（通信与信息系统专业论文）中国铁路gsmr网络a接口语音组呼业务测试研究.pdf

生塞擅要 中文摘要 摘要：语音组呼业务广泛应用于铁路编组站、枢纽站，是g s m r 特色业务之一。 语音组呼业务的实现质量直接关系着铁路调度通信的安全性和可靠性。国际上语 音组呼的研究主要围绕a 接口进行，研究重点包括语音组呼的测试方法与测试案 例，其中涉及不同厂家之间的互操作性能是其中的难点。本文基于不同厂家的 g s m - r 网络设备提供商a 接口互联互通测试情况，对a 接口语音组呼业务测试进 行了深入研究。首先基于等价类划分的方法，提出了语音组呼业务测试的完备测 试集和实验室条件下的最小测试集，获得比较理想的测试效率和测试覆盖率。针 对a 接口语音组呼协议存在的空白点将给互联互通带来不利的影响，论文重点对 语音组呼业务的建立流程进行了深入研究，提出了相应改进方案，并针对紧急组 呼的快速建立提出了一套优化方案，具有较好的可行性，基本可以消除潜在的互 联互通障碍。最后结合性能测试的要求，提出了相关的测试方法和评价指标，进 一步保证了铁路列调业务的安全性和可靠性。 关键词：g s m - r , 语音组呼；l o t 测试；等价类划分 分类号：t n 9 2 9 5 2 ：u 2 8 5 2 1 j e 廛交道太堂亟堂焦论塞 a b s t r a c 玎 a b s t r a c t ：v o i c eg r o u pc a l l s e r v i c e ( v o c s ) i s ak i n do fc o m m u n i c a t i o n d i s p a t c h i n gm e t h o dw h i c hi sw i d e l yu s e di n t or a i l w a ym a r s h a l l i n gs t a t i o n sa n dh u b s t a t i o n s i ti sa l s oo n eo ft h es p e c i a ls e r v i c e so fg s m r t h eq u a l i t yo fv g c sh a v e s t r o n gr e l a t i o n s h i pt ot h es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo fr a i l w a yd i s p a t c h i n gc o m m u n i c a t i o n t h er e s e a r c ho nv g c si nt h ew o r l di sm a i n l yb a s e do nai n t e r f a c e t h ek e yp o i n t s i n c l u d et h et e s tm e t h o d sa n dl e s tc a s e so fv g c s ，w h i l et h ei n t e r o p e r a b i l i t ya m o n g d i f f e r e n tc o r p o r a t i o n s e q u i p m e n t si s t h e d i f f i c u l t y s o ，b a s e d o nai n t e r f a c e i n t e r o p e r a b i l i t yt e s ta m o n gd i f f e r e n tg s m o rn e t w o r ke q u i p m e n ts u p p l i e r s ，t h i sp a p e r d e e p l yi n v e s t i g a t e st h et e s t i n go fa i n t e r f a c ev g c s f i r s t ，ac o m p l e t et e s ts u i t ea n d m i n i m u mt e s ts u i t eo fv g c sw h i c hg e tag o o db a l a n c eb e t w e e nt e s t i n ge f f i c i e n c ya n d t e s t i n gc o v e r a g ei sp r o p o s e db yu s i n ge q u i v a l e n tc l a s sm e t h o d t h e n , p o i n t i n gt ot h e d i s a d v a n t a g ec a u s e db yt h eb l a n kp o i n t so fa i n t e r f a c ev g c sp r o t o c o l s ，t h i sp a p e r d e e p l yr e s e a r c h e so nt h es e t t i n gu pp r o c e d u r eo fv g