CN114465929B - 一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法及系统，方法包括：通过支持openflow协议的第一网络替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统的通信功能测试。本发明的方法及系统能够用于实验室测试床的搭建，以及基于传输设备的轨道交通数据通信网络的功能测试，能模拟正常功能及异常功能等多种场景。

Description

一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法及系统。

背景技术

在轨道交通行业中，一条铁路或者地铁线路通常是由多个相距较远的车站组成的。受距离、交换容量、传输速度等限制，需要借助传输设备完成轨道交通各车站之间的数据通信。但是由于传输设备体积大、设备采购及维护成本高（应用于一个车站的一台传输设备成本约十几万至几十万）、配置复杂，在实验室搭建轨道交通数据通信网络测试床时，使用真实的传输设备可行性不大。

在轨道交通行业中，传输设备主要用于车站间的远距离通信，为轨道交通领域信息、通信等专业的计算机系统提供数据传输通道。传输设备在轨道交通行业中的主要功能包括：以太网接入功能（可以通过网线、光纤等传输介质实现数据通信）、点对点网络传送功能（实现由一端到另一端的数据传输（类似一根网线））、OAM（Operation Administrationand Maintenance）链路检测功能（检测传输设备间的链路是否出现断开、时断时续、错包等故障）、环/路径保护机制与恢复功能（传输网组网时通常采用环形组网方式，当某一链路出现故障时，自动倒切到无故障的链路，保证两端设备的良好通信）等。

对于轨道交通领域信息、通信等专业的计算机系统而言，由传输设备组成的传输网可以看做是一个黑匣子，这些系统并不关心传输网内部的运作机制，只关心传输网在正常场景下提供的服务（即数据传送服务），以及故障场景（如传输设备端口故障、传输设备链路中断、传输设备误码率高等）下需要应对的处理措施。诸如传输网提供的OAM检测和链路保护及恢复等功能对上层系统而言是不可见的，即当某物理链路故障，OAM检测故障到并进行链路切换，对上层系统而言，也属于正常数据传送场景。

由于传输设备为上层系统提供的是传输通道，所以对于正常传输场景的点对点功能，通常可以用网线代替传输网络，如要测试A车站与B车站之间的通信，如图1（a）所示，可以用网线连接A车站的计算机系统交换机与B车站的计算机系统交换机，如图1（b）所示。

使用网线可以很好的模拟传输网的正常传送场景，但诸如高误码率、环网保护失效带来的车站间的通信链路中断等异常场景就无法模拟了。例如，需要模拟车站A的传输设备与车站B的传输设备由于速率配置不一致导致的链路不通的场景，用网线无法直接模拟，需要拔掉一端的端口连接，或者把网线从中间剪短，这样的结果是，计算机系统车站A设备（计算机系统）中的路由器或计算机系统车站B设备中的路由器与网线连接的端口down掉（无物理信号），即灯灭。而真实传输网配置错误的场景是，虽然两个车站之间的路由器的链路不通，但是车站设备与传输设备的物理信号仍存在，两个路由器的端口指示灯是亮的。即，单纯采用网线的方式，无法正确模拟测试车站的计算机系统之间的路由故障场景。所以用网线的方案显然无法替代传输设备完成测试床的搭建。

另一种方案是用传统交换机或者路由器代替传输设备，但是真实的传输设备提供的是类似网线的通道，也就是无论A端发送了什么内容，都会原封不动的发送给B端，而交换机和路由器的本质是处理以太网报文的转发和交换，并不能做到数据包的透明转发，所以也无法用来直接替代传输设备。

因此，亟需一种能够便捷有效的模拟轨道交通计算机系统之间传输场景的测试床实现方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，包括：

通过支持openflow协议的第一网络替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统的通信功能测试。

进一步地，通过控制支持openflow协议的第一网络的工作状态，模拟轨道交通传输设备的工作场景。

进一步地，方法包括：

通过控制器下发流表或配置信息到第一网络的交换设备，实现测试场景模拟。

进一步地，所述流表或配置信息通过以下方式确定：

确定系统端口配置，所述系统端口配置包括第一网络中的交换设备的端口与待测试的所述应用系统之间的映射关系；

确定链路配置，所述链路配置包括用于点对点通信的两个相关的应用系统；

根据所述系统端口配置和所述链路配置，确定所述流表或所述配置信息。

进一步地，方法包括：

通过控制器下发流表到第一网络的一个或多个交换设备构建第一通道和第二通道，以模拟轨道交通传输设备的点对点通信场景；

其中，第一通道的起点为第二通道的终点，第一通道的终点为第二通道的起点。

进一步地，方法包括：

通过控制器向第一网络的交换设备下发第二配置信息，根据第二配置信息控制第一网络指定通道的指定端口关闭，以模拟轨道交通传输设备的端口故障场景。

进一步地，方法包括：

通过控制器删除所述第一网络中指定通道的流表，以模拟所述轨道交通传输设备的链路中断场景。

进一步地，包括模拟轨道交通传输设备丢包场景，包括：

通过控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的丢包率，将部分报文通过packet-out消息下发给所述指定通道的第二端口对应的交换设备。

进一步地，包括模拟轨道交通传输设备误码场景，包括：

通过控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的误码率，将部分报文修改后，通过packet-out消息下发给第二端口对应的交换设备。

