（通信与信息系统专业论文）同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现.pdf

摘要 随着“三网融合”技术在我国的高速发展，目前骨干网络已经实现了光纤化，“最 后一百米”的接入网速率成为了整个网络系统的瓶颈。h i n o c ( h i g hp e r f o r m a n c e n e t w o r ko v e rc o a x ，高性能同轴电缆接入网) 接入技术是利用现有有线电视同轴电 缆网络，提供了高速率的宽带接入。 h i n o c 技术正式的投入市场应用之前，需要对其进系统化的测试，确保其工 作的可靠性以及完善性。本文研究了国际化的测试标准t r c n ( t e s t i n ga n dt e s t c o n t r o ln o t a t i o n ) 语言，搭建了基于t t c n 的协议一致性测试平台，明确并验证了 t i c n 语言与t r i ( t t c nr u n t i m ei n t e r f a c e ) 接口函数的关系；并对t t c n 3 架构 中的t r i 接口的功能进行了详细研究与软件实现，在测试平台上完成了对h i n o c 设备的一致性测试，验证了t r i 接口设计的正确性与可行性。另外，本文在i x p 4 2 5 平台上实现了配合h i n o c 硬件设备研发的应用调试软件。 关键词：一致性测试t t c nt r i 接口h i n o c a b s t r a c t w i t ht h eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to ft r i p l ep l a yt e c h n o l o g yi nc h i n a t h ef i b e r b a c k b o n en e t w o r ki sb a s i c a l l ya c h i e v e db yn o w , a n dt h el a s t10 0h u n d r e dm e t e r s d i s t a n c ec o m e st ot h eb o t c i l o c kb e t w e e nl o c a la r e an e t w o r k ( l a n ) a n dt h eb a c k b o n e n e t w o r k h i n o c ( h i g hp e r f o r m a n c en e t w o r ko v e rc o a x ) t e c h n o l o g ya i m st os e tu p t h eb r o a d - b a n da c c e s sn e t w o r kb yu s i n gt h ee x i s t i n gc o a x i a lc a b l eo ft h ec a t v ( c o m m u n i t y a n t e n n at e l e v i s i o n ) n e t w o r k b e f o r ec o m i n gi n t os e r v i c e , h i n o ct e c h n o l o g yn e e d sat o t a lt e s to ni tt op r o v ei t s r u n n i n gw i me f f i c i e n c ya n ds t a b i l i t y t i l i sp a p e rr e s e a r c h e do nt h ei n t e r n a t i o n a lt e s t l a n g u a g et t c n ( t e s t i n ga n dt e s t c o n t r o ln o t a t i o n ) ，b u i l dt h eh i n o ct e s t i n g p l a t f o r mb a s e do nt r c n a n dv e r i f i e dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt t c n c o r el a n g u a g e a n dt h et r ii n t e r f a c e i nt h em e a n t i m e ，t e s t e dt h eh i n o ci n s t r u m e n to nt h et e s t i n g p l a t f o r m ，c e r t i f i e dt h ec o r r e c t n e s sa n df e a s i b i l i t yo ft h e 1 i ui n t e r f a c e ss o f t w a r e i m p l e m e n t a st h er e c r u i t m e n tr o l eo f t h et e s t i n ge n v i r o n m e n t , t h i sp a p e ra l s oa c h i e v e d a p p l i c a t i o nm a n a g e m e n ts o f t w a r eo nt h eh i n o c i n s t r u m e n t k e y w o r d s ：c o n f o r m a n c et e s t i n g t t c nt r ii n t e r f a c eh i n o c 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景 随着数字技术、网络技术的快速发展和普及应用，目前世界广播影视正处在 从模拟技术向数字技术全面转换的关键时期，各国政府正大力推进广播影视数字 化，发展广播影视数字内容产业。