（电磁场与微波技术专业论文）softswitch软件系统标准协议测试桩的设计与实现.pdf

摘要 软交换作为下一代网络的核心技术，是目前业界研究的热门课题之一。软交 换是实现网络融合的基础，其特点是具有独立的呼叫控制功能，并能方便的引入 新业务。目前研究软交换系统的公司很多，也都有自己的产品推出，北邮电信就 是其中的一位。软交换系统涉及协议种类多、而且协议复杂庞大，相关的软件是 软交换系统的核心组成部分；其测试是软交换研发过程中很重要的一个环节，它 不仅仅保证软件运行的正确性、可靠性和稳定性，还能改善软件的设计。本文结 合北邮电信软交换系统中协议模块的设计和软件测试的理论，对协议处理模块的 综合测试进行了深入的研究。 本论文的主要工作包括有：l 、根据黑盒测试的理论和协议模块要实现的功 能选择了合适的测试用例对软交换系统的协议模块进行了的综合测试。2 、进行 了标准协议测试桩的设计，指出了测试桩的设计原则和技术实现难点并提出了解 决方法。标准协议测试桩是所有测试用例的集合，通过模拟协议栈消息和呼叫中 间层消息的运行来测试软件系统的运行情况。3 、实现了标准协议测试桩并针对 对测试桩的可扩充性等提出建议。这些工作对检验软交换系统协议软件的正确 性、可靠性、改进设计等起到良好作用。 关键词 软交换软件测试协议处理模块呼叫控制模块协议栈 a b s t r a c t a st h ek e y t e c h n o l o g y o ft h en g n ，s o f t s w i t c hh a sb e e nt h et h e s i sb e i n g h e a v i l y r e s e a r c h e di nc u r r e n ts t a g e w i t hf e a t u r e so ft h es e p a r a t e dc a l lc o n t r o lf u n c t i o na n d e a s i l ys u p p o r t i n gn e ws e r v i c e s ，s o f l s w i t c h i st h eb a s i ct e c h n o l o g yo f m e r g i n gd i f f e r e n t n e t w o r k s i nc u r r e n ts t a g e ，m a n yc o m p a n i e sa r er e s e a r c h i n gs o f i s w i t c ha n dh a v et h e i r o w ns o r s w i t c hp r o d u c t sw h i c hc a nb ei nu s e b t - ti n c l u d e d s o f l s w i t c hs y s t e m i n c l u d e ss o r t so fp r o t o c o l s ，m o r e o v e ra l lt h ep r o t o c o l sa r ec o m p l e x c o r r e l a t i v e s o f t w a r ec o n s t i t u t e so f t h ec o r e p a r t so f t h es o f l s w i t c h s o f t w a r et e s ti sv e r yi m p o r t a n t t ot h es o f t s w i t c hr e s e a r c h i n g , n o to n l yc a ni te n s u r et h es o r w a r e r u n c o r r e c t l y ，s t a b l y a n dr e l i a b l y ，b u ta l s oc a ni m p r o v et h es o f t w a r ed e s i g n a s s o c i a t e dw i t ht h eb t t s s o f i s w i t c hs y s t e ma n dt h et h e o r i e so fs o f t w a r et e s t ，t h i sa r t i c l ei se m p h a s i z i n go nt h e t h o r o u g hr e s e a r c h i n ga b o u t t h et e s to f t h ep pm o d u l e t h em a i n r e s e a r c h i n g w o r ki nt h i sa r t i c l ei si n c l u d i n g ： 1 p r o p e rt e s tc a s e sa r ed e s i g n e da n dp pm o d u l e i sg e n e r a l l yt e s t e db a s i n go nt h e t h e o r yo fs o f t w a r et e s ta b o u t ”b l a c kb o x ”a n dt