（通信与信息系统专业论文）lte系统终端pdcp子层协议实现及测试.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 l t e 通信标准是3 g 的长期演进，也是目前移动通信领域的热门话题。其主要 的技术优势体现在：高数据速率，分组传送，降低延迟，广域覆盖以及向下兼容。 l t e 标准正以其独特的优势进入人们的视线。为了确保3 g 向4 g 过渡的平滑性和 连续性，l t e 系统的研究尤为重要。本文首先对l t e 发展做出分析，并研究了l t e 标准实现和测试的重要意义。 第一章主要介绍了l t e 的发展动态和其系统构架，在该章最后说明了该文的 选题背景；在第二章中分析了t t c n 的测试理论和测试方法，主要为s d l 和t t c n ， 详细的描述了t t c n 中测试时要搭建的测试环境，测试集的模型、结构和组成以 及构造测试例的步骤；第三章详细研究了p d c p 层的各个功能和该层要传输的p d u 结构，在该章最后描述了p d c p 层的原语和状态跃迁图的设计；第四章详述了p d c p 层安全性的实现过程，对该过程中用到的关键函数进行了说明，同时给出了测试 协议要求的对加密和完整性保护的测试数据，对s n o w 3 g 加密和完整性保护算法 的实现进行了v c 仿真，并将仿真结果与协议测试数据进行对比，验证算法的正确 性；第五章设计了p d c p 层数据传输的s d l 流程图，进而搭建测试环境，定义测 试例的相关参数和原语，构建测试例对数据传输进行了t t c n 仿真，并对结果作 出了分析。第六章对全文进行总结，并分析以后应当完善和进行的工作。 该文重点研究l t e 协议栈中p d c p 子层协议的数据传输和安全性功能的实现 和测试，对数据传输部分采用了t t c n 进行测试，由于项目未对安全性部分进行 t t c n 测试，于是该文采取了对其进行v c 仿真，确保功能的正确性。 关键字：p d c p ，s d l ，t t c n ，m s c ，致性测试 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t 刀抡s t a n d a r do ft h el t es y s t e mi st h e3 g p pl o n gt e r me v o l u t i o n , a n di sa l s oa p o pt o p i ci nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nf i e l d 。砀ev a n t a g e so ft e c h n o l o g ya l ef o l l o w i n g ： l l i 曲d a t ar a t e ，p a c k e td e l i v e r y , d e l a yr e d u c t i o n , w i d ea r e ac o v e r a g ea n db a c k w a r d s l r es t a n d a r d sh a v et h eu n i q u ea d v a n t a g e st oa t t r a c tp e o p l e sa t t e n t i o n i no r d e rt o e n s u r et h et r a n s i t i o nf r o m3 gt o4 gi ss m o o t h l y , t h er e s e a r c ho fl t es y s t e mi s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t h ep a p e ra n a l y s e s t h ed e v e l o p m e n to fl t es t a n d a r da n d d e s c r i b e st h es i g n i f i c a n c eo ft h ei m p l e m e n t i n ga n dt e s t i n go fi t i nc h a p t e ro n e ，t h ea r c h i t e c t u r ea n dt h et e c h n o l o g yo ft h ep h a s e sa r ed e s c r i b e d ， w h i c ha l s oi n t r o d u c e st h ef u t u r eo fl t e i nt h el a s to ft h i sc h a p t e rt h eb a c k g r o u n do f t h i sp a p e ri sa l s oi n t r o d u c t e d i nc h a r t e rt w o ，i td i s c u s s e st h et h e o r ya n dm e t h o do f t e s t i n go fs d la n dt t