（控制科学与工程专业论文）多功能车辆总线的一致性测试.pdf

摘要 摘要 计算机、网络、通信和控制技术的飞速发展，带动了列车通信技术的迅猛 发展。i e c 联合u i c 于1 9 9 9 年制定了一个用于规范车载设备数据通信的标准i e c 6 1 3 7 5 1 列车通信网络标准即t c n 标准。t c n 将列车通信网络分成用于连接各 节可动态编组的车辆的绞线式列车总线w t b 和用于连接车辆内固定设备的多功 能车厢总线m v b 。目前世界上越来越多的机车车辆制造厂都采用t c n 标准。 由于不同国家或不同制造厂制造的t c n 车辆和t c n 设备的结构和性能不完全 相同，因此当这些车辆或设备在f 常运行中须实现互连通信时，则需满足在车 辆级与设备级的互连兼容性。一致性测试验证各个t c n 设备问和各个装有t c n 设备的车辆间能否进行互连和互操作。为此，一致性测试分为两个不同的等级： 车辆级测试即w t b 的一致性测试与设备级测试即m v b 的一致性测试。一致性 测试提供保证不同t c n 设备之间和装有这些设备的车辆之间相互操作性的手 段。一致性测试的标准需要为标准提出一个具体实施方案及测试项目、内容以 及测试环境，为规范各个企业的总线装置达到可以互操作的目的是十分必要和 有意义的。 本文主要研究m v b 的一致性测试。论文结合铁道部项目w t b 与m v b 一致性测试的研究，在剖析t c n 标准和一致性测试理论的基础上，提出了m v b 的一致性测试的测试方案，实现了对m v b 过程数据通信功能的一致性测试，设 计并实现了能够对m v b 过程数据通信功能进行一致性测试的m v b 测试节点， 在实验室条件下构建了一个能够对m v b 设备进行一致性测试的装置，给出了该 装置的软、硬件平台。 关键词：一致性测试，多功能车辆总线，过程数据，列车通信网络，铁路 a b s t r a c t a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e r , n e t w o r k ，c o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o l t e c h n o l o g yd r i v e st h er a p i dd e v e l o p m e n to ft r a i nc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y i e c c o n s t i t u t e ds t a n d a r di e c6 1 3 7 5 1t r a i nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks t a n d a r dn a m e l y t c ns t a n d a r dw h i c h w o u l db eu s e dt os t a n d a r d i z ed a t ac o m m u n i c a t i o no f e q u i p m e n t si nt h et r a i nw i t hu i c i n19 9 9 t c nd i v i d e st r a i nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i n t ow i r et r a i nb u s ( w t b ) w h i c hi su s e dt oc o n l l e c te v e r yv e h i c l ew h i c hc a n o r g a n i z ei n t og r o u p so p t i o n a l l yw h e na l lv e h i c l e sa r ew o r k i n ga n dm u l t i f u n c t i o n v e h i c l eb u s ( m v b ) w h i c hi su s e dt oc o a n e c tf i x e de q u i p m e n t si nv e h i c l e t h e s ed a y s m o r ea n dm o r et r a i nv e h i c l em a n u f a c t u r ef a c t o r i e sa d o p tt c ns t a n d a r d b e c a u s e t h e r ea r em a n yd i f f e r e n c e si nt h es t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo ft c nv e h i c l e sa n d t c ne q u i p m e n t so fd i f f e r e n tc o u n t i e so rd i f f e r e n tf a c t o r i e s ，w h e nt h e