h e f u n c t i o nw h i c hp pm o d u l e s h o u l df i l l f i l 2 n o r m a t i v e p r o t o c o lt e s ts t a k e i sd e s i g n e d t h ep r i n c i p l ea n do b s t a c l eo f d e s i g n i n g n o r m a t i v ep r o t o c o lt e s ts t a k ea r ee x p l a i n e da n dt h es o l u t i o nt ot h eo b - s t a c l ei s g i v e n n o r m a t i v ep r o t o c o l t e s ts t a k ec o m p o s eo fa l lt h et e s tc a s e s t e s tt h e s o f t w a r er u n n i n gt h o u g hs i m u l a t i n ga l lt h em e s s a g eo f t h ec c a n ds p s 3 n o r m a t i v e p r o t o c o lt e s ts t a k ea r ep r o g r a m m e d a n d s u p p o s e a b o u th o wt oe x t e n d t h en o r m a t i v ep r o t o c o lt e s ts t a k ei sg i v e n a l lt h ew o r kh a sg o o de f f e c tt ot e s t t h es o f t w a r ea n de n s u r et h es o f t w a r er u nc o r r e c t l y , s t a b l ya n dr e l i a b l y k e yw o r d s ： s o f t s w i t c hs o f t w a r et e s t p r o t o c o lp r o c e s sc a l lc o n t r o l p r o t o c o ls t a c k 北京邮屯大学硕士学位论文 s o r s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 1 s o f t s w i t c h 技术 异构网络的并存是目前网络应用的现状，异构网络的融合是未来网络发展的趋势。 随着坤网技术的迅速发展，下一代网络必将以口网为核心，在各种网络相互融合的基 础上，以一种统一、开放的方式灵活地提供业务。软交换便是支撑传统网络向下一代网 络演进而诞生的新技术。 1 1 软交换的基本概念 软交换是下一代网络的控制核心，它在下代网络中提供类似于传统电话网中交换 机的功能( 软交换的呼叫控制功能与业务无关) 。如果说传统电信网络是基于程控交换 机的网络，那么下一代网络则是基于软交换的网络。软交换实现了业务逻辑与呼叫控制、 呼叫控制与承载连接的分离，彻底打破了传统的集成交换的结构，使得不同的功能实体 可以单独发展。软交换完成业务呼叫的控制，支持不同网络互通的协议转换，其主要功 能如下： 媒体网关控制功能支持m g c p 、m e g a c o i - i 2 4 8 协议，实现对媒体网关的控制，使 分组网和电路交换网之间的互通成为可能； 呼叫控制功能完成基本呼叫的建立、维持和释放，呼叫的路由选择、连接控制、 智能呼叫触发等功能； 计费功能支持r a d i u s ( r e m o t ea u t h e n t i c a t i o nd i a l i nu s e rs e r v i c e ) 安全访问协 议，访问计费服务器，同时生成详细的呼叫记录信息； 网守功能支持接入认证与授权、地址解析和带宽管理等； 代理功能当其自身无法完成呼叫处理请求时，可以作为呼叫代理，向其他软交换 发起呼叫请求； 协议互通功能支持h 3 2 3 、s i p 、m e g a c o 、s s 7 等多种信令协议，实现多种网络之 间的融合和向下一代网络的平滑演进； 业务支持功能软交换开放的a p i 接口，为快速引进新业务提供支持。实现业务对 呼叫控制的新途径。 1 2 软交换在下一代网络中的核心地位 下代网络将是一个多网融合的网络，软交换是实现网络融合的基础，是支持下一 代网络中话音、视频、图像和数据等多媒体业务的交换和控制中心。图i 描述了软交换 在下一代网络中的位置。 北京邮电大学硕士学位论文 s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 图1 下一代网络的体系结构 软交换系统所涉及到的主要接口： 媒体网关( m g ) 与软交换间的接口用于软交换对媒体网关的控制，该接口可使用 媒体网关控制协议( m g c p ) 或h 2 4 8 ( m e g a c o ) 协议。 信令网关( s g ) 与软交换间的接口用于传递软交换和信令网关间的信令信息。