（通信与信息系统专业论文）gsmr网络cd接口互操作性测试及案例设计研究.pdf

j b 基窑适鑫堂缝芏丝垃塞 生塞垣差 中文摘要 摘要：随着g s m - r 技术的不断发展和推广，g s m - r 网络设备厂商逐渐增多，不 同厂商设备之间的互操作性测试越来越重要，它是实现g s m r 系统互联互通的重 要保证。 本论文围绕g s m - r 网络c d 接口互操作性测试以及测试案例设计展开研究。 从互操作性测试理论着手，分析g s m - r 互操作性测试的必要性，提出g s m - r 互 操作性测试方法、步骤、实施方案。在互操作性测试中，测试案例是实施测试工 作的指导，也是测试质量稳定的根本保障。论文针对g s m - r 测试案例设计的特殊 性，在深入研究m a p 协议的基础上，结合中国铁路实际应用，重点分析g s m - r 网络c d 接口互操作性测试需求，并提出先对测试需求进行约简，以优化测试案 例。基于约简后的测试需求，采用黑盒法科学设计测试案例集，给出了测试案例 设计的一个完整实例。 论文结合实验室测试工作，详细描述了测试系统组成、数据配置和测试案例 的执行过程。重点分析实际测试中出现的问题，提出了解决方案；并从测试方法 和测试案例优化方面进行总结，发现存在的不足之处，提出改进措施，以期为今 后g s m r 互操作性测试及案例设计提供参考。 图2 4 幅，表l o 个，参考文献4 5 篇。 关键词：g s m - r ；互联互通；互操作性测试；测试需求；测试案例设计 分类号：t n 9 2 95 2 ；u 2 8 52 1 些夏至煎太鲎亟圭堂缝论塞坠垦s 至基i a b s t r a c t a b s t r a c t ： w i t ht h e d e v e l o p m e n ta n dp o p u l i z a t i o no fg s m - rt e c h n o l o g y , a n dw i 也t h e i n o r e a s i n go ft h em a n u f a c t u r e r so fg s m - rn e t w o r ke q u i p m e n t , t h em t e r o p e r a b i l i t y t e s t i n gb e c o m e sm o t ea n dm o f ci m p o r t a n t , w h i c he n s u r e sm t e r w o r k i n go fg s m r s y s t e m ， l nt h i sp a p e r , i ti sm a m l yd i s c u s s e da b o u tt h ei n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n ga n dt e s tc a s e d e s i g n i n go fc di n t e r f a c ei ng s m - rn e t w o r k b e g i nw i t ht h ei n t e r o p o r a b i l i t yt e s t i n g t h e o r y , t h en e c e s s i t y o f i n t e r o p e r a b i l i t y t e s t i n g i ng s m - rn e t w o r k i s a n a l y z e d f u r t h e r m o r e , t e s tm e t h o & t e s ts t e p sa n dt e s t si m p l e m e n ts c h e l n c sf o r i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n gi ng s m - rs y s t e ma r eg i v e n a st e s tc a s 8a r et h eg u i d a n c eo f t e s ti m p l e m e n ta n dt h eg u a r a n t e eo ft e s tq u a l i t y , f u s f l y , t h ep a r t i c u l a r i t yo ft e s tc a s e d e s i g n i n gi ng s m - ri sa n a l y z e a , a n d 也e n ，b a s e do n s t u d y i n g m a p p r o t o c o l i n t e r o p e r a b i l i t yt e s tr e q u i r e m e n t so fc di n t e r f a c ei ng s m rn e t w o r ka g e a n a l y z e di nd e t a i l ，c o n c e