在国内【l 】，相关行业已完成从模拟技术向数字技 术的转换，具备了提供音视频服务的能力，广播电视与通信、互联网等行业正处 在融合、汇聚、转型过程中。信息传播正在从单向单一形态向双向多元形态、从 资源垄断向资源共享、从自成体系向开放体系转变。与此同时，无源光网等网络 技术的飞速发展以及大量应用，用户终端宽带接入技术的层出不穷，都在极力促 使全国各地有线电视网络双向化改造建设的发展。有线电视网络双向化改造可以 为广大人民群众提供更为个性化、专业化、多样化的广播电视和信息服务，有利 于国家信息化、社会信息化和家庭信息化建设，是推进“三网融合”的有效途径。 人们对网络演进的认识经历了从最初“三网合一”到当前“三网融合”的发展过 程。现阶段，“三网融合”并不意味着电信网、电视网和互联网的物理合一或彼此取 代，而主要是指高层业务的融合【2 】，表现为：网络在技术上趋于一致，即网络均采 用以口分组交换为核心的体制，网络层以上采用统一的协议；各个网络互联互通， 形成无缝覆盖；各种业务互相渗透和交叉。 三网融合的进展与当前互联网上流媒体业务的迅速发展有密切的关系。所谓 流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 1 3 - 5 】，是指采用流式传输的方式在网络上播放的媒体格 式信息，如音频、视频或多媒体文件。流媒体这一新兴业务的出现大大丰富了互 联网的功能，它已成为一种具有强大吸引力的新媒体，同时也对电信网和电视网 的技术体制和运营模式带来了很大影响和冲击，推动了电信网和电视网的改造和 发展，从而为三网融合提供了条件。 随着光纤通信技术的不断成熟，“光进铜退”【7 】已经成为以后通信网络布线的发 展趋势。目前，骨干网已经实现了光纤化，由于光纤具有很高的传输速率和可靠 性，所以“最后1 0 0 米”的接入网成为整个网络系统的瓶颈。因此改善最后1 0 0 米的 接入网性能可以提升整个网络的网络性能。由于光结点到用户的距离越来越近， 在已经实现光纤到楼( 册) 的情况下，如何提供最后1 0 0 米的宽带接入方案将 直接影响着“三网融合”的推进。因此，进行接入网改进，提高接入网带宽，是新一 代宽带网络建设的关键所在，也是推进“三网融合”成功实施的重要基础。 与三网融合技术应运而生h i n o c 技术，是一种利用有线电视网络同轴电缆， 2 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 实现高性能双向信息传输的宽带接入解决方案。该系统网络最大覆盖范围不小于 1 0 0 米，频率范围为7 5 0 m h z 1 0 0 6 m h z ，保留更低频段和更高频段的可扩展性。 单信道的带宽为1 6 m h z ( 8 m h z 可选) ，单信道内支持的最大用户数为3 2 个。采 用o f d m 传输方式，t d d t d m a 双工多址方式。支持动态带宽分配( d b a ) ，网 络管理，v l a n 和组播过滤功能。支持v 0 i p ，h d t v s d t v ，v o d ，高速上网等 传统与新型业务。 目前，h i n o c 技术已经由国家播电影电视总局广播科学研究院，北京大学， 西安电子科技大学等多家单位联合起草并发表了高性能同轴电缆接入网 ( h i n o c ) 物理层传输模式及媒质接入控制协议规范。而相应的产品在不久的 将来也有望投入市场。 1 2 课题研究意义 随着通信技术的快速发展，网络之间的互联互通以及通信业务越来越依赖通 信协议的发展。可以说，通信系统的正常运行和通信业务的顺利开展，首要就是 取决于协议软件是否满足协议规范的要求。所以必须进行专门的协议测试加以保 证。因为在协议制定之时，都是用自然语言进行描述的，使得协议本身具有不准 确性，二义性，甚至多义性等问题。因此对于协议的不同实现本身就是对协议的 不同理解完成的。因此对协议进行测试非常重要而必要。而协议测试技术的目的 就是保证通信协议正确实现以及确保不同的通信设备之间可以正确互联。 目前来说，对协议的测试已经不仅是在产品研发过程中的一个补充支持的手 段，而是发展成为计算机网络技术的重要组成部分，针对协议的测试技术和标准 也随之产生。很难想象没有经过严密测试的协议直接投入市场运营会带来何等的 麻烦：可以说，针对协议测试技术的研究发展直接影响到计算机网络技术的进步 与计算机网络市场的发展。 对于任何一种通信协议，在其正式能够进行的商业化运作之前，都需要经过 大量的协议测试。对于协议的测试，需要一个通用化的，标准化的测试系统。