s ev e h i c l e so r e q u i p m e n t sn e e dc o m l e c tw i t he a c ho t h e rt oc o m m u n i c a t ei nn o r m a lo p e r a t i o n ，t h e c o m p a t i b i l i t yo fc o n n e c t i n gw i t he a c ho t h e ri nv e h i c l ec l a s sa n di ne q u i p m e n tc l a s si s n e e d e dt ob ef u l f i l l e d c o n f o r m a n c et e s t i n gv a l i d a t e si fe v e r yt c n e q u i p m e n ta n d e v e r yv e h i c l ew i t ht c ne q u i p m e n th a v ei n t e r o p e r a b i l i t yw i t ht h es a m eo t h e r e q u i p m e n ta n dv e h i c l e s o ，c o n f o r m a n c et e s t i n gi sd i v i d e di n t ot w od i f f e r e n tc l a s s ： v e h i c l ec l a s st e s tn a m e l yc o n f o r m a n c et e s t i n go fw t ba n de q u i p m e n tc l a s st e s t n a m e l yc o n f o r m a n c et e s t i n go fm v b c o n f o r m a n c et e s t i n gp r o v i d e st h em e a n st o a s s u r et h ei n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e nd i f f e r e n tt c n e q u i p m e n t sa n db e t w e e nd i f f e r e n t v e h i c l e sw i t ht h e s ee q u i p m e n t s i ti sv e r yn e c e s s a r ya n dm e a n i n g f u lt h a tt h es t a n d a r d o fc o n f o r m a n c et e s t i n gn e e db r i n gf o r w a r dam a t e r i a li m p l e m e n t a r yp r o j e c ta n dt e s t i t e m s c o n t e n ta n dt e s te n v i r o n m e n tf o rs t a n d a r di no r d e rt os t a n d a r d i z eb u sd e v i c e so f e v e r yc o r p o r a t i o nt or e a c ht h ea i mo f i n t e r o p e r a b i l i t y t h i sp a p e rm a i n l ys t u d yc o n f o r m a n c et e s t i n go fm v b p a p e rc o m b i n e dt h e p r o j e c to fr a i l w a yd e p a r t m e n to fo u rc o u n t r y s t u d yo fw t b a n dm v bc o n f o r m a n c e t e s t i n g ”o nt h eb a s eo f t h ea n a t o m yo f t c ns t a n d a r da n dc o n f o r m a n c et e s tt h e o r y , p u t f o r w a r dt e s tp r o j e c to fc o n f o r m a n c et e s t i n g ，r e a l i z e dt h ec o n f o r m a n c et e s t i n go f p r o c e s sd a t ac o m m u n i c a t i o nf u n c t i o no fm v b ，d e s i g n e da n dr e a l i z e dt h em v bt e s t i i a b s t r a c t n o d ew h i c hc a n i m p l e m e m c o n f o r m a n c e t