r n i n ga b o u tt h ea p p l i c a t i o n so fc h i n ar a i l w a y as c h e m et o o p t i m i z et h et e s tc es e ti sp r o p o s e d , w h i c hd e s i g n st e s to a s e so rt h eb a s i so fr e d u c e d t e s tr e q u i r e m e n t s a n dt h a n ，t e s tc a s es e ti sd e s i g n e du s i n gb l a c k - b o x , w h i c hg i v e sa c o m p l e t ee x a m p l eo f t h ep r a t i c a la p p l i c a t i o no f t e s tc a s ed e s i g n i n gm e t h o d a c c o r d i n gt om yw o r k , t e s ts y s t e m ，t h eo o n c l - e t ed a t ac o n f i g u r a t i o n sa n di n l p l e m e n t o ft e s tc a s eb r es h o w n a f t e rt h 咄s o m ep r o b l e m si np r a t i e a lt e s ta n dt h er e l a t e d s o l u t i o n sa r ed i s c u s s e d w h a t sm o t e ，t h es h o r t a g e so ft e s tm e t h o da n dt e s tc a s e d e s i g n i n ga r ep o i n t e do u t , a n ds o n i ci m p r o v e m e n t sa g ep r o p o s e & f i n a l l y , i t sh o p e d t h a tt h i sp a p e rc a ng i v es o m er e f e r e n c ea n dg u i d a n c et ot h en e x tp h a s eg s m - r n e t w o r km t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n ga n dt e s tc a s ed e s i g n i n g k e y w o r d s ：g s m - r ；i n t e r w o t k i n g ；i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n g ；t e s tr e q u i r e m e n t ；t e s t c a s ed e s i g n i n g c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 2 ：u 2 8 5 2 1 i 廛銮坦太堂亟上堂僮监塞图盘目丞 图表目录 图2 1 层互操作性和系统互操作性7 图2 2 互操作性测试示意图一9 图2 3g s m - r 互操作性测试过程l o 图2 4 测试集构成图1 6 图3 1g s m - r 刚络结构1 7 图3 2c d 接口示意图1 8 图3 - 3c d 接口信令协议参考模型1 9 图3 - 4m a p 模犁2 l 图3 - 5e m l p p 用户在v l r 注册e m l p p 业务参数变化的信令流程一2 5 图3 - 6 v g c s 用户在v l r 注册v g c s 业务参数变化的信令流程2 5 图3 7v g c s 用户的v c j c s 业务删除的信令流程2 6 图3 - 8v b s 用户在v l r 注册v b s 业务参数变化的信令流程2 6 图3 - 9v b s 用户的v b s i k 务删除的信令流程2 7 图3 1 0u s s d 处理机制2 8 图3 1 l 功能号注册过程2 9 图3 一1 2 功能号注册查询注销的d 接口信令流程2 9 图3 1 3 功能号强制注销d 接口信令流程3 0 图3 1 4c 仍接口测试集框架3 3 图4 - 1c d 接口测试系统示意图3 9 图4 - 2k 1 2 9 7 删除用户消息序列4 3 图4 - 3k 1 2 9 7 观察到的异常消息4 4 图4 - 4m a p 版本不同对话被拒绝4 5 图4 - 5 修改v b s 参数时的异常情况4 6 图年6 位置更新一由于区域签约造成的漫游限制4 8 表2 1g s m - r 测试案例一般描述 表3 - 13 g p p t s2 90 0 2 中的c d 接口业务 表3 - 2g s m - r 