CN101945017B - 列车运行控制系统车地传输协议的测试平台及其构建方法 - Google Patents

列车运行控制系统车地传输协议的测试平台及其构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种列车运行控制系统车地传输协议的测试平台及其构建方法，该测试平台包括测试系统部分，用于根据车地传输EuroRadio协议的业务功能，整合SFM协议块的测试案例，调度相应的车地通信业务流程；协议栈仿真部分，用于将EuroRadio协议往下的协议层集合成通用协议层，并对GSM-R网络中的CFM协议块的业务功能进行仿真模拟。本发明不仅能观察到高层接受到的服务，还能对底层的信息交换进行监测，能够观察到被测系统对底层不正常行为的反应，从而完成对列车运行控制系统中车地安全传输协议的一致性测试。

Description

列车运行控制系统车地传输协议的测试平台及其构建方法
技术领域
本发明涉及列车通信协议测试领域，特别涉及一种CTCS3级列车运行控制系统车地传输协议的测试平台及其构建方法。
背景技术
目前，我国高速铁路迅速发展，其中CTCS-3级中国列车运行控制系统(Chinese Train Control System)通过专门为铁路通信设计的铁路综合专用数字移动通信系统(Global System for MobileCommunications for Railways，GSM-R)，实现地面与列车之间连续、双向的信息传输，是基于无线通信的列车运行控制系统。
列车和地面通过空中接口传输至关列车运行安全的控制信息，必须确保这些控制信息安全、可靠、实时地传输。因此，CTCS-3级列车运行控制系统中，列车与地面控制中心之间的通信采用安全通信机制EuroRadio协议来防护数据的安全。EuroRadio协议为建立于X.224，T.70，HDLC协议之上的安全协议，若需要真实环境进行测试，则需要各层协议栈共同进行协作测试。这种测试方法，对各协议栈的前期的开发进度要求高，并且测试过程也复杂。
就车地安全通信协议来说，应关注该协议栈的基本功能，构建一个适合早期安全通信协议测试的测试平台，使得该车地安全通信协议的测试不依赖于相关的底层协议。
现有技术中的列车控制协议测试平台，缺乏对车地通信协议的独立测试方法以及测试环境，往往需要在实际设备下进行测试，这样会带来测试不完备、测试复杂度高、时间长等问题；另外，现有平台的测试往往只能观察到高层能接受到的服务，却无法对底层的信息交换进行监测，从而无法观察到被测系统对底层不正常行为的反应。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是如何对CTCS3级列车运行控制系统车地通信协议进行完备独立的测试，简化测试过程，缩短测试时间；采用国际标准化测试语言对协议测试案例进行编写，使得测试案例库具有通用性。
(二)技术方案
为此，本发明提供了一种列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，包括：
测试系统部分，用于根据EuroRadio协议的业务功能，整合安全功能模块(Safety Function Module，SFM)协议块的测试案例，调度相应的车地通信业务流程；
协议栈仿真部分，与测试系统部分相连接，用于将EuroRadio协议往下的协议层集合成通用协议层，对GSM-R网络中的通信功能模块(Communication Function Module，CFM)协议块的业务功能进行仿真模拟。
其中，所述测试系统部分包括：
主测模块，用于编写SFM协议块的测试案例并存储，根据EuroRadio协议的业务功能，调用相应的测试案例并将调用的测试案例组成测试序列，对测试序列进行管理；
操作模块，与主测模块相连接，用于实现测试人员与测试实体的接口；
存储分析模块，与主测模块相连接，用于收集存储测试过程的数据并分析。
所述主测模块包括：
测试案例基本库，用于存储编写的SFM协议块的测试案例；
测试案例调用及管理单元，用于根据EuroRadio协议的业务功能，调用所述测试案例基本库中的测试案例并将调用的测试案例组成测试序列，对测试序列进行管理；
适配层管理单元，用于完成与被测设备进行通信的通信配置。
所述测试案例基本库包括用户层相关测试案例库和通信功能模块相关测试案例库。
所述主测模块还包括：扩展库单元，用于所述测试平台的后期扩展。
所述测试系统部分还用于管理接口转换以及适配功能。
所述协议栈仿真部分对GSM-R网络的传输错误功能、透明传输功能以及延时功能进行模拟；
所述协议栈仿真部分还用于检查SFM协议块发送的信息的正确性和完整性。
所述协议栈仿真部分还用于模拟CFM协议块业务，所述CFM协议块的业务包括：信息通道测试、网络注册、安全通信链路的建立、数据传输以及安全通信链接的释放。
