（通信与信息系统专业论文）基于ttcn3的himac协议测试软件设计与实现.pdf

涨煳 摘要 在“三网融合 背景下，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 ) 接入 技术利用有线电视同轴电缆的带外信道实现高速、多业务的宽带接入。它充分利 用现有有线电视同轴电缆分配网络资源，无需重新布线，符合我国国情，是具有 自主知识产权的新一代接入技术。随着h i n o c 协议标准的发布，相关产品的研发 工作陆续展开，为了保证不同设备厂商的产品实现互联互通，必须对h i n o c 协议 测试进行研究，开发协议测试集，研制测试设备，为h i n o c 技术的产业化提供有 力保证。 本文在充分理解h i n o c 协议标准的基础上，分析了m a c 层信令协议一致性 测试的特点，确定了h i n o cm a c 层协议测试所采用的测试方法和相应的测试架 构，然后利用t t c n - 3 ( t e s t i n ga n dt e s tc o n t r o ln o t a t i o nv e r s i o n3 ) 核t h , 语言设计 了h i n o cm a c 层一致性抽象测试集，之后在基于t t c n 3 系列标准的框架下， 利用测试开发工具t t w o r k b e n c h 软件和h i n o c 模拟硬件搭建了测试系统，并在测 试系统上完成了所有测试例的实际测试工作，给出了测试结果和分析结论。 关键字：hi n o cm a c 协议测试t t c n 3 a b s t r a c t 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 ) i sat o t a l l yn e wb r o a d b a n da c c e s s t e c h n o l o g yu n d e rt h eb a c k g r o u n do f “t r i p l ep l a y i tu s e st h eo u t - o f - b a n dc h a n n e lo f c a t vi na l r e a d ye x i s t i n gc o a x i a lc a b l ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kt op r o v i d eh i g h - s p e e da n d m u l t i - s e r v i c e sw i t h o u te m p l o y i n ga n ye x t r ac a b l e a san e wg e n e r a t i o na c c e s sn e t w o r k w i t ho u ro w ni n t e ll e c t u a lp r o p e r t y , hi n o cc o n f o r m st ot h es i t u a t i o ni nc h i n a t h e p r o t o c o ls t a n d a r dh a sb e e nr e l e a s e d ，t h er e s e a r c ho f r e l a t e dd e v i c ew i l lb ed e v e l o p e d i n o r d e rt oe n s u r et h ed i f f e r e n td e v i c e sf r o md i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sc a l li n t e r c o n n e c tw i t h e a c ho t h e rs u c c e s s f u l l y , i ti sn e c e s s a r yt oh a v ep r o t o c o lt e s t i n g b a s e do nt h ec l e a ru n d e r s t a n d i n go fs p e c i f i c a t i o n so fh i n o c ，t h i sp a p e rm a k e sa d e t a i l e da n a l y s i so fs i g n a l i n gp r o t o c o lt e s to nm a cl a y e ra n dc o n f i r m sm e t h o d sa n d f r a m e w o r ko f p r o t o c o lt e s t i n g , t h e n t h e d e s i g n o fa b s t r a c tt e s ts u i t ew i t h t t c n 一3 ( t e s t i n ga n dt e s tc o n t r o ln o t a t i o nv e r s i