e s t i n g f u rm v bp r o c e s sd a t a c o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n ，c o n s t r u c t e dad e v i c ei nl a b o r a t o r yc o n d i t i o nw h i c hc a n e x e c u t ec o n f o r m a n c et e s t i n gf u rm v bd e v i c e sa n dp r o v i d et h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e b e df u rt h i sd e v i c e 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 ，m v b ，p r o c e s sd a t a ，t c n ，r a i l w a y 1 1 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：关宁中勃 2 - 0o 年弓月f 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：影协钒匆芝学位论文作者签名：秆牛免 2w 了年3 月j 1 日 。 年3 月f 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：关卞许知 o o ，年3 月日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 当今社会，计算机网络的发展影响着人们的生活和工作。作为传统运输行 业的铁路系统，也迎来了新的竞争压力和新的挑战。随着信息网络技术的进步， 铁路行业对此的要求应运而生，列车通信网络逐步被提到r 程上来。现场总线 可以用作列车通信网络，它是当今自动化领域的技术发展的热点之一。 国际电工委员会( i e c ) 第九技术委员会( t c 9 ) ，委托由来自2 0 多个国家( 如 中国、欧洲国家、日本和美国，它们代表了世界范围的主要铁路运用部门和制 造厂家) 以及u i c ( 国际铁路联盟) 的代表组成的第2 2 工作组( w g 2 2 ) ，于1 9 9 9 年 为铁路设备的数据通信制定一项标准，也就是列车通信网络( t r a i l l c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，t c n ) 规范一一i e c 6 1 3 7 5 1 ，实现了车载微机控制系 统中通信网络的标准化和互连。这一规范的给出，受到了铁路行业的广泛重视， 并j 下被逐步应用到各种新型的机车车辆上。我国铁道部也已经把t c n 标准定为 我国的列车通信网络的标准。t c n 标准定义了一个分层的列车数据通信网络： 用于连接车厢设备的多功能车辆总线( m u l f i f u n c t i o nv e h i c l eb u s ，m v b ) 和对列 车编组结构有自适应能力的列车主干网一一绞线式列车总线( w i r et r a i nb u s ， w t b ) 。列车通信网络作为沟通各个控制、诊断单元的信息通道，实现信息 交流。m v b 以瑞士l o k 4 6 0 机车上刨始的总线为基础，并已经在6 0 0 多辆的车 辆上使用过。目前，在我国铁路机车上，m v b 技术得到了相当广泛的重视和应 用，一些机车微机控制系统已经使用m v b 作为车厢级总线。 鉴于列车系统制造技术的不断发展和列车系统生产商的繁多，对不同厂家 生产的列车之间、设备之问实现互操作的能力要求越来越高。因此对列车通信 网络的一致性测试越来越受到国际列车组织的重视。目前，对列车通讯网络的 一致性测试的研究在全球范围内正处于发展阶段。 因为不同t c n 设备制造厂做出的设备的结构和性能不完全相同，只有当具 有t c n 规范的各设备的一致性能被确认时，相互操作才可能得以实现。相互操 作的实现标志着不同制造厂的t c n 设备能够在动态情况下稳定互联，其意义重 大 引。 第l 章绪论 目前，国际上的铁道方面的组织f 积极研究对t c n 进行一致性测试的测试 集、测试器和其他与此有关的项目。国内的铁道行业对于t c n 的一致性测试处 于刚刚起步的阶段。所有的铁道行业的生产商和操作者都企盼着一个完整的 t c n 一致性测试平台和规范的诞生。这样有利于铁道机车设备生产商利用测试 检验自己的产品是否完全和t c n 的标准要求相一致，进一步可以对产品进行改 进。机车和车辆制造商需要这种测试，这样可以保证不同的已经通过一致性测 试的制造商的设备可以交叉替换使用而不会产生不兼容的问题。“m v b 的一致 性测试研究”这一课题要求设计出一个能够对m v b 设备进行一致性测试的平 台，规划出一个详细的测试细则，研制出一个用于对m v b 过程数据功能进行一 致性测试的测试节点。