本 文选择了t t c n ( t e s t i n ga n dt e s tc o n t r o ln o t a t i o n ) 作为构建测试系统的语言。t t c n 是一个由欧洲电信标准化组织e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ) 维护的全球适用的标准测试语言，其具备对于通信过程具有丰富的描述手 段，丰富的数据类型特别是带有强力的匹配机制的属性模板的能力，良好定义的 语法以及精确的操作语义等特点。因此选用t i c n 语言对于测试的标准化，规范 化是大有裨益的。测试包括对于h i n o c 相关设备以及其组建的h i n o c 网络的与 标准的一致性测试，不同设备之间互操作性测试以及产品性能测试，可扩展性测 第一章绪论 3 试以及稳定性测试等。本文以t t c n 3 测试语言为基础，针对h i n o c 协议m a c 层协议的一致性，性能测试展开了相关工作。 1 3 协议测试技术现状 协议测试技术主要分为一致性测试， 试等，而一致性测试是其他测试的基础。 互操作性测试以及性能测试和健壮性测 一致性测试是一种功能测试，关于其最 早研究是在1 9 7 9 年由英国物理实验室n p l ( n a t i o n a lp h y s i c a ll a b o r a t o r y ) 展开。 国际标准化组织i s o 在9 0 年代专门制定了一套国际标准i s o i e c 9 6 4 6 ，为协议的 一致性测试提供了基本的方法和框架，为协议测试的一致性提供了基本的方法和 框架，为测试集t s ( t e s ts u i t e ) 制定了设计步骤描述方法，并且给测试系统的实 现提供了指导。i s o i e c9 6 4 6 1 引包括7 个部分： ( 1 ) i s o i e c9 6 4 6 1 基本概念； ( 2 ) i s o i e c9 6 4 6 2 抽象测试集技术规范； ( 3 ) i s o i e c9 6 4 6 3 树表结合表示法t t c n ( t r e e & t a b u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n ) ； ( 4 ) i s o i e c9 6 4 6 4 测试实现； ( 5 ) i s o i e c9 6 4 6 5 对测试实验室和客户在一致性评价过程中的要求； ( 6 ) i s o i e c9 6 4 6 6 协议轮廓测试规范； ( 7 ) i s o i e c9 6 4 6 7 协议实现一致性声明。 由于我国在网络应用方面起步较晚，对于协议测试方面的工作也相对较晚， 目前尚未有国内成型的商业化的测试工具以及标准化的测试规范。但是各大通信 公司对于测试的重视也是越发加深，对于测试所投入的人力物力也在逐渐增加。 而国外的相关软件已投入使用，例如m m 公司的t a ut e s ts u i t e 软件以及 t e c h n o l o g i 0 8 公司的t t w o r k b e n c h 等产品。 1 4 本文研究内容与工作安排 本文研究主要内容包括：在研究t f c n 3 语言的基础上，根据h i n o c 协议的 特性，完成了测试系统框架的设计与搭建；在t t c n 3 架构的基础上，分析研究 了t r c n 中各模块以及t c i 与t r i 接口的功能，并且完成了t t c n 3 测试系统架 构中测试运行时接口t r i 的设计工作；同时，通过在i x p 4 2 5 开发板上的协议流程， 进行了对协议实现的控制应用软件的开发。 本论文各章安排如下： 第二章：介绍测试目标h i n o c 协议的基本理论及其体系结构：其中包括组网 4 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 方式，h i n o c 的基本技术概况等。 第三章：介绍协议的测试理论的基本概念和基本流程，以及本课题对h i n o c 协议的测试结构与测试方法。 第四章：在第三章，以及t t c n 测试架构理论的基础上，详细分析了基于t t c n 的测试环境中t r i 接口的设计与实现。 第五章：论述了在l i n u x 环境下进行基于i x p 4 2 5 开发板的调试应用软件的 实现，搭建平台并对相关的功能进行了验证。 第六章：对本文的工作进行了总结以及对今后工作的展望。 第二章h i n o c 协议m a c 层原理概述 5 第二章h i n o c 协议m a c 层原理概述 本文主要研究目的是为了对h i n o c 协议的m a c 层协议进行一致性测试以及 性能测试，因此首先应当明确m a c 层协议的应用环境，以及m a c 层协议的基本 机制。本章介绍了m a c 层协议的组网方式，之后分析了h i n o c 系统m a c 协议 的功能和基本的机制。 2 1 组网方式 h i n o c 是一种宽带接入技术，该技术要解决的问题是：在当前f t t b ( 光纤 到楼) 已经存在和正在广泛应用的背景下，如何利用有线电视网已有的同轴电缆 分配网络，构建最后1 0 0 米范围的宽带多业务接入网。