c sa n dp r o p o s e sa ni m p r o v e m e n t s c h e m e m e a n w h i l e ，a no p t i m i z a t i o ns c h e m ef o re m e r g e n c yv g c sf a s te s t a b l i s h m e n ti s p r o p o s e d , w h i c hh a sg o o df e a s i b i l r y t h e s er e s e a r c h c a l l b a s i c a l l ye l i m i n a t e t h e p o t e n t i a l o b s t a c l ef o r i n t e r o p e r a b i l i t y a tl a s t , t h i sp a p e rd i s c u s s e st h e v g c s p e r f o r m a n c el e s ts c h e m ef o c u s e do nt h et e s tm e t h o d sa n de v a l u a t i o nt a r g e t s ，w h i c hc a l l e n h a n c et h es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo fr a i l w a yd i s p a t c h i n gs e r v i c e k e y w o r d s ：g s m r ；v g c s ；i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t ；e q u i v a l e n tc l a s s c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 2 ；u 2 8 5 2 1 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：硒0 锯 签字日期：函夕年口月矽7 日 导师签名： 签字日期：毋词年，2 ，月穆日 独剑性查明 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。 学位论文作者签名确魏 签字日期：西1 7年，p 月p 7 日 致谢 本论文的工作是在我的导师钟章队教授的悉心指导下完成的，钟教授严谨的 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钟章 队老师对我的关心和指导。 钟章队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，在做人和道德情操的培养方面为我树立了光辉的榜样。 在此向钟老师表示衷心的谢意和崇高的敬意! 感谢无线通信实验室的朱刚老师、李旭老师、吴吴老师、金晓军老师、张小 津老师、蒋文怡老师在我学习和科研期间给予我的热心帮助l 此外，特别感谢杨焱老师、丁建文老师对于我的科研工作的大力指导和对本 篇论文的宝贵意见，他们精益求精的研究态度和孜孜不倦的敬业精神深深值得我 学习! 在实验室工作及撰写论文期间，路燕、李丹、靳慧年等同学对我论文中的测 试方法研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的爸爸和妈妈，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 1 1g s m r 概述 1 引言 g s m - r 为g s m - r a i l w a y 的缩写，是欧洲铁路未来的数字移动无线通信系统。 它主要以g s m 技术为基础，与公众移动通信网共同发展。 g s m r 系统是一个数字制的铁路无线列调通信系统，目前在欧洲发展的比较 快。g s m - r 系统以一个单一平台代替目前所有的与铁路相关的通信与控制系统。 首先，它是一种用于列车调度员与列车司机通信的通用列车无线电系统。其次， 所有其他独立和并行的无线电系统( 如平面调车通信、隧道无线电系统、维护与 修理工使用的无线电系统等) 都可集成于g s m r 中，从而形成个功能完备的单 一系统。另外，采取适当的措施能够通过g s m r 传输实现自动化列车控制a t c 。 由于无线接口是为高达5 0 0 k m h 的速度而设计的，即使对于高速列车来说，这也 是有可能的。 g s m r 是在g s m 系统上增加调度通信功能而构成的一个综合专用移动通信 系统。它所增加的功能有：增强的多优先级和预清空功能、话音组呼及广播功能， 以满足铁路专用调度通信的要求。为了完成调度通信的功能，g s m r 系统在g s m 系统的基础结构中增加了组呼寄存器( g c r ) 。 未来的g s m - - r 还将带来许多新的特性和服务，如旅客信息服务、货物跟踪 等，这将确保铁路运营方能够尽可能以低廉的价格为铁路乘客提供持续的高水平 服务。 