这一课题不但有利于测试国内外的m v b 设备是否与t c n 标准相一致，而且有利于通过这个测试来展示t c n 标准规定的m v b 的特性和 行为，有利于推广t c n 标准在我国的发展。 1 2 列车通信网络标准 自从19 世纪木自动车钩出现以来，铁道车辆的自动化对接就已经存 在。对铁路工业而言，下一个挑战是带数据总线的车辆自动互联技术，这就要 求车载数掘通信进行世界范围内的标准化。 1 9 8 8 年，i e c 第九技术委员会t c 9 成立了第2 2 工作组w g 2 2 ，其任务是制 订一个丌放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂，并且车上 的可编程电子设备能够互换。 1 9 9 2 年6 月，t c 9w g 2 2 以委员会草案c d ( c o m m i t t e ed r a f t ) 的形式向各 国发出列车通信网t c n 的征求意见稿，该稿分成四个部分： 第一部分总体结构 第二部分实时防议 第三部分多功能车辆总线m v b 第四部分绞线式列车总线w t b 总体结构把列车通信网规定为由多功能车辆总线m v b 和绞线式列车总线 w t b 组成。其中多功能车辆总线m v b 以a b b 的m i c a s 车辆总线m v b 为蓝 本，w t b 以西门子的d i n4 3 3 2 2 和意大利的c d 4 5 0 为蓝本。 1 9 9 4 年5 月至1 9 9 5 年9 月，欧洲铁路研究所e r r i 耗资3 0 0 万美元，在瑞 第1 章绪论 士的i n t e r l a k e n 至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士s b b 、德国d b 、意大利 f s 、荷兰n s 的车辆编组成的运营试验列车进行了全面的t c n 实验。 1 9 9 8 年1 1 月，在中国湖南株洲召丌i e c 年会。1 9 9 9 年6 月，t c n 标准草 案6 1 3 7 5 1 f 式成为国际标准。在i e c6 1 3 7 5 1 中，除了以上四个部分外，还增 加了： 第五部分列车网络管理 附录a列车通信网导引 附录b一致性测试导则 t c n 标准对推动铁路技术进步具有重要意义。t c n 为各种列车上的应用提 供了一个标准的通信平台。由于应用不需要考虑从哪里得到数据或怎样将数据 发送出去，因而更容易实现。t c n 使简单廉价的设备同复杂的车载计算机协作， 共同构成真f 的分布式控制系统。标准的列车通信平台使得新的设备和服务的 出现更为容易，进而增强了铁路的竞争力。许多国际主要铁路机车车辆及设备 制造企业如a d t r a n z is i e m e n s 和f i r e m a e r c o l em a r e l l i 推出了大量符合t c n 标 准的产品，其它一些专门配件生产公司如d u a g o n 、u n i c o n t r o l 等也推出了t c n 标准的通信器件和设备。 1 2 1 列车通信网络标准的功能 列车通信网络把安装于铁路车辆上的各种可编程设备互连在一起，拓扑结 构上采用总线型。它用于牵引控制和机车车辆的控制( 遥控、门、灯，) 、远 程诊断及维护、旅客信息以及舒适性服务。 t c n 网络在链路层提供了两种服务：周期性的、采用源寻址广播的过程数 据传输；按需传送的、采用目标寻址的消息数据传输。周期传输和非周期传输 的示意图如图1 1 所示。 幽1 1 周期性数据和偶发性数据传送示例 从应用层来看，t c n 协议提供了两种与总线无关独立的应用服务，即变量 3 第1 章绪论 群服务和消息群服务，如图1 2 所示。 幽1 2 变量群服务和消息群服务 信他 母i ；路联 介质访 物删层 t c n 协议支持网络管理、维护及操作。 协议还具有一组一致性测试导则支持，以便各种设备的协同工作。 1 2 2 列车通信网络的结构 列车总线由各个车辆内固定安装的物理传输介质( 双绞线或同轴电缆) 通 过车辆之问的互连而构成。每个车辆内设一个通信节点( n o d e ) ，列车总线通过 节点与车辆总线相连。车辆总线分别设置在各节车辆内，连接该节车辆的各个 控制单元与设备口j 。 列车通信网的结构如图1 3 所示。 t c n 标准将列车通信网络分为上、下两层：上层为连接列车中各车辆的绞 线式列车总线( w t b ) ，总线能自己组念，工作速率为1 m b i t s ，介质为双绞屏蔽 线；下层为连接一个车辆内设备的多功能车辆总线( m v b ) ，总线能快速响应， 工作速率为1 5 m b i t s ，介质为双绞线或光纤。列车总线和车辆总线是两个独立 的通信子网，可采用不同的网络和协议，这是考虑到： 夺列车总线能对列车总线节点命名和确定方位，这需要相当复杂的硬件和 初始化过程，而对于设备固定的车辆总线来说是多余的。 4 第1 章绪论 夺车辆总线比列车总线有更严格的定时要求，车辆总线上的响应时间约比 列车总线快1 0 倍。 r - - - ir - - - ii z 3 口斗t r a i n b u s llllil 。 _ j v e h i c i e 品i 一。