该技术完全利用现有有线 电视网同轴电缆的网络布线，仅增加h i n o c 桥( h i n o cb r i d g e ，h b ) 和h i n o c 调解器( h 玳o cm o d e m ，h m ) 等相关设备，实现高速和高质量多业务接入。h i n o c 技术的主要技术指标是：单信道模拟带宽为1 6 m h z ；单用户的m a c 层接入速率 可达到4 0 m b p s 以上；单信道支持最大结点数可达3 2 个；网络覆盖范围不小于1 0 0 米；可实现包括h d t v s d t v 等流媒体在内的多业务宽带接入。h i n o c 网络的由 h b 、h m 以及连接它们同轴电缆组成。典型的组网示意图如图所示 i 入 h b ：h i n o c 酬d 楼外f t t bi 楼内用户分配网络 h m ：h i n o cm o d e m 图2 1h 烈o c 网络组网示意图 从上图我们可以看到，h 1 n o c 网络包含一个h b 设备和若干个h m 设备。在 光纤到楼的情况下，作为h i n o c 网络的中枢核心，h b 一端连接骨干网的光纤结 点，另一端与同轴电缆相连。h m 在h i n o c 网络侧同轴电缆的终结点连接，在用 6 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 户侧侧通常采用以太网接口连接到数字电视机项盒( s t b ，s e t t o pb o x ) 或个人电 脑( p c ) 。 在下行( h b h m ) 方向，来自网络侧的以太网信号通过f t t b 到达小区楼宇 门口，经h b 调制到一个1 6 m h z 的h i n o c 信道内，并通过楼内的h i n o c 网络 到位于住户家内的h m ，经h m 解调后传送给个人电脑( p c ) 、数字电视机顶盒等 终端设备。在上行方向( h m h b ) ，从各终端设备上行的数据信号经对应的h m 调制后进入同轴电缆分配网络到达h b ，由h b 解调转换后送到骨干网络。 2 1 1 m a c 层技术方案 h i n o c 物理网络的组网方式是典型的总线型网络结构。如图 图2 2h i n o c 网络物理拓扑结构 h i n o c 网络主要用于宽带接入，由h b 集中管理共享信道的分配，h m 之间 不能直接进行互通，业务量主要集中在h b 和h m 之间，h m 间的通信需要经过 h b 中转，因此h i n o c 网络在逻辑上属于点到多点的星形结构。如图 图2 3h i n o c 网络逻辑组网方式 h i n o c 网络采用t d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ，时分双工) 方式实现全双 工通信。( 1 ) 使用t d d 技术时，只要h b 和h m 之间的上下行时间间隔不大，小 于信道相干时间，就可以比较简单的根据对方的信号估计信道特征。( 2 ) t d d 技 术可以灵活的设置上行和下行转换时刻，用于实现不对称的上行和下行业务带宽， 有利于实现明显上下行不对称的互联网业务。但是，这种转换时刻的设置必须与 相邻基站协同进行。( 3 ) 与f d d 相比，t d d 可以使用零碎的频段，因为上下行由 时间区别，不必要求带宽对称的频段。 h i n o c 网络采用了的t d m t d m a 信道分配方式。从中心结点h b 到各结点 第二章h i n o c 协议m a c 层原理概述 7 h m 采用t d m ，而从h m 到h b 则使用t d m a 机制，由于各个子结点的业务都是 随机发生的，为了避免冲突，h i n o c 采用预约许可机制，由h b 根据h m 的业务 请求为h m 分配占用信道的时隙，从而进行数据的发送或接收。t d m t d m a 机制 对于时间同步要求比较高，因而必须保证全网同步。 。 2 2h i n o c 协议概述 在h i n o c 协议中，根据i s o 七层协议标准，定义了h i n o c 网络自身的网络 分层；h i n o c 网络自下而上分为物理( p h y ) 层，m a c 层，以及高层；其中m a c 层又分为汇聚子层( c s ) 和公共部分子层( c p s ) 。层间通过不同的接口进行数据 的传输或者控制原语的交互。如图所示 2 2 1 h i n o c 物理层 i高层 i jr 汇聚子层( c s ) m a ( 公共部分子层( c p s ) 物理层( p h y ) p h n 图2 4h i n o c 网络协议分层 对于h i n o c 物理层来说( 简称h 口h y ) 主要实现信道编解码、调制解调、 信道均衡等基带功能和射频发射接收功能。p h y 层定义的信号传输模式包括帧结 构、信道编码以及调制技术。h i n o c 中的信道编码采用的是前向纠错编码方式。 根据不同的条件，以及对编码速率不同的要求，可以选择不进行前向纠错编码， 或者在参数分别为( 5 0 8 ，4 7 2 ) 和( 5 0 4 ，4 3 2 ) 的b c h 截短码中选择一种进行前向 纠错编码。 h i n o c 采用o f d m 调制，单信道内包含2 5 6 个子载波，子载波间隔6 2 5 k h z 。 用于传输信息的有效子载波的数目为2 1 0 个，有效的带宽为1 3 1 2 5 m h z 。 