能够提供一个综合的移动通信系统平台，降低成本： 满足铁路未来无线移动通信业务需求，保证运行安全高效； 适应我国铁路向高速化发展； 能够有效地利用无线频率资源； 采用先进成熟的技术标准与发达国家接轨，通信信号一体化发展； 符合国家及铁道部对通信体制改革、走向市场的需要； 可持续发展，能够便于向更先进的移动通信系统( 3 g ) 过渡，不断提供新的 增值业务。 欧洲铁路和中国铁路的情况有很多相似之处，同样存在着多种不同的通信体 制，采用不同的技术和频带，造成了不同系统之间互不兼容、资源浪费、应用受 限和运营维护费用高等问题。因此，欧洲一直致力于建立一个铁路综合移动通信 系统。中国在建设铁路综合移动通信系统时，可以将欧洲铁路运输管理系统 j e 廛銮盟友堂亟堂焦：i 金奎 ( e r t m s ) 对铁路移动信息基础建设的要求作为参考。 去年底，我国铁道部领导带领专家考察团到欧洲进行g s m r 考察，经多方研 究，最终达成共识，决定以欧洲的g s m r 作为中国新一代无线移动通信基本制 式并且决定在京秦线进行中国g s m r 的测试试验，这为我国发展铁路运输和 通信奠定了坚实的基础。 1 2g s m r 在世界的发展 g s m r 是面向未来的技术，具有巨大的发展空间。在欧洲高速铁路和一般铁 路都已经进行了大量的试验和验证。以g s m r 为平台，欧洲列车控制系统e t c s 在许多线路上已经进行了e t c s2 级测试，并在瑞士、荷兰、德国等国家的部分铁 路的商业化应用上取得了成功【2 1 1 。 瑞士；s b be t c s 试验线设在洛桑至乌尔特之阅的3 5 k m 区段上，主要完成二 级e t c s 对覆盖和服务质量的测试。它是世界上第一个基于g s m r 传输平台的无 线列车控制系统试验段，为双线客货混用，最高时速达1 6 0 k i n 。s b b 全国线路全 长3 2 0 0 k m ，主要应用是列车无线通信和e t c s 。 德国：d b 全国g s m r 第一阶段商用网线路全长2 7 0 0 0 k i n ，计划采用7 个 m s c 、6 0 个b s c 、2 7 0 0 个b t s 、1 个i n ，目前已配备了1 6 0 0 个b t s 。德国铁路 部门在2 0 0 0 年试运行了这条线路，2 0 0 1 年正式投入商用。德国的科隆至法兰克福 间的高速线是1 条城市间特快线，于2 0 0 2 年8 月1 日开始运行，总长1 8 0 k i n ，其 间穿越3 0 条隧道。这条线上共有5 6 列高速列车，都配备了具有标准速度超过 3 0 0 k m h 的g s m r 无线电机车。德国的模拟无线通信系统将于2 0 0 4 年全部关闭。 西班牙：2 0 0 0 年加月g 球开始实行实施m a d r i d l l e i d a 高速新线项目，它属 于欧盟的泛欧高速铁路计划的一部分，全长4 8 6 k m ，今年3 月投入运行。主要应 用是列车无线通信，e t c s ，高可靠性网路覆盖( 双层覆盖) 。此项目将为g s m r 扩展至全国高速线路打好基础，目前已经完成线路的q o s 测试。 意大利：f se t c s 试验线是原m o r a n e 项目，研究从2 0 0 2 年开始，主要测 试内容是二级e t c s 以及与公众g s m 网的漫游。二级e t c s 在2 0 0 2 年3 月首次 演示成功，并同1 1 m 合作实现了全国互联互通及故障弱化功能。意大利f s 全长 7 5 0 0 k m ，2 0 0 3 年中期完成漫游测试，目前正在进行全国网络的铺设，预计2 0 0 5 年全部设备投入运营。意大利t a v 线路是罗马到那不勒斯的高速线，共2 1 8 k i n 。 此间的地形比较特殊，要穿越亚平宁山脉地区，目前已经建成了5 3 k i n 的网络。核 心部分已经建立起来，第1 个呼叫在2 0 0 3 年年初试验成功，低速列车测试到2 0 0 3 年5 月为止，更高速度的澳4 试封2 0 0 3 年9 月，最后高速列车的测试到2 0 0 3 年底 2 完成。 荷兰：n s r i b 线路由荷兰铁路权威部门n s r i b 于2 0 0 0 年9 月开始建设，2 0 0 2 年部分投入运营。线路全长3 0 0 0 k m ，其中包括两段e t c s 试验线共9 3 k i n 。主要 应用是列车无线通信，e t c s 和采用准确位置数据厍( a l i s ) 和基于位置寻址， 并采用g p r s 和n s r i b 的企业内部网相连提供数据业务。目前已经开始进行e t c s 测试，并开始全国网络的铺设。 在实施g s m - r 时，各国铁路部门考虑的重点不同，有些国家铁路部门首先考 虑的是话音通信，取代目前落后的互不兼容的模拟设备；有些国家则是为了实现 高速双线客货混用；有些是为全国高速线作前期准备。 1 3g s m r 在中国的发展 g s m r 进入中国已有十余年的历程，其间共经过了理论研究、技术决策、工 程试验等阶段，正进入网络建设、网络运营阶段。 