o n3 ) c o r el a n g u a g e i st r e a t e d f o l l o w i n gw o r kf o c u s e so nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft e s ts y s t e m u n d e rt h ef r a m e w o r ko f t t c n 一3s e r i e ss t a n d a r d ，t h er e a lt e s ts y s t e ma l r e a d yh a sb e e nb u i l tw i t ht t w o r k b e n c h s o f t w a r ea n dh i n o cs i m u l a t o rh a r d w a r e u pt on o w , a l lt h et e s tc a s e sh a v eb e e n e x e c u t e di nt e s ts y s t e ma n dt h er e s u l to ft e s t i n ga l s oh a sb e e nr e l e a s e dw i t ha n a l y s i s k e y w o r d s ：h i n o cm a cp r o t o c o lt e s t i n g t t c n - 3 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 随着信息技术的不断发展，人们对于网络服务的需求逐渐由单一的话音通 信、低速率数据通信向着业务多元化、高带宽发展。数字技术的迅速发展和全面 采用，使得话音、数据、图像和视频信号都可以通过编码后在网络中进行传输和 交换：光通信技术的进步，为各种业务信息提供了高质量、大容量的传送通道； 统一的t c p i p 协议的普遍应用，使各种以i p 为基础的业务在不同的网络中实现互 通。技术的发展和进步使得传统的电话网、有线电视网和计算机通信网相互渗透， “三网融合 因此成为网络研究领域的热门课题，很多国家在信息化基础设施建 设中大力推行三网融合，发达国家如美国、英国、法国和日本，其三网融合己驶 入快车道，进入快速发展阶段。在我国，国务院已经明确提出推进三网融合的阶 段性目标，即2 01 0 - - - 2 0 1 2 年重点开展广电和电信业务双向进入试点，探索形成三 网融合规范有序开展的政策体系和机制体系。2 0 1 3 - - - - 2 0 1 5 年，总结推广试点经验， 全面实现三网融合发展，普及应用融合业务，基本形成适度竞争的网络产业格局， 基本建立适应三网融合的体制机制和职责清晰、协调顺畅、决策科学、管理高效 的新型监管体系l l j 。 三网融合中的接入网技术是推进三网融合发展的重要组成部分。利用我国有 线电视网中分布广泛的同轴电缆实现用户接入，具有得天独厚的优势：同轴电缆 频带宽，容量大，抗干扰能力强且无需重新布线，因此利用同轴电缆承载以太网 信号的e o c ( e t h e m e to v e r c o a x ) 技术在宽带接入领域得到了快速发展和应用，涌 现出很多技术和解决方案，根据技术方法的不同，e o c 技术可以分无源基带传输 和有源调制传输两大类。 无源基带e o c 的数据链路层完全遵循i e e e8 0 2 3 标准，采用f d m ( f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，频分复用) 技术，将有线电视的下行广播信号 和以太网数据信号在同轴电缆中复用后进行传输，经过电缆分配网络到达用户端 后，再使用无源分离技术将混合的信号分离。无源基带e o c 使用的无源技术使得 信号只是在物理层进行了转换，数据链路层以上没有任何改变，其优点在于不需 要增加有源器件来处理以太网数据信号传输，利用原有电缆分配网络中的耦合器 和用户端的无源分离器件实现用户接入，无需重新布线，每线价格成本低。但其 缺点和不足也非常明显：该组网方式只支持点对多点的星型分配网络，适用范围 局限在无源集中分配型网络且下行不能有分支分配器，在无源树型分配网络和有 2 基于t t c n 一3 的h i m a c 协议测试软件设计与实现 源树犁分配网络中，均无法满足无源基带e o c 的实施条件，而后两种树犁的同轴 电缆分配网络在我国现有的有线电视网中占据较大的比例。此外，无源基带e o c 解决方案多采用现有以太网处理芯片，针对物理介质的特点做相应的修改，将以 太网移植到同轴电缆上来。当采用1 0 m 的以太网处理芯片，用户独亨1 0 m 带宽时， 全双- t 最大吞吐量为1 6 m b p s ，难以满足用户对于高带宽的要求，而采用1 0 0 m 的 以太网处理芯片时，虽然接入带宽提高了，但每线价格的成本却大i 蝠提高。 有源调制e o c 利用调制技术在头端将以太网数据信号调制到某个频段上，然 后耦合到l 一轴电缆上传输，到达用户后由用户端设备完成信号的解调和恢复，还 原成以太网信号向用户提供服务；另一方面，用户侧的回传信号在用户端设备进 行调制后送至同轴电缆，传输到头端，从而实现双向业务传输。