h i n o c 物理层分为四种帧：下行探测帧( p d 帧) 、上行探测帧( p u 帧) 、下 行数据帧( d d 帧) 以及上行数据帧( d u 帧) 。其中p d 帧和p u 帧承载m a c 层信 令帧，而d d 和d u 帧承载m a c 层的数据帧。物理层帧结构均由前导序列和负载 两部分组成。如图所示，对于不同的帧类型有着不同的前导序列和负载段。 8 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 l 前导序列a ( b )负载段a ( b ) 图2 5h i n o c 物理帧结构 由于本文工作集中在m a c 层，因此对物理层只做简单介绍，不再赘述。 2 2 2h i n o cm a c 层 h i n o cm a c 层( 简称为h i m a c 层) 实现h i n o c 网络中的媒质接入控制和 业务适配的功能，分为公共部分子层( c o m m o np a r ts u b l a y e r ，c p s ) 和汇聚子层 ( c o n v e r g e n c es u b l a y e r ，c s ) 两个子层。其中c p s 子层实现m a c 层的接入控制 和信道分配等核心功能，c s 子层实现m a c 层核心功能与高层功能的适配。 h i m a c 层中定义了h i m a c 协议使用的帧类型，格式等。帧类型分为控制帧， 数据帧，和信令帧三类。其中，控制帧用于实现信道预约和信道分配的功能；数 据帧用于承载上层以太网业务；信令帧用于实现结点接纳、结点退出和链路维护 过程中h b 和h m 之间的信令交互。 ( 1 ) h i m a c 的控制帧和数据帧 h i m a c 协议中控制帧与数据帧的帧格式相同，如图 i首部l尾部l 载荷l 图2 6 h i n o c 网络控制与数据帧结构 其首部依次为目的结点i d ，源结点i d ，帧长度，帧类型，以及子帧个数( 指 示帧载荷域内包含的h i m a cs d u 个数) 。载荷域包含相应的访问控制信息。尾部 是c r c 校验。控制帧包括了预约帧和m a p 帧，如下表给出了控制帧的类型、传 送方向、方式和功能。 表2 1 控制帧的类型 帧类型传送方向，方式 功能 调度和发布( 已接纳结点) 各 m a p 帧h b - + h m ，广播方式 帧的发送时隙 预约帧( r 帧) h m - + h b ，单播方式 h m 向h b 请求安排发送时隙 ( 2 ) h i m a c 信令帧 h i m a c 信令帧分为上行信令帧和下行信令帧。其格式为 图2 7h i n o c 信令帧结构 第二章h i n o c 协议m a c 层原理概述 9 上行信令帧首部为6 字节，下行信令帧首部为1 6 字节。下行信令帧首部与上 行信令帧首部的主要区别包括下行信令帧中多了h i n o c 网络i d ( h i n o ci d ) 、 h m 的个数( h mn u m ) 、h i n o c 网络状态( h i n o cs t a t e ) 、m a p 帧的长度 ( m a pl e n g t h ) 、传输m a p 帧所需要的o f d m 个数( m a po f d mn u m ) 、 传输m a p 帧所需要使用的子载波最大调制模式( m a pm a xm o d um o d e ) 以 及从当前p d 开始的下一个m a p 帧的发送起始时刻( m a pf r a m eo f f s e t ) 。 ( 3 ) 公共部分子层( c p s 子层) 公共部分子层完成信道规划、网络搜索、结点接纳、链路维护等m a c 层核心 功能。 1 信道上的m a p 周期 在h i m a c 协议中整个信道( 除物理层p d 、p u 外，p d 与n l 帧周期性的出现 在信道上) 被划分为在时间轴上连续且互相不重叠的m a p 周期。每个周期内有一 个m a p 帧。每个m a p 周期的起止时刻以及该周期内的信道分配方案，由上一 m a p 周期的m a p 帧进行规划。如图所示，第n 个m a p 周期内的信道如何分配 由第( n 1 ) 个m a p 周期内的m a p 帧分配。 图2 8 信道上的m a p 周期 2 m a p 周期的规划 一个m a p 周期的时长是可变的，其时长由h b 根据网络中的业务量确定。在 一个m a p 周期内，信道上依次发送上行数据帧、预约帧、下行数据帧、m a p 帧。 在一个m a p 周期内可以发送多个预约帧和上下行数据帧，但只能包含一个m a p 帧。m a p 周期的规划如图 巨丑王三亚叵亚正丑巫三口至丑圃二 图2 9 m a p 周期示意图 3 m a p 周期与p d 、p u 帧的关系 对于图2 9 ，在整个时间轴上来说，p d 帧，p u 帧以及m a p 帧之间是交替出现 的。h b 所规划的m a p 周期即是以p d 帧为时间基准。m a p 周期与p d 、p u 帧的关 系如图所示 l o 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 p d 周期6 5 5 3 6 u s 3 2 7 6 8 t 1 5 3 2 7 6 8 m p dp up d 闩rl ， 、，、 、 匠互正卫回。