簟遗! 区曩占用侑皇 被测真实r i i c m m i 事件 记录器 j r u 下载器 事件记录 单元 仿真 g s m r 分析评估 单元 图2 - 2 砌扼仿真测试平台 f i g u r e 2 - 2r b ct e s tp l a t f o r m r b c 仿真测试平台由被测真实设备，仿真测试支撑环境，仿真测试工具三大 部分组成。其中，被测对象r b c 是实物，仿真测试支撑环境内的模块用于模仿真 实测试环境。仿真测试工具就是对r b c 进行测试用的各功能模块单元，分为仿真 测试管理器、分析评估单元、事件记录单元、j r u 下载器、m m i 事件记录器以及 离线单元仿真测试案例库和测试序列生成器。 2 4 2i m c 测试方法 从是否针对系统的内部结构和具体实现的角度，测试方法可分为黑盒测试和 白盒测试。黑盒测试也称为功能测试，是在完全不涉及系统内部结构和处理过程 的情况下，检查输入与输出之间关系是否符合需求规格说明书规定的功能。白盒 测试又称为结构测试，是对系统内部进行逻辑分块，对每一个分块都进行测试， 从而达到测试每一个逻辑分块的目的，具有一定的故障定位能力。 本论文研究r b c 的功能测试。功能测试目的在于验证系统是否满足功能需求 规范。通过r b c 既有的外部接口对r b c 进行功能测试，故采用的是黑盒测试方 法。黑盒测试只向被测r b c 输入测试过程中的参数取值，然后从输出端接收测试 过程执行完毕以后的结果，最后对接收到的结果与规格说明书中的功能需求进行 比较，判断被测系统完成的功能是否符合规格说明书中的功能需求。 本论文采用的的测试思路是先按照本章所描述的功能需求，根据场景建模图 提取功能特征并设计测试案例；然后提取出所有r b c 参与的场景，寻找起始场景 到终止场景的转换路径，并将其串联起来形成测试序列；在此基础上利用t r c n 3 标准语言设计并实现了r b c 测试系统，该系统按照本章所描述的测试平台，将所 设计的测试案例和测试序列转换成t r c n 3 的表示形式，模拟了r b c 的周围的测 试环境，由t r c n 3 内部自带的测试执行器执行测试案例和测试序列，通过测试 适配器与被测r b c 相连。测试系统向被测r b c 输入信息流，然后对接收到的数 据结果与预期数据进行比较，判断被测r b c 能否完成功能需求。测试思路如图2 3 所示： 图2 3 测试思路 f i g u r e 2 3t e s ti d e a 需要强调的是本文重点研究车载和r b c 之间的数据流测试，模拟的是单车运 行时的情况。希望通过测试系统对r b c 数据流的测试和结果分析，从而反应出r b c 完成功能的情况。 2 5本章小结 本章分别对c t c s 3 级r b c 功能需求、接口、测试平台、测试方法进行了描 述。在第一部分中详细分析了r b c 的功能划分：在第二部分中介绍了r b c 的接 口；第三部分简要介绍了仿真测试平台的架构和测试方法。 1 4 3r b c 测试案例的设计 3 1概述 为了保障测试质量的稳定，需要设计测试案例，这样可以把人为因素的影响 减少到最小。 因此测试案例的设计是测试活动中最重要的。测试案例目前没有经典的定义， 比较通常的说法是：指对一项特定的产品进行测试任务的描述，体现测试方案、 方法、技术和策略。内容包括测试目标、测试环境、输入数据、测试步骤、预期 结果、测试脚本等，并形成文档。 本论文借助m i c r o s o f tv i s i o 建模工具【2 7 l 对r b c 的各个运行流程建立模型。建 模可以帮助我们更好地理解整个系统，通过建模可以达到以下目的：模型帮助我 们按照实际情况和需要的样式对运行流程进行可视化1 2 引；模型允许我们详细说明 列车运行过程中每个片段r b c 所处的状态和动作；模型给出了指导我们设计测试 案例的依据。通过建模将每个流程中的功能需求进行抽象、简化，使得提取功能 特征、设计测试案例的整个过程都能够清晰有序地进行。