由于有源调制e o c 采用了高效的调制方式，所使用的物理频带较宽，因此可以提供很高的带宽，并 且可以跨越分支分配器，传输距离远，相比无源基带e o c ，有源调制e o c 的应用 场景更广泛，更具有市场前景。目前比较成熟的调制e o c 技术有m o c a l 2 j ( m u l t i m e d i ao v e rc o a xa l l i a n c e ，同轴电缆多媒体联盟) ，h o m e p n a l 3 j ( h o m e p h o n e l i n en e t w o r ka l l i a n c e ，家庭电话线网络联盟) 和h o m e p l u g t 4 1 ( h o m e p l u g p o w e r l i n e a l l i a n c e ，家庭电力线网络联盟) 等，各种技术实现方式存在巨大差异， 而每种方案又有各自的局限或不足：m o c a 是一种家庭网络产品组网的产业标准， 旨在利用同轴电缆构建宽带多媒体家庭网络，其网络拓扑和接入网有很大的不同， 工作频带为8 0 0 - - 1 5 5 0 m h z ，每信道带宽5 0 m h z ，不符合我国有线电视信道带宽 规划的n 8 m h z 要求；h o m e p n a 最初是一种利用电话线进行组网的技术标准， 发展到h o m e p n a 3 0 时，传输媒体除了电话线以外，增加了同轴电缆，即h o m e p n a o v e rc o a x ，主要修改了传输介质的耦合接口部分。由于该技术主要面向宽带多媒 体应用的家庭内部组网，当运用在点对多点的接入网环境中时，受汇聚噪声影响， 其 生能表现一般，不能满足用户对于高带宽、低延时的要求；h o m e p l u g 协议是家 庭电力线网络联盟为满足家庭数字多媒体传输的需求而制定的标准，最初的传输 媒介是基于电力线，h o m e p l u g o v e r c o a x 将其改进以运用到同轴电缆。由于同轴电 缆较电力线而言，抗干扰和噪声能力大i 晤提升，具备良好的传输性能，最大物理 层传输速率可以达到2 0 0 m b p s ，数据链路层采用t d m a 和c s m a c a 机制，其中 t d m a 是面向连接的，提供q o s 保障，但由于其采用电力线周期的两倍作为一个 t d m a 传输周期，我国市电频率标准为5 0 h z ，此时的一个周期达到4 0 m s ，因此 采用h o m e p l u g 规范生产的设备普遍存在时延大的缺点。 以上提到的各种e o c 规范，都是国外厂商成立的联盟制定的，无论从协议性 能还是从成本的角度来看，各种方案都难以大规模推广。在此背景下，根据我国 有线电视同轴电缆带外信道特性设计的，具有我国自主知识产权的新型宽带接入 第章绪论 技术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 ) 应运而生。h i n o c 能提 供流媒体业务对于带宽的高要求，无需对有线电视网络进行双向改造，仅通过增 加h i n o cb r i d g e ( 耶) 和h i n o cm o d e m ( h m ) 等棚关设备，实现i p 数据信号 和有线电视信号在一根同轴电缆上传输，在不影响原有有线电视信号的情况下实 现高速上网接入服务，可承载i p t v 、v o l p 、v o d 等多种宽带业务，符合我国国情。 1 2 选题的目的与意义 西安电子科技大学是国内较早开展利用i i j 4 轴电缆进行宽带接入研究的单位， 国家广电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对有线 电视宽带接入技术进行了研究和开发，提出了h i n o c 建议草案，并已提交广电总 局。 随着三网融合的不断推进，h i n o c 技术将在全国部分重点城市建立示范应用， 而随着协议标准的发布，会有大量的科研机构和设备厂商按照h i n o c 标准生产 h b 和h m 设备。然而h 1 n o c 作为一种全新的接入网技术，目前还没有相关的测 试技术研究和测试设备。同大多数协议规范一样，h i n o c 协议采用自然语言描述， 其优点是便于理解，但自然语言具有二义性，实现者对于协议的不同理解以及实 现过程中非形式化因素都有可能导致不同的协议实现，其中有的可能还会是错误 的协议实现，因此，必须采用一种有效的方法对协议实现进行检验，判断其是否 符合h i n o c 协议标准，这便是协议测试。 协议测试是协议工程学中的一个重要分支。协议工程学是随着o s i 参考模型 与t c p i p 协议集的制定和普及使用而产生的，包含了协议开发过程中的各个阶段， 它试图在协议设计、描述、验证、测试和实现过程中使用形式化技术加速和完善 协议的开发过程i5 1 。