（通信与信息系统专业论文）gsmr网络和fas系统互联互通的测试理论与技术研究.pdf

北亲交通大学硕士论文摘要 摘要 以g s m r 网络和f a s 系统的互联互通为中心，围绕着测试理论的 基本知识和测试技术的应用展开研究，本论文共分两大部分： 一部分是关于互联互通测试理论中一致性测试的研究。主要从一致 性测试的概念、分类、模型、测试方法扣测试语言着手，总结了测试的 过程和步骤，详细研究了形式化描述语言t t c n ，介绍了t t c n 描述抽 象测试集的构成，t t c n 的行为树、行为表和语法构成；还用事实证明 了穷举测试是不现实的，给出了科学设计最小测试集的几种方法。但仅 有测试的理论是不够的，我们重点关注的是在铁路环境下，如何应用测 试理论来指导测试行为。为此，本文给出了铁路环境下开发一致性测试 软件的设计模型，分别设计了软件自动测试和软件人工手动测试过程， 包括测试用例的编写，并对这两种方法的优劣进行了分析，为以后的测 试工作探出了一条比较清晰的路子。 另一部分是关于互联互通测试理论中互操作性测试的研究。阐述了 互操作性测试的分类、模型、测试方法和测试过程，指出了互操作性测 试与一致性测试的异同，以及互操作性测试理论在我们实际测试工作中 的应用情况；这一部分的重点是结合本人实际测试工作，设计了最小测 试集，总结了g s m r 网络和e a s 系统互操作性测试中测试环境的搭建 过程，这在整个测试中是非常重要的，测试环境搭建完成后，按照编辑 好的测试用例即可完成全部测试。文中各部分系统的具体数据配置和一 些宝贵的解决实际问题的测试经验，可以留给正在做这方面工作的人或 对此内容感兴趣的人作为日后的参考资料。 【关键词】g s m r ，f a s ，互联互通，一致性测试，互操作性测试 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt oi n t e n v o r k i n gb e 伸e e ng s m r 矾咐o r ka n di a ss y s t e m ，b a s i c l ( 1 l o w l e d g e0 fl e s tt h e o r y 柚dt e s tt e c h n o l o g yi sr e s e a r c h e d t 0 t a l l y ，i h i sp a p e ri sd i v i d e d i n t o t o b 逗p a r t s ： a p a r ti sc o n c e m i n gw i i hc o n f 0 眦a n c et e s t i gw h i c hi sb e l o gl op r o i o c o l t e s to f i n i e 刑o r k i n gt c s tt h e o 珥a c c o r d i n g1 0j t sc o n c e p l s ，c l a s s m c a t i o ，t e s tm e c h o da i l dt e s t l a n g i l a g e ，t i l es u 皿瑚qf o rt e s t sp r o c e s s c sa n ds t e p sa f eg i v e n ，a n dt e s t s 。f 时a r e ，s m o d e li sd e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h er e l a t c dt e s ts t a n d a r d s ，u s i n gr e l a i e dc e s ic o o l s ，t h e a u 0 m a t i cs o f t w a r et e s ia n di h ea r t i 丘d a ls o f t w a r et e s ta r ed e s i g n e df e s p e c l i v e l 弘t h e a d v 姐t a g ea n ds h o n c 。m i g so “h e s em ok i n d so fp f o c e e d i n gm e m o d sa r ea n a l y z e d ， e x p l o d l l gad e a f e rr o a df o rt e s tw o r ki nf u t u f e f i a u y ，i “se x p l a i e dl l l a h ef u l lt e s t e x a m p l e si sn o tr e a l i s t i cu s i n gt h em e o f j e s a f t e rt h a l ，b a s e do no l d e rg e n e m c i o n s r e s e 甜c hr e s u l t s ，t h cm e _ 1 1 1 0 dh o wt og ot 0t h es c i e n 衄cd e s i g nt e s t e x a m p l ei s