互圈回 图2 1 0m a p 周期与p d p u 帧的关系 对于一个p d 周期来说，其长度约为6 5 m s ，因此h i m a c 协议对时间精度的要 求较高，数据的收发应该都在半个p d 周期内大约3 2 m s 的时间内完成。 在一个m a p 周期中，如果h m 有想要发送的上行消息，先等待自己发送预约 帧的机会到来，之后则通过预约帧向h b 请求带宽。h b 会根据当时的各个h m 业 务情况，为申请带宽的h m 动态的分配发送数据帧的时机。对于下行消息来说， 则不需要预约，h b 可直接通过m a p 帧为h m 分配好数据的接收时机，到发送时 机则将数据发送给h m 。 ( 4 ) 结点接纳、链路维护 对于结点接纳和链路维护过程，其过程是通过h b 与h m 之间的信令帧之间 的交互完成的。 对于h i n o c 协议的测试来说，其信令的一致性测试的重点也就在于结点接纳、 链路维护和结点退出等过程中信令的交互是否正确，信令的交互是否符合协议规 范。因此，结点的接纳和链路维护过程是测试所关注的重点。 整个流程主要包括：h b 对n h m 身份的验证、双向信道的训练、双向信道参 数的交互以及新的广播参数的通告。h i n o c 网络将接纳过程分为以下7 个状态： 1 ) s o 态：网络搜索，进行下行信道训练。 2 ) s 1 态：交互接纳请求和接纳响应。 3 ) s 2 态：交互下行信道训练报告。 4 ) s 3 态：进行上行信道训练。 5 ) s 4 态：交互上行信道训练报告。 6 ) s 1 0 态：发布新的广播信道参数。 7 ) s 5 态：稳态，新结点完成接纳，n h m 成为h m 。开始收、发m a c 层数 据。 接纳过程的状态转移图如图： 第二章h i n o c 协议m a c 层原理概述 收a c 列 发u i i i i kr 叩o n 分片 接收d l i n k _ r c p e c t 分片发i 差 c k 图2 1 1 接纳过程的状态转移图 对一个结点的链路维护流程如图，h i n o c 网络中的链路维护流程主要包括以 下6 个状态。 1 ) 6 态：维护下行信道。 2 ) 7 态：交互下行信道参数报告。 3 ) 8 态：维护上行信道。 4 ) 9 态：交互上行信道参数报告，更新单播参数。 5 ) 1 0 态：通告并更新广播参数。 6 ) 5 态：稳态，维护结点使用新的单播参数或者新的广播参数进行通信。 信令交互的基本过程与接纳流程类似。 ( 5 ) 汇聚子层( c s ) c s 负责接收高层的协议数据单元( p d u ) ( 注：高层p d u 在此处均为以太网帧) ， 并将高层p d u 映射到c p s ，以及进行相反方向的转换操作。 c s 实现的具体功能是：地址学习与转发表构建、数据帧转发、数据帧打包 拆包，以及优先级映射。 其中，数据打包拆包功能将发往同一个h i n o c 目的结点且优先级相同的多个 e m a c 帧组合成一个h i m a cp d u 后，在h i n o c 网络内发送打包。而打包之后传 输的h i m a cp d u 在到达h i n o c 目的结点c s 后，进行相应拆包，还原出各个 e m a c 帧并交给高层。 优先级映射就是确定高层p d u 与h i n o c 优先级之间的映射关系。上层以太 网帧在进入h 1 n o c 网络时，根据e m a c 帧内指示的优先级等参数，将上层以太 网业务映射为h 1 n o c 网络内的相应优先级。h 1 n o c 网络规定了4 种优先级，从 高到低分别为优先级o 3 。优先级类型3 对应网络管理帧；优先级类型2 对应v o i p 1 2 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 为代表的迟延敏感的实时交互性业务；优先级1 对应以i p t v 为代表的流媒体业务； 优先级0 对应b e ( b e s te f f o r t ) 业务。 2 3 小结 本章本章首先介绍h i n o c 系统的组网原理和组网方式，接着介绍了h i n o c 系统协议栈，简要分析了h i n o c 系统的物理层和m a c 层的基本功能。指出了 对于h i n o c 系统测试的时延要求，同时提出了结点接纳和维护的流程，给出了接 纳过程的状态转移图。对于信令一致性的测试来说，其主要测试的内容也是基于 结点的接纳和维护过程展开的。 第三章协议测试理论以及h i n o c 协议测试环境 1 3 第三章协议测试理论以及h i n o c 协议测试环境 3 1 协议测试的概述 在计算机网络的发展历程中，协议一直处于核心地位，它是计算机网络和分 布式系统中各种通信实体之间相互交换信息所必须遵守的一组规则。随着计算机 网络的普及和网络需求的增加，计算机网络越来越复杂，越来越庞大，而协议实 现不仅仅要求功能正确完善，而且要求具有良好的性能。为了保证协议质量，协 议测试是一个必须而重要的手段。 对于通信协议而言，其协议标准通常是采用自然语言进行描述的，自然语言 所描述的协议标准具有不精确以及二义性的缺点：不同协议实现者对协议的理解 有所不同，于是会导致对协议的不同实现，甚至可能是偏离协议本意的实现。