c n t h a th o w t oc r e a t eae a s ei sd e s c r i b e dd e t a i l e d i nc h a p t e r t h r e e ，t h ef u n c t i o no fp d c pd e t a i l e da n dt h ed e s i g no fa s pa n ds t a t ei sd e s c r i b e d i n c h a p t e rf o u r , w et e s tt h ep r o c e s so fs a f e t yb yv ca n di nc h a p t e rf i v et h ec a s e sa r e m a d et ot e s tt h et m a s t a t i o na n da n a l y s e st h er e s u l to fm s ca n ds e c u r i t y n 圮i m p l e m e n t i n ga n dt e s t i n go fp d c ps t r a t u ma r eu n d e r l i n e di nt h i sp a g e r t h e p o s i t i o no fp d c p i sb e t w e e nt h er l ca n dr r cs t r a t u m t l l i sp a p e rs h o w st h ed e t a i l so f t h ep r o c e s so fs e c u r i t yf u n c t i o na n dt h er e s u l to fv c ，d e s i g n sm s c ，c o m p i l e st e s t c a s e sa n dt h e nc o m p l e t e sc o n s i s t e n c ys i m u l a t i o nt e s to ft h ep a r to fd a t at r a n s f o r m a t i o n a tt h ep u r p o s eo fe n s u r i n gc o n s i s t e n c yb e t w e e nt h ei m p l e m e n t i n go fp r o t o c o la n dt h e s t a n d a r d k e y w o r d s ：p d c p ，s d l ，t t c n ，m s c 重庆邮电大学硕士论文 缩略语 a g w a m a m p s a r q a s a s p a t c a t s c t m f d r b e f s m e m m e m s 姗 e p s e t s e t s i f c c f s m g s m h a r q h s d f a h s u p a i s d n i s o 砌t l 1 l 2 l 3 缩略语 a c c e s sg a t e w a y a c k n o w l e d g e dm o d e a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t a c c e s ss t r a t u m a b s t r a c ts e r v i c ep r i m i t i v e s a b s t r a c tt e s tc a s e a b s t r a c tt e s ts u i t e c o n f o r m a n c et e s t i n gm e t h o d o l o g yf r a m e w o r k d a t ar a d i ob e a r e r e x t e n d f i n i t es t a t em a c h i n e e p sm o b i l i t ym a n a g e m e n t e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m e i r i r a nn o d e b e v o l v e dp a c k e ts y s t e m e x e c u t a b l et e s ts u i t e e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e f e d e r a lc o m m u n i c a t i o nc o m m i s s i o n f i n i t es t a t em a c h i n e g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d so r g a n i z a t i o n i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t l a y e r1 l a y e r 2 