i n t m d u c e d ；i ti s o te t l o u g ht h e r ei so 1 yt h ec h e o r i e so fl h et e s t ，w h a tw em u s tp a y a t t e m i o nt 0i sh o wt oa p p l yt h e s et e s tt h e o r i e st og u i d et h et e s tb e h a v i o ru n d e r 血e r a i h v a ye n v i r o m n e n t f 0 rt h i sp u r p o s e ，p f o c e s s e so fc o n s i s t e n c yl e s to fi a ss y s t e ma r e p o i n t e do u t ，w h i c hbr e l a 【e dw i 山m ya c t u a lt e s tw o r ke x p e r i e n c e s 1 h ei e s ll h e o r i e s l 【i l o w l e d g ea r ea p p l i e df o r 叫rg s m _ rs y s i e me n g i n e e r i l l gp r a c c l y a n o t l l e rp a ni sa b o u tl n i e m p e r a b i l i t yt e s t i l l g f i r s t ，沤c o n c e p t s ，c l a s s m c a t i o n ，t e s t m e t h o da n dt e s t p m c e s sa r ea l s o 缸r o d u c e d w h a tw er e s e a r c ho nn e x ts t e pi s s h o w n t h ed i 位r e n c cb e t w e e ni n t e m p e n b i l i t yt e s i i l l ga n dc o n f o r 玎蛳c et e s t i n gi s c o n 仃a s t e d a c c o r d i n gt om yw o r k s ，k s ss u 诋a r ed e s i g e d ，m cp r e p a r a “o nf o ri e s t e n v i m n m e n to f i n t c r o p e m b i l i t yt e s i 咄b e m e g s m rn e t w o r ka n df a ss y s t e mi s s u m m 州z e d ，t h ec o c r e t ed a t ac o | j g l a i i o s 柚dt e s te x p e r i e n c e sa r es h o 、v ，w h i c h c a nb eg i v e nc ol h e s ep e o p kw h oa i ei n t e r e s t e di ni to rw o f kf o ri ta si h er e f e r e n c e r e s o u r s e f i n a l l y o f i e n t a t i o nt h a tw en e e dr e s e a c ho n 王t e m p e r a b n i t yt e s t i gi sp o i t e d 【l 时w o r d s 】g s m r ，f a s ，k i e n v o r k i g ，c o f 0 皿蛆t e s t i n 凸i n l e f o p e r a b 丑i t yi e s t i l n g 北京交通大学硕士论文 第一章引言 第一章引言 1 1 概述 1 1 1 网间互联互通测试的重要性 为促进信息产业的发展，各国对信息产业的运行平台信息网络， 增加了大量的投入，经过几十年的建设，我国目前已经形成了覆盖全国 的通信网络，如固定电话网、移动通信网和数据通信网等，这些单独的 网络为各种通信业务的开展提供了保障的同时，也使得信息网络朝着多 样化和复杂化的方向发展。越来越多地，人们要求原有的单个网络实现 的各种业务及功能可以跨网络运行，即实现网间的互联互通，如 g s m c d m a 制式手机和小灵通互通电话和互发短信的需求促近了移动 网络和固定网络之间无缝连接；人们对上网速度的要求使光网络和计算 机网络得以互联互通；对信息媒体快而准确接收的要求使电视广播网与 卫星网络融合在一起；电信网、广播网和计算机网络之间的“三网合一” 更是网间互联互通的典型代表；而基于i p 的多媒体子系统i m s ( 口 m u i t i m e d i as u b s y s t e m ) 实际上则是移动网络( 2 g 2 5 g 3 g ) 、p s t n 、 i n t c m e t 、s l 和w l n 互通的平台，目的是更好的为大众提供更加丰 富多彩的网问业务。 