网络c 仍接口m a p 专用业务 表3 - 3 用户数据管理功能测试组举例 表3 4u s s d 串格式 表3 - 5 有效等价类表正常情况 表3 - 6 无效等价类表异常情况 表3 7 功能号注册一正常情况 表舢l 信令点码和g t 分配 表4 - 2c d 接u 测试案例举例 殂挖弭 弘 弘 钉甜 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说明) 学位论文作者签名： 签字日期：狮年，2 月艿日 导师签名：智岛导师签名：j 玎吲 签字日期：删年f p 百川吒 ， | t 夏奎通太堂亟堂焦论奎独剑丝直明 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：弯魁 签字日期： 砷年2 月喀日 ，3 致谢 本论文的工作是在我的导师朱刚教授的悉心指导下完成的，朱刚教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来朱刚 老师对我的关心和指导。 朱刚教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，在此向朱刚老师表示衷心的谢意。 无线通信实验室的钟章队、金晓军、李旭、张小津、吴吴、杨焱、丁建文、 何建军等老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心 的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，周茜、陈皓、李丹、靳慧年、高晨亮、张磊、 路燕、张风珍等同学对我论文的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的 感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 e 塞窑垣盔堂亟土堂僮论塞i 宣 1 引言 1 1综述 1 ，1 1g s m r 互操作性测试背景 随着我国g s m r ( g s mf o rr a i l w a y ) 罔 络规划和建设工作的逐步展开，以及适 合我国铁路应用需求的网络设备和终端产品的开发应用，设备之间的互操作性测 试( i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n g ，简称i o t ) 的重要性不断提升。g s m - r 互操作性测试 的目的是保证来自不同厂家的多个设备能在同一个g s m r 系统中相互正常操作， 而不会损失其设备功能；换句话说，就是能在同一个g s m r 网络中相互正常通信， 实现g s m - r 业务和功能，达到互联互通。 目前，我国g s m = r 网络设备的供货商有两门子、北电和华为公司。三个厂商 的设备已经分别应用到胶济、青藏和大秦铁路。要实现全国统一组网，就必然要 实现不同生产厂家网络设备之间的互联互通。 i i u ti 1 l x 定义互联互通( i n t e r w o r k i n g ) 为：“在不同网络或系统中的实体之 间支持通信交互作用的手段”。互联互通用来表达网络之间，系统之间，实体之间 进行端到端的通信时基于功能的相互作用；这种功能上的相互作用体现为不同功 能之问的相互匹配，包括物理和电气状态的匹配，协议的映射【1 1 。g s m - r 系统的 互联互通是不同厂家的设备接口按照统一协议标准进行互联，保证其规范性和兼 容性，使铁路应用业务和功能可在不同厂家设备构成的网络中实现，组成一个结 构完整、功能完备的网络。 实现互联互通有利于设备供货市场形成良好竞争局面，保护工程投资，降低 运行成本，降低风险；有利于形成全程全网的解决方案，最大限度发挥总体效益； 有利于网络长远发展，对g s m - r 技术在中国推广起到积极的推动作用。 由不同厂家设各组成的g s m r 系统在投入运营之前，需要经过全面严格的测 试，验证其具有互联互通性。自2 0 0 6 年3 月铁道部开始组织我国g s m - r 互联互通 的相关测试工作，在借鉴欧洲铁路g s m - r 系统互操作性测试经验的基础上，结合 我国铁路实际需求确定了我国铁路g s m - r 系统互操作性测试的内容。同时，研究 了我国铁路g s m - r 系统互联互通的可行性，表现在：我国g s m 公众移动通信网有 互联互通成功运用的经验；西门子与北电公司部分网络设备的互联互通已经成功； 三个厂商在中国都设有g s m - r 实验室，为互联互通工作创造了非常好的试验环境。 j e 基窑通盍堂亟土堂僮j 金塞 j l 宣 以上条件也为我国铁路g s m - r 系统互操作性测试提供了充分的保障瞄”。 我国铁路g s m r 系统互操作性测试环境由西门子、北电和华为公司的实验室 设备和现场设备搭建。根据中国铁路g s m - r 建设进度需求，互操作性测试分两个 部分进行。第一部分：在实验室内开展扩接节点与本地节点之间、本地节点之间、 本地节点与无线嘲络之间的互操作性测试。第二部分：在现场围绕铁路应用对互 联互通进行试验验证。