l a y e r 3 v 接入网关 确认模式 高级移动电话系统 自动重传请求 接入层 抽象服务原语 抽象测试例 抽象测试集 致性测试方法构架 数据无线承载 扩展有限状态机 e p s 移动管理 网元管理系统 演进型陆地无线网络 节点 演进型分组系统 可执行测试集 欧洲电信标准局 美国联邦通信委员会 有限状态机 全球移动通信系统 混合自动重传请求 高速下行分组接入 高速上行分组接入 综合业务数字网 国际标准化组织 被测协议实现 物理层 数据链路层 网络层 重庆邮电大学硕士论文缩略语 l f s r l t l 陋 m a c m a c i m s c n a s o f d m o f d m a o s i p c o p d c p p d u p i c s p d t r b i u c r n c r o h c i u 屺 s c o f d m a s d f s d l s d u s r b s u t t a c s t t c n u e u t l i n e a rf e e d b a c ks m nr e g i s t e r l o w e rt e s t l o n gt e r me v o l u t i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m e s s a g e a u t h e n t i c a t i o nc o d ef o ri n t e g r i t y m e s s a g es e q u e n c ec h a r t n o na c c e s ss t r a t u m o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n p o i n t so fc o n t r o la n do b s e r v a t i o n p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c o l p a c k e td a t au n i t p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n c o n f o r m a n c e s t a t e m e n 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 ai n f o r m a t i o nf o r t e s t i n g r a d i ob e a r e r r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r o b u s t h e a d e rc o m p r e s s i o n r a d i or e s o u r c ec o n t r o l s i n g l ec a r r i e r - o f d m a s e r v i c ed a t af l o w s p e c i f i c a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s e r v i c ed a t au n i t s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r s y s t e m u n d e rt e s t t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m t r e ea n d 而6 u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n u s e re q u i p m e n t u p p e rt e s t 线性反馈移位寄存器 下层测试 长期演进 媒体接入控制 完整性消息鉴权码 消息序列图 非接入层 正交频分复用 正交频分多址 开放系统互联 观察控制点 分组数据协议 分组数据单元 协议实现一致性说明 协议实现附加信息 无线承载 无线链路控制 无线网络控制器 鲁棒性头压缩 无线资源控制 单载波正交品分多址 接入 服务数据流 规范描述语言 服务数据单元 信令无线承载 被测试性 全地址通信系统 数表结合表示法 用户设备 上层测试 重庆由! 皇奎兰堡主迨壅 丝堕至 _ - - _ ，_ p - - _ _ - _ - _ - _ - _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ 。- _ - - - - _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ - _ - 一 u t r a n u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k w c d m aw i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s v n 陆地无线接入网 宽带码分多址接入 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1l t e 发展动态 第一章绪论 在2 0 0 4 年底国际标准化组织3 g p p 为了应对宽带接入技术的挑战，同时满足 新兴业务需求，启动了长期演进( l 1 飞) 技术的标准化工作。