1 9 9 4 年，国家京沪高速铁路可行性研究，启动新一代铁路数字移动通信的研 究； 1 9 9 6 - 1 9 9 7 年，铁道部提项高速铁路无线列控技术探索的研究( 9 6 x 0 7 ) ) 、基 于无线传输的安全信息通道技术研究( 9 6 , 0 7 b 1 ； 1 9 9 7 2 0 0 0 年，西门子公司、北电公司、国际铁路联盟( u i c ) 多次来中国交流 g s m - r 技术及发展，中国铁路多次组团考察欧洲g s m r 的进展； 2 0 0 1 年2 0 0 2 年，铁道部对铁路数字移动通信技术体制开展广泛论证，考虑到 欧洲铁路和中国铁路的情况在很多方面具有相似之处，同样存在着多种不同的通 信体制，采用不同的技术和频带，造成了不同系统之间互不兼容、资源浪费、应 用受限和运营维护费用高等问题因素，最终确定采用欧洲的g s m r 作为中国新一 代铁路无线移动通信基本制式，并写入铁路技术装备政策； 2 0 0 3 年2 月，铁道部建立g s m r 应用与模拟系统实验室； 2 0 0 3 年9 月2 2 日，信息产业部无线电管理局批准g s m r 使用频段； 2 0 0 3 年6 月至现在，青藏、大秦、胶济三条线的建设，技术规范和标准的制 定，工程建设可行性论证、建设规划等，标志g s m r 工作全面启动。 2 0 0 4 年，铁道部在消化吸收欧洲铁路标准的基础上，组织编制了g s m r 系统 网络规划，制定了g s m r 各项技术标准，并组织有关单位完成了g s m r 机车综 合通信设备的研制和功能测试工作，在设备功能、接口条件、物理结构、人机界 面上实现了“四统一”的技术要求，完成了青藏线格尔木至不冻泉的g s m r 试验 段工程，大秦、胶济线g s m - r 工程也进入建设试营阶段。 3 j 塞銮疆太堂亟堂焦论塞 青藏线g s m r 的建设 青藏铁路位于格尔木与拉萨之间，全长1 1 4 2 公里。由于此条铁路线要穿越海 拔四、五千米的高原，一台机车动力不足，需要两台机车同时牵引，而两台机车 的同步控制在无线列调的情况下是难以实现的。采用g s m r 无线通信情况下，可 以实现两台机车的同步操作和控制，更为重要的是，还可以实现列车的自动控制， 保证列车的安全、稳定运行。 在青藏铁路线上投入使用的g s m r 系统，有一个非常独特的地方，它的信号 采取了双网覆盖。通俗地说，就是类似于双备份，两套信号控制系统的无线覆盖 交错、重叠。一旦一套系统出现闻题和故障，另一套系统仍然可以保持正常的通 讯。这在地形、气候非常复杂的青藏铁路上尤为重要。与公网上的g s m 技术相比， g s m r 在呼叫区域、呼叫功能号码也有很大的优势。 青藏铁路成为了亚洲第一条采用g s m - r 铁路无线通信系统的铁路，同时也是 亚洲第一条采用g s m r 来传输用于列车控制安全数据的试验铁路。 大秦线g s m r 的建设 大秦铁路是我国采用重载单元列车组织西煤东运的第一条现代化铁路。大秦 铁路全长6 3 5 公里，西起大同，东至秦皇岛，为双线电气化铁路，是我国首次按 路、矿、港、电综合规划，装、卸同步建设的一项宏大的系统工程。 大秦铁路采用了g e 提供的l o c o t r o l 系统。这一系统在北美、澳大利亚等 国家的重载列车中已经得到成功运用，能够适应大秦铁路多隧道、大坡道和高密 度等特点。 g s m r 和l o c o t r o l 的通信平台实现机车操纵双路确保，经试验表明可以 成功化解大秦铁路桥涵多、隧道多的通信信号“盲点”难题。它是继青藏铁路西格段 运用g s m r 技术后，在我国大能力煤运输通道隧道累计1 1 2 余公里的大秦铁 路首次应用。 目前，中国g s m r 发展已经进入网络建设实施阶段。2 0 0 5 2 0 0 r 7 年，统筹规 划建设交换网、g p r s 网、智能网、信令网，初步形成g s m r 核心骨干网；与c t c 建设同步，在六大繁忙干线重要枢纽地区同步建设g s m r 无线网络；与铁路中长 期路网规划项目同步建设路网新线g s m - r 无线网络。2 0 0 8 2 0 2 0 年，在近期建设 规划形成的核心骨干网络基础上，在既有干线与c t c 同步，与铁路中长期路网新 线同步建设g s m r 无线网络，扩大无线覆盖范围，并逐步对网络进行优化，逐垄 建成中国铁路g s m - r 网络。 4 1 4g s m r 业务模型和网络结构 1 4 1g s m r 业务模型 应用b 兰墼兰箬兰兰d 自动列车控制 | l 调车通信 j 铁路应用产= 亏毳芋i i 看看= = i f = 崔亏焉夏夏云翥i ：；习 铁路运警方式厅忑孬司瓦丽丐丽翮医。碉i 甄置的荨址l l _ _ _ _ _ - - jl_-_l_-“。o。一 电信业务怂a 巨至亘至垂曼基量三虽匡三至至至习匡三! ：i j 固 图1 - 1 g s m - r 业务模型 f i g u r e1 - 1g s m - rs e r v i c em o d e l g s m - r 的业务模型是在g s m 基础设施之上，如图1 1 2 l 所示。