在第一阶段测试工作基础上，结合实际工程项目，进行互 联互通试验验证【4 】。到目前为止，第一部分实验室g s m - r 互操作性测试已经完成。 本论文研究互操作性测试理论，包括互操作性测试方法、互操作性测试系统的建 立和测试案例的设计；同时结合本人参与的实验室g s m - r 系统c d 接口互操作性测 试| t 作，重点分析测试工作中遇到的问题及其解决方法。 1 1 2 互操作性测试的由来 通信网络中，为了使得来自不同厂家的设备系统能够成功地进行通信，必须 依赖标准化的协议，它规定了各设备之间进行通信时应遵守的规则。然而标准化 的协议并不能确保通信的成功，这是因为通信协议标准基本上是以自然语言描述， 实现者对于协议的理解不同可能导致不同的协议实现，有时甚至导致错误的实现。 为了解决这个j 、廿j 题，提出了“协议测试”( p r o t o c o l t e s t i n g ) 的概念。 协议测试足从软件测试的基础上发展来的。根据对被测软件的控制观察方式， 软件测试方法分为三种：白盒测试、黑盒测试和灰盒测试。白盒测试通过每条语 句至少执行一次来全面检查整个程序代码，而黑盒测试只测试软件外部可以观察 到的行为，并不涉及程序的内部结构。灰盒测试是将白盒测试和黑盒测试结合起 来形成的一种测试方法，吸收了两种方法的优点。 协议测试是一种黑盒测试，也称为功能测试，即将被测实现( i m p l e m e n t a t i o n u n d e rt e s t ，简称i u t ) 看成一个黑盒，通过控制观察该系统的外部行为，来确定 它是否达到了协议标准所要求的功能，而不关心它的内部实现。协议测试是用测 试的方法执行一组目的明确的测试案例，进而观察被测实现k i t 的输出行为。并 分析测试结果，判断i u t 的功能和性能是否满足协议的规定。 按照i s o9 6 4 6 ，协议测试主要包括四类：( 1 ) 一致性测试( c o n f o r m a n c et e s t i n g ) 检测所实现的系统与协议规范的符合程度；( 2 ) 互操作性测试( i n t e r o p e r a b i l i t y t e s t i n g ) 检测同一协议不同实现版本之间、或同一类协议不同实现版本之间互 通能力和互联操作能力；( 3 ) 性能测试( p e r f o n n a n o et e s t i n g ) 榆测协议实现 或系统的性能指标( 如：数姑传输率、连接时问、执行速率、吞吐量和并发度等) ； ( 4 ) 健壮性测试( r o b u s t n e s st e s t i n g ) 检测协议实现或系统在各种恶劣环境 j b 塞銮适太堂亟堂焦i 金塞i i 宣 下运行的能力。 其中，一致性测试是其它三种测试的基础。然而，单纯对一个协议实现进行 一致性测试并不能确保一个协议实现与另一个协议实现之间的成功通信，还需要 将协议实现放在一个实际的通信网络环境中进行测试。在这种测试中，主要检测 某一协议实现与其它系统之间的交互过程是否正常，因此称为“互操作性测试”。 一致性测试和互操作性测试是一个协议实现能否入网与其它系统互通的决定手 段。互操作性测试作为一致性测试的补充，力图进一步提高系统互操作性的置信 度。它检验两个或多个同一个协议的实现之自j 的互操作的可能性。一般要求被测 协议实现是在通过协议一致性测试之后进行。互操作性测试不仅可以在相当高的 置信度水平上来给出一个系统是否是互操作的，还可以检验出一致性测试的质量。 这四种测试中，国际学术界目前能够给出理论框架和方法论的还只有一致性 测试。9 0 年代，国际标准化组织i s o 专门制定了一套国际标准i s o9 6 4 6 。它 为协议一致性测试提供了基本方法和框架，为测试集制定了设计步骤和描述方法， 并为测试系统的实现提供了指导。i $ o9 6 4 6 描述了一个通用的方法论，用以测试 o s i 协议实现与相应的协议标准的一致性， 对于互操作性测试的研究基本上是从一致性测试继承过来的。近年来国际上 在互操作性测试领域的研究主要集中在以下几个方面：互操作性关系的描述和定 义、互操作性测试生成技术、互操作性测试系统的构造。 由于互操作性需求涉及到两个协议实现之间的一段交互过程，所以互操作性 需求具有很强的动态性与多交性，因而协议互操作性测试的难度也随之增大【7 l 。 互操作性测试中，测试案例集是互操作性测试的核，i i , 和主线，一个好的测试 案例集可以提高测试效率。如何选择一组合适的、正确的测试案例，以最少的测 试案例对被测系统的功能进行最大程度的覆盖，从而最大限度地检测出可能存在 的错误，是互操作性测试理论研究的关键问题之一 1 1 3g s m - r 互操作性测试案例设计的特殊性 g s m - r 为铁路数字移动通信系统，是在g s m 系统基础上增加了调度通信功 能( 语音组呼、语音广擂、增强多优先级与强拆) 、铁路特有的调度业务( 功能寻址、 接入矩阵和基于位置的寻址) ，并以此为信息化平台，使用户可以在此平台上开发 各种铁路应用。