1 1 r u _ ti 1 1 x 定义互联互通( i i l t e m o r l ( i n g ) 为：“在不同网络或系统 中的实体之间支持通信交互作用的手段”。使用“互连互通”来表达网络 之间进行端到端的通信时基于功能的相互作用，这种功能上的相互作用 体现为不同功能之间的相互匹配，包括物理和电气状态的匹配，协议的 北京交通大学硕士论文 第一章引言 映射。不同网络之间以及同一系统中不同设备间都需要互联互通，其主 要目的就是使用户在不同的网络中得到更普遍的服务，为信息的传播和 互享提供更便利的条件，避免建立多余的承载连接，从而节省网路资源。 很多人都认识到网络间互联互通的重要程度，那我们是不是把网络 互联后就直接投入使用，让网络在日后的日子里慢慢“磨合”呢! 这显 然是不可取的。首先这会造成经济上的巨大浪费；再者，我们对互联后 会出现什么故障全然不知，网络互联后对现有的生活有怎样影响，我们 也不知道。最终，“互联”的结果是否可以“互通”，我们没有信心。而 且，当前的网络运行状况使得传统的维护方法越来越无法满足要求：被 动的监测问题，解决问题，而这时网络故障已经出现，经济损失已经发 生；同时，人们对信息网络也提出了更高的可用性、稳定性、响应性( 运 行效率) 的要求；很多用户要求网络互联时一周7 天，甚至每天2 4 小时 都是可用的。 那么，怎样才能提高网络之间互联互通的能力昵? 在网络正式运行 之前对其进行互联互通测试可以解决这个问题。 主动的进行互联互通测试可以弥补网络直接互联后无法互通的不 足，而且它是己被证明的最有效提高网络应用程序及网络系统之间运行 质量的方法。本文就是通过研究g s m r 网络和f a s 系统之间互联互通 的测试理论知识及其在铁路中的应用，进而将其中的测试原理及技术映 射到整个信息网络的互联互通测试中去。 那么，在铁路环境下，g s m r 网络和f a s 系统的框架结构又是如 何构成的呢? 1 1 2 铁路综合数字移动通信网络g s m r 一个g s m r 陆地移动网络( 简称“g s m r 网络”) 由若干个功能实 北京交通大学硕士论文第一章引言 体组成，这些功能实体所实现的功能集合就是网络能够提供给用户的所 有基本业务和补充业务，以及对于用户数据和移动性的操作、管理。 g s m r 陆地移动网络主要由5 个子系统组成： 交换子系统 交换子系统主要由m s c 、v l r 、h l r 、a u c 、g c r 、1 w f 和a c 组 成。 m s c ( 移动业务交换中心) 用于处理呼叫控制和话路交换功能，包 括用于移动台的调度功能，以及g s m r 网络与铁通专用固定网络、有线 调度网络互联互通时所需要的功能。另外，它还负责连接无线列车控制 系统的无线闭塞中心，起着列车控制信息传送通道的作用； 瑚且( 归属位置寄存器) 是g s m r 网络的主要数据库，用于存储在 网络中永久注册的移动用户的静态数据信息和一些临时动态数据信息， 实现对移动用户的管理。一个g s m r 网络里可以有不止一个h l r ，它 的数量决定于用户的数量、设备的容量和网络的组织结构； v l 且( 拜访位置寄存器) 本质上是一个数据库，其中存储了所有当 前漫游到其服务区域的用户信息。当一个g s m r 用户进入新的位置区时 首先要进行位置登记，这一区域的m s c 注意到这一登记的信息后，就把 g s m r 用户所在位置区的识别信息传送给v l r 。如果g s m r 用户没有 进行登记，漫游区的且就会从g s m r 用户的h l r 获取信息以使呼叫 能够处理。当用户离开当前v u t 后，用户的临时数据信息将从v l r 中 清除； a l u c ( 鉴权中心) 存储认证码和算法，用于g s m r 用户创建认证参 数。在允许用户访问g s m r 网络之前，要为每个g s m r 用户在a u c 中创建认证参数。v l r 用认证参数来进行认证检查，以确定g s m r 用 户是否有权访问g s m 。r 网络和建立呼叫。为此，需要将认证参数集( 三 北京交通大学硕士论文第一章引言 元组) 发送给v l r ，并产生新的参数集以填充a u c 数据库； g c r ( 组呼控制寄存器) 是g s m r 网络中的一个新数据库，用来存 储v g c s 和v b s 与组呼相关的数据，包括组i d 、调度员地址、所属m s c 区域下行链路小区i d ，以及与其相关的e m p 优先级信息。每一个组 i d 都与其相应的小区列表一起存储，形成特定的组呼区域。特定语音组 呼的g c r 数据，在创建组呼属性时设定，并且在随后还可以修改； 1 w f ( 网络互联功能) 用于传真和数据协议转换，和或完成到 p s t n i s d n 的调制解调功能，这些功能对于电路交换的数据业务都是必 需的。另外它还执行呼叫建立和释放信令功能，提供数据电信业务，包 括承载业务和数据终端业务； a c ( 确认中心) ，用于紧急呼叫的确认。 基站子系统 基站子系统b s s 由b s c 、b t s 和n 洽u 组成，完成g s m r 的无线 接入功能。 