实 现s s 7 信令网与软交换间的信令交换，该接口可使用s i g 衄n 协议。 软交换与应用业务层之间的接口提供访问各种数据库、应用服务器、计费服务器 和传统s c p 的接口，实现对各种增值业务、管理业务和第三方应用的支持。 软交换与媒体服务器间的接口采用s i p 协议或m e g a c o 协议，实现软交换对媒体资 源的控制，如提示音、拨号音等。 软交换与策略服务器间的接口实现对网络设备工作运行过程的动态干预，以优化 网络的处理能力，此接口可使用公共开放策略服务( c o p s ) 协议。 软交换与智能网的s c p 之间的接口实现对现有智能网业务的支持，此接口仍使用 现在的斟a p 协议。 软交换与h 3 2 3 终端、s i p 终端等口网中的设备仍采用各设备所支持的协议。这样， 软交换通过信令网关实现与传统s s 7 信令网的互通，通过媒体网关实现传统电路交换网 与p 网的互通，从而在信令和媒体两方面实现了电路交换网与网的融合。 1 3 软交换支持的业务 软交换有多种应用场合和应用领域 1 3 1 长途应用 通过软交换和媒体网关的配合，使原来电话网的长途传输部分被i p 网络代替，大 大节约了线路传输的成本。如图2 所示。 2 北京邮电大学硕士学位论文s o , s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 图2 软交换的长途应用 1 3 2 数据业务卸载( i n t e r n e to f f l o a d ) 软交换的一个重要应用就是将拨号业务从现有p s t n 网上卸载下来，以减轻上网流 量对p s t n 网的负荷。在传统汇接网络的边缘放置软交换设备，把拨号业务在进入p s t n 干路前就转接到p 分组网上，这样就会极大减轻交换机的负担。如图3 所示。 北京邮电大学硕士学位论文 s o i t s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 图3 软交换的i n t e m e to f f i o a d 应用 1 3 3 支持多种接入方式 软交换提供丰富的接入手段，真正实现多种网络、多种接入手段的无缝融合与集成。 如图4 所示。 图4 软交换的多种接入应用 1 3 , 4 通过应用服务器提供丰富的业务 软交换还有一个很大的优势和广泛的应用就是它提供了开放的a p i 接口，从而通过 该接口可以访问应用服务器上丰富的跨网融合业务，并极大地加快了业务的开发和实 施。如图5 所示。 x t m l , c p ls 世- v l e t l a dc g lh - s e ds e r v i e e c r e a d o ne n v l r o a m e a t j a i n ，p l a h a ya p ib a s e d s e r v i c ec m e a t l o n e n v i r o n m e n t 图5 通过应用服务器提供丰富的业务 可实现的多种业务举例： c l i c k t o - d i a l ( 点击拨号) ； c h a t a n d - t a l k ( 聊天) ： 4 ，扣l_， 组络一统络分网一传网 些室塑皇查堂婴主堂位论文s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 i n t e m e tc a l l w a i t i n g( v i r t u a ls e c o n dl i n e ) ( 呼叫等待) ； i n t e l l i g e n t i n t e m e t a c c e s s ( 智能接入) ； s e r v i c ep r o f i l em a n a g e m e n tf r o mt h ei n t e m e t ( 基于w e b 的个人信患管理) u n i f i e d b i l l i n g b e t w e e n i na n d i n t e m e t ( 统一计费) ： u n i f i e dc o m m u n i c a t i o n ( 统一消息) ； e c o i d j l l c t c es e r v i c e ( 电子商务) ： v i r t u a lp r e s e n c es e r v i c e ( 虚拟存在业务) ； e n h a n c e dv i r t u a l p r i v a t en e t w o r ks e r v i c e ( 增强的v p n 业务) ： d i s t r i b u t e da n d e n h a n c e d c a l l c e n t e r( 分布式呼叫中心) ； p e r s o n a li n f o r m a t i o ns e r v i c e s ( 个人信息业务) ； a d v a n c e d a g e n d as e r v i c e ( 高级日程业务) ； 1 4 软交换技术设计思想与目标 在软交换背后的基本设计思想是基于一个可伸缩的、分布式的软件系统、它独立于 特定的底层硬件，操作系统，并且能够处理各种各样的同步通信协议在一个理想的 位置把该架构推向莫尔曲线轨道。