因此，g s m - r 的业务模型可以概括为：g s m - r 业务= g s m 业 务+ 语音调度业务+ 铁路基本业务+ 铁路应用。 g s m - r 接口互操作性测试案例设计的特殊性如卜： 没有明确的接e l 技术规范和测试规范。目前还没有适用于我国铁路 e 宝銮通盔堂熊堂位i 金塞i l 直 g s m - r 系统的接口技术规范和测试规范，导致测试案例设计缺乏的依据。 铁路特色业务的互联互通。g s m - r 互操作性测试，应该在实现g s m 业务 互联互通的基础上，重点验证语音调度业务及铁路特有业务能否互联互 通。 各接口的配合测试。g s m - r 互操作性测试涉及的接口很多，正确划分各 接口互操作性测试内容，保证不漏测、不重复，即保证测试案例的完备性 和测试效率。 软件升级。相关协议实现的软件版本仍在不断的升级中，正确描述软件升 级后接口业务的实现的改变，将影响测试案例描述和测试案例数目。 测试案例集优化。如何根据测试大纲，以及现有铁路业务实现情况，合理 选择测试案例形成最小测试集，从而在有效保证测试覆盖率的同时，最小 化测试工作量。 1 2本课题研究的意义 我国g s m - r 系统是在借鉴欧洲铁路g s m - r 系统成功建设经验的基础上引入 的，它基于公网g s m 技术。 目前，欧洲铁路g s m - r 系统已经建立起一套g s m - r 技术标准体系，主要包括 3 个组成部分：( 1 ) 既有g s m 标准，该标准由欧洲电信标准化组织( e t s i ) 制定， 包括根据u i c 、e i r e n e 提出的铁路需求，对g s m 所进行的改动与扩展部分：( 2 ) e 氓e n e 制定的两个标准：g s m - r 系统功能需求规范和g s m - r 系统需求规范：( 3 ) 欧洲铁路移动无线系统( m o r a n e ) 试验项目制定的g s m - r 主要业务流程和设备 接口的技术规范。由于欧洲铁路和我国铁路运输指挥作业方式、移动通信业务需 求均不同，因此，必须制定适合我国的g s m - r 标准与规范 3 1 。而这些标准和规范 的制定，主要参考的就是g s m - r 互操作性测试的结论。 另外，公网的互联互通研究也已经有了一定基础，其互联互通问题已经有了 一些解决先例，针对铁路专用移动网络的特殊性，保证其特有业务准确可靠的实 现，互操作性测试发挥着重要作用。结合铁路应用，科学合理设计测试案例是 g s m - r 互操作性测试的前提条件与核心任务，一它将在很大程度上决定了互操作性 测试工作的有效性。 本文通过研究互操作性测试理论，把科学的测试方法学引入到具体工作中， 使g s m r 互操作性测试更加正规化、标准化和国际化，便于正确认识和分析 g s m - r 互操作性测试过程中的问题与不足之处，提出应对措旄；通过研究测试案 4 j e 塞銮疆盍堂亟堂位j 金塞i l 宣 例设计理论，将黑盒法应用于g s m - r 互操作性测试案例设计和编写中，科学制定 测试案例集，并且通过实际测试的验证分析，发现协议实现的错误，便于厂家对 软件进行相应的修改，保证铁路业务和功能在由不同厂家设备构成的g s m - r 网络 中互联互通。同时，希望本论文研究内容可以为后一阶段的现场g s m - r 互操作性 测试工作提供参考。 1 3本论文的主要工作与贡献 本论文主要研究了g s m - r 网络c d 接口互操作性测试及案例设计问题，具体 工作包括： 研究互操作性测试理论，通过分析不可互操作性的原因，进一步得出 g s m - r 互操作性测试的必要性，提出测试过程的实现，针对g s m - r 的现 状和发展，提出g s m - r 互操作性测试方案； 研究测试案例设计理论，归纳出各种黑盒测试案例设计方法，建立g s m - r 测试案例的一般描述，并将黑盒法应用于g s m - r 网络c d 接口测试案例 设计中，详细阐述了测试案例设计的过程； 分析g s m - r 系统c d 接口m a p 协议，总结相关的m a p 业务，建立c d 接口的测试需求集，重点分析铁路业务对c d 接口的需求，利用测试需求 集之问的相互关系，对测试需求进行约简，以优化测试案例； 结合g s m - r 互操作性测试实际工作，分析测试系统结构，给出了测试系 统的相关数据配置，重点分析了测试中遇见的问题，并提出解决方案， 分别从测试方法和测试案例优化方面，分析测试中的不足之处，提出改进 措施。 通过以上工作，本文对该课题做出的贡献有以下几方面： 给出了测试案例设计方法应用的一个完整实例，为后期g s m - r 互操作性 测试可能的新增功能的测试案例设计提供参考； 深入分析g s m r 网络c d 接口互操作性测试中的问题，为后期g s m - r 互操作性测试工作的开展提供宝贵的工程经验。 e 瘟窑垣盍堂亟圭芏焦监塞互握住丝捌这堡途 2 互操作性测试理论 2 1互操作性测试方法 2 1 1 互操作性定义 n 层的两个协议实现具备互操作性，是指这两个协议实现在互相通信中，通 过协调操作，完整地实现各自协议的功能，并向n + 1 层提供服务。