b s c ( 基站控制器) 是基站子系统中的智能部分，处理基站最重要 的控制功能，同时也执行无线处理功能，例如无线资源管理、无线信道 管理、本地连接管理、以及安全功能，增加p c u 模块后，还可以支持 g p r s 功能； b t s ( 基站收发信机) 是g s m r 网络中固定部分与无线部分之间的 中继，移动用户通过空中接口与b t s 相连，主要由天线、耦合系统、收 发信机( ) 和基站公共功能( b c f ) 组成。整个g s m 。r 网络的r s 是沿铁路分布的，以形成沿铁轨的椭圆形小区，为铁路沿线的移动台提 供无线通信； 认u ( 编译码和速率适配单元) 的功能是对位于基站和交换机之间 的每一个业务信道上的不同传输速率进行适配。同时还可以针对铁路沿 北京交通大学硕士论文第一章引言 线恶劣环境，提供噪音抑制，消除回声等功能，从而改善通话质量。 g p r s 子系统 g p r s 子系统主要由s g s n ，g g s n ，d n s 及r a d i u s 组成。 s g s n ( 服务g p r s 支持节点) ，主要作用是记录移动台当前的位置 信息，并且在移动台和s g s n 之间完成移动分组数据的发送和接收。在 激活g p r s 业务时，s g s n 建立起一个移动性管理环境，包含关于这个 移动终端的移动性和安全性方面的信息； g g s n ( 网关g p r s 支持节点) ，是g p r s 网络与外部p d n ( 分组数 据网) 相连的网关，它能提供网络接入控制功能、路由选择和转发功能， 以及用户数据管理和配合s g s n 实现移动性管理的功能； d n s ( 域名系统) ，用于s g s n 、g g s n 对a p n ( 接入点名称) 进行 解析： r a d i u s 服务器，r a d i i l s 协议是1 p 网的用户认证、计费协议。当用户 认证成功后，由r a d i u s 服务器负责开始计费。 智能网子系统 g s m r 智能网子系统中主要的物理实体包括s s p 、s c p 、i p 、s m s 及s c e 等。 s s p ( 业务交换节点) ，提供交换子系统与智能网子系统之间的接口， 可检测出g s m r 智能业务的请求，使其与智能网进行通信，进而对智能 网的请求作出响应，也允许智能网中的业务逻辑影响呼叫处理； s c p ( 业务控制点) ，包括g s m r 智能网的业务逻辑，通过对s s p 发出的指令，完成对智能网业务接续和计费的控制，以实现铁路特定的 业务功能。同时还具有业务数据功能，包括用户数据和网络数据，以便 业务控制功能在执行g s m r 智能网业务时实时提取； i p ( 智能外设) ，在s c p 的控制下提供业务逻辑程序所指定的各种专 北京交通大学硕士论文 第一章引言 用资源，包括d t m f ( 双音多频) 接收器、信号音发生器、录音通知等 功能； s m s ( 业务管理系统) 负责协调不同的业务控制功能和业务数据功 能的请求； s c e ( 业务生成环境) 主要用于规定开发和测试在智能网中所提供 的业务，并将验证后的业务逻辑、管理逻辑和业务数据等信息输入到s m s 中。 操作维护子系统 操作维护子系统是操作人员和系统设备之间的中介，它实现了系统 的集中操作与维护，完成了包括移动用户管理、移动设备管理及网络操 作等功能。如，n s s 的操作和维护中心o m c s ，b s s 的操作和维护中心 o m c r ，g p r s 的维护终端和智能网维护终端。 目前，g s m r 网络还需要提供与铁路电话网、铁路d m i s ( 数据管 理信息系统) 厂r m i s ( 票务管理信息系统) 、有线调度业务的固定用户接 入系统( f a s ) 等系统进行互联，共同提供业务或共享信息。特别是g s m _ r 网络和e a s 系统的互联互通更是体现了铁路环境下移动网络和固定网络 的融合。 1 1 3 固定用户接入系统f a s g s m r 应用于铁路后，为了实现与有线通信系统之间的互联互通， 要求区段调度系统全面升级为数字设备，并且能够提供支持d s s 1 ( 1 d i 垂t a ls u b s c 曲e rs i 印a 1 ) 信令的标准基群速率接口与g s m - r 兼容的业务， 于是在原有数字调度通信基础上产生了f a s ( f i x e da c c e s ss w i t c h ) 系统。 f a s 系统从总体上分为主f a s 系统、从f a s 系统和网管系统等三大 部分： 北京交通大学硕士论文第一章引言 主f a s 系统 主f a s 系统是专供组织铁路运输生产的行车调度员、货运调度员、 电力调度员及各专业生产调度员，通过调度台向所管辖区段内的各站业 务值班员、机车台以及无线终端，发布命令和听取汇报的专用设备，一 般位于调度所和指挥中心，如铁道部或各地的铁路局； 从f a s 系统 从e a s 系统作为各车站内数字化调度分机及数字化站场集中机设 备，构成以信号楼值班员或车站运转室值班员为中心的站内通信系统， 包括调度分机的接入、站间通信的接入、站场用户的接入等； 网管系统 网管系统一般设在调度指挥中心，对主f a s 系统及全线的从f a s 系 统进行统一管理和维护。 