本发明还提供了一种列车运行控制系统车地传输协议的测试平台的构建方法，包括：
步骤10、根据EuroRadio协议的SFM协议块功能编写基本测试案例并存储，形成测试案例基本库；
步骤20、根据EuroRadio协议的基本业务流程编写调度流程；
步骤30、将测试案例基本库提供界面化，以供操作人员测试时进行测试案例的设置与选择；
步骤40、搭建GSM-R协议栈仿真部分；
步骤50、搭建所述测试平台的适配层。
其中，所述步骤40包括：
根据接收的SFM协议块发送的数据匹配数据来源，对所述数据来源进行分类映射；
模拟CFM协议块的业务；
将所述EuroRadio协议往下的协议层集合成通用协议层；
模拟GSM-R网络的错误原语；
其中，所述CFM协议块的业务包括：信息通道测试、网络注册、安全通信链路的建立、数据传输以及安全通信链接的释放。
所述错误原语包括：网络错误、网络资源不可用、服务或选项暂时不可用、原因未知、被叫用户不可用、没有移动基站注册以及建链碰撞错误。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明提供的测试平台不仅能观察到高层接受到的服务，还能对底层的信息交换进行监测，能够观察到被测系统对底层不正常行为的反应，从而完成对列控系统中车地安全传输协议的一致性测试；本发明从一致性测试的角度，达到了测试层与被测系统独立，完善协议的基本测试案例库，以减少测试工作的重复性。
附图说明
图1是本发明实施例的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台结构示意图；
图2是本发明实施例的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台的构建方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明实施例的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台结构示意图，本实施例包括：测试系统部分1和协议栈仿真部分2。
其中测试系统部分1用于根据车地传输协议，即EuroRadio协议的业务功能，整合SFM协议块的测试案例，调度管理相应的车地通信业务流程，还用于执行管理接口转换以及适配功能。
GSM-R协议栈仿真部分2用于将EuroRadio协议往下的协议层，即例如X.224，T.70，HDLC等协议集合成通用协议层，还用于模拟GSM-R网络中的部分CFM协议块的功能，其中CFM协议块为EuroRadio协议中传输模块单元的协议。测试系统部分1与协议栈仿真部分2共同构成EuroRadio协议的测试平台，该两者共同完成SFM协议块与CFM协议块之间的中间协议功能。
本实施例要测试的EuroRadio协议可以分为如下两类：
(1)用于与用户接口直接通信的SFM协议块，该部分协议用于保障CTCS-3级列车运行控制系统车地通信的安全，为核心部分，即本发明需要进行测试的部分；
(2)用于与SFM协议块接口的CFM协议块，以及除CFM协议块外的其他协议的集成；CFM协议块为通信功能模块，为CTCS-3级列控系统车地传输的必须部分。
本测试系统主要测试SFM协议块，并将CFM协议块与其他协议例如X.224，T.70，HDLC协议进行集成仿真处理。
本实施例的测试系统部分1包括主测模块11、操作模块12和存储分析模块13，其中，主测模块11用于编写SFM协议块的测试案例并存储，根据EuroRadio协议的业务功能，调用相应的测试案例并将调用的测试案例组成测试序列，对测试序列进行管理。注册模块11包括测试案例基本库111，测试案例调用及管理单元112，适配层单元113以及扩展库单元114。
具体地：测试案例基本库111用于存储编写的SFM协议块测试案例，可分为用户层<->SFM协议块基本库和SFM协议块<->CFM协议块基本库，各库根据业务层的功能进行分类管理。其中用户层<->SFM协议块基本库包括：用户建链请求(Sa-connect.request)、用户建链响应(Sa-connect.response)、用户连接指示(Sa-connect.indication)、用户连接确认(Sa-connect.confirm)、用户安全数据传输请求(Sa-data.request)、安全数据传输指示(Sa-data.indication)、用户通信终止请求(Sa-disconnect.request)、用户连接终止指示(Sa-disconnect.indication)、网络注册请求(Sa-registration.request)、网络注册指示(Sa-registration.indication)、通道测试请求(Sa-channeltest.request)以及报告指示原语(Sa-report.indication)、通道测试指示(Sa-channeltest.indication)。