互相通信的两 个协议实现若能够进行完全的互操作，应该满足以下的要求： 1 ) 两个实现的静态一致性需求是相符( 或相容) 的； 2 ) 每个实现均与其协议标准相一致，即满足一致性关系； 3 ) 两个实现之问的交互过程满足包含在协议描述中的互操作性需求。 本文把满足这三个条件的两个协议实现称为具备“互操作性关系”。挨句话说， 某个协议实现具有互操作性，首先该协议实现是真正遵守了它所声明遵守的通信 协议，其次它能同其他也遵守该通信协议的协议实现通信。只有达到这样要求的 协议实现，才可以称其具有互操作性。 协议一致性测试只能验证协议实体正确实现了协议规范所要求的最小子集， 不能限制协议实体对于选项的选择，而且，协议实体一般还具有协议规范没有定 义的特性。因此，可以说，通过协议一致性测试的协议实现，由于其绝大部分功 能与协议标准的描述相一致，它和其他具备“致性”的协议实现之间的互连可 能性有很大地提高。但是，通过协议一致性测试的协议实现之间并不能保证完全 的互操作。 不可互操作原因可能是通信协议本身设计或者开发者实现的问题。在协议内 容上，可能存在不一致的地方，或者某些地方考虑不周；在协议形式上，由于普 遍采用自然语言描述，描述不清晰，有歧义等。从而造成开发者对协议的理解不 同，或者开发者对协议本身理解有错，从而造成开发出的产品之间存在互操作问 题。归纳起来，两个协议实现不能进行完全的互操作的原因有： 1 ) 两个协议实现在功能 ：有差别； 2 ) 一致性测试集设计得不完备； 3 ) 一致性测试系统由于测试选择未对某些功能进行测试； 4 ) 两个协议实现在对可选功能实现上的差异性； 5 ) 两个协议实现在性能上有一定的差距。 韭塞奎道太堂亟堂僮迨塞互埕佳性捌这理论 这几点原因对协议实现之问互操作性的影响程度是由大到小的。而这几个因 素也成为互操作性测试的主要目标。为了保证不同厂商的协议实现之间可以进行 完全的互操作，进行互操作性测试是非常重要t 6 j 。 2 1 2 互操作性测试类型 从网络系统模型来说。i s o 在1 9 8 3 年推出的“开放系统基本互连参考模型” 国际标准( i s 0 7 4 9 8 ) ，是目前几乎所有网络的参考模型。该参考模型是一个分层 结构，总共分七个层次。它的原则是将相似的功能集中到同一层内。每一层功能 都是独立的，它利用下一层提供的服务并为上一层提供服务，而与其它层无关。 自下到上，各层分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层 和应用层。对应于某一层协议来说，通信的双方系统都将会有该层协议的实现， 也称作通信对等实体( c o m m u n i q a t i o np e e r ) ，这两个通信对等实体之间的互操作 称为层互操作性。而从上到下整个协议组( 也称“行规”：p r o f i l e ) 的实现，即开 放系统之间的互操作称为系统互操作性。图2 - 1 展示了这两者的关系。根据功能的 不同，行规又可以分成通信行规( 下四层，从物理层到传输层，主要是为通信服 务) 和应用行规( 上三层，从会话层到应用层，主要是满足应用需要) 两部分， 因此又可以分成通信互操作性和应用互操作性。层互操作性和系统互操作性的定 义是进行协议测试包括互操作性测试的基础【7 l 。 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层 i s 0 ，o s i 参考模型 系统互操作性 图2 1 层互操作性和系统互操作性 f i g u r e2 - li n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e nl a y e r sa n di n t e r o p e r a b i l i t yb c t e , g ns y s t e m , 7 韭盛窑适友堂亟堂僮逾塞亘握佳性趔达理逾 根据以往的测试经验，系统出现的互操作性问题在各层上出现的概率有所不 同。一般说来，在上几层( 包括应用层，会话层等) 出现的概率较大，而在下几层( 如 物理层，数据链路层等) 出现的概率要小。从对o s i 系统进行测试而得到的数据中 估计，有9 0 的互操作性问题是发生在表示层和应用层，这些问题中，7 0 是由于 编码和解码错误而造成的7 + “。因此，为提高系统的互操作性，需要加强对上层 协议，特别是应用层协议的互操作性测试。 另外，从测试过程看，互操作性测试可分成： 静态互操作性测试：分析、比较不同协议实现的p i c $ ( 协议实现的一致 性说明) 和p i x i t ( 协议实现的附加信息) ，发现互操作问题： 动态互操作性测试：将被测设备直接同其它设备相连，进行实际的测试工 作。在一定范围内变化协议实体的运行参数，以测量互连的协议实体的互 通能力。运行参数的选择和变化范围应根据实际运行环境的相关参数( 如 功能、业务等) 来选择”j 。 2 1 3g s m - r 互操作性测试的必要性 g s m - r 互操作性测试是针对我国铁路要组建统一的g s m - r 网络，而该网络 的设备由华为、西门子、北电公司等三个不同的设备制造商提供的情况提出的。 