这样的一个分布式系统可以被看成是一个可编程的同 步通信控制网络，并且它应该有能力支持下列基本要求： 1 独立于协议和设备的呼叫处理和或同步会晤管理应用的开发。 2 在其软交换网络中能够安全地执行多个第三方应用而不存在由于恶意或错误 行为的应用所引起的任何有害的影响。 3 第三方硬件销售商能增加支持新设备和协议的能力。 4 业务提供者和应用提供者能增加支持全系统范围的策略能力而不会危害其性 f l o w n 安全。 5 有能力进化同步通信控制网络，以支持包括账单、网络管理和其它运行支持系 统的各种各样的后营业室系统。 6 支持运行时间捆绑或有助于结构改善的同步通信控制网络的动态拓扑。 7 从非常小的网络到非常大的网络( 类似于现行p s t n 的层次和更多层次的网络 结构) 的可伸缩性。 8 支持彻底的故障恢复能力。 这些要求使得下一代业务提供者能够把类似于软交换的网络部署为同步通信的骨 干网，这将允许快速开发和部署先进的同步多媒体应用。 软交换技术的目标是在媒体设备和媒体网关的配合下，通过计算机软件编程的方式 来实现对各种媒体流进行协议转换，并基于分组网络( i p a t m ) 的架构实现口网、a t m 网、p s t n 网等的互连，以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩 的设备。软交换技术的突出特点包括如下几个方面： 1 是一个支持各种不同的p s t n 、a t m 和口协议的可编程呼叫处理系统。 2 运行在商用计算机和操作系统上。 3 控制着扩展的中继网关、接入网关和远程接入服务器( r a s ) 。例如： 1 ) 软交换加上一个中继网关便是一个长途、汇接交换机( c 4 交换机) 的替代， 北京邮电大学硕士学位论文 s o f l s w i t c h 软件系统标准悱议测试桩的设计与实现 4 5 6 在骨干网中具有v o l p 或v t o a 功能； 2 )软交换加上一个接入网关便是一个语音虚拟专用网( v p n ) 专用小交换机 p b x ) 中继线的替代，在骨干网中具有v o l p 功能； 3 ) 软交换加上一个r a s ，便可利用公用承载中继来提供受管的调制解调器 ( m o d e m ) 业务( 即m o d e m 呼叫通过s s 7i s d n 用户部分( i s u p ) 发送 信令) ： 4 ) 软交换加上一个中继网关和一个本地性能服务器便是一个本地交换机( c 5 交换机) 的替代，在骨干网中具有v o 口，v t o a 功能。 通过一个开放的和灵活的号码簿接口便可以利用玳业务。例如，它提供一个 具有到关系数据库管理系统、轻量级号码簿访问协议和事务能力应用部分 ( t c a p ) 号簿的号码嵌入机制。 为第三方开发者创建下一代业务提供开放的应用编程接口( a p i ) 。 具有可编程的后营业室特性。例如： 1 1 可编程的时间详细记录； 2 ) 详细呼叫事件写给一个业务提供者的收集事件装置中。 3 ) 具有先进的基于策略服务器的管理所有软件组件的特性，包括： 展露给所有组件的简单网络管理协议( s n m p ) 2 0 接口。 策略描述语音和一个编写及执行客户策略的系统。 1 5 软交换体系结构 软交换体系按功能可分为四层：媒体接入层( 边缘层) 、传送层、控制层、业务及 应用层。 各层的功能及部件构成如下： ( 1 ) 媒体接入层 通过各种接入手段将各类用户连接至网络，并将信息格式转换为能够在网络中 传递的信息格式。主要设备有：信令网关( s g ) 、中继网关( t g ) 、接入网关( a g ) 、 综合接入设备( i a d ) 、无线接入网关( w a g ) 、媒体资源服务器、h 3 2 3 网关( h 3 2 3 g w ) 。 ( 2 ) 传送层 采用分组技术，提供一个高可靠性的、具有q o s 保证、大容量的综合传送平台， 并将信息媒体流选路至目的地。目前主要有口和a t m 两种网络。 ( 3 ) 控制层 是软交换体系的呼叫控制核心，利用软交换机s o f t s w i t c h ( 或称呼叫服务器c a l l s e r v e r 、媒体网关控制器m g c ) ，以软件的形式控制接入设备完成呼叫接续。 ( 4 ) 业务及应用层 该层主要是利用各种设备为整个体系提供各种丰富的增值业务、相应的网络管 理及服务。包括：s c p 、a a a 服务器、应用服务器、策略服务器。 j ! 塞塑皇奎堂堡士学位论文s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 1 6 软交换发展面临的挑战 1 协议标准的完善和设备之间的互联互通问题 由于软交换技术本身还在不断发展，协议本身也需要根据业务需求不断完善和 补充。 由于各厂家采用的协议不同，对同一协议细节的理解不同，因此不同厂家设备 之间互通在今后几年内将是一个关键问题。 2 如何组建大网问题 在软交换网络发展初期，网络规模较小，节点少，软交换之间可以采用平面结 构，有利于简化网络结构，提高接续速度。随着网络规模逐步增大，倘若仍采 用平面形式，不但对设各处理能力、存储能力、网络安全性和网络数据维护都 提出更高要求，而且宕机对网络造成的影响面也更大。 