f a s 系统基本结构和功能基于区段数字调度系统并实现了p a b x ( 专 用交换机) 的功能，不仅能够用于铁路调度通信、专用通信和站场通信， 还支持i s d n 的各种基本业务和补充业务，根据铁路现有通信设备状况， 作为过渡阶段的方案，f a s 还可以提供与模拟系统兼容的接口。此外， f a s 也支持g s m - r 网络提供的特殊业务。r 峪系统和g s m r 网络互联 结构图如下： 北京交通大学硕士论文 第一章引言 图1 - 1e s 系统和g s m r 网络互联结构图 具体的业务实现将在第三章进行详细介绍。 1 1 4 从测试到互联互通的协议测试 测试是在精心控制的环境下，试图通过实验的方法找出错误的过程。 在测试过程中既要模拟被测系统正常工作的情况，也要模拟异常工作的 情况；既要模拟被测系统单独运行的情况，也要模拟若干个被测系统互 相通信的情况。 协议测试实际上是在假设协议实现有错的前提下，通过实验，找出 协议实现错误的过程。由于无法对一个系统进行无穷尽的测试，所以测 试并不能保证被测系统的完全正确性。因此，只能证明“存在错误”，而 不能证明“不存在错误，这是协议测试的基本出发点。 协议测试理论是协议工程学的一个重要分支。研究协议测试理论的 原因在于一个标准化的协议并不能确保该协议的实现之间能够成功地进 行通信。一般情况下，制造和生产通信设备的开发人员并没有参与协议 北京交通大学硕士论文第一章引言 标准的制定，而一个协议标准也可能有众多厂家的不同实现。由于协议 标准目前基本上是使用自然语言描述的，实现者对于协议的不同理解会 导致不同的协议实现，有时甚至会是错误的实现，可能会由此造成严重 的后果，无法挽回，因此需要一种有效的方法来对协议实现进行判别， 这便是“协议测试”。 协议测试是从软件测试的基础上发展而来的。一般的软件测试可以 分为结构测试和功能测试： 结构测试又称为“白盒测试”，它根据对程序的内部逻辑结构的分 析来选取测试用例。由于测试用例对程序逻辑覆盖的程度决定了测试完 整性的程度，因此，白盒测试也称为逻辑覆盖测试，其目的是通过执行 每条语句、遍历程序的各个分支来检查整个程序代码； 功能测试又称为“黑盒测试”，它完全不考虑软件的内部结构和内部 特征，而只是依据设计要求对从外部可以观察到的软件功能进行测试， 向被测系统输入预先准备好的数据，然后检验系统的输出，看与预先的 设想是否符合，若不符合，则说明系统有错误，这样的输入输出数据就 是选取的测试用例。在黑盒法中，一个关键的问题在于如何选择一组合 适的、正确的测试用例，以最少的测试用例对被测系统的功能进行最大 程度的覆盖，从而最大限度地检测出可能存在的错误。协议测试把被测 实现i u t ( i i n p l e m e n t a t i o nu n d e r t e s t ) 看成一个黑盒，通过控制观察该系 统的外部行为来确定它是否达到了协议标准所要求的功能，而不涉及程 序的内部结构，所以属于“黑盒测试”。 目前，协议测试主要分为四类：一致性测试、互操作性测试、性能 测试和健壮性测试。 一致性测试( c o n f o i l a n c et e s 鼬g ) 一致性的含义是：如果某个实际系统与其它的实际系统的通信过程 北京交通大学硕士论文 第一章引言 符合所用协议的国际标准，则称该实际系统展示了一致性。一致性测试 正是用来检测所实现系统与协议规范的符合程度。一致性测试的主要目 的是提高不同系统之间能够互通的概率。虽然一致性是保证互通能力的 必要条件，但并不是充分条件。即使两个实现都与同一个协议规范一致， 它们也有可能完全不能互通。如果两个实现都与某个协议标准的子集相 一致，则这两个系统之间在此情况下互通要比在其它情况f 互通容易实 现； 互操作性测试( i n t e m p e r a b i l i t y t e s t i n g ) 互操作性测试用来检测同一协议不同实现版本之间、或同一类协议 不同实现版本之间互通能力和互联操作能力； 性能测试( f a c i l i t yt c s t i n g ) 它用来检测协议实现或系统的性能指标( 如：数据传输率、连接时 间、执行速率、吞吐量和并发度等) ； 健壮性测试( r o b u s 眦s st e s t i i i g ) 检测协议实现或系统在各种恶劣环境下运行的能力( 如：信道被中 途切断、通信技术掉电、注入干扰报文等) 。 其中，涉及到系统互联互通测试的有一致性测试和互操作性测试， 它们也是协议测试中两种最基本的测试。一致性测试是保证单通设备与 协议标准的一致性，即保证自己没有问题的一种测试技术；互操作性测 试则是在一致性测试的基础之上进行，即测试各个系统之间互联互通性 能的过程。 本论文主要从一致性测试和互操作性两方面入手研究g s m r 网络 和f a s 系统的互联互通测试理论及测试技术，通过实现各种网间的业务 进而验证各自协议实现的准确性。 