陛訇蚰c k p l a n 商盎蒯：岛守黛：删炯b u uu uu uu uu u u u 幽1 3 列t - 通信网的结构 1 3 列车通信网络在国内外的发展 1 。3 1 列车通信网络在国外的发展 从国外发达国家的情况来看，列车通信网络各子系统的技术和应用都已比 较成熟。在故障检测及诊断方面如瑞士的4 6 0 系列交直交机车、我国从日本 引进的6 k 电力机车、l c e 、t g v 等高速列车等等；在实时计算机控制系统方面， 如瑞士a b b 公司的m i c a s 系统( 微计算机自动化系统) 等。列车通信网络作为列 车实时控制系统和列车赦障检测及诊断系统的发展方向，近十年来，国外各高 速铁路均投入了大量人力、物力、财力对其进行研究，并且已经分别形成了各 自的实验系统或原型系统。例如，德国i c e 高速列车就采用了先进的光纤列车 通信网t 。 为了支持t c n 和展示其技术能力，由a d t r a n z 、s i e m e n s 和f i r e m a e r c o l e m a r e l l i 组成的制造厂商集团成立了一个联合开发项目( j d p ) 。j d p 工作组成员协 力丌发具有所有必需的硬件和软件的完整的t c n 原型，意在使这些( t c n ) 部件 适用于所有的成员，在合理条件下用于各自系统1 5 j 。 虽然车辆总线和列车总线是从现有的铁路证实了的方案发展而来的，但根 据使用者要求作了重大的修改，因而必需对t c n 进行一个完整的试验。u i c 通 过e r r i 从1 9 9 4 年5 月至1 9 9 5 年9 月，在实验室内和在线路上，完成了对t c n 全面的专门试验。为此，一个山不同制造厂商( a d t r a n z 、s i e m e n s 、f i r e m a 、h o l e c ) 装备的和由来自意大利、瑞士、德国和荷兰的客车组成的试验列车，投入到 5 第1 章绪论 i n t e r l a k e n ( 瑞士) a m s t e r d a m ( 荷兰) 城市之问的营业服务。这个试验确认了一 个混合系统的相互操作并验证了标准文件的全面性。在这一列车上获得的有价 值的经验能够帮助对标准进行改进，并特别考虑现有系统的影响和列车总线的 进一步丌发问题。 为确保相互操作，一个公共的通信协议是必须的，但还不够。各应用层的 数据通信也必须标准化，以便设备和组件能被访问而不必考虑它们的制造厂商。 为此，欧洲联盟设立了r o s i n 工程，该工程为各主要应用( 例如旅客运输、货运 列车组、市郊列车组) 定义了设备框架协议。这个工程包括了无线电通信以及车 载设备中用于诊断和维护目的的远程访问。r o s i n 工程于1 9 9 9 年6 月成功完成。 目前欧洲联盟正在执行一个新的工程t r a i n c o m 工程，是应用于智能列车的 综合通信系统的简称。这个工程启动于2 0 0 0 年1 2 月1 日，在这个工程中要完 成的主要任务有标准化和一致性( s t a n d a r d i s a t i o na n dc o n f o r m a n c e ) 、通信基础 ( c o m m u n i c a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ) 、车载在线的动态信息服务( o n b o a r dd y n a m i c i n f o r m a t i o ns e r v i c e s ) 、远程监控和维护( r e m o t em o n i t o r i n ga n dm a i n t e n a n c e ) 、 机车互操作性( l o c o m o t i v e si n t e r o p e r a b i l i t y ) 五个方面的内容。通过这个工程， 欧洲联盟不但要维护和改进t c n 标准，使其更加完善和实用，而且引入了更加 先进的通信和网络技术到列车中来，丰富了列车通信网络的功能。随着列车通 信网络技术的飞速发展，火车这一交通工具对人类的贡献将不可限量。 表1 1 国外t c n 网络设备列表 公司产品 b o m b a r d i e rm v b c - 01 ，m v bb o a r d s ，t c ng a t e w a y d o ts y s t e mm v bb o a r d s ，m v bd i s p l a y s d u a g o nm v b c a ng a t e w a y , m v bb u sa d m i n i s t r a t o r e k ee l e c t r o n i c s t m s ，t c ng a t e w a y f a rs y s t e m st c ng a t e w a y s ，m v bb o a r d s h u b e r + s u h n e rm v bc a b l e k o n t r o nt m s ，m v b v m eb o a r d s m e n ge n g i n e e r i n gm v b ，a fl0 0j n t e r f a c eb o a r d s e l e c t r o nm v b c a ng a t e w a y s i e m e n sm v b c si ，m v bb o a r d s ，t c ng a t e w a y u n i c o n t r o l sw t b v m eb o a r d s ，m v b v m eb o a r d s 随着t c n 标准的推出，国外符合t c n 标准的网络设备也越来越多，在广 6 第1 章绪论 大列车中实施了大量的运用。