首先，增加 了a s c i 电信补充业务，包括c m l p p ( 增强的多优先级和预清空) 、v g c s ( 语音 组呼业务) 、v b s ( 语音广播业务) 。e m l p p 通过预清空功能可使正在进行的低优 先级通话马上释放信道，让位于紧急呼叫以及对各种通信类型确定优先级；v b s 允许在某个确定的区域内建立一个语音呼叫，其中只有一个移动用户可以讲话； v g c s 类似于v b s ，但是每个组成员都有权讲话。 然后，根据铁路网的特殊需求，增加了功能寻址、功能号的表示、接入矩阵 和基于位置的寻址。由于铁路公司的很多职员处于旅途中( 位置在变动) 或其职 责总在变化，这些人员或应用系统与其电话号码、功能号码、名称之间的对应表 必须手工编制。根据各自的需要，功能寻址可基于h l r 定义的功能号，也可基于 玳定义的功能号。当用户漫游到某一地方时，基于位置的寻址能将用户的移动主 叫自动路由到与该地理位置相关的被叫方。 最后，由于铁路信号的需求，e i r e n e 定义了g s m r 的应用有自动列车控制 和远程控制；根据与列车有关的话音通信需求，e i r e n e 定义了g s m r 的应用有 调度员与司机的操作通信、铁路紧急呼叫、编组调车通信、区段养护维修通信和 5 j e 瘟窑煎太堂亟土堂位论塞 列车辅助通信；根据非运营性的局域和广域语音数据通信的要求，e i r e n e 定义了 g s m r 的应用有车站内的局域通信和广域通信；根据面向旅客的通信要求， e i r e n e 定义了g s m r 的应用为旅客服务。 g s m r 是在g s m 的基础之上，针对铁路的特殊应用开发而成的铁路通信系 g s m r 以g s m 技术为基础，与公众移动通信网共同发展； g s m r = g s m + 集群( 融合发展) + 铁路特色功能； g s m r = 移动通信+ 轨道电路，在欧洲基于e r t m s 标准的e t c s ( 欧洲列 车控制系统) 将采用g s m r 作为传输系统。 完善的网络互联接口，g s m r 可以连接g s m 、p s t n 、p d n 、i p 、卫星、t e t r a 等其它系统，为铁路提供综合、数字、移动、多媒体的信息服务。 1 , 4 2g s m r 系统的关键技术 功能寻址 功能寻址是指按照用户担任的角色或任务和功能来寻址识别以建立通信，而 不是通常情况下的按照用户使用的终端设备来进行寻址。主要用于地面用户通过 拨打预先定义的、具有特定意义的功能号码呼叫列车上用户( 例如“车次号+ 司机 功能码”) ，而不需拨打很长的、枯燥的终端号码。 位置寻址 整个铁路网被分成不同类型的服务区域( 如调度区段) 。列车在行车途中会经 过若干调度区段。当用户漫游到某一地点时，直接按“调度员”或“值班员”键， 基于位置寻址功能将用户的移动主叫自动路由至与该地理位置相关的调度员或值 班员。 组呼及广播呼叫业务 适应专用移动网的要求，在g s m r 中引入了组呼及广播呼叫业务，用以完成 点对多点的组呼业务和群呼业务。 多层次的抢占和预清除功能( e m i j p p ) 为满足铁路对于有些类型的通信的高性能要求，g s m r 定义了称为高级话务 功能( a s c i ) 和增强的多层次抢占和预清除( e m l p p ) 的功能，_ 保证高等级呼叫 或紧急呼叫的快速可靠建立。中国铁路关于呼口q 优先级的定义如下：0 级：铁路紧 急呼叫；1 级：列控数据传输呼h q ；2 级：调度通信高优先级呼叫( 组呼、个呼) 、 公共紧急呼叫：3 级：调度通信呼叫；4 级：其它呼叫。 6 1 4 3g s m r 网络结构 为了完成调度通信功能，与g s m 相比，g s m r 的系统结构中增加了用于调 度通信建立呼叫的组呼寄存器( g c r ) 和确认中心( a c ) 。利用g s m g s m r 双 模手机可进行g s m 网的公众移动通信，也可进行g s m r 网的专用移动通信。 g s m - r 网络包括网络子系统( n s s ) 、基站子系统( b s s ) 和操作子系统( o s s ) 。 其中，网络子系统由移动交换中心( m s c ) 、访问位置积存器( v l r ) 、归属位置 寄存器( h l r ) 、鉴权中心( a u c ) 、移动设备识别器( e 取) 、组呼寄存器( g c r ) 组成，用来管理用户、移动台和与固网( p s t n ) 的接口：基站子系统管理无线连 接，包括基站收发信机( 瑚r s ) 和基站控制器( b s c ) ；操作子系统包括n s s 操作 与维护中心( 0 m c s ) 和b s s 操作与维护中心( 0 m g r ) ，与所有的交换系统设 备和b s c 相连。g s m r 的结构如图1 2 1 17 】所示。 甲岁巨 。一1 口 嚣 并怔网二 图1 - 2g s m - r 网络结构 f i g u r e1 - 2g s m - r n e t w o r k a r c h i t e c t u r e 1 5 论文内容与结构安排 本文是在不同g s m r 网络设备供应商之间a 接口互联互通测试工作的基础上 完成的，对a 接口铁路特色业务语音组呼的测试进行了全面细致的研究与分析。 