3 g p pl t e 的标准化 过程安排如下：2 0 0 4 1 2 到2 0 0 6 6 为研究阶段；2 0 0 6 6 到2 0 0 7 6 是工作阶段，完 成3 g p pl t e 的标准化工作，但由于暂时还有一些问题没有解决，推迟到2 0 0 6 9 才结束研究阶段，相关标准制定( 3 g p pr 7 ) 在2 0 0 7 年底才完成，到2 0 0 8 1 2 为止， 测试规范已基本完成除了终端一致性测试规范以外1 1 1 1 4 】。需要注意的是，s i 阶段认 为可行的技术不会自动进入w i 阶段，需要根据标准化过程不断甄选，深入细致化。 l t e 的s i 属于3 g p pr e l 7 ，w i 属于3 g p pr e l 8 。l t e 的协议规范主要包括射频规 范t s 3 6 1 系列、物理层规范t s 3 6 2 系列、高层规范t s 3 6 3 系列、结构和接口规 范t s 3 6 4 系列以及终端一致性测试规范t s 3 6 5 系列【2 j 1 6 j 。 跟第3 代移动通信系统相比较，发生了革命性变化的主要是3 g p pl t e 物理层 的传输技术、空口协议结构和网络结构。在物理层方面，正交频分多址( o f d m a ) 是l t e 下行采纳的多址方式，上行则采纳基于正交频分复用( o f d m ) 传输技术 的单载波频分多址( s c o f d m a ) s c o f d m 为单载波传输技术，特点是低峰 均比。而在网络方面，3 g 网络中许多和空中接口相关的功能都在r n c 中，致使 资源分配和业务不能很好的适配信道，协议结构过于复杂，对系统优化不利，而 l t e 网络只有e n b 和a g w 组成，网络结构明显扁平化。在空中接口协议结构方 面，和空中接口有关的功能被集中在e n b ，无线链路控制( r l c ) 以及媒体访问 控制( m a c ) 都处在e n b 节点上，进而可以对结构采取联合优化；同时，去除了 电路域交换，协议结构变得更加简单例。 从当前3 g p pl t e 标准化进程来看，通过变革网络结构，简化协议结构和采用 先进的传输技术，3 g p pl t e 已经基本实现了低时延、高频谱利用率、高峰值速率 和全分组的目标。 1 2l t e 系统介绍 l t e 采用由e n o d e b 构成的单层结构，去除了3 g 网络中的心c 网络单元， 将其功能集合到n o d e b 中，该种结构更加有利于简化网络和降低延迟，实现低时 延，低复杂度与低成本的要求。与传统的3 g p p 接入网相比较，l t e 中去掉了原有 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 网络中的r n c 节点。从名义上看，l t e 是对3 g 的长期演进，但实际上是对3 g p p 的整个体系架构作出了革命性的变革，使之更加趋近于i p 宽带网结构【4 】。 如图1 1 所示，3 g p p 初步确定l t e 的架构，也称为演进型u t r a n 即e - u t r a n 结构。接入网主要由两部分组成即：演进型n o d e b ( e n b ) 和接入网关( a g w ) 。a g w 是一个边界节点，如果将其视为c n 的一部分，那么接入网主要由e n b 一层构成。 e n b 不仅具有原来的功能，而且包括了r n c 的大部分功能，包括物理层、m a c 、 r r c 、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和i n t e r - c e l l r r m 等。e n o d eb 之间将采用网格( m e s h ) l 拘方式直接互连，这也是对原有u t r a n 结构的重大修改 【3 】【5 1 。 蝴鳜西er4b兹黝泐，卜eutran 一0 三一2 ；苎。：兹粉，l t 州b 遗否| 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 输服务，物理层传输服务是通过如何使用和使用什么样的特征数据在无线接口上 传输来描述的。 数据链路层l 2 ：数据链路层包括m a c 、r l c 和p d c p 三个子层，其中m a c 主要任务是：逻辑信道和传输信道的映射、属于一个或多个不同逻辑信道m a c s d u 的复用去复用、调度信息报告、通过h a r q 的错误修正、一个u e 的逻辑信 道之间的优先级处理、u e 之间通过动态调度而进行的优先级处理和传输格式选择 和填充；r l c 层主要任务是：传输上层p d u 、a r q 的错误修正、r l cs d u 的级 连、分段和重新组装、上层p d u 的按序递交、协议错误发现和恢复和r l cs d u 丢弃和r l c 重建；p d c p 层的主要功能是：发送和接收实体，分别采用r o h c 协 议对礤数据流进行头压缩和解压缩、传输数据、针对映射到r l ca m 无线承载的 p d c p 序列号进行维护、切换时上层p d u 的按序传输、针对映射到r l ca m 的无 线承载，在切换时对低层s d u 复制的清除、数据的加密和解密、控制平面数据的 一致性保护和一致性验证和给予定时器的丢包【6 】。 