SFM协议块<->CFM协议块基本库包括：通信连接请求(T-connect.request)、通信终止指示(T-disconnect.indication)、通信数据指示(T-data.indication\AR、AU3)、通道测试指示(T-channel.indication)、用户建链阶段数据请求(T-data.request\AU3)、网络注册指示(T-registration.indication)、通信连接指示(T-connect.indication\AU1)案例以及通信数据指示(T-data.indication\AU3)。
测试案例调用及管理单元112用于根据EuroRadio协议的业务功能，调用测试案例基本库111中的案例，并将测试案例基本库111中的测试案例组成测试序列，还可实现高级测试序列的管理，以便于测试协议中间状态机的转换；
适配层单元113用于与被测设备进行通信的通信配置，在针对本方案的车地协议通信测试中，可采用串口或者UDP协议进行适配。
扩展库单元114用于测试平台后期扩展用途。
操作模块12用于实现测试人员与测试实体进行接口的功能，具体地用于测试人员进行测试计划的安排、测试内容的设定以及测试结果的查看。
从功能角度可以分为两种执行方式，一种为自动测试序列组织方式，由测试人员进行测试内容的设定，由主测部分的测试案例调用以及管理模块进行测试序列的筛选安排，并达到最小测试案例集效果，测试人员不用操作具体的测试案例编排。另一种为手工测试序列操作方式，该方式主要支持中间状态以及故障情况下的测试，操作人员可手动的设定需要执行测试案例的顺序，以完成某些特定特殊情况下的一致性测试以及检查。
存储分析模块13用于收集存储测试过程的数据，测试人员可通过存储的数据对测试过程进行检查和分析，达到回放的效果。
GSM-R协议栈仿真部分2，为本测试平台的关键部分，由于在前期的协议的设计开发阶段，GSM-R传输系统无法完全搭建，故该部分集成了CFM协议块业务功能以及例如X.224，T.70，HDLC协议集合功能。主要完成的功能如下：
(1)接收SFM协议块发送的信息，对信息正确性和完整性进行检查，将检查后正确的信息转发到另一SFM协议块；
(2)具有模拟GSM-R网络传输错误的功能，并向相关SFM协议块发送有关传输错误的报告；
(3)具有模拟GSM-R网络的透明传输的功能；
(4)具有模拟GSM-R网络通信传输中各种延时的功能。
具体开发GSM-R协议栈仿真部分2的过程如下，本实施例根据数据流导向进行描述：
1)数据对象匹配：根据接收到的SFM协议块的数据匹配相应的数据来源，对数据来源进行分类映射；
2)模拟CFM协议块业务：包括信息通道测试、网络注册、通信链路的建立、数据传输以及安全链接的释放；
3)其余协议集成功能：实现对EuroRadio协议的透明传输，完成对接口层面的集成业务；
4)故障注入：模拟GSM-R网络的错误原语，错误原语主要包括：网络错误、网络资源不可用、服务或选项暂时不可用、原因未知、被叫用户不可用、没有移动基站注册以及建链碰撞错误。
如图2所示，为本发明实施例的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台的构建方法流程图，包括以下步骤：
步骤10、根据EuroRadio协议的SFM协议块功能编写基本测试案例并存储，形成测试案例基本库；
在本实施例的测试平台中，更注重测试SFM协议块的安全功能，从SFM协议块的输入\输出出发，可以将测试案例分为用户层相关测试案例库和通信功能模块相关测试案例库，这种分类方式可以给测试环境提供完全功能的一致性测试以及中间状态，包含故障事件的测试。
步骤20、根据EuroRadio协议的基本业务流程编写调度流程；
具体地调度流程包括：通道测试、网络注册测试、建立链路测试、数据传输测试、删除链路测试。
步骤30、将测试案例基本库界面化，以供操作人员测试时进行测试案例的设置与选择；
步骤40、搭建GSM-R协议栈仿真部分；
制定相应的CFM协议块的基本业务，根据EuroRadio协议中的故障出错原语模拟故障状态、并对多CFM协议块进程并发通信时的协调管理、保证报文在底层协议中的透明传输。
该部分需要注意的问题：CFM协议块报文的正确性和完整性，CFM协议块报文信息包的透明传输，即不能更改信息包数据；信息传输的及时性，即在车地通信延时运行范围内，对CFM协议块报文的正确协议以及正确发送。
对测试过程的信息显示模块以及后台的数据存储，方便测试人员实时的观察测试现象以及进行测试操作，以及离线分析。
步骤50、搭建测试平台的适配层；
本步骤中将基本测试案例中的报文信息转换成协议块仿真部分以及被测系统可以识别的报文格式，以及在协议块仿真部分可以辨识的传输通道，针对车地之间的实际设备的通信，本实施例采用串口以及UDP协议进行传输。