这些网络设备包括m v b 网卡、w t b 网卡、 m v b w t b 网关、t c n 网络分析仪等等。表1 1 列出了在t r a i n c o m 上公布的国 外企业的t c n 设备。 1 3 2 列车通信网络在国内的发展 我国第一台车载微机机车s s 43 8 # 及后来的s s 8 机车，用串行总线实现了机 车内人机对话级与特性控制级以及特性控制级与传动级间的通信，其功能相对 简单：s s 4 b 机车的t p x l 显示诊断装置与微机控制柜内的四个转向架控制板问 实现了主从通信：后来，出口伊朗的t m l 机车中用光纤作为介质进行了机车内 两单元削的数据通信。尽管如此，这些设备级之问的通信只是同一节机车内部 的通信，它们仅能算作列车通信网络的很小一部纠6 1 。 9 0 年代中期，随着动车组在我国升温，对列车通信网络特别是在动车的控 制方面通信的需求十分迫切。因此铁道部丌展了列车通信网络研究课题，路内 外许多单位先后自发地丌展了自我丌发、联合开发或技术引进工作。这些工作 主要在现场总线、t c n 、基于r s 4 8 5 的通信协议等领域展丌。如株洲电力机车 研究所与原上海铁道大学合作丌发的基于a r c n e t 的列车总线和基于h d l c 的 车辆总线的列车通信网络的研究。原上海铁道大学用c a n 作为磁悬浮列车的列 车总线的研究；西南交通大学用r s 4 8 5 + 协议作为摆式列车倾摆控制总线的研究： 北方交通大学对互连通信介质及其转换的研究；大同机车厂对列车通信网络结 构及其协议的研究和对b i t b u s 的研究；株洲电力机车研究所的基于f s k 的列 车通信网的研究，基于r s 4 8 5 + 协议的局部总线的研究，基于l o n w o r k s 的列车 总线和局部总线的研究1 7 】，c a n 总线用于列车监控装置和摆式列车局部总线的 研究，基于m o d b u s 的i o 局部总线的研究，m v b 、w t b 的研究等以及国产化 m v b 产品与其他公司的m v b 产品的兼容性试验；四方机车车辆厂研究所、铁 道科学研究院、疆南交通大学、剑湖铁路客车配件厂、武汉正远等对l o n w o r k s 、 m v b 、w t b 进行了研究【8 】。目前，上海轮轨电气技术有限公司与同济大学电力 牵引控制研究所合作已经研制出了拥有自主知识产权的m v b 网卡、w t b 网卡、 m v b 4 8 5 网关等t c n 设备。其他国内t c n 网络研发单位也在不断的对自己的 t c n 设备进q f 色, j 新和维护。 随着时代的发展，我国列车通信网络方面的技术也会逐步的和国外的先进 技术进行靠拢。相信在不远的将来，我们国家的拥有自主知识产权的t c n 设备 7 第1 章绪论 就会走向国际市场，得到国际t c n 用户的认可。 1 4 本章小结 本章首先论述了本课题的研究背景，认识到了对m v b 进行一致性测试的必 要性和重大意义。然后介绍了列车通信网络标准的功能和架构。结合国内外的 列车通信网络技术的发展历程和现状，明确地认识到m v b 的一致性测试的研究 是目前在列车通信网络技术中的一个期待马上解决的课题。 8 第2 章列车通信网络的一致性测试 第2 章列车通信网络的一致性测试 一致性测试是测定一个实现是否与标准要求一致以及展示标准规定行为的 进程l ，是测试协议实现与海议规范标准的符合程度的过程。一致性测试用于列 车通信网络( t c n ) 中，就是为了提供保证不同t c n 设备之间和装有这些设备 的车辆之问互操作性的手段。相互操作性问题只涉及车辆之间的接口( 列车总 线) 和设备之间的接口( 车辆总线) ，而对电路板和元器件级不作要求。t c n 制 造厂和系统组装厂负责实施一致性测试且开发所需要的适用试验器。一致性测 试的两个不同等级分为：车辆级和设备级。当不同制造厂和，或不同国家的车辆 f 常运行中必须相互操作时，才需要车辆级一致性测试。例如u i c 国际列车就 属于这种情况。当不同设备制造商的设备在f 常运行中必须相互操作时，需要 设备级一致性测试以检查设备通信级的兼容性。完全的相互操作性不仅需要车 辆和设备能相互正确通信，而且要求它们能够明白所交换数据的意义。这就意 味着车辆和设备在应用级必须兼容，遵循同样的应用概要。 只有当具有t c n 规范的各设备的一致性能被确认时，相互操作才能够得以 实现。尤其是对于w t b 节点，当任意来源的车辆互联时必须不作任何调整就能 运行。m v b 要达到插入式互换时也有类似的要求。 针对一致性测试，w g 2 2 制定了一系列的方法和准则，其中涵盖了物理层、 链路层和r t p 的绝大部分内容，现已形成了一个草案，定稿为1 e c 6 1 3 7 5 - 2 。 