北京交通大学硕士论文第一章引言 1 1 5g s m r 网络和f a s 系统互联互通的d s s 1 协议 p r i ( p r i m a r vi i l t e r f a c e ) 是i s d n 基群速率接口，在铁路环境下，它 主要负责g s m r 陆地移动网络和e a s 固定网络之间的数据传输，如t 文图1 1 所示，传输速率值为2 0 4 8 k b d s ，即2 m 。p r i 接口主要包括三层 结构，即：物理层、链路层和网络层，每层工作时使用的协议都是不 同的：物理层使用p c m 系统；链路层使用“蛆d 接入协议：网络层则 定义了0 9 3 1 分组格式。通常把i s d n 的链路层和网络层协议一起称为d 通路协议，国际电联称其为1 号数字用户信令( d s s 1 ：n o 1d 球t a l s u b s c d b e rs i 龋a 1 ) 。 第一层物理层 p r i ( 3 0 b + d ) 物理层提供2 0 4 8 m b i 怕的速率，传输码型采用h d b 3 码。p r i 物理层的一帧由3 2 个时隙组成，长1 2 5 ps ，每个时隙8 b j t 。1 6 个帧组成一个复帧，长2 m s 。时隙o 用于帧同步和维护，时隙1 6 用于d 信道传送信令，l 1 5 和1 7 3 1 用于传送信息的b 信道。图1 2 为p r i 的帧结构： 时隙0时隙1 l 帧= 2 5 6 ( 1 2 5 u s ) 图1 1 2p r i 物理层帧结构 第二层数据链路层 第二层采用d 信道链路接入规程( l a p d 协议) 。【a p d 是以帧为单 位，具有差错控制功能的高可靠性用户一网络信息传送规程。第二层主 要提供以下功能： 建立连接：向d 信道提供一个或数个逻辑连接 北京交通大学硕士论文 第一章引言 帧传送：帧的分割、同步及透明传输 顺序控制：保持帧的发送、接收顺序- 致 差错检测：检测出传送误差、格式误差、动作误差 差错纠正：纠正检测出的误差或通知纠正不了的误差 流量控制：对证实转换方式的帧进行流量控制 l 廿d 的帧结构基于h d l c ，以字节为单位组帧。其基本结构如图 1 - 3 所示。 1 、一帧的开始和结束由比特序列“0 1 1 1 1 1 1 0 ”表示，各占一个字节； 2 1开始标志之后是地址段，占用两个字节，由s a p i 、t e i 、c 瓜比 特和地址扩充比特e a 组成。s a p i 为业务接入点指示，表示提供业务的 种类，s a p i = 0 表示呼叫控制，s a p l = 1 6 表示分组数据，s a p l _ 6 3 表示第 二层管理信息；t e i 标识各个终端，在b r i 上使用，在p r j 上不启用t e l 分配程序，均设置为0 ；c 瓜表示是用s a b m e ( 置扩展异步平衡方式： 启动多帧操作) 帧请求，还是用u a ( 无编号确认) 帧响应；e a = o 表示 下一个字节也是地址段，e a # 1 表示地址段字节中止； 3 )地址段之后的控制段包含1 个或2 个字节，包括帧类别信息和查 询中止( p f ) 比特。当该帧为指令帧时，作为查询p ；当为响应帧时， 作为中止f 。p = 1 表示要求对方发回响应，f = 1 表示对p = 1 的响应； 4 1信息段包含d s s 1 第三层消息和分组通信协议x 2 5 的第三级分 组数据； 5 )f c s 是帧检验序列，在帧发送端送出，在接收端用于检测是否有 传输差错。如果发现差错，接收端则废弃该帧。 1 2 北京交通大学硕士论文第一章引言 8 76 54321 011l111 0 s a p ic ，re a 0 t e ie a l 控制段 信息段 f c s f c s 0l1l1110 幽1 - 3u ”d 帧结构 l 奸d 帧有四种类型：信息传送帧( i 帧) ，监视帧，非编号帧和控 制信息交换帧。信息帧做为指令，用于多帧方式，包含了发送帧顺序号 和证实对方i 帧的接收帧顺序号。监视帧包括准备接收( r r ) 、不能接收 ( r n r ) 和请求重发( r u ) 三类，用于多帧传送时进行流量控制和检 测重发。非编号帧是单帧方式，主要有s a b m e ( 激活建立多帧模式的 逻辑链路) 、d i s c ( 多帧模式逻辑链路拆线) 、d m ( 多帧模式逻辑链路 能否建立的应答) 、u a ( 非编号确认，对s a b m e 和d i s c 的应答) 、f r m r ( 应收帧异常指示) 和u i ( 非证实模式下传送信息) 。控制信息交换帧 ( d ) 用于预先调整i 帧长度和输出标准帧个数。 第三层呼叫控制 d s s 1 第三层包含基本业务和补充业务的呼叫控制。通过在d 信道 上传送呼叫控制消息来进行呼叫的建立、中断恢复和释放等过程。第三 层的呼叫控制消息是d s s 1 的核心内容之一，它的基本结构如图1 4 所 7 卞： 北京交通大学硕士论文第一章引言 图1 4 第三层消息基本格式 各个信息单元的含义解释如下： 协议标识符 协议标识符用来表示d s s 1 第三层所采用的协议，呼叫控制采用 q 9 3 1 协议，用“0 0 0 0 1 0 0 0 ”表示。在分组通信时不包含协议标识符单 元。 呼叫参考 在p r i 接口，可以通过一条第二层的逻辑链路传递多个呼叫的呼叫 控制消息，呼叫参考就是用来区分不同的呼叫。