协议测试着眼于协议开发过程的测试阶段，将形式化技术引入 测试领域，试图通过实验的方法找出协议实现的错误，在测试过程中，既要模拟 协议实现正常流程交互的情况，也要模拟异常的情况，但针对一个系统进行无穷 无尽的测试是不现实的，因此协议测试并不能保证一个协议实现是完全正确的， 即只能表明“存在错误”，但不能证明“不存在错误”。本文遵循了协议测试的这 个基本出发点。此外，测试集的表示和测试例执行是协议测试的核心，本文使用 t t c n 3 语言描述h i n o c 协议各项功能的测试过程，并在基于t t c n 3 的测试架 构_ 卜搭建测试系统，完成实际测试，测试样机已经完成了实验室内部测试。这些 工作的完成，对于验证不同厂家牛产的h i n o c 设备是否满足规范要求，设备之间 是否可以互联互通具有重要的意义。 4 基于r r c n 3 的h i m a c 协议测试软件设计与实现 1 3 本文的主要工作和内容安排 本文选题来源于国家高新技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题：有线电视同轴 电缆宽带接入测试系统。本文主要工作围绕h i n o cm a c 层协议一致性测试软件 的设计和实现展开，主要有三个部分：( 1 ) 详细对h l n o cm a c 信令协议进行了 分析，深入研究了h i n o c 网络结点接纳和链路维护的信令交互流程，包括了正常 情况和异常情况下的信令处理流程，为协议一致性测试集的设计提供了依据；( 2 ) 根据h i n o c 系统协议测试的特点和应用场景，选定了h i n o cm a c 层协议一致性 测试所采用的测试方法和测试架构，并基于t t c n 3 核心语言没计了h i n o c 系统 m a c 层协议一致性测试的抽象测试集，详细阐述了设计流程；( 3 ) 在基于t t c n 3 的通用测试架构下，利用现有的资源，利用t t w o r k b e n c h 软件和h i n o c 模拟硬件 搭建了测试系统，并在其上完成了所有测试例的实际测试工作，给出了测试结果 和分析结论。本文内容安排如下： 第一章绪论部分对h i n o c 技术的提出背景进行了介绍，说明对h i n o c 系统 进行协议测试的意义。 第章首先对h i n o c 系统的组网方案和应用场景进行了说明，引出其拓扑结 构和协议栈，然后重点对h i n o c 数据链路层的信令协议进行了分析，包括信令帧 的帧结构、结点接纳和链路维护的信令交互流程等，为后续章节设计测试集提供 了依据。 第三章主要讲述如何利用t t c n 3 核心语言设计抽象测试例( 集) 。首先对协 议一致性测试方法进行了介绍，然后由t t c n 的发展引出最新的测试与测试控制 表示方法t t c n 3 ，对t t c n 3 核心语言中的概念、语言要素、行为规范等做 了详细的说明，之后根据h i n o c 系统协议测试的特点和应用场景，确定了测试架 构，定义了所需数据类型等测试相关的要素，给出了抽象测试例的设计流程。 第四章阐述了t t c n 3 测试架构下的测试执行过程。从t t c n 3 通用测试架构 入手，对架构的组成实体进行了分析，然后介绍了基于测试开发工具t t w o r k b e n c h 的h i n o c 协议测试系统组成，说明了测试实现的流程，并给出了实际测试中全部 测试例的测试结果并对其进行了分析。 第五章对论文工作进行了总结，并对下一步工作重点作出展望。 第一章h i n o c 系统与h i m a c 信令协议慨述 第二章h i n o c 系统与h i m a c 信令协议概述 本章分析了h i n o c 系统的组网方式、应用场景和协议栈，介绍了h i n o cm a c 层协议的主要机制，重点针对m a c 层信令协议在结点接纳、退出以及链路维护时 候的交互流程进行了详细阐述。 2 1h i n o c 接入系统概述 h i n o c 是一种利用有线电视i i 寸轴电缆，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 o l p 、h d t v s d t v 、v o d 、高速上网等传统与新型业务1 6 1 。h i n o c 主要功能 和性能指标为： 单信道带宽1 6 m h z ； 单信道内支持的最大用户数为3 2 个； 网络最大覆盖范围不小于1 0 0 米； m a c 层最大传送速率可达4 0 m b p s 以上； 采用2 5 6 个子载波的o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 传输体制和d q p s k 、q p s k 1 0 2 4 q a m 的自适应调制技术； 双工多址方式采用时分双工t d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ) 动态时分 多址t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ，实现无冲突的信道接入和 灵活的带宽分配； 支持基于优先级的q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 保障以及相关的管理功能； 支持v o l p ( v o i c eo v e ri n t e r a c tp r o t o c 0 1 ) 、h d t v s d t v 、v o d 、高速上网 等传统与新型业务。 