网络层l 3 ：网络层包括r r c 和n a s ，其中n a s 又包括e m m 和e s m 。r r c 层主要任务是完成无线资源的管理和控制等功能，如系统信息广播，u e 和网络之 间的r r c 连接建立、重建、维持和释放等；n a s 信令传输功能即实现在s l 接口 上对特定u e 进行n a s 消息的传送。 1 3 选题背景介绍 在我国的移动通信系统中第二代网络以g s m 为主导，第三代网络中 t d s c d m a 是我国具有自主知识产权的标准，它是基于c d m a 技术可以使语音、 数据、多媒体业务实现综合。3 g 系统相对于2 g ，其频谱利用率更高，同时可以 提供更丰富、更个性化的业务服务。为了进一步提高上下行数据的速率，做好3 g 技术的演进，3 g p p 在w c d m a 、h s d p a 、h s u p a 的基础上提出了l t e 无线接入 技术。作为无线网络的长期演进技术，l t e 在多址方式等关键无线技术上与传统 3 g 网络有很大的不同，其主要无线链路关键技术如下：l t e 多址接入技术；多天 线技术；信道编码和调制技术；多媒体广播多播技术；链路自适应技术；小区搜 索技术；随机接入技术；功率控制技术；小区间干扰管理技术；自动请求重传技 术；快速分组调度技术。 这么复杂的一个系统，它的协议实现产品不但要求功能正确完善、能够互通， 同时要求具有很好的性能，因此协议的实现与开发越加显得复杂，对标准有效性 的验证与通信软件的致性测试就显得更加重要。为了保证产品的质量，协议一 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 致性测试是一个必需而且越加重要的手段。 目前作为移动通信领域研究热点之一的l t e 系统，它的通信软件能否符合协 议的要求在很大程度上影响着l t e 的发展前景。因此，积极开展l t e 移动终端的 一致性测试技术研究，提供标准的、实用的一致性测试方法和工具，对准确地验 证移动终端设备的各项技术、信令和性能要求具有重要意义。 1 4 论文主要工作 该文介绍了通信协议测试的理论和方法并重点对l t e 系统p d c p 子层协议进 行研究，对其加密和完整性保护以及不同模式下的数据传输过程进行了v c 仿真和 t t c n 仿真测试。 该文的内容安排如下： 第一章绪论：介绍了l t e 系统发展动态、l t e 系统介绍和选题背景； 第二章通信协议测试理论：主要对通信协议的测试理论给出概念性的说明， 给出了测试例的结构和组成的细节，并详细说明了如何编写测试例。然后对一致 性测试和其步骤进行了说明。并对后续章节要用到的s d l 和t t c n 做了介绍，为 后续的协议测试做好理论准备； 第三章l t e 系统p d c p 层：主要对p d c p 层的协议作出了说明。对该层的结 构框架进行了介绍，详细说明了p d c p 协议定义的数据传输、重建、状态报告、 加解密和完整性保护校验，同时给出了p d c p 协议定义的数据单元的各种格式。 在最后列出了该层的状态设计和接口原语的详细信息； 第四章安全性功能设计：主要对p d c p 层的安全性作了介绍，详细说明了 s n o w 3 g 加密算法和完整性保护算法，对其计算过程和算法流程进行了说明； 第五章协议测试实现：该章根据测试协议的要求，对加密算法和完整性保护 算法测试数据进行了测试，得到测试结果。通过测试结果和测试数据的对比，来 观察算法是否可以正确的实现协议要求的功能。通过测试结果我们可以看出， s n o w 3 g 加密和完整性保护算法可以正确的实现协议要求的功能，完成数据的加 密和完整性保护。同时搭建测试环境，构建数据传输测试例，运行t t c n 后得到 m s c 图，来检测数据传输测试例的运行是否达到测试目的： 第六章结论：给出论文工作总结、论文主要贡献和存在的一些问题和进一步 工作。 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章通信协议测试理论 2 1 协议测试概述 第二章通信协议测试理论 活动或行为应该遵守的准则与规范我们称之为协议，协议是人类社会日常生 活中常常涉及到的。最早的协议出现在通信系统中，通信协议设计的历史和通信 技术本身一样悠久。长期以来，对于如何建立一个远距离上快速传输信息的系统， 是人们一直在探索和研究的问题。要想实现信息传输，一是需要有发送和接收信 号的硬件设备；二是要建立一整套规则和标准，用来约定信号发送和接收的方式 以及信号所能携带的意义，将这样的规则称之为协议【_ 7 1 。 协议开发的过程，主要分为：协议设计、协议描述、协议验证与性能分析、 协议实现、协议测试和协议维护这几个阶段。