论文首先从互操作性测试理论层面着手，对语音组呼业务的互操作性测试方法进 行分析，并将等价类划分方法应用于语音组呼业务，推导出完备测试集和实验室 条件下的最小测试集。之后，针对测试工作中发现的由于协议空白点导致的不同 厂家实现机制的差异性，通过比较分析，对协议进行了补充与改进；针对紧急组 呼的快速建立，提出了优化方案；提出讲者优先级的概念，并讨论了具体的实现 7 专禹幽 j b 塞窑通太望亟堂焦论塞 方法。文章的最后一部份对后期语音组呼业务的性能测试进行了初步探讨，提出 了性能测试指标及测试方法。 论文主要内容如下： 第二章介绍了互操作性理论基础，并通过等价类划分方法推导出了语音组呼 业务的完备测试集和实验室条件下的最小测试集。 第三章阐述了语音组呼业务的理论基础，包括语音组呼在列调中的应用、业 务描述及状态描述。 第四章对前期测试工作中发现的关键闯题进行了深入研究，针对协议空白点， 明确了组呼的一般建立机制，对紧急组呼的快速建立方案进行了优化，并提出了 讲者优先级的概念。 第五章提出了后期语音组呼性能测试指标及测试方案。 8 接旦亟童组哩些釜亘握盥造捌达匾堡 2a 接口语音组呼业务互操作性测试原理 2 ，1 互操作性测试理论 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，节省投资，降低运行成本，利于网络长期发展。 2 1 1 互操作性测试定义 根据i s 0 1 9 8 3 年推出的“开放系统基本互连参考模型”，网络被划分为一个七 层的参考模型，相似的功能集中在同一层，每一层都是独立的，利用下一层提供 的服务并为上一层提供服务。对应于某一层协议来说，通信的双方系统都有该层 协议的实现，称作通信对等实体。这两个通信对等实体之间的互操作称为层互操 作性。从上到下整个协议组，即开放系统之间的互操作称为系统互操作性。其中， 从物理层到传输层的互操作性测试称为通信互操作性，从会话层到应用层称为应 用互操作性1 1 9 1 。 本文所研究的g s m r 网络a 接口铁路特色语音组呼业务v c c s 主要是针对 b s s a p ( b s s 应用部分) 协议展开，属于系统级别的应用互操作性测试范畴。 2 1 2 互操作性测试模型 互操作性测试不仅仅是证明不同厂家的设备能够协同工作，还要证明这些系 统能够使用特定的协议协同工作。因此，在实际的测试中，经常采用联合的测试 技术，即将扩展的互操作性测试和限制的一致性测试结合在一起。一致性测试着 眼于协议，互操作性测试着眼于功能。图2 1 t 1 3 】表示了联合的互操作性测试模型。 7 j e 京銮逼太堂亟堂焦论塞 图2 - 1 联合的互操作性测试模型 f i g u r e2 - 1c o m b i n e di n t e r o p e r a b f l i t yt e s t i n gm o d e l 其中，q e ( q u a l i f i e d e q u i p m e n t ) 表示合格设备，即已经被证明了的和其它相 似系统具有互操作性的设备。e u t ( e q u i p m e n tu n d e rt e s t ) 表示需要进行测试的 设备。第一次进行测试时，可能存在两个e u t 。一旦这两个e u t 可以成功进行互 联互通，将被指定为q e 。新的e u t 将加入已经存在的q e 池，继续进行互操作性 测试。 2 1 3 互操作性测试过程 根据e t s it s1 0 22 3 7 ，互操作性测试的过程主要分为三步： 1 准备测试 安排测试计划。 将抽象结构转化为实际测试的有形配置。 选择测试方法。若采用软件自动测试，则从协议标准的描述中获得一致性 测试所需抽象测试集；若采用手动测试，则从协议标准的描述中获得测试 集标准的预期消息流程，手工编辑符合协议标准的测试用例。 2 测试执行 静态互操作性测试：不进行实际测试，根据设备提供的文档，如结合p i c s ( 协议实现一致性说明) 和p i x i t ( 协议实施附加信息) 等进行分析，发 现互操作问题 动态互操作性测试：搭建真实的测试环境，将被测设备与其他设备相连， 进行实际的测试工作。 结果分析：测试结果是在测试过程中发生的一系列可观察的事件，包括对 e u t 的所有输入输出。测试结果分为两类：可预见的和不可预见的。可预 见的测试结果是在抽象测试用例中定义过的，也就是观察到的事件符合抽 象测试用例中的测试序列。一个可预见的测试结果对测试用例做出的判定 8 援旦蚤啬纽哩些经亘握往世测试厘理 有三种：通过、失败、无法判定。不可预见的测试结果在抽象测试用例中 没有定义过，也就是观察到的事件不符合抽象测试用例中的事件序列，它 意味着一个测试用例的错误或是非正常的测试用例终止。 3 撰写测试报告 根据分析结果产生系统互操作性测试报告。 其中，生成互操作性测试案例的方法和生成一致性测试案例的方法相近，过 程如下： 1 说明抽象结构 抽象结构筑要包括以下内容：e u t 、q e 、e u t 和q e 之间的通信路径、e u t 和q e 所使用的通信协议。