因 此，人们需要一种有效可靠的方式对协议的实现进行判断，以确保其实现的正确 性，这就是协议测试的基本概念。 协议测试是试图通过实验的方法找出错误的过程。在协议测试过程中既要模 拟协议实现正常工作的情况，也要模拟异常使用的情况；既要模拟协议实现单独 运行的情况，也要模拟协议实现之间互相通信的情况。这样才能确保系统的正常 工作。对一个系统进行无穷尽的测试是不现实的，测试并不能保证一个协议实现 的完全正确，只能表明“存在错误”，而不能证明“不存在错误”，这是协议测试的基 本出发点。 协议测试是软件测试的一个分支，可以借鉴很多软件测试的方法及理论。软 件测试方法根据测试目的的不同有不同分类【l o 】。基本方法可分为白盒测试，黑盒 测试以及灰盒测试。白盒测试也叫做结构测试或逻辑驱动测试，在知道产品内部 工作过程的前提下，通过测试来检测产品内部的动作是否按照其标准正常运行。 在测试的过程中，白盒测试注重的是在产品标准中所说明的每个分支是否都能运 行到。因此白盒测试要求测试者了解被测实体的内部结构，对所有的路径都能做 到覆盖。黑盒测试也叫做功能测试，它是从用户的角度出发，检测被测实体的每 项功能是否都能正常使用，把被测实体当做是一个看不到其内部结构的黑盒子， 关注的是给予盒子的激励以及盒子做出的响应，而不去关注其内部结构。灰盒测 试是在综合考虑白盒测试和黑盒测试的基础上提出的一种测试方法。它以程序的 主要性能和主要功能为测试依据，根据程序的流程图，功能说明书等设计测试例， 在测试程序的主要功能的同时也测试程序的主要性能。 对于协议测试来说，更多的是看重协议功能的实际表现，以及协议的工作情 1 4 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 况。也就是说更多看重协议的外在表现而不是更多的去关注协议的内部实现机制。 因此，协议测试更多的是偏重于黑盒测试与灰盒测试。 3 1 1 协议测试的分类 协议测试包括三种类型的测试，一致性测试( c o n f o r m a l l c 宅t e s t i n g ) 、互操作 性测试( i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n g ) 和性能测试( p e r f o r m a n c et e s t i n g ) 。一致性测试 主要测试协议实现是否严格遵循相应的协议描述，以及与规范的符合程度。互操 作性测试关注的是对于同一个协议标准，不同实现之间的互联互通问题。性能测 试则是用实验的方法来观测被测协议实现的各种性能参数，如吞吐量和传输延迟 等等，其结果通常与输入负载有关。本文所涉及的h o c 协议测试主要是针对协 议的一致性测试和性能测试中的时延测试。 3 2 协议的一致性测试 协议的一致性测试是一种功能测试，其目的是按照协议的规范验证产品是否 符合于规范的一致性。协议的一致性测试是在一定的网络环境下，利用一组测试 序列，对被测实现( i u ti m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t ) 进行黑盒测试；通过比较肼 的输出与协议标准中所规定的预期输出的异同，来判断待测设备是否与协议所描 述的相一致。其拓扑关系如图 t e s t e r 测试仪 i u t 被测设备 图3 1 协议一致性测试拓扑图 3 2 1 一致性测试的级别分类 协议一致性测试按照测试级别的高低依次可以划分为四种类型的测试： ( 1 ) 基本互联测试。对测试仪与被测协议实现之间的基本互连能力进行测试， 以确定是否需要进行更进一步的、花费更多的行为测试； ( 2 ) 能力测试。确定被测的协议实现是否实现了协议实现一致性声明中所声 第三章协议测试理论以及h i n o c 协议测试环境 1 5 明的功能； ( 3 ) 行为测试。检验被测协议实现的动态行为是否与协议标准中的描述相一 致； ( 4 ) 一致性判定测试。在未定义标准测试集的情况下，专门对系统的某个特 定行为进行的测试。 3 2 2 协议一致性测试内容 协议测试虽然根据各个具体的测试方案不同，其实现方式虽略有异同，但是 国际标准化组织在i s o i e c9 6 4 6 1 8 ，信息技术，开放系统互连，一致性测试方法 和框架中指出其主体的指导方案：对于一个一致性测试标准，其内容至少包括 三部分：抽象测试集( a b s t r a c tt e s ts u i t e ，a t s ) 、协议实现一致性声明( p r o t o c o l i m p l o n e n t a t i o nc o n f o r m a n c es t a t e s ，p i c s ) 、协议实现附加测试信息a t r d t ( p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o ne x t r a li n f o r m a t i o nf o rt e s t i n g ) 。 其中，a t s 是描述过程的文本，它是测试软件的核心，其内容来自于协议规 范，描述了协议的测试目的、内容和步骤。一个a t s 可以具有多个测试组，每个 测试组用于为测试项提供一个过程安排，它们对测试集的规划、开发和执行起辅 助作用。