开发过程如下图2 1 所示： 图2 1 协议的开发过程 重庆邮电大学硕士论文第二章通信协议测试理论 形式化模型是协议分析和设计的核心技术之一。基于该模型，能够实现协议 的形式化规格进而为协议形式化分析和验证、协议的综合、协议的测试以及协议 的实现提供坚实的基础。 在软件测试的基础上逐步形成了协议测试。根据控制观察被测试软件的方式， 测试分为：白盒测试、黑盒测试与灰盒测试。白盒测试需要对每条语句至少执行 一次来检测所有代码的运行状况；黑盒测试仅仅测试软件外部能够观察到的行为 和动作，对程序内部构造不进行监控；白盒测试的测试能力最强，然而过程最为 复杂，对被测试软件的要求最高；黑盒测试只观察被测软件的输入和输出，测试 能力相对比较弱，但是测试过程本身也比较简单，对被测软件没有特殊要求；灰 盒测试则是将白盒测试和黑盒测试有机结合的一种测试方法，集合了两种测试方 法的优点【8 1 0 协议测试采用的是黑盒测试，它根据协议的标准，通过控制和观察被测协议 实现的外部动作来对其进行评估。协议测试主要分为四个方面，即：一致性测试、 互操作性测试、性能测试与坚固性测试。一致性测试主要测试协议的实现能否严 格遵循对应的协议描述，判断网络产品的协议实现是否符合协议的国际标准，是 协议测试的基本内容【9 】。针对l t e 系统接入层p d c p 子层协议的开发测试而言， 我们需要重点关心的是开发能否满足标准能否和其他基于同一个协议标准的产品 实现互通等问题，因此重点讨论一致性测试i l o j 。 2 2 一致性测试 在协议的早期发展阶段，协议测试技术主要是借鉴了软件测试的相关方法和 技术，比如采用根据功能划分的测试方法，针对性的对协议基本功能进行测试。 根据协议互联互通要求，这些测试远远不够，这是因为协议在不同的实现过程中 即便是具有对应的功能，往往很难实现互联互通，因此，国际标准化组织( i s o ) 和欧洲电信标准局( e t s i ) 在协议标准中提倡使用形式化规格语言，描述协议一 致性的基本测试方法和构架( c n 江f ) 从而形成了相对独立的协议测试规格语言， 并形成了相对独立的协议测试领域l l 。 验证根据协议所实现的产品是否正确首先是保证产品的实现与规范保持一 致，称这个过程为一致性测试【5 1 。 一致性测试中，o s i 协议实体是被测部分，i u t 所在的系统称为测试系统( s u t ： s y s t e m u n d e r t e s t ) 。一致性测试体系结构如下图2 2 所示： 6 重庆邮电大学硕士论文第二章通信协议测试理论 图2 2 一致性测试体系结构 m t 有上层测试( u t ：u p p e r t e s t ) 接口和下层测试( l t ：l o w e r t e s t ) 接口。 u t 和l t 使用控制观察点( p c o ：p o i n t so f c o n t r o la n do b s e r v a t i o n ) 对系统进行测 试。一般情况下，l t 是远程可访问的接口，于是m t 也定义一个远端的p c o ，即 在远端设置底层接口。每一个p c o 对应两个队列( f i f o ) ，分别为输入和输出。 在一致性测试框架( c t m f ：c o n f o r m a n c et e s t i n gm e t h o d o l o g yf r a m e w o r k ) 中严格 区分上下层测试的功能，上层测试由u t 控制，下层则是l t 控制。 m t 与l t 间使用抽象服务原语( a s p ：a b s t r a c ts e r v i c ep r i m i t i v e s ) 进行通信， 从框架图中可以看出，砌t 和l t 通过数据单元( p d u ：p r o t o c o ld a t au n i t s ) 进行 数据交换；p d u 使用a s p 对基本服务动作进行编码，也就是p d u 不是直接进行 交换，而是通过c t m f 允许根据p d u 的编码进行交互，即在抽象的测试中使用 p d u 进行交互，因此a s p 和p d u 不再加以区分l l 。 一致性测试是由i s 0 9 4 4 6 国际标准定义的一个完善的测试方法。根据i s 0 9 4 4 6 一致性测试方法理论的规定，测试包括三个部分：抽象测试集( a t s ，a b s t r a c tt e s t s u i t e ) 、协议实现一致性说明( p i c s ) 和协议实施附加信息( p i t ) ，同时在以上 三部分的基础上生成可执行测试集( e t s ) 【5 】。一致性测试过程主要如下： 1 根据协议规范，对协议规范的每个特性进行研究，并为每一个特性编写测 试目的。确定测试目的是验证产品能否正确实现规范中所描述的特点，覆盖t 的所有特性。 2 将每个测试目的编写成为抽象测试例( a t c ，a b s t r a c tt e s tc a s e ) ，每个a t c 都会详细地描述向t 发送什么信息，期望从i u t 当中接收到什么信息，为了达 到通过测试的目的，i u t 必须完成什么样的指定动作，以及在怎样的情况下t 未能通过测试等。 