可以以图表、表格、文本的形式对以上内容作一说明。 2 准备初步的互操作特征状态( i f s ) i f s 的作用在于说明e u t 必须支持的功能、可选支持功能及有条件支持的功 能，用于帮助生成后续的测试集。若条件允许，i f s 的理想起点是p i c s 。 3 生成测试集 准备测试集的时候，需要考虑以下因素： 划分测试组。在很多情况下，这种划分比较武断，主要取决于测试者的选 择，然而，以下分类结构是必须考虑的： 抽象结构，如端点端点、端点网关端点、端点网络端点 功能，如基本的呼叫建立、基本的呼叫清除、补充业务。 成功或失败 定义每个测试组的覆盖范围。一旦划分了测试组，那么每个测试组所覆盖 的功能范围就必须随之定义。例如，对于测试组基本的呼叫建立，其覆盖 范围应该包括：用户a 到用户b 的成功呼叫、用户b 到用户a 的成功呼 叫、用户a 到用户b 的无应答呼叫、用户b 到用户a 的无应答呼叫、用 户a 到忙用户b 的呼叫尝试、用户b 到忙用户a 的呼叫尝试。 4 撰写测试目的 在完成测试案例之前，首先需要对每个测试案例的测试目的进行详细的描述。 5 撰写测试案例 测试案例应包括预置条件、测试步骤和验证三大部分。预置条件用于对e u t 和q e 进行配置，从而保证完全满足测试目的。测试步骤描述了详细的测试方法。 在测试案例的结尾，注意一定要说明该案例是否通过的判断准则。当进行人工测 试时，将测试案例描述成步骤序列的形式是合理的，当采用软件自动测试时，测 试案例应用以下语言之一进行描述： 测试规范语言，如t t c n - 3 9 韭塞銮道太堂亟堂焦途塞 程序语言，如c + + 脚本语言，如p e r l 6 验证测试案例 理想的方法是通过搭建真实的物理环境，执行案例，来验证：预置条件是否 准确、是否存在冗余：测试步骤描述是否准确、易于执行、没有缺失；每个测试 案例是否能够完全达到测试目的；中间及最终的判断准则是否能够真实的验证测 试目的。 7 敲定最终的i f s 2 2 等价类划分方法在a 接口语音组呼业务上的应用 目前，一致性测试已经发展出比较完善的软件自动测试方法，但对于协议互 操作性测试，仍停留在理论研究的阶段，当前主要的测试方法仍是手动测试。下 面对互操作性测试方法在g s m r 系统a 接口铁路特定业务v g c s 上的应用作一 分析。 首先对测试的抽象结构作一描述。 我们进行的是a 、b 、c 三家厂商的3 台b s c 与3 台m s c 进行互操作性测试。 测试前提：b s c i - m s c i 、b s c 2 m s c 2 、b s c 3 m s c 3 是满足全部互操作性的。首 先，我们假定b s c l 是q e ，满足一致性和互操作性，然后分别和m s c 2 与m s c 3 进行互联，以此类推，当b s c 2 为o e 时，与m s c l 与m s c 3 进行互联；当b s c 3 是o e 时，与m s c i 与m s c 2 进行互联。即，依据互操作性测试模型，总共6 次 测试就可以完成整个的互操作性测试过程。测试结构如图2 2 所示： 幽2 叼a 接口测试结构 f i g u r e2 - 2t h et e s t i n g a r c h i t e c t u r eo f ai n t e r f a c e q e 和e u t 之间采用2 m 电缆相连，它们二者的接口是标准的a 接口，依据 3 g p p 中b s s a p 协议进行通信。 之后对测试集进行设计。设计原则1 1 6 1 f 1 9 1 ： 测试用例覆盖：涵盖测试标准和技术规范的全部功能需求。 输入覆盖：对于每个测试用例，当输入有不同倩况时，要对每种情况分别进行 接旦语壹组夔些经堑握往馑型试愿堡 测试。 输出覆盖：执行每个测试用例后，针对不同的输入情况，要有相应不同的正确 输出。 依等价类划分原则设计完备测试集 在完备测试集的基础上，针对互操作的业务特性，挑选出最小测试集。 下面将针对铁路特定业务v g c s ，使用等价类划分方法对测试集进行设计。具 体步骤如下： 1 划分功能组。 依据功能、成功或失败两个因素可以将铁路特定业务v g c s 划分为3 个功能 组，并对每个功能组定义覆盖范围。如表2 - 1 所示： 表2 - 1 v g c s 功能组 功能组编号覆盖范围 成功的v g c s 建立 1 签约移动用户成功发起v g c s 2 调度成功发起v g c s 成功的v g c s 终止 3 签约移动用户成功结束v g - c s 4 调度成功结束v o c s 5 非激活定时器超时结束v g c s 异常的v 6 c s 6 该v g c s 已经存在 7 资源不足导致v g c s 建立失败 8 消息异常导致v g c s 建立失败 2 在此功能组的基础上，基于等价类划分的方法，设计完备测试集。 等价类划分的基础动机是希望进行完备的测试，同时又希望避免冗余。等价 类测试重复边界值测试的两个决定因素：健壮性和单多缺陷假设【3 1 。单缺陷是说， 失效极少是由两个( 或多个) 缺陷的同时发生引起的。