由此，各厂家提出了自己产品组建大网的解决方案，有的公司采用“重定向服 务器”方式，引入路由数据分层概念，每一软交换只了解一定区域的路由数据， 对于其他区域的被叫用户寻址，需要查询网络中增加的“重定向服务器”；有 的公司采用“代理服务器”方式，在软交换之上增加一层代理服务器或软交换， 每一软交换只了解一定区域的路由数据，对于其他区域的被叫用户寻址，需要 经过上一级的代理服务器或软交换进行信令的接续和寻址。但所有这些目前都 还只是厂家提出的思路，究竟在产品上能实现到什么程度，哪种方式在实际网 络上才是最佳，这些都还有待人们去实践和探讨。 3 业务开发问题 标准、开放的a p i 接口；能够快速、灵活地提供丰富的业务，这是软交换体系 的一个优势所在，但目前厂家能够提供的业务多集中为基本语音业务及补充业 务、智能网业务、p i n t 业务、多媒体终端之间的同步浏览、统一消息、多媒 体会议等，究竟什么业务才是运营商手中的杀手业务，才能真正带来收益，是 目前运营商和设备商在共同苦思冥想的问题，目前并未出现使人眼前为之一亮 的业务。 4 如何实现私网穿透问题 为了隐藏私有地址，防止外部攻击；以及节省对公网口地址的占用，企业网与 公网的边缘都会设有n a t ，实现口地址及p o r t 端口号的改变。 由于n a t 仅对口包的地址及端口号进行转换，而h 2 4 8 及s i p 等协议真正的 媒体连接信息是放在s d p ( 即m 包的负载) 中传递的，这部分的私网地址是 无法被n a t 映射成公网地址传到对方用户的，因此媒体流实际是无法真正建 立起来的；且n a t 如何保持所记录的会话地址转换直到通话结束才被删除， 这都是目前这一领域需要解决的问题。 目前有两种解决方案，一种是使用能够解析相关应用协议( 如s i p ) 的增强型 n a t ，即应用层网关( a l g ) ；另一种是在n a t 的外侧增加代理服务器。 上述解决方案的性价比怎样，可行性如何，是否会给网络带来新的问题( 如成 为网络的拥塞瓶颈) ，这些都有待我们去进一步研究。 5 网络安全性问题 7 北京邮电大学硕士学位论文 s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 如果采用专用的口网作为软交换体系话音业务的承载网，则网络安全应可以得 到保证。但如果采用公共口网作为承载网，则存在以下两方面的安全问题： 1 ) t g 、软交换等设备的安全问题； 2 ) 第二，用户帐号、密码等用户数据的安全问题。 目前业界还没有一个非常完善的方法来解决网络安全性的问题，只能通过要求 t g 、s o f l s w i t c h 等网络设备应具备一定的反入侵能力以增强系统的安全性；用 户帐号、密码等用户数据的安全则只能采用加密的方式解决。这些问题未真正 解决，将直接影响到业务的真正实施。 6 o o s 问题 目前的分组数据网是为传送非实时、突发性数据业务而设计的，能否为下一代 网络所承载的话音及视频等实时业务提供所需的o o s 服务保证，是下一代网络 发展所面临的主要问题。 i e t f 组织已经提出了多种服务模型和机制来满足q o s 的需求，其中比较著名 的有：综合业务模型( i n t s e r v ) 、区分业务模型( d i f f s e r v ) 、m p l s 技术、流 量工程等，具体这些方案如何组合使用、可行性如何，有待研究。 目前，各运营商均在关注软交换的发展，但软交换究竟能为运营商带来多大的商机， 如何以最合理的投资获得最大利润是目前运营商更加关心的问题，因此加强软交换应用 的商业模型研究对电信网的发展具有重要意义。 以上这些问题的存在不会阻碍新技术的应用，相反，运营商与设备供应商应当一起 冷静地解决这些问题，并积极进行试验，不断加以完善。 ! ! 塞邮皇竖硕士学位论文s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 2 北邮电信s o f t s w l t c h 软件系统的结构 在1 5 节中介绍了软交换系统的体系结构，这里介绍北邮电信软交换系统具体的结 构。对于北邮电信软交换系统的总体结构作简要介绍，重点放在扔议处理模块上。 2 1 软交换系统的总体结构 软交换系统的目标是实现各种网络融合，提供话音、视频、图像和数据等多媒体业 务。而这些业务由不同的协议来实现，因此软交换系统必须具备多种协议的处理功能。 图6 给出了软交换系统所支持的协议。 图6 下一代网络的结构 为了实现这些协议的功能，北邮电信的软交换系统有一个很重要的模块协议处 理模块，用来进行不同的协议处理，将不同的协议映射转换成统一的中间消息送到高层 去处理。并由其完成独立于协议和设备的呼叫处理。在第一章介绍软交换的结构中提到 了“媒体接入层( 边缘层) ”这一个概念，实际上，协议处理模块就属于这一层。 软交换系统除了实现基本的呼叫控制外，还要能提供种类丰富的各类业务，通过应 用服务器提供业务开发环境平台，软交换系统不仅能支持现有的各种业务，并为实现第 三方的业务供应提供了标准的开发平台。 在应用层和协议处理模块之间，是核心会话控制层( c o r es e s s i o nc o n t r 0 1 ) ，它的 功能是：呼叫控制，地址解析与路由等等。 