3 生成p i c s p i x i t 。一般情况下，整个测试集不可能应用在所有的m t 上， 需要执行一个测试选择的过程来决定个测试项对某一特殊t 的适用性。这种 7 重庆邮电大学硕士论文第二章通信协议测试理论 选择程序应该以协议实现一致性说明( p i c s ) 和协议实现附加测试信息( p i t ) 为依据。在设计p i c s p i x i t 时，需要根据a t s 中的规定，确认哪些参数包含在 p i c s 和p i x i t 中，然后，给参量赋一个相应的值，同时能够根据i u t 的不同属性 来修改其内容n 2 1 ，如图2 3 所示。 测试i u t 图2 3 一致性测试过程 a t s ：抽象测试集，用于描述测试过程的文本和提供测试项的规范。 p i c s ：协议实现一致性说明，用于说明实施的要求和能力以及可选项实施的情况。 p i x i t ：协议实施附加信息，用于提供测试时必须说明的协议参数。 e t s ：可执行的测试集，是测试集的软件实现体。 i u t ：被测协议实现，是指一个实际开放系统中需要进行一致性测试的部分，它应该为一 个或者多个o s l 协议的实现。被测试系统包含的n j t 可以是单层i u t 或者多层i u t ， 能力以及可选项的实现情况。 4 确定测试方法，根据不同的i u t ，用户应该采取不同的测试方法。一般情 况下，被测部分所在的系统会分为端系统和中继系统两类，在i s o i e c9 6 4 6 中， 这两类系统分别定义了不同的抽象测试方法。依据一致性测试器的上测试器( u d 和下测试器( l t ) 所在的位置和功能，端系统一致性测试方法大致可以分为4 类： 本地测试、分布测试、协调测试与远程测试。其中，本地测试能够在被测试系统 的t 的上下界面直接进行观察和控制，另外3 种测试方法属于外部测试法，其 中分布测试要求有一个上测试器( u t ) 提供该界面的a s p ；协调测试不需要上层 外接口，而是使用标准的测试管理协议( 弧但) 和下测试器进行测试管理和协调； 远程测试中没有专门的上测试器，部分测试功能由被测试系统来实现。这三种测 试法的下测试器( l t ) 都是由通信链路上传送的协议数据单元( p d u ) 对t 进 重庆邮电大学硕士论文 第二章通信协议测试理论 行观察和控制。 5 根据p i c s p i x i t 和测试目的编写测试列，生成可执行的测试集( e t s ， e x e c u t a b l et e s ts u i t e ) 。 6 通过生成的e t s 测试i u t 。e t s 能够使用户从整个测试集中选择一个或 者多个需要的测试例，测试肼以后生成测试报告。如果测试报告中指出了阿t 的错误，则产品的设计者就要对i u t 进一步的修改和完善，然后继续执行e t s 的 测试。 7 依据测试结果生成测试报告。一致性测试的一个重要的特性是：对在i u t 上执行的每一个测试例，都能得到一个明确并且是唯一的结果，即测试通过 ( p a s s ) 、测试失败( 蹦l ) 或者测试无结论( i n c o n c l u s i v e ) 。对于测试后结 果为无结论的需要通过再次执行测试例来获得通过或者失败的结果，这些测试结 果都将会在测试报告中予以描述，同时测试报告中会有执行测试例的完整记录。 2 3 规范描述语言s d l s d l 全名为“规格和描述语言 ( s p e c i f i c a t i o na n dd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，它 是原c c i t t 推荐的规范描述语言，定义在蓝皮书z 1 0 0 中。i t u t 在1 9 8 8 年推出 第一个版本，以后每四年进行一次增补和更新。s d l 与其他一些相关技术如 z 1 2 卜消息序列图( m s c ，m e s s a g es e q u e n c ec h a r t s ) 和z 1 0 5 抽象语法符 号( a s n 1 ，a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o no n e ) 一起形成一个完整的描述语言。 在协议软件的开发流程中，如图2 4 ，在系统规范描述与设计阶段使用s d l 。 用s d l 来实现的软件开发流程如图所示，它完全独立于硬件实现与操作系统。s d l 软件不仅可以用于规范描述和设计，它还可以把s d l 的描述和设计直接生成标准 的c 代码；用户也可以直接在s d l 描述和设计中嵌入产生的c 代码从而完成如图 2 4 所示的部分功能【l o j 。 s d lc 、c + + 、j a v at t c n 图2 4 协议开发流程 s d l 对对象使用扩展的有限状态机( e f s m ) 概念来进行描述。s d l 进程本质 上是对象，它们具有各种不同的状态，在每种状态下发送、接收和处理进程消息， 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章通信协议测试理论 对封装的数据完成处理，并具有确定的状态行为。 