2 1 1 组网方案与应用场景 h l n o c 技术主要用于f t t b + c a b l e 的应用场景，其组网应用的典型情况如图 2 1 所示。 6 基于t r c n - 3 的h i m a c 协议测试软件设计与实现 图2 1h i n o c 典型组网方式 图中椭圆部分为一个典型的h i n o c 网络，由一个h b 和若干个h m 以及楼内 同轴电缆分配网络构成。其中h b 为头端设备，来自g b e ( g i g a b i t e t h e m e t ，于兆 以太网) 的下行数据信息经光纤传输到达楼宇，经光电转换后还原成以太网电信 号进入同轴电缆接入网。h b 将来自于骨干网的以太网信号调制到同轴电缆带外频 带的一个1 6 m h zh i n o c 信道内，并完成和c a t v 信号的混合，再经由楼内分配 网络和电缆终端盒传送到各用户的h m ，h m 将其解调后传送到与其相连的计算 机和高清电视接收机等终端设备。在，卜行方向，卜，各终端产生的上行信息通过h m 调制后，经过h i n o c 网络到达h b ，然后被h b 分离、解调后发送到骨干网。 c a t v 信号使用的频带和h i n o c 工作频带没有重叠，凶此有线电视信号和以太网 数据信号的混合和分离可以使用无源器件完成，无需对既有线路进行改造，也不 用增加额外的有源器件处理以太网信号的传输，用户可以在不影响原有电视节目 收看的情况下实现高速接入上网。 图2 1 示意了多个h m 用户共享一个h i n o c 信道( 1 6 m h z ) 的情况，此时 多个f t m 共享一个带外1 6 m h zh i n o c 信道提供的双向4 0 m b p s 接入速率。h i n o c 第_ 章h i n o c 系统与h i m a c 信令悱议概述 7 使用的频段为7 5 0 z 1 0 0 6 m h z ，因此在f j 一个同轴电缆分配网络中可以有多个 h i n o c 信道并存，信道之间以f d m 的方式进行分隔，互不干扰。为提高接入速 率，可以一个h l v l 独占一个h i n o c 信道，此时，该h m 用户独享1 6 m h z 的 带宽资源提供的双向4 0 m b p s 接入速率。 2 1 2 网络拓扑结构分析 h i n o c 协议设计之初，确定传输媒质将基于现有的广泛分布的有线电视同轴 电缆分配网络，不对既有线路进行人规模的改造，这样的初衷是为了保护已有投 资并最大限度的利用现有资源。我国现有的有线电视电缆分配网络主要有树型和 集中分配犁两种结构，其物理拓扑都是总线型的，这点从图2 1 就可以清晰的看出 来。为了更好的对网络实施控制，满足q o s 需求，h i n o c 协议在数据链路层采用 了以主控的h b 为中心结点，多个h m 为子结点的星型拓扑结构，如图2 2 所示， h b 创建h i n o c 网络，各个h m 必须经过结点接纳流程才能加入网络，整个h i n o c 网络在f i b 的控制下实现无冲突的信道接入和带宽分配。 2 1 3h i n o c 系统协议栈 图2 2h i n o c 网络逻辑拓扑结构 参照开放系统互连o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 分层模型，h i n o c 协 议栈规定了物理层( p h y 层) 和媒介接入控制层( m a c 层) 【6 j 系统协议栈模型 如图2 3 所示。 高层 彳、 弋夕 汇聚子层( c s ) 工 萋 公共部分子层( c p s ) i 王 物理层 基 图2 3h i n o c 系统协议栈 p h y 层定义了信号传输模式，包括帧结构、信道编码以及调制技术。物理层 基于t r c n 3 的h i m a c 协议测试软件设计与实现 帧有i f q 种：下行探测帧p d ( p r o b ed o w n ) 帧、上行探测帧p u ( p r o b eu p ) 帧、下 行数据帧d d ( d a t ad o w n ) 和上行数据帧( d a t au p ) 帧。 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功能，分为公共部分 子层c p s ( c o m m o np a r ts u b l a y e r ) 和汇聚了层c s ( c o n v e r g e n c es u b l a y e r ) 两个 予层。c p s 实现m a c 层的接入控制和信道分配等核心功能，c s 实现m a c 层核 心功能与高层功能的适配，包括高层协议数据单元p d u 的打包拆包 ( p a c k i n g u n p a c k i n g ) 、地址学习和帧转发功能等。