单缺陷与多缺陷假设产生 弱强等价类测试之分，针对是否进行无效数据处理又产生健壮与一般等价类测试 之分。弱一般等价类测试通过使用1 个测试用例中的每个等价类的1 个变量实现， 即使用每个有效类的1 个值；强一般等价类测试基于多缺陷假设，需要等价类笛 卡尔积的每个元素对应的测试用例；弱健壮性等价类测试基于单缺陷假设，拥有1 个无效值，并保持其余的值都是有效值；强健壮性等价类测试从所有等价类笛卡 尔积的每个元素中获得测试用例。 等价类的重要问题是它们构成集合的划分，其中，划分是指互不相交的一组 子集，这些子集的并是整个集合。这对于测试有两点非常重要的意义：表示整个 1 1 集合这个事实提供了一种形式的完备性，而互不相交可保证一种形式的无冗余性。 等价类测试的思想是通过每个等价类中的一个元素表示测试用例，如果广泛选择 等价类，可以大大降低测试用例之间的冗余。本节将借鉴弱强等价类划分方法， 对铁路特定业务v g c s 的完备测试集进行设计，并在此基础上得到满足实验室测 试要求的最小测试集。m s c 作为e u t ，b s c 作为q e ，可以将a 接口b s c 发往 m s c 的消息看作输入，m s c 发往b s c 的消息看作输出。对于每1 个过程，输入 的每1 条消息都可以看作i 个变量，则输入的n 个消息可以看作n 维变量。对每 一个变量分别定义有效值区间和无效值区间。同时，和一般的等价类划分不同的 是，这n 个变量又具有前后关联性，因此有些取值是不可能存在的，在设计的时 候要充分考虑其依存关系。对于有效值部分，为了尽可能遍历每个状态，应使用 强等价类划分方法；对于无效值部分，由于变量的前后关联性，出现2 个以上缺 陷的情况很少，一般当出现1 个缺陷时呼叫就将终结，因此可以使用弱等价类划 分方法。等价类测试的关键是确定类的等价关系。一般情况下，我们常常通过预 测可能的实现，并考虑在实现中必须提供的功能操作来作出这种选择。 v g c s 包括发起、呼叫控制和释放3 个阶段，本节将对这3 个阶段分别进行分 析。 呼叫初始阶段 前提；小区处于e n a b l e 状态。 在组呼发起阶段，我们将b s c 发往m s c 的5 条主要消息 c l 3 i 、s e t u p 、v g c s s e t u p a c k 、a s s i g n m e n tc o m p l e t e 、v g c s a s s i g n m e n tr e s u l t 抽象为5 个变量，将 其有效值输入区间用 a 、b 、c 、d 、e ) 来表示，无效值输入区间用 m 、n 、o 、p 、 q 来表示。 输入有效值区间定义如下： a i = c l 3 i ，移动用户发起组呼，且已经签约了v g c s 业务，1 级、2 级、3 级， a 2 = c l 3 i ，移动调度发起组呼，且已经签约了v g c s 业务，1 级、2 级、3 级 a 3 = i a m ，且已经签约了v g c s 业务，该组呼未存在 a 4 = i a m ，且已经签约了v g c s 业务，该组呼已经存在 a s = i m m e d i a t es e t u p 紧急组呼业务，且已经签约了v g c s 业务 b l = s e t u p ，发起用户有发起该特定m 组呼的权限，且处于授权发起小区 b 2 - s e t u p ，该组呼已经存在 o = v g c ss e t u pa c k c 2 = v 6 c ss e t u pr e f u s e d l = a s s i g n m e n tc o m p l e t e d 2 = a s s i g n m e n tf a i l u r e 攘旦蚤童组壁些釜互握挂焦型试厘堡 d 3 = q u e u i n gi n d i c a t i o n e i = v g c sa s s i g n m e n tr e s u l t e 2 = v g c 葛a s s i g n m e n tf a i l u r e e 3 = v g c sq u e u i n gi n d i c a t i o n 输入无效值区间定义如下： m i = c l 3 i ，移动用户发起组呼，且没有签约v g c s 业务 m 2 = i a m ，且没有签约v g c s 业务 m 3 = c l 3 i ，c e l li d e n t i f i e r 编码为无效值， m 4 = c l 3 i ，l a y e r3i n f o r m a t i o n 编码为无效值， n i = s e t u p ，发起用户有发起该特定d 组呼的权限，且未处于授权发起小区) n 2 = s e t u p ，发起用户没有发起该特定d 组呼的权限) n 3 = s e t u p ，c a l lr e f e r e n c e 编码为无效值l 0 1 = v o c ss e t u pr e f u s e ，c a u s e 编码为无效值 p 1 = a s s i g n m e n tf a i