s d l 设计的系统是一个等级结构系统，主要包括如下图2 5 系统( s y s t e m ) 、 功能块( b l o c k ) 和进程( p r o c e s s ) 等。个系统可以包括很多块，每个块由一个 或多个进程组成，进程是s d l 系统中的最小处理单元，采用e f s m 来描述，所有 用户的处理和操作都在进程中完成。 s d l 主要有以下特点：能够用于从需求分析开始到具体实现的整个过程、可 用于实时响应系统、以图形的形式来表示，可视性好、具有可扩展的有限状态机 和面向对象的特性。 c 1 c 2 c 3 a s y s t e m b b l o c k 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章通信协议测试理论 i ： r o c e s sm a i n - _ - - - 2 4t r c n cp r o c e s s 图2 5s d l 结构 fg a m eo n lo i e n 蛳m e lg a m e p ：= i n u l l 、l i ， ( g a m e 一。仟 树表结合表示法( t r c n ) 是由i s o 和i t u 在i s o i e c9 6 4 6 3 中定义的一种 规范描述语言。顾名思义，树表结合表示法就是采用以树和表格为表现形式的测 试表示法，其中表格主要用于原语、数据类型、协议观察点和约束等的定义，树 用于描述测试集、测试例、测试步骤等。t t c n 是一种独立于协议、测试设备和测 试方法的抽象语言，它被广泛使用于通信测试中【8 】。t t c n 相关的概念如下： i u t ：被测实体，一个或者多个协议的实现实体，需要通过使用t t c n 来测 试和验证其正确性。 p c o ：控制和观察点，是测试环境中的一个点，通过该点可以观察和控制测 试事件的发生过程，也可以把该点当作是测试环境和被测实体之间的一个接口， 在接口通过观察和控制，可以跟踪测试事件的发生。 - a s p - 抽象服务原语，服务提供者和服务用户在层问交互的描述。 - l t 、u t ：下测试器和上测试器。相对于t 而言p c o 设置的位置不同分为 l t 和u t 。一般情况下，把测试点放在f u t 的上层来观察和控制彤t ，成为u t ， 反之，依然。 t e s ts u i t e ：测试集，由一整套完整的测试例( t e s tc a s e ) 组成，可以包括嵌 套的测试组( t e s tg r o u p ) ，用来执行一个或者多个o s i 协议的动态一致性测试。 重庆邮电大学硕士论文第二章通信协议测试理论 2 4 1t e s ts u i t e 测试模型 t t c n 的测试模型如图2 6 所示。t t c n 采用的是黑盒测试法，将t 当做一 个测试实体来进行考虑，依据测试者的测试目的，通过选择t 与测试环境的相 应接口进行测试，来达到测试与验证的目的。 t t c n 虽采用黑盒测试法进行测试，但需要通过与s d l 联合使用，才可以生 成消息序列图( m s c ) ，通过观察i u t 内部与环境间的消息和数据流，来达到查找 错误的目的。 2 4 2t e s ts u i t e 结构 图2 6 测试模型 s 、p d u s 】 s 、p d us 】 t e s t s u i t e 结构如图2 7 ，在t e s ts u i t e 的结构中，最关键的是t e s tc a s e ，其中 每个t e s tc a s e 都是为特定的测试目的而编写的，用来验证1 1 l 玎是否具有协议要求 的能力或者显示某种要求的动作和行为，例如在一个特定的状态发生一个特定事 件的情况下，有可预见的行为发生等。 t e s ts u i t e 中，嵌套的t e s tg r o u p 可以提供多个t e s ts u i t e 的逻辑顺序组织。t e s t g r o u p 可以嵌套任意深度。引入t e s tg r o u p 的主要目的是有助于t e s ts u i t e 的规划、 开发、理解和执行。 一个t e s tc a s e 可以由多个t e s ts t e p 组成，这更有助于理解t e s tc a s e ，并且能 把t e s tc a s e 具有的相同测试过程由一个通用的t e s ts t e p 实现，使得编写的测试例 可以更加的结构化和通用化。 1 2 重庆邮电大学硕士论文第二章通信协议测试理论 2 4 3t e s ts u i t e 组成 图2 7 t e s t s u i t e 结构 t t c n s u i t e 由4 个部分组成【9 】： 1 总览部分。它主要包括四个部分，其内容主要包括全面的信息以及对t e s t s u i t e 的理解，例如测试目的和测试参考的描述等： ( 1 ) t e s ts u i t e 的结构，包括相关参考的文档表示、t e s ts u i t e 结构描述，以及 测试组和测试目的选择标准的简单说明； ( 2 ) t e s tc a s e 的索引，包括所有t e