本发明提供的测试平台不仅能观察到高层接受到的服务，还能对底层的信息交换进行监测，能够观察到被测系统对底层不正常行为的反应，从而完成对列控系统中车地安全传输协议的一致性测试。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，包括：
测试系统部分（1），用于根据车地传输EuroRadio协议的业务功能，整合EuroRadio协议的安全功能模块SFM协议块的测试案例，调度相应的车地通信业务流程；
其中所述整合EuroRadio协议的安全功能模块SFM协议块的测试案例具体为：根据EuroRadio协议的SFM协议块功能编写基本测试案例并存储，形成测试案例基本库；所述调度相应的车地通信业务流程具体为：根据EuroRadio协议的业务功能，调用相应的测试案例并将调用的测试案例组成测试序列，对测试序列进行管理；
协议栈仿真部分（2），与测试系统部分（1）相连接，用于将EuroRadio协议往下的协议层集合成通用协议层，对铁路综合专用数字移动通信系统GSM-R网络中的通信功能模块CFM协议块的业务功能进行仿真模拟,还用于对GSM-R网络的传输错误功能、透明传输功能以及延时功能进行模拟。
2.如权利要求1所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述测试系统部分（1）包括：
主测模块（11），用于编写SFM协议块的测试案例并存储，根据EuroRadio协议的业务功能，调用相应的测试案例并将调用的测试案例组成测试序列，对测试序列进行管理；
操作模块（12），与主测模块（11）相连接，用于实现测试人员与测试实体的接口；
存储分析模块（13），与主测模块（11）相连接，用于收集存储测试过程的数据并分析。
3.如权利要求2所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述主测模块（11）包括： 
测试案例基本库（111），用于存储编写的SFM协议块的测试案例；
测试案例调用及管理单元（112），用于根据EuroRadio协议的业务功能，调用所述测试案例基本库（111）中的测试案例并将调用的测试案例组成测试序列，对测试序列进行管理；
适配层单元（113），用于完成与被测设备进行通信的通信配置。
4.如权利要求3所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述测试案例基本库（111）包括用户层相关测试案例库和通信功能模块相关测试案例库。
5.如权利要求3所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述主测模块（11）还包括：扩展库单元（114），用于所述测试平台的后期扩展。
6.如权利要求1所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述测试系统部分（1）还用于管理接口转换以及适配功能。
7.如权利要求1所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述协议栈仿真部分（2）用于检查所示SFM协议块发送的信息的正确性和完整性。
8.如权利要求1所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台，其特征在于，所述协议栈仿真部分（2）还用于模拟CFM协议块业务，所述CFM协议块的业务包括：信息通道测试、网络注册、安全通信链路的建立、数据传输以及安全通信链接的释放。
9.一种列车运行控制系统车地传输协议的测试平台的构建方法，其特征在于，包括：
步骤10、根据EuroRadio协议的安全功能模块SFM协议块功能编写基本测试案例并存储，形成测试案例基本库；
步骤20、根据EuroRadio协议的基本业务流程编写调度流程； 
步骤30、将测试案例基本库提供界面化，以供操作人员测试时进行测试案例的设置与选择；
步骤40、搭建GSM-R协议栈仿真部分；
步骤50、搭建所述测试平台的适配层；
其中，所述步骤40具体包括：
根据接收的SFM协议块发送的数据匹配数据来源，对所述数据来源进行分类映射；
模拟通信功能模块CFM协议块的业务；
将所述EuroRadio协议往下的协议层集合成通用协议层；
模拟GSM-R网络的错误原语。
10.如权利要求9所述的列车运行控制系统车地传输协议的测试平台的构建方法，其特征在于，所述步骤40中，所述CFM协议块的业务包括：信息通道测试、网络注册、安全通信链路的建立、数据传输以及安全通信链接的释放；所述错误原语包括：网络错误、网络资源不可用、服务或选项暂时不可用、原因未知、被叫用户不可用、没有移动基站注册以及建链碰撞错误。 
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