公共部分第二个字节的 比特1 4 表示呼叫参考值的长度，从第三个字节开始为呼叫参考值。呼 叫参考值在p r i 上通常是2 个字节，允许最长到3 个字节。呼叫参考第 一个字节的比特8 称为特征位，用来区分来话呼叫还是去话呼叫。 消息类型 消息类型是表示在呼叫建立和释放过程中，进行什么样的呼叫处 理。也可以理解为消息的名称。d s s 1 第三层基本消息类型见表1 1 ： ti公共部分ll+t单元部分上 北京交通大学硕士论文第一章引言 表1 1d s s 1 第三层基本消息类型 种类名称种类名称 s 删ps u s p e n d 信 呼 s f i u p a c k 息 s u s p e n da c k 叫 c a l lp r o c e e d i n g 传 s u s p e n dr e j e c t 建 递 立 a l e r r d g 阶 r e s u m e 消 p r o g r e s s段r e s u m 卫a c k 息 消 c o n n e c t 息r e s u m e 砌e c l 呼 d i s c o n n e c t玳f o r m o n 苴 叫 i 也i 正a s e ，、 n o 耵f y 释 它 放 r e l e a s ec 0 h 口ie t e 消 s 1 ：i t 【，se n o u i r y 消 息 r e s t a r t 息 s ，l 几i s 4 其中s u s p e n d 相关消息和r e s u m e 相关消息仅用于基本速率接口( b r i ) 各个消息内又由多个必选信息单元和可选信息单元构成。 必选信息单元和可选信息单元 信息单元也是以字节为单位，不同类型的消息具有不同的必选信息 单元和可选信息单元。必选信息单元就是该类型消息中必须带有的信息 单元，可选信息单元是根据具体业务和呼叫要求选择的，一般只要必选 信息单元完全，就不会影响到正常的呼叫处理。 1 2 本课题的研究意义 把g s m r 通信系统引入到铁路通信中来，可以向用户提供许多网 间业务，这些网间业务包括：网间点对点呼叫( p t p ) 、网间点对多点呼 叫( v g c s v b s ) ，网间调度命令的传送，等等。毫无疑问，这些业务 的出现，势必要求整个g s m r 通信系统工程具有强大的网间互联互通能 力，才能保证在铁路这个特殊环境下，各种业务能够准确、可靠的实现， 而衡量网间业务实现的标准之一则是通过验证业务实现的过程是否与国 北京交通大学硕士论文 第一章引言 际标准协议相一致，即通过测试协议实现程度来验证。 本文通过研究g s m r 网络和f a s 系统的互联互通测试理论，即一 致性测试和互操作性测试理论，把科学的测试方法学引入到我们的具体 工作中，在承认我们测试过程中科学做法的同时，也真诚指出我们 g s m r 通信测试过程中的不足，甚至错误之处，以“诚信”的心态来对 待我们的测试工作，最终把我们g s m r 项目中关于测试的部分引向正规 化、标准化和国际化。 从理论的高度来指导测试行为，再从测试行为研究测试理论，通过 本文，最终达到理沦指导实践，实践又促进理论创新的认知过程。 总之，本论文呈现的是知识、是思路、是规则，而不是具体使用某 个测试工具来进行具体的测试行为。希望通过本文，能够引发人们把测 试的理论应用到整个通信领域中去。 1 3 本文的主要工作与贡献 本文主要研究了g s m r 网络与f a s 网络互联互通过程中的测试理 论和测试技术问题，主要围绕协议测试理论中的一致性测试和互操作性 测试展开，具体工作包括： 介绍了一致性测试的基本概念、分类、方法和模型，并在理解的基 础上，对一致性测试的过程进行了完整、科学的总结，用事实证明 穷举测试是不现实的，对此本文介绍了几种设计最少的一致性测试 集的方法作为参考；本文还重点介绍了描述协议测试的描述语言 t t c n ，它对于自主开发协议测试软件尤其重要，鉴于本人能力有限， 没有编写出测试软件的源程序，但是本论文中给出了利用t t c n 行 为树和行为表描述f a s 系统语音通信的过程，可以供开发人员作为 参考资料； 北京交通大学硕士论文第一章引言 针对我们铁路特有的环境f ，利用了一致性测试技术，设计了进行 一致性测试的测试系统的开发模型，使用相应的测试工具，从软件 自动测试和软件人：c 手动测试两方面进行了阐述，并对这两方面的 测试进行了对比分析； 研究了互操作性测试的理论知识，从互操作性测试的分类、模型、 测试方法和测试过程入手，并对一致性测试和互操作性测试进行了 对比，给f _ - 了异同； 利用互操作性测试技术，结合本人的实际参与的项目工作，设计了 最小测试集，给出了在实验室完整的互操作性测试所要进行的准备 工作，如：编号计划、s i m 编写、m s c 数据配置、f a s 数据配置、 智能网数据配置，以及在测试的过程中可能遇到的各种异常状况及 相应的解决方案；指出了互操作性测试技术今后在g s m r 领域的发 展方向。 