互操作性测试的目的是保证不同厂家设备能够互联互通。 g s m - r 系统中不同厂商设备之间不能互联互通的潜在因素主要有以下几点： 1 、接口协议问题。不同厂商设备采用的接口协议版本可能不同，新旧版本协 议对选项和参数的限制不同；不同厂家设备采用相同接口协议版本，也可 能对协议可选项和参数有不同的限制，从而导致不同厂家的设备之间出现 的互操作性问题。 2 、协议理解问题。不同厂商开发者对协议的理解不同，甚至错误，导致不同 厂商设备对协议相关功能的实现不同，从而产生互操作性问题。 3 、铁路应用业务和功能的实现。我国铁路g s m - r 标准还未出台，现有技术 规范对相应铁路业务和功能实现的定义、描述可能不够确切，或者尚且处 于讨论待定中，从而导致不同厂商在其实现上有异议，产生不同厂商设备 间铁路业务的互联互通问题。 因此，有必要通过互操作性测试，来促进不同厂家的设备接口按照统一协议 标准进行互联，保证不同厂家的设备之间的正常通信，同时保证铁路应用业务和 功能的实现，从而保证g s m - r 网络的结构完整、功能完备。 j e 塞窑逼盔堂缝堂焦i 金塞互逢在世捌这堡迨 2 1 4g s m r 互操作性测试过程 由于协议的复杂性，要对所有可能性进行测试在经济和技术上都是不可能的。 可行的办法是根据实际需要，测试协议实现在某种程度上的互操作性。图2 - 2 所示 为互操作性测试的示意图h i 。 测 被测被测 测 试 实体实体 试 仪 ab 仪 a b 直祝点a腋视点b 篮橇点c 图2 2 互操作性测试示意图 f i g u r e2 - 2 i n t a r o p e r a b i l i t yt e s t i n gd i a g r a m 为了监视两个被测系统问传送的数据，分别在监视点a 、b 和c 处放置监视 仪器。通过互操作性测试，检验被测系统a 和被测系统b 之间可以实现何种程度 上互操作性。 g s m - r 互操作性测试用来验证不同厂商设备间的互操作能力，测试过程如图 2 - 3 所示，包括互操作性测试的测试准备、测试执行、分析测试结果三个阶段。 ( 1 ) 测试准备阶段 确定接口版本：统一不同厂家设备接口的协议版本。 填写p i c s ( 测试实现的一致性说明) 和p i x i t ( 协议实现的测试补充信息) ： p i c s ( p r o t o o o li m p l e m e n t a t i o nc o n f o r m a n o cs u b s o r i b e ) 用来说明测试实施 的要求、能力及可选项实施等情况。p i x i t ( p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n e x t r a i n f o r m a t i o nf o r t e s t i n g ) 用来提供测试时必须标明的协议参数。 静态互操作性检查：将被测系统提供商所提交的p i c s 文件与协议标准进 行对照，判定被测系统在其实现中是否遵循了协议规范。 测试需求分析：分析在实际网络环境下的协议标准，结合g s m - r 业务要 求，确定互操作性测试需求，进一步得到引曝作性测试组。 编写测试案例：依据静态互操作性测试捡查结果和确定的互操作性测试 组，编写测试案例。 ( 2 ) 测试执行阶段 测试案例参数化：借助某个特定的硬件平台( 如协议分析仪) ，验证测试 9 j b 立窑逗太堂亟堂僮：| 佥塞互握在世捌这理迨 案例的正确性，使其变成可执行的测试案例； 动态互操作性测试：搭建测试环境，配置设备数据，执行测试案例，对两 个或多个被测系统进行测试； 记录测试数据：借助监视仪在各个监视点获得的数据，获得测试报告，与 预期结果相比较，发现被测系统中的错误。 ( 3 ) 测试报告生成阶段 分析测试结果，形成测试报告：分析排除被测系统互联互通时遇到的故障 问题，判定测试结果：通过、部分通过、未测试、失败或待定。 评判测试结果：从互操作能力、业务实现能力、功能和业务实现的可靠性 和准确性、互操作性测试有效地覆盖大纲规定的测试项、稳健性和可靠性 等几方面评判测试结果。 形成互联互通接口规范：结合互操作性测试报告、测试结论，形成统一的 接口规范。 图2 - 3g s m - r 互操作性测试过程 f i g u r e2 - 3 ，i n t e r o p c r a b i l i t yt e s t i n gi ng s m - rs y 。t e m 2 ，1 5g s m - r 互操作性测试实施方案 需要验证n 个设备与另外n 个设备之间的互操作性，进行多个系统间的互操 作性测试，有以下两种实施方案： e 鏖銮逼太堂亟土堂壁盈塞亘握往世剩垡堡迨 方案一：对这2 1 1 个设备进行一对一的互操作性测试。 对这2 1 1 个设备进行一对一的互操作性测试，验证任两个设备之间都具有互操 作性，从而得出这z 个设备之间可以互联互通。 例如，g s m - r 系统目前需要验证三个厂商设备接口间的互操作性，采用的就 是一对一的测试方案。