同时为了完成基本的管理和服务，还有管理和服务的结构模块。 通过以上的分析，北邮电信软交换系统的主要结构可以参见图7 ： 北京邮电大学硕士学位论文 s o l , s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 图7 软交换总体结构图 软交换系统的结构细化就是基于如下的分层模型： 业务接口层( s e r v i c ea c c e s sa n dc o n t r o ll a y e r ) ； 核心会话控制层( c o r es e s s i o nc o n t r o ll a y e r ) ； 协议处理层( p r o t o c o lp r o c e s sl a y e r ) ； o a l d 层( o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a n a g e m e n t ) 公共系统服务层( c o m m o ns y s t e ms e r v i c e ) 。 软交换的各个功能模块图见图8 ： 图8 系统结构图 0 北京邮电大学硕士学位论文 s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 其中，协议处理层位于核心会话控制层之下，起到具体协议接入的作用。 2 。2 协议处理模块的功能 为了更仔细的说明协议处理模块的功能和结构，这里给出协议处理模块的详细结构 图： 图9 协议处理模块图 协议模块涉及三个功能模块：消息接收分发( m r d ) 模块、协议映射状态机( p m s m ) 模块、系统控制( s c ) 模块：p m s m 模块就是协议模块的消息处理模块( m p ) 。 消息接收分发模块( m r d ) 负责完成： 接收来自核心会话控制层( c s c ) 的呼叫控制模块( c c ) 的呼叫控制中间消息 和来自信令协议栈( s p s ) 的呼叫控制协议消息，调用进程查询( p q ) ，确定 应将此消息发送到哪个协议映射状态机( p s p m ) 进程，并封装为内部消息， 转发到对应的协议映射状态机( p m s m ) 进程； v ，接收来自协议映射状态机( p m s m ) 进程的内部消息，从内部消息中拆解出呼 叫控制中间消息或呼叫控制协议消息，并将其转发到呼叫控制层或信令协议 栈： 北京邮电大学硕士学位论文 s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 接收来自核心会话控制层( c s c ) 的承载处理( b p ) 、用户信息与路由( u i r ) 、 资源管理( r m ) 的承载控制消息、资源管理消息、电路管理消息，对消息头 进行处理，并将它转发到协议栈； 接收来自协议栈的承载控制消息、电路管理消息、资源管理消息，对消息头进 行处理，并转发到核心会话控制层( c s c ) 的承载处理( b p ) 、用户信息与路 由( u 瓜) 和资源管理( r m ) ； 接收来自o a m 的管理消息，将其分发到指定的功能模块； 接受其他功能模块发送的o a m 响应消息，转发给o a m ； 接受系统控制器( s c ) 发送的心跳检测消息，并返回心跳响应消息； 协议映射状态机模块( p m s m ) 负责完成： 接收来自消息接收分发模块( m r d ) 转发的呼叫控制协议消息，经过协议映射 状态机对象的处理，将其映射为呼叫控制层中间消息，再发送到消息接收分发 模块，由其转发给核心会话控制层( c s c ) ： 接收来自消息接收分发模块( m r d ) 转发的呼叫控制中间消息，经过协议映射 状态机对象的处理，将其映射为呼叫控制协议消息，再发送到消息接收分发模 块，由其转发给协议栈： 接收来自消息接收分发模块( m r d ) 转发的o a m 管理消息，执行相应的管理 操作，将响应消息发送到消息接收分发模块，由其转发给o 触讧； 接受系统控制器( s c ) 发送的心跳检测消息，并返回心跳响应消息； 通过对协议模块的细分可以清楚的认识到协议模块的功能就是完成协议消息的接 入，这包括以下两点： 1 协议消息和呼叫中间层消息的映射，映射的目的就是为了屏蔽不同的 协议消息； 2 判断不同的消息的不同状态，因为m r d 要分发消息很多，不同的消息 代表不同的呼叫和同一呼叫的不同状态，这要涉及到t c l r d 表的查询。 2 3 协议处理模块的设计机制 协议处理模块设计采用消息驱动机制。 为了充分提高系统性能，软交换在这种基于消息驱动的方式中采用了一种“单消 息分发一多消息处理( o n em r d m u l t im p s ) ”模型，如图9 所示： 1 2 ! ! 室坚皇奎堂堕主兰垡堡皇 s o f f s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 图1 0 m r d 消息分发图 如上图，消息处理模块( m p ) 1 1 、1 2 、1 _ 3 属于消息分发( 躲d ) 1 的消息接收与 分发对象，消息处理模块( m p ) 2 _ 1 、2 2 、2 _ 3 属于消息分发( m r d ) 2 的消息接收与分 发对象。 