2 1 一致性测试概述 随着人们对通信要求的增加和通信技术自身的发展，通信网的建构日益成 为一个庞大的系统工程。协议在通信网中占有绝对重要的地位，i s o 开发的o s i 七层协议参考模型为推动通信网的发展作出了很大贡献。但仅仅制定了协议还 不够，协议工程概念的提出使得协议的制定、验证、实现与测试紧密结合在一 起，保证了通信网得以正确有效的运行。协议测试是协议工程的重要组成部分。 在整个协议工程过程中，协议的测试居于最后的阶段，测试的结果表明通信产 品可否满足最初的协议要求，直接影响到产品能否投入使用。正是鉴于协议测 试的重要性，i s o 和i e c 共同制定了关于一致性测试方法学和框架的国际标准， 9 第2 章州下通信网络的一致性测试 这就是i s o i e c 9 6 4 6 系列标准1 9 j 。 2 1 1 一致性测试的概念 一致性测试是一个能够决定设备是否遵守标准的技术要求及展示标准要求 的性能的过程。一致性测试包括两个阶段： 静态测试：静态条件f ，依照设备符合标准的能力要求的情况，用一 个p i c s ( p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o nc o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) 文件来描述设 备，分析设备的能力1 1 。p i c s 是一个按照标准制定出的表格形式的文件， 它以填表格的方式记录被测设备符合标准要求的程度。 动态测试：监视被测设备在受控环境中的动态性能。动态测试规定许多 能给i u t ( i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t ，被测设备1 加激励并监视结果性能的 试验。图2 1 对动态测试的概念作了简介。 线 撒励 幽2 l 动态测试 2 1 2 一致性测试的意图 一致性测试包括测试一个协议实现( p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n ) 的能力和行为 两个方面，同时检查是否有与相关国际标准或c c i t t ( c o m m i t t e ec o n s u l t a t i o n i n t e r n a t i o n a lt e c h n i ca n dt e l e g r a p h ) 建议中的一致性要求以及实现者所声明的实 现能力相违背的地方。一致性测试的意图在于增加不同的o s i 协议实现在相互 联接时的成功率 “】。但是，从技术和经济上双重考虑，对协议实现进行穷尽测 试是不现实的。一个f 确的协议实现应该具备协议要求的能力并且行为上与协 议表现一致，一致性测试要做的仅在于提高这一可信度。 2 1 3 一致性测试的能力 为了进行一致性测试，按照协议规范制定了有关一致性的要求，只有当协 议实现满足这些要求时，j 可以说它对浚标准呈现一致性。一致性要求可以分 为强制性要求( m a n d a t o r yr e q u i r e m e n t s ) ，条件性要求( c o n d i t i o n a lr e q u i r e m e n t s ) 1 0 第2 章列乍通信网络的一致性测试 和可选项( o p t i o n s ) 。根据包含的能力不同，一致性要求有静态和动态之分。静 态一致性要求定义了促成互联所要求的最小能力。所谓能力是指一个实现所支 持的相关协议的功能集合。动态一致性要求规定了在楣关i s o 标准或c c i t t 建 议中所允许的可观察行为，它定义了与实现协议相关的p d u ( 协议数据单元) 格式和使用、状念转移、协商规则( n e g o t i a t i o nr u l e s ) 等等，它们实际上构成了 协议实现能力的最大集合。 为了评价一个特定实现的一致性，有必要对协议实现的功能范围和选项作 一个说明，这种【；皂明在i s 0 9 6 4 6 中称为p l c s ( p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n c o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) 。此外，协议实现者还应提供关于i u t ( 1 m p l e m e n t a t i o n u n d e rt e s t ) 及其环境的附加信息，这称为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 ne x t r a i n f o r m a t i o nf o rt e s t ) 。 2 1 4 一致性测试的类型 如前面所言，一致性测试的目的在于判断协议实现是否与协议规范相一致。 根据对一致性不同的指示程度，可以将一致性测试分为四种： 1 基本互联测试 这类测试目的在于检测严重的不一致情况是否存在，即】u t 甚至不能与测试 器相联或者没能实现协议的主要特征。 2 能力测试 静态一致性要求定义了协议实现所要具备的核心能力集合。