m a c 层定义了三种类型的帧： 控制帧、数据帧和信令帧，其中控制帧用于实现信道预约和带宽分配，采用d d d u 承载；数据帧用于承载上层以太网业务，采用d d d u 承载；信令帧用于实现结点 接纳、结点退出和链路维护过程的h b 和h m 之间的信令交互，采用p d p u 承载。 2 2h i n o c 协议m a c 层信令协议 h i n o c 系统在m a c 层采用中心结点控制的星型拓扑结构，主要包括以下几 个模块：结点接纳、链路维护、m a p 周期规划和预约许可。其中结点接纳是整个 h i n o c 网络能够正常运转所必须经历的第一个阶段。链路维护保证h b 和各个h m 之间链路信道特性在发生变化的时候，能够及时调整链路参数，以适应信道特性 的变化。本文将h i n o c 协议m a c 层信令协议称为h i m a c 信令协议，主要针对 h i m a c 信令帧在结点接纳、退出和链路维护的信令交互流程设计测试例，对 h i n o cm a c 层协议进行测试。 2 2 1h i m a c 信令帧结构 h i m a c 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 问的信令交互，分为下行信令帧( h b 至h m ) 和一卜行信令帧( 蹦至h b ) ，分别 用物理层p d 和p u 帧承载，封装在其有效信令数据中，如图2 4 所示。 图2 5 信令帧在物理层的封装方式 上下行信令帧的帧结构类似，都由信令帧首部和载荷组成。若信令帧长度小 于p h y 层p d p u 帧中的最大有效信令数据长度，则通过比特o 填充至最人有效信 第章h i n o c 系统与h i m a c 信令协议概述 9 令数据长度。若信令帧长度超过最大有效信令数据长度，发送端应当通过分片机 制将信令帧分为多片分别传送。分片机制如图2 6 所示。接收端必须将属于同一信 令帧的多个分片重新聚合后再处理。 图2 6 信令帧的分片 、 上行信令帧的首部有6 个字节，包括目的结点标识 ( d e s t i n a t i o nn o d ei d ) 、源结点标识( s o u r c en o d ei d ) 、帧长度 ( f 凡气垭l e n g t h ) 、帧类型( f r a t y p e ) 、版本号( v e r s l 0 n ) 、分片标 志( f f ) 、最后一个分片标志( l f f ) 、分片序号( f s n ) 以及预均衡标志( p r e e qe n ) 。 下行信令帧的首部有1 6 个字节，携带了更多的信息，它除了包含上行信令 帧首部的上述信息外，还包含h i n o c 网络i d ( h i n o ci d ) ，网络中h m 个数 ( h mn u m ) ，h i n o c 网络状态( h i n o cs t a t e ) 以及p d 帧所指示的下一个 m a p 帧的相关信息，包括m a p 帧的长度( m a pu 狲g t h ) 、，传输m a p 帧所需要 的o f d m 符号数( 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 调制格式( m a pm a xm o d um o d e ) 和从当前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 ) 。 h i m a c 信令帧共1 5 种，其中下行8 种，上行7 种，不同类型的信令帧通过 帧首部的帧类型( f r a m et y p e ) 域区分，在后续章节中可以看到测试例设计的 时候，该域具有十分重要的作用。将全部的信令帧列表归纳在表2 1 和表2 2 中。 表2 1 下行信令帧 帧类型 f r a m e t y p e 作用 空帧( e m p t y ) o x l 下行信道训练、指示网络状态 接纳响应帧( a d m r e s ) o x 2 对n h m 的接纳请求作出响应 拒绝帧( r e j ) 0 x 3 拒绝n h m 的接纳请求、将h m 从网络中删除 基于t t c n - 3 的h i m a c 协议测试软什设计与实现 上行信道报告帧( u l i n kr e p o r t ) 0 x 4 通告当前网络上行链路信道参数 确认帧( a c k ) 0 x 5 对信道报告进行确认 广播参数报告帧( c m p 砌三p o r t ) 0 x 6 通告当前网络中的广播参数 链路更新帧( l 姗 e t s ie s2 0 18 7 3 1 ：t t c n 3 核心语言 e t s ie s2 0 18 7 3 - 2 ：t t c n 3 表格表示形式 e t s ie s2 0 18 7 3 3 ：t t c n 3 图形表示格式 e t s ie s2 0 18 7 3 - 4 ：t t c n - 3 操作语义 e t s ie s2 0 18 7 3 5 ：t t c n 3 运行时接口 e t s ie s2 0 18 7 3 6 ：t t c n 3 控制接口 e t s ie s2 0 18 7 3 7 ：a s n 1 在t t c n 3 中的应用 e t s ie s2 0 18 7 3 - 8 ：i d l 与t t c n 3 的映射 e t s le s2 0 18 7 3 9 ：在t t c n 3 中使用x m l 图表 e t s ie s2 0 18 7 3 1 0 ：t t c n 3 文档注释规范 t t c n - 3 支持多种表示格式，包括：核心语言表示格式、表格表示形式和图形 表示形式，t t c n 3 标准的第l ，2 ，3 部分分别对这三种表示形式进行了定义。