为了适应多c p u 的高性能服务器的需要，每一个功能模块都设计成多进程处理：其 中，消息分发和消息处理都使用独立的进程实现。 同一个功能模块内部的消息处理进程i _ i 、i _ 2 、l _ 3 与消息分发进程之间的通信使 用进程间通信方式( 如f i f o 、消息队列、共享内存等等) 。这要求消息分发和消息处理 在物理分布上必须处于同一个物理设备上。从系统性能的角度上，也应该处于同一个物 理设各上。 不同功能模块之间的通信方式可以采用进程间通信方式，也可以采用网络间通信方 式( m e s s a g eo v e rs o c k e t 等) ；具体根据功能模块的物理分布决定。如果两个功能模 块位于同一个物理设备上，则使用进程间通信方式；如果分布位于不同的物理设备上， 则使用网络通信方式。这种配置便于将系统进程分布式处理，可以很好的支持设备的升 级。 2 4 协议处理模块测试的说明 在上一节中，只是简单的介绍了协议模块设计的机制，并没有给出协议模块内部m r d 模块和p m s m 模块的详细设计，因为协议模块的测试是采用黑盒测试的方法，这样就没 有必要去了解协议模块内部的设计，这里只需要了解协议模块的消息分发机制就行了， 在下一章将详细介绍协议模块的测试。 北京邮电大学硕士学位论文s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 3 协议处理模块的测试 上一章提到了协议模块的测试采用黑盒测试的方法，在这里介绍一些与实际测试中 相关的一些测试理论。 3 1 软件测试的基本理论 3 1 1 软件测试的目的 信息技术的飞速发展，使软件产品应用到社会的各个领域，软件产品的质量自然成 为人们共同关注的焦点。不论软件的生产者还是软件的使用者，均生存在竞争的环境中， 软件开发商为了占有市场，必须把产品质量作为企业的重要目标之一，以免在激烈的竞 争中被淘汰出局。用户为了保证自己业务的顺利完成，当然希望选用优质的软件。 软件危机曾经是软件界甚至整个计算机界最热门的话题。为了解决这场危机，软件 从业人员、专家和学者做出了大量的努力。现在人们已经逐步认识到所谓的软件危机实 际上仅是一种状况，那就是软件中有错误，正是这些错误导致了软件开发在成本、进度 和质量上的失控。有错是软件的属性，而且是无法改变的，因为软件是由人来完成的， 所有由人做的工作都不会是完美无缺的。问题在于我们如何去避免错误的产生和消除已 经产生的错误，使程序中的错误密度达到尽可能低的程度。 但是，不论采用什么技术和什么方法，软件中仍然会有错。采用新的语言、先进的 开发方式、完善的开发过程，可以减少错误的引入，但是不可能完全杜绝软件中的错误， 这些引入的错误需要测试来找出，软件中的错误密度也需要测试来进行估计。测试是 所有工程学科的基本组成单元，是软件开发的重要部分。自有程序设计的那天起测试就 一直伴随着。统计表明，在典型的软件开发项目中，软件测试工作量往往占软件开发总 工作量的4 0 以上。而在软件开发的总成本中，用在测试上的开销要占3 0 n5 0 。 如果把维护阶段也考虑在内，讨论整个软件生存期时，测试的成本比例也许会有所降低， 但实际上维护工作相当于二次开发，乃至多次开发，其中必定还包含有许多测试工作。 因此，测试对于软件生产来说是必需的，问题是我们应该思考“采用什么方法、如何安 排测试? ” 由此可见，软件测试的根本目的就是为了增加软件产品的质量，使其在市场上的 竞争中占有优势，g r e n f o r dj m y e r s 在( t h e a r to f s o f t w a r e t e s t i n g ) 这本书中就软件测 试目的提出的以下观点： 软件测试是为了发现错误而执行程序的过程： 测试是为了证明程序有错，而不是证明程序无错误。 一个好的测试用例是在于它能发现至今未发现的错误； 一个成功的测试是发现了至今未发现的错误的测试。 这是一种比较狭窄的观点。作为纵观全局的软件开发人员或管理者，如果从软件过 程的角度来看测试，那么软件测试目的是：测试可以帮助发现当前开发工作所采用的软 件过程( 也是一个“软件”) 的缺陷，以便进行改进。 这句话可以这样来理解； 1 4 j ! 塞坚皇查堂堡主羔垡篓塞s o f l s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 测试并不仅仅是为了要找出错误。分析错误产生的原因和错误在开发的哪一个阶段 产生，具有非常重要的意义。 通过分析错误的原因，我们可以立即在开发行动中对其进行改正。同时，这种分析 也能帮助我们推理出与所分析的错误有关联的潜在错误，从而有针对性地设计出检测的 方法。 通过分析错误产生于哪一个开发阶段、而又在哪一个阶段被发现，我们可以判断从 错误的产生到错误的发现，跨越了多少个开发阶段。软件开发的一条重要原则是尽早发 现与修正错误。( 当然，更高的一条原则是尽量预防错误的出现。) 个错误能够超越 本开发阶段而不被发现，就指明了该开发阶段的检测手段有缺陷，从而也不难有针对性 地制定出加强的措施与办法。这也就是软件过程改进的一项重要内容。如果能做到在同 一开发阶段发现及修正错误，该开发机构就可以预期有一个高质量的产品及一个低成 本、高效率的软件过程。 因此，正确分析与利用测试的结果，我们可以非常有效地进行软件过程改进。 