能力测试按照静 态一致性要求进行测试，判断i u t 的哪些能力可被观察到并检查这些可观察能力 的有效性。 3 行为测试 行为测试是标准化的抽象测试集( a t s - - a b s t r a c t t e s ts u i t e ) 中的主要组成 部分。它覆盖了动态一致性要求的全部，旨在确定协议实现的动态一致性。 4 一致性决定测试 这类测试提供尽可能明确的诊断性回答，以断定协议实现是否满足特定要 求。一般认为，基本互联测试和能力测试可以作为行为测试的先行，而一致性 决定测试是非标准化的，可以作为行为测试的后继补充。 第2 章列午通信网络的一致性测试 2 1 5 一致性测试的方法 按照o s i 协议实现的实际系统会有不同的配置，在测试时对其行为的控制和 观察方式也是不同的。根据这些测试下系统( s u t s y s t e mu n d e r t e s t ) 的不同 特征，町以提出不同的测试方法。在1 s 0 9 6 4 6 中建议了四种抽象测试方法，它们 是本地测试法( l o c a lt e s tm e t h o d ) 、分布式测试法( d i s t r i b u t e dt e s tm e t h o d ) 、 协调式测试法( c o o r d i n a t e dt e s tm e t h o d ) 和远程测试法( r e m o t et e s tm e t h o d ) 。 2 1 6 一致性测试的步骤 幽2 2 一致性评估过程 一致性评估过程涉及到三个阶段。这三个阶段是：测试准备；测试操 作：测试报告生成。 测试的准备阶段包括：系统一致性声明p i c s 和p i x i t 的生成；基于各个 文档，选择抽象测试方法和抽象测试集：s u t 和测试手段的准备。 2 第2 章列乍通信网络的一致性测试 测试操作阶段涉及如下内容：通过分析p i c s 和相关的静态一致性要求， 得出静念一致性评价；基于p i c s 芹d p i x i t 的测试选择和参数化；一个或几个 测试行动( t e s tc a m p a i g n s ) 。所谓测试行动是指对某个i u t 执行参数化的可执行测 试集，并生成一致性记录( c o n f o r m a n c el o g ) 的过程。测试行动包括基本互联测试、 能力测试和行为测试一j 。 测试操作之后生成测试报告，以供测试结果分析。 一致性评估过程如图2 2 所示。 2 1 7 一致性测试的意义 通信网络设备制造商都是按照相关标准来设计和生产设备。通信网络设备 的联网应用决定了它们必须与标准要求完全一致，这是因为只有这样才有助于 本制造商的设备能与其他制造商的设备实现互操作。一致性测试能够验证一个 设备在哪些方面没有达到对应标准的要求，有助于对设备设计的改进。一致性 测试还能够保证一个通过测试的设备与标准要求的一致性，为设备之间的互操 作提供了必要性的保证【4 l 。 2 1 8 一致性测试的局限性 通信协议的标准通常都非常复杂，进行所有方面的彻底试验是很难做到的， 故一致性测试不提供对标准的每一个方面的彻底试验。由于一致性测试是在受 控环境中完成的，因此事实上通过一致性测试的设备不能保证与任何其他通过 一致性测试的设备相互操作，但是它们之间要实现互操作就必须通过一致性测 试，通过了一致性测试的设备之f 日j 的互操作实现起来相对容易的多。一致性测 试是通信设备实现互操作的必要条件。 2 2t c n 的一致性测试 2 2 1t c n 的一致性测试概述 为了断言t c n 标准的一致性，期望设备通过一组测试。为保证按表2 1 的 协同工作，t c n 标准还包含了一组一致性测试导则，见t c n 标准的附录b t ”。 1 3 第2 章列下通信网络的致性测试 袭2 1 协同r 作能力的测试 i e c 6 l3 7 5终端片j p l 绍 协议片j 户消息 机车牟辆nq 的接n ( 列车总线) 物州的，l 乜l 的 一广_ 7 f 斗r _ 麓鑫虢器 机械的 。一一一l t ；一 ( z ：嶷减) 【连接器，电境) u 2 绒 协议 设需之n j 的拨n 物删的i u 7t 的 ( 牟辆总线)用户消息 机械的 r = ；：3 i = 习 ( 连接 ： ，i u 蛭) _ 由由l 、x 丁弋d 3 绒 日j 刷组件城内部器件n 的拨几 泄乜古没乜宙 二二二= 二= = = 1uuu t c n 标准的附录b ( 一致性测试导则) 的结构如下： 1 总则标准要求和定义； 2 引言关于t c n 设备的一致性测试： 3 m v b 设备测试导则； 4 w t b 设备测试导则； 5 网关设备测试导则： 6 装有w t b 的车辆； 7 关于测试环境、仪器和文件的建议。 一致性测试导则的摘要如表2 2 所示。 t c n 不如用于公共服务的大范围通信网络那样复杂和通用。t c n 的层次比 较简单：上层没有外露接口且可以把它看成是一个叫做r t p ( 实时协议) 的简 单实体。与诸如i s d n 相比，其网络管理也要简单得多。图2 。3 给出了一个测试 一个t c n 组件的原理。 第2 章剑下通信网络的一致性测试 表2 2 一致性测试导则摘