首先，参考三厂家提供的软硬件协议版本，确定统一的接 口规范版本，制定测试大纲，编写测试案例，进行厂家自测，在此基础上，进行 一对一的互操作性测试，排除故障，实现三个厂商设备问的互联互通。对于g s m - r 网络的一个接口的互联互通验证，涉及到3 个设备和3 个设备间的互操作性测试。 该方案至少需要的测试行为数是：三厂家自测加上不同厂商设备问的互操作性测 试，即需要3 + 3 * 2 = 9 次测试行为。 显而易见，推广到验证n 个厂商设备的情况，该方案需要n 2 次的测试行为。随 着n 的增加，n 2 的具体数值大小不是我们所能估量的；即随着g s m - r 网络设备提 供商的增加，采用该方案所需的g s m - r 互操作性测试行为次数将是我们无法应对 的。园此，该方案不适用于设备提供商很多的情况。 该方案的优点是测试实现比较简单，缺点是没有传递性。 方案二：选出一个满足互操作性的参考设备，其他设备只和该参考设备进行 互操作性测试。 首先让这个设备满足互操作性要求，然后其它设备只和它进行互操作性测试， 完成整个的互操作性测试过程。这时，n 个设备与参考设备进行互操作性测试时， 只要进行n 次测试就町以满足要求，而且随着n 的增长，测试次数也是线性增长 的，比较符合实际情况。 目前，g s m - r 互操作性测试并没有采用该方案，因为无法确定一个测试标准， 一个非常符合测试要求的被测系统实现。 方案比较：因为目前需要测试的厂家还不多，并且适用于中国铁路的g s m - r 测试标准还未出台，无法找到完全符合测试要求的被测协议实现，所以实际g s m - r 互操作性测试采用方案一。然而，随着g s m - r 系统工程技术的不断发展成熟，相 关中国铁路g s m - r 标准的确定，需要测试的厂家的增多，必然会采用方案二，以 提高测试效率。 互操作性测试方法和测试方案确定后，进行互操作性测试的前提条件是要有 合适的测试案例，测试案例是互操作测试的核心和主线。 韭哀銮通太堂亟堂僮迨塞亘递往堆型达堡：| 金 2 2测试案例设计原理 2 2 1 测试案例设计的目的 测试案例就是将软件测试的行为活动，作一个科学化的组织归纳，它是测试 执行的依据。在开始实施测试之前设计好测试案例，可以避免盲目测试并提高测 试效率。测试案例的使用令软件测试的实施重点突出、目的明确。 设计软件测试案例的目的，就是为了能将软件测试的行为转换为可管理的模 式。使用测试案例的好处归纳起来主要体现在：组织性、功能覆盖、复用性、跟 踪性、确认性1 9 1 。 互操作性测试属于黑盒测试，黑盒测试案例旨在测试软件是否满足功能要求， 其目的主要是：( 1 ) 检查功能和业务是否实现或遗漏；( 2 ) 在接口上，输入能否正 确地接受；能否输出正确的结果；( 3 ) 是否有数据结构或外部数据库访问错误；( 4 ) 性能等其他特性要求是否满足；( 5 ) 是否有初始化或终止错误。 2 2 2 测试案例设计原则 设计测试案例必须满足的原则是： 1 、好的测试案例能发现到目前为止没有发现的缺陷； 2 、测试案例应该详细记录所有的操作信息，但是不能太简单，也不能太复杂， 其详细程度根据需要确定； 3 、测试案例应该根据测试需求和软件升级等的变化而不断更新： 4 、测试案例应该包括清晰的输入数据和预期输出，具备可执行性； 5 、测试案例应该标明时间( 或版本) 和优先级，起到一种基准的作用，使案 例直接和需求基线、软件版本对应i ”。“6 i 。 2 2 3 测试案例的设计方法 测试案例可以分为基本事件、备选事件和异常事件。 设计基本事件的案例，应该参照案例规约( 或设计规格说明书) ，根据关联的功 能、操作按路径分析法设计测试案例，而对孤立的功能则可直接按功能设计测试 案例。基本事件的测试案例应包含所有需要交现的需求功能，覆盖率达1 0 0 。设 计备选事件和异常事件的案例，要复杂和困难得多，需要综合考虑各种可能的事 件，合理选择设计案例。 j e 宝銮道盔堂亟堂僮竣塞 互握佳壁型达理迨 由于互操作性测试属于黑盒测试范畴，只关心被测系统的外部功能，因此下 面重点介绍几种黑盒测试案例设计方法。 等价类划分法 其特征是，把程序的输入域划分成若干部分，然后从每个部分中选取少数代 表性数据当作测试案例。它依赖于输入条件等价类的估计，首先必须在分析需求 规格说明的基础上划分等价类，然后选择测试案例。每一类的代表性数据在测试 中的作用等价于这一类中的其它值，也就是说，如果某一类中的一个例子发现了 错误，这一等价类中的其它例子也能出现同样的错误。 划分有两种不同情况：有效等价类和无效等价类。有绶等价类是指对于程序 的规格说明来说是合理的、有意义的输入数据构成的集合。利用有效等价类可检 验程序是否实现了规格说明中所规定的功能和性能。无效等价类与有效等价类的 定义恰巧相反。 设计步骤： ( 1 ) 划分等价类。 如果某个输入条件规定了取值范围或值的个数。则可确定一个合理的等价 类( 输入值或数在此范围内) 和两个不合理等价类( 输入值或个数小于这个范围的最 小值或大于这个范围的最大值) 。 如果规定了输入数据的一组值，而且程序对不同的输入值做不同的处理， 则每个允许