3 1 2 软件测试的基本方法 软件测试的方法和技术是多种多样的，根据软交换软件系统测试中的实际要求，介 绍几种与我们的测试有关的测试方法。 3 1 2 1 黑盒测试 黑盒测试也称功能测试或数据驱动测试，它是在已知产品所应具有的功能，通过测 试来检测每个功能是否都能正常使用。在测试时，把程序看作一个不能打开的黑盒子， 在完全不考虑程序内部结构和内部特性的情况下，测试者在程序接口进行测试，它只检 查程序功能是否按照需求规格说明书的规定正常使用，程序是否能适当地接收输入数锯 而产生正确的输出信息，并且保持外部信息( 如数据库或文件) 的完整性。黑盒测试方 法主要有等价类划分、边值分析、因一果图、错误推测等，主要用于软件确认测试。 “黑盒”法着眼于程序外部结构、不考虑内部逻辑结构、针对软件界面和软件功能进 行测试。 “黑盒”法是穷举输入测试，只有把所有可能的输入都作为测试情况使用，才能以这 种方法查出程序中所有的错误。实际上测试情况有无穷多个，人们不仅要测试所有合法 的输入，而且还要对那些不合法但是可能的输入进行测试。 黑盒测试方法是在程序接口上进行测试，主要是为了发现以下错误： 是否有不正确或遗漏了的功能? 在接口上，输入能否正确地接受? 能否输出正确的结果? 是否有数据结构错误或外部信息( 例如数据文件) 访问错误? 性能上是否能够满足要求? 是否有初始化或终止性错误? 批京邮电大学硕士学位论文s o r s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 3 1 2 2 白盒测试 白盒测试也称结构测试或逻辑驱动测试，它是知道产品内部工作过程，可通过测试 来检测产品内部动作是否按照规格说明书的规定正常进行，按照程序内部的结构测试程 序，检验程序中的每条通路是否都有能按预定要求正确工作，而不顾它的功能，白盒测 试的主要方法有逻辑驱动、基路测试等，主要用于软件验证。 “白盒”法全面了解程序内部逻辑结构、对所有逻辑路径进行测试。 “白盒”法是穷举路径测试。在使用这一方案时，测试者必须检查程序的内部结构， 从检查程序的逻辑着手，得出测试数据。但即使每条路径都测试了仍然可能有错误，这 是因为： 1 穷举路径测试决不能查出程序违反了设计规范，即程序本身是个错误 的程序。 2 穷举路径测试不可能查出程序中因遗漏路径而出错。 3 穷举路径测试可能发现不了一些与数据相关的错误。 3 1 2 3 单元测试 单元测试的对象是软件设计的最小单位模块。单元测试的依据是详细设计，单 元测试应对模块内所有重要的控制路径设计测试用例，以便发现模块内部的错误。单元 测试多采用白盒测试技术，系统内多个模块可以并行地进行测试。 一般认为单元测试应紧接在编码之后，当源程序编制完成并通过复审和编译检查， 便可开始单元测试。测试用例的设计应与复审工作相结合，根据设计信息选取测试数据， 将增大发现上述各类错误的可能性。在确定测试用例的同时，应给出期望结果。 应为测试模块开发一个驱动模块( d r i v e r ) 和( 或) 若干个桩模块( s t u b ) ，下图显 示了一般单元测试的环境。驱动模块在大多数场合称为“主程序”，它接收测试数据并将 这些数据传递到被测试模块，被测试模块被调用后，“主程序”打印“进入- 退出”消息。 驱动模块和桩模块是测试使用的软件，而不是软件产品的组成部分，但它需要一定 的开发费用。若驱动和桩模块比较简单，实际开销相对低些。遗憾的是，仅用简单的驱 动模块和桩模块不能完成某些模块的测试任务，这些模块的单元测试只能采用下面讨论 的综合测试方法。 提高模块的内聚度可简化单元测试，如果每个模块只能完成一个，所需测试用例数 目将显著减少，模块中的错误也更容易发现。 3 1 。2 。4 综合测试 时常有这样的情况发生，每个模块都能单独工作，但这些模块集成在一起之后却不 能正常工作。主要原因是，模块相互调用时接口会引入许多新问题。例如，数据经过接 口可能丢失；一个模块对另一模块可能造成不应有的影响：几个子功能组合起来不能实 现主功能；误差不断积累达到不可接受的程度：全局数据结构出现错误，等等。综合测 试是组装软件的系统测试技术，按设计要求把通过单元测试的各个模块组装在一起之 后，进行综合测试以便发现与接口有关的各种错误。 6 北京邮电大学硕士学位论文 s o f t ：s w i t c h 软件系统标准协议测试桩的设计与实现 某设计人员习惯于把所有模块按设计要求一次全部组装起来，然后进行整体测试， 这称为非增量式集成。这种方法容易出现混乱。因为测试时可能发现一大堆错误，为每 个错误定位和纠正非常困难，并且在改正一个错误的同时又可能引入新的错误，新旧错 误混杂，更难断定出错的原因和位置。与之相反的是增量式集成方法，程序一段一段地 扩展，测试的范围一步一步地增大，错误易于定位和纠正，界面的测试亦可做到完全彻 底。下面讨论两种增量式集成方法。 1 自顶向下集成 自顶向下集成是构造程序结构的一种增量式方式，它从主控模块开始，按照软件的 控制层次结构，以深度优先或广度优先的策略，逐步把各个模块集成在一起。深度优先 策略首先是把主控制路径上的模块集成在一起，至于选择哪一条路径作为主控制路径， 这多少带有随意性，一般根据问题的特性确定。以下图为例，若选择了最左一条路径， 首先将模块m 1 ，m 2 ，m 5 和m 8 集成在一起，再将m 6 集成起