其 中核心语言表示格式基于文本形式，为测试人员编写测试例提供了最大便利，同 时也是表格表示形式和图形表示形式的基础，在t t c n 3 标准中由一个完整语法 和操作语义定义。本文主要采用t t c n 3 核心语言表示形式对h i m a c 协议的测试 第：三章基于 i - r c n 3 的h 1 m a c 协议- 致性测试集设计 集( 例) 进行描述，关注的重点在于t t c n 3 标准的第l 部分，即t t c n - 3 核心语 言。标准的第5 部分t t c n 3 运行时接口和第6 部分t t c n - 3 控制接口，在第四章 的基于t t c n - 3 的测试架构中会涉及，连同t t c n - 3 核心语言一同组成一个基本完 整的t t c n 3 测试应用的最小集合。标准的其余部分在本文中没有涉及。 3 2 2 1t t c n 3 的重要概念 t t c n 3 作为一种灵活和强有力的语言，可以用于描述在多种通信端口上的各 种响应系统测试。本小节首先介绍t t c n - 3 中的一些重要概念，这些概念是后续 章节的基础，也是理解基于t t c n 3 测试架构所必须掌握的基础。 黑盒测试法 黑盒测试法将被测系统看作一个黑盒，仅仅通过观察其外部行为来判定是否 达到了预期要求，而不涉及程序的内部结构。基于t t c n - 3 的协议测试属于黑盒 测试的范畴，通过发送激励，得到响应，然后对测试做出判决。用图3 2 表示如下。 图3 2t i c n 一3 采用的黑盒测试 测试成分 t t c n 3 定义了3 种测试成分：( 1 ) 抽象测试系统接口( a b s t r a c tt e s ts y s t e m i n t e r f a c e ) 。在测试中，测试成分与s u t 通信，但实际的物理连接千奇百怪，差异 巨大，其表示方式远远超出t t c n 3 的讨论范围。如果对每种测试系统都进行专 门的定义和描述，是不切实际也是没有必要的，因此t t c n 3 定义了抽象测试系 统并将其与测试成分关联起来，屏蔽了不同测试系统在具体实现卜的差异；( 2 ) 主 测试成分( m a i nt e s tc o m p o n e n t ) ，用关键字m t c 表示。m t c 在测试例执行开始 的时候由系统创建，一个测试系统只能有一个m t c ，m t c 终止时测试例也会终止； ( 3 ) 并行测试成分( p a r a l l e lt e s tc o m p o n e n t ) ，用关键字p t c 表示。p t c 是测试例 执行期间，显式地使用c r e a t e 操作动态创建的。一个测试系统中可以有好几个p t c ， 一个p t c 的终止不会终止其它p t c ，也不会终止m t c 。p t c 的使用使得t t c n 3 可以支持动态分布式并发测试。一个典型的测试系统成分构成如图3 3 所示。 基于t t c n - 3 的h i m a c 协议测试软件设计与实现 辫簇 瓣越罐 黧。蒜擘霸圈l 圈曩懑攀瞬圈 a b s t r a c tt e s ts y s t e mi n t e r f a c e - 二、1 ，1 一f 、l 一。、 r c a it e s ts 、s t e mc o n n e c t e dt ot h es u t 图3 3t t c n - 3 测试系统成分构成 通信端口 端口用于测试成分之间以及测试成分与测试系统之间进行通信，用关键字 p o r t 表示。每个端口被定义成一个无限的先进先出( f 职o ) 队列，并具有方向性， 通过关键字i n ( 输入方向) 、o u t ( 输出方向) 和i n o u t ( 双向) 标识。t t c n 3 中有 3 种类型的通信端口：基于消息的端e l ，用关键字m e s s a g e 标志；基于过程的端口， 用关键字p r o c e d u r e 标志；混合端口，用关键字m i x e d 标志。图3 4 给出t t c n - 3 通信端口的模型。 图3 4 t t c n - 3 通信端口 图中，m t c 和p t c 通过两对端口( p 1 和p 4 ，p 2 和p 3 ) 进行基于消息的通信， p 2 和p 4 的方向是i n ，p l 和p 3 的方向是o u t 。测试成分之间的连接通过在端口上 执行c o n n e c t 操作实现，而当端口用于测试成分和测试系统之间的通信时，则是通 过m a p 操作实现两者的连接。 