每一个测试组由若干个测试项组成，每个测试项又含有一系列测试步， 测试集的最小单元是测试事件。其中，测试项是测试集的最重要的一级，每个测 试项都有一个特定事件，例如证明被测协议实现i u t 具有某种要求的能力或某种 要求实现的行为( 如当特定事件在某特定状态下发生时，i u t 所做出的响应) 。p i c s 说明了实施的要求、能力以及选项实现的情况，是协议实现一致性声明，列出其 已实现的功能。p i x i t 是协议实施附加信息，用来提供测试时必须标明的协议参数。 3 2 3 协议一致性测试步骤 协议一致性测试包括静态测试，动态测试以及提交测试报告三个过程。 首先是静态测试，测试仪读取p i c s 和p i x i t 文件并根据协议标准进行静态测 试，根据协议说明生成一致性测试套，检查被测协议实现参数说明是否符合协议 标准。 其次是动态测试，测试仪根据p i c s 以及p i x i t 和抽象测试集生成可执行测试 集，选择适当的测试例去执行，对被测协议实现进行激励响应测试。具体采用的 办法包括本地测试法l m ( l o c a lm e t h o d ) 、分布式测试法d m ( d i s t r i b u t e dm e t h o d ) 、 协调测试法c m ( c o o r d i n a t e dm e t h o d ) 、远程测试法r m ( r e m o t e dm e t h o d ) 。 最后是测试报告，对测试时产生的测试记录文件进行分析，按照测试报告描 1 6 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 述生成协议一致性测试报告文档。其测试结果包括，通过( p a s s ) 说明测试结果 与协议一致性要求相一致。失败( f a i l ) 说明测试结果与协议的一致性要求中说 明测试失败的项目相吻合。无结论( n c o n c ) 无结论的情况是指在测试过程中发 生意外情况，导致测试无法继续进行下去的例子。综上所述，我们描述一个一致 性测试的流程图 图3 2 协议一致性测试的流程图 3 2 4 一致性测试的方法 协议一致性测试使用在特定点p c o ( p o i n to f c o n t r o l 锄do b s 删i o n ) 对被测 实现的层间服务原语和协议数据单元进行控制和观察的原理。i s 0 9 6 4 6 中规定，在 一致性测试中，抽象测试方法有两个抽象测试功能体，即由测试协调过程联系起 来的上测试器( u p p e r t c s t u t ) 和下测试器( l o w e r t e s t e r ，l t ) 。i u t 则位于一 层或多层已经被认为是可靠的测试过的协议实体之上，抽象测试方法共分为4 种， 本地测试法l m ( l o c a lm e t h o d ) 、分布式测试法d m ( d i s t r i b u t e dm e t l l o d ) 、协调 测试法c m ( c o o r d i n a t e dm e t h o d ) 、远程测试法r m ( r e m o t e dm e t h o d ) 。根据四种 测试方法的特性，我们选择远程测试法作为h i n o c 测试系统的基本架构。其特点 为：下测试器l t 和被测实体m t 是对等实体，它们之间通过提供n 1 层服务的底 层协议来连接。( 在h o n i c 系统m a c 层测试中即是认为物理层协议是被测过， 可靠的。) 不要求能访问i u t 的上边界，也不定义上测试器。这种测试方式需要通 过协议来使得i 乙r r 与下测试器同步。在远程测试方法中，认为m t 的状态可以由 第三章协议测试理论以及h 斟o c 协议测试环境 1 7 下测试器通过( n 1 ) 层与n 层的p d u 之间通信来确定，而最终的判决则是由下 测试器给肌激励来判断町所作出的响应所决定的。远程测试法的概念图如图： 下测试器 a s p p d u n 层被测实 现 n 1 层服务提供者 图3 3 远程测试法示意图 3 3t t c n 测试系统内部结构 图3 4t t c n 一3 测试系统内部架构 测试管理与控制( t m c ) 实体包括【1 2 1 ：测试管理器( t m ) ，测试记录( t l ) ， 组件管理器( c h ) ，编码解码器( c d ) 。这四个实体通过测试控制接口( t c i ) 接 口与测试执行器( t e ) 相联系。 测试管理器( t m ) ：测试管理器负责整个测试系统的管理工作。在测试系统 被初始化之后，测试执行器( t e ) 与t m 一并启动。t m 实体负责对t t c n 3 模块 进行处理，例如传递模块的参数或者测试附加信息( p i t ) 。 测试记录( t l ) ：测试记录实体用于记录由t e 产生的测试事件的信息。测试记录 实体的接口是无方向性的，也就是说t e 中的任何实体部分都可以向t l 实体发送 一 器 一 则 一 嘲 一 上一 r；ii c 一 婴 1 8 同轴电缆宽带接入网测试接口与应用软件的实现 记录请求。同时，t m 的内部接口也有可能用来储存t e 产生的测试管理信息。 组件管理器( c h ) ：组件管理器用于传递并行测试组件( p t c ) 。这种传递行为有 可能会经过一个或者多