通过以上工作，本文对该课题做出的贡献有以下几方面： 为g s m r 网络和铁路现有固定网络的互联互通测试提供了理论依 据； 给出了开发自动测试软件的设计思路，并设计了软件自动测试和软 件手动测试的完整过程； 针对互操作性测试技术，结合本人的测试经验，设计了最小测试集， 给出了详细的测试环境搭建过程，遇到异常问题的解决办法，以及 今后应该研究的方向。 北京交通大学硕士论文第二章一致性测试原理 第二章一致性测试原理 2 1 一致性测试概述 近年来，一致性测试是国际上非常关注的、也是发展较快的一个研 究领域。当前国际上能够给出理论框架和方法论的只有一致性测试，所 谓一致性测试就是验证协议实现与相应的协议标准的一致性。在多个厂 家进行设备互连时，通过一致性测试会提高相同标准不同实现之间互通 的概率。i s 0 ( 国际标准化组织) 制定的i s o c 一9 6 4 6 “一致性测试方 法论和框架”对协议一致性测试理论做了较为详细的阐述，u t ( 国际 电信联盟电信标准化部门) 也发布了与之相对应的x 2 9 0 系列建议书。 虽然该理论框架是为协议的一致性测试而提出的，但其中的主要概念、 思想和方法，也适合于互操作性测试以及其它协 义测试。 2 1 1 一致性测试分类 国际上这样定义“一致性”的含义：如果某实际系统与其它实际系 统的通信过程符合所用协议的国家标准，则称该实际系统展示了一致性。 一致性测试正是用来检测所实现系统与协议规范的符合程度。一致性的 要求在阱议规范中可以分为以下三类： 强制性要求：在任意情况下都必须实现的要求 条件要求：当某些条件得到满足时才能观察到的要求 可选要求：实现者选择测试的内容，这些内容一旦被选定，在测试 时必须能观察到 还可以将一致性的要求分成两部分： 静态一致性要求：可以通过对i u t ( 被测协议实现) 的p i c s ( 协议 1 r 一 北京交通大学硕士论文第二章一致。| 生测试原理 实现一致性说明) 进行检查来完成，对协议实现的功能范围和选项 作一些说明，从而使得测试人员知道可阻进行何种测试，这也称为 “静态一致性检查”； 动态一致性要求：通过一组组的测试来完成。一个测试称为一个“测 试用例”，测试集则是所有测试用例的集合。 一致性测试的目的就是根据一致性要求来确定i u t 是否与相关标准 的规范相一致。i s o 根据对一致性的断言，将协议的一致性测试分为四 个级别： 基本互联测试，在协议和传送语法规范的主要方面，检测严重的非 一致情况，可以作为预备步骤以决定是否执行以后更进一步的测试； 能力测试，对协议实现的静态一致性要求作有限的测试，以确定p i c s ( 协议实现一致性说明) 中声明的那些可以观察的能力，并检查这 些关于静态一致性要求的可观察能力的有效性； 行为测试，在整个动态一致性要求的范围内尽可能地对i u t 进行全 面测试。只要在进行行为测试时，i u t 满足一致性测试集，就可以将 行为测试和能力测试一起作为提出具备一致性的基础； 一致性判定测试，要求测试执行系统对i u t 是否满足一致性要求逐 项地做出v e s n o 的诊断性回答。由于穷尽测试是不可能的，这样的 测试都被限制在一个特定的范围内。一致性判定测试目前还没有标 准化，因此它不适合作为判定一个i u t 是否全部一致的基础。 其中，基本互连测试是可选的，它也可以与能力测试和行为测试一 起进行。如果执行基本互连测试，则可以在全面测试之前检查出非一致 性情况；能力测试可以以单独的测试组执行，也可以与行为测试一起进 行，它被用来检查p i c s ( 协议实现一致性说明) 、p i x i t ( 协议实现附加 信息) 的有限性和n j t 应有的性能；行为测试是主要的，它在大量的测 北京交通大学硕士论文 第二章一致眭测试原理 试用例执行下检查砌t 的行为，这些行为包括正确的也包括错误的；一 致性判定测试不能证明一个协议实现在所有通信情形下都是一致的，但 能证明该实现在所代表的通信实例( 测试用例) 下是动态一致的。 可见，行为测试是一致性测试的主体部分，基本互联测试与能力测 试可以作为它的先行步骤来使用，而一致性判定测试则可以认为是一种 补充测试。 2 1 2 一致性测试模型 i s o 在o s i 参考模型的基础上提出了抽象测试方法学。抽象测试方 法是根据对兀月( 被测协议实现) 输入的控制和输出的观察来描述的。 o s i 协议标准根据协议实体的p d u ( 协议数据单元) 和协议实体上下的 a s p ( 抽象服务原语) 定义协议实体所允许的行为。一个n 层实体的行 为根据( n ) a s p 和( n 1 ) a s p 来定义，可以从不同的点在本地或者远程来观 察和控制这两种a s p 的交互作用，而这些控制和观察的地方被称为p c o ( 协议控制观察点) 。u t ( 上测试器) 是在测试执行期间，控制和观察 i u t 的高层服务边界，l t ( 下测试器) 是在测试执行期问，通过低层服 务提供者来间接控制和观察i u t 的低层服务边界。u t 是i u t 的上层协 议实体，l t 和i u t 为同等层的协议实体。u t 通过p c o 和i u t 交换 ( n ) a s p ，l 1 通过p c o 和i u t 交换( n 1 ) a s p 。协议一致性测试的基本模 型如图2 1 所