测试配置 t t c n 3 支持对测试配置的动态定义，测试配置由一组带有定义良好的通信端 口的互联测试成分集合和一个测试系统接口( 定义测试系统的边界) 组成。每个 测试配置中有一个主测试成分m t c 和若干并行测试成分p t c ( 不涉及并发的情况 下，可以没有p t c ) 。测试例启动的时候，m t c 由系统自动创建，在测试例执行 期间m t c 一直存在。p t c 在测试例执行过程中由c r e a t e 操作显式的创建，并分别 通过s t a r t 操作和s t o p 操作动态启动和停止。 第三章基于t r c n - 3 的h i m a c 协议一致性测试集设计 测试成分之间以及测试成分与测试系统之问通过通信端f j 交换信息，在测试 例执行过程中，通过c o n n e c t 操作连接不同的测试成分，d i s c o n n e c t 操作断开不同 的测试成分，m a p 操作映射测试成分和测试系统，u n m a p 操作断开测试成分和测 试系统的映射，实现各个通信端口之间的连接或映射关系，从而动态地改变测试 配置1 1 7 】。结合图3 3 和图3 4 ，t t c n 3 的动态测试配置可以通过图3 5 说明。 气丫 、 、 。i 鼍 n n t e dp o r t s m a p p e dp o r e 图3 5 测试配置 测试判决 测试判决对测试例执行情况进行判定，有5 个不同的值( t t c n 3 特有的一种 数据类型，详见下一小节) ：通过( p a s s ) 、失败( f a i l ) 、不确定( i n c o n c ) 、空( n o n e ) 和错误( e r r o r ) 。当s u t 的输出与测试成分期待相符时，取值为p a s s ，否则取值为 f a i l ：i n c o n c 意味着一个不确定的判定；测试成分实例化的时候其本地判定对象被 创建且设置为n o n e ，此时测试例还没有被执行；e r r o r 有些特殊，它是由测试系统 设置的用来指出发生了一个测试错误，这个错误是运行时产生的，不能在抽象测 试集中自行设定。 在测试配置中，如果某个测试成分是活动的，。则该测试成分维护自己的本地 判定，每个测试活动的成分( 包括m c ) 追踪自己的单个判定，每个测试成分终 止执行时，一个全局判定被更新，其结果遵循表3 1 1 1 3 】的覆盖规则。 基于 v r c n - 3 的h i m a c 协议测试软件设计与实现 表3 1 判定的覆盖规则 ，髟+ 1 | “；：7 ；。予。j 7 红：? 一? ：“谨等? + ，t0，j j 二7，害 ，v7 新判定指派值、 。 。，” f 。0 判定的当前值 i ，p a s s h 1 c o n cf a i l ， n o n e ，二 鼢如q ! ，poj “：。x 缸：，缸? ；二乒以，- 屠。蜕“，。十，： 。，。j 。，4 孳 n o n e p a s s l n c 0 n cf a i ln o n e p a s sp a s s l n c 0 n cf a i l p a s s t n c o n cl n c o n cl n c o n cf a j li n c o n c 鲫f a i lf a i lf a i lf a i l 可以用图3 6 说明该覆盖规则表的使用。 ? j = u 一 一 眦 嗍 眦2 a 个 t 圮- t v e r d i c t ( f a i d t v e f d i c t ( p a s s ) t v e f d i c t ( i n a 图3 6 测试判决覆盖 图中，p t c l 的本地判定为p a s s ，执行到p t c 2 时，p t c 2 的本地判定为i n c o n c ， 根据覆盖规则表，此时更新全局判定为p a s s ；m t c 执行完毕后，本地判定为f a i l ， 此时将再次引起判定更新，根据规则表得到最终的全局判定为f a i l ( m t c 执行完 毕意味着测试例执行结束，得到最终判定结果) 。 3 2 2 2r 兀c n 3 核心语言要素 t t c n 3 核心语言有些类似于程序设计语言，但也有一套特定的适用于测试的 语法。在利用t t c n 3 核心语言进行测试例设计和开发的时候，必须遵循其语法， 否则编译阶段就不能通过。本小节对t t c n 3 核心语言的一些要素进行说明，并 结合在h i m a c 抽象测试例开发过程的一砦经验，对其中的一些需要注意的概念和 难点进行分析解释。 模块( m o d u l e ) t i c n - 3 语言的最顶层单元是模块，一个模块可以定义一个完整的可执行测试 套，也可以仅仅定义一个库( 在h i m a c 测试集中体现为帧定义模块等不包含测试 行为的模块) 。模块是t t c n 3 的基本构造块，不同的模块之间相互独立，通过 i m p o r t 语句引入其它模块，从而共享数据定义。在h i m a c 测试集中，将信令帧的 第i 章基于t r c n - 3 的h i m a c 协议- 致性测试集设计 2 7 定义作为一个帧定义模块，将其i m