进一步地，所述交换设备为SDN交换机，

通过一个或多个第一交换机、一个或多个SDN交换机和所述控制器构建所述第一网络；

所述控制器通过所述第一交换机控制所述SDN交换机。

进一步地，所述交换设备为开放虚拟化软件交换机OVS，

通过OVS和所述控制器构建所述第一网络。

本发明还提供一种替代轨道交通传输设备的测试床系统，包括：

支持openflow协议的第一网络，其中，第一网络包括控制器和交换设备；

所述第一网络用于替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统的通信功能；

所述控制器用于控制支持openflow协议的第一网络的工作状态，模拟轨道交通传输设备的工作场景。

进一步地，所述控制器用于通过下发流表或配置信息到第一网络的交换设备，实现测试场景模拟。

进一步地，系统还包括配置模块，用于：

确定系统端口配置，所述系统端口配置包括第一网络中的交换设备的端口与待测试的所述应用系统之间的映射关系；

确定链路配置，所述链路配置包括用于点对点通信的两个相关的应用系统；

所述系统端口配置和所述链路配置用于：控制器执行测试场景时，确定所述流表或所述配置信息。

进一步地，所述控制器用于模拟点对点通信场景，包括：

控制器下发流表到第一网络的一个或多个交换设备构建第一通道和第二通道，以模拟轨道交通传输设备的点对点通信场景；

其中，第一通道的起点为第二通道的终点，第一通道的终点为第二通道的起点。

进一步地，所述控制器用于模拟轨道交通传输设备的端口故障场景，包括：

控制器向第一网络的交换设备下发第二配置信息，根据第二配置信息控制第一网络指定通道的指定端口关闭。

进一步地，所述控制器用于模拟链路中断场景，包括：

控制器删除所述第一网络中指定通道的流表。

进一步地，所述控制器用于模拟轨道交通传输设备丢包场景，包括：

控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的丢包率，将部分报文通过packet-out消息下发给所述指定通道的第二端口对应的交换设备。

进一步地，所述控制器用于模拟轨道交通传输设备误码场景，包括：

控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的误码率，将部分报文修改后，通过packet-out消息下发给第二端口对应的交换设备。

本发明提供一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法及系统，能够用于实验室测试床的搭建，以及基于传输设备的轨道交通数据通信网络的功能测试，能模拟正常功能及异常功能等多种场景。该方案使用价格低廉的SDN交换机代替价格高昂的传输设备，提供简单的操作代替传输设备复杂的配置，满足轨道交通数据通信对传输设备的特定功能要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1（a）示出了根据现有技术的点对点传输实际场景示意图；

图1（b）示出了根据现有技术的点对点传输测试床结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种替代轨道交通传输设备的测试床系统结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的通过测试床模拟轨道交通传输设备的工作场景的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，通过支持openflow协议的第一网络替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统（即设置在车站设备上实现车站间通信的应用系统）的通信功能测试。示例性地，轨道交通传输设备是用于实现应用系统在车站间通信的SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）传输系统或MSTP( Multi- Service Transport Platform，多业务传送平台)传输系统。进一步地，通过控制支持openflow协议的第一网络的工作状态，模拟轨道交通传输设备的工作场景。

不失一般性地，本发明实施例的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法可以通过一种替代轨道交通传输设备的测试床系统实现。

如图2所示，本发明实施例的替代轨道交通传输设备的测试床系统（可简称为测试床或系统），包括支持openflow协议的第一网络，其中第一网络包括控制器和交换设备。第一网络用于替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统的通信功能；控制器用于控制支持openflow协议的第一网络的工作状态，模拟轨道交通传输设备的工作场景。具体地，控制器用于通过下发测试指令到交换设备，实现测试动作，如下发配置信息和/或流表到交换设备，控制第一网络的转发平面，实现测试场景模拟。具体地，通过交换设备实现在第一网络中的通道的工作状态。通道是指数据包从发送端到接收端的网络路径。

交换设备可以为SDN交换机。第一网络包括一组SDN交换机（至少1个）、测试床控制器（即控制器）和第一交换机。第一交换机是为传统交换机（或普通交换机），如以太网交换机、光纤交换机等。其中，SDN交换机的数量是由被测系统所需连接到传输网络中的端口数量决定的。被测系统，如各个车站设备的计算机系统，通过路由器或交换机等网络设备连接到第一网络的交换设备上。SDN交换机可组成链状、环形或MESH网络（图中的虚线线条），用于SDN交换机之间的业务通信。同时，SDN交换机的管理端口均连接到第一交换机上（图中的黑色线条）。第一交换机通过openflow协议，与连接到传统交换机上的测试床控制器相连，用于接收测试床控制器下发的测试指令。测试床控制器提供图形化的配置和操作界面，便于测试人员此使用。

在另外的实施例中，交换设备为支持open flow协议的OVS（open vswitch，开放虚拟化软件交换机），即支持open flow协议的虚拟交换机。通过OVS和所述控制器构建所述第一网络。具体地，第一网络通过OVS服务器集群实现。

下面对本发明实施例中通过测试床模拟轨道交通传输设备（简称传输设备）的工作场景的过程进行说明。

如图3所示，首先通过以下配置过程搭建测试床。

步骤（1），根据被测系统所需的端口数，搭建测试床，测试床控制器自动发现测试网络拓扑。具体地，按架构指定的拓扑图完成测试床的网络连接。连接后，SDN交换机会尝试与控制器通信，控制器发现所有的SDN交换机及SDN交换机之间的链路（虚线线条部分）。

步骤（2），连接被测系统，并将被测系统与SDN交换机端口的映射关系配置到测试床中。可以通过确定系统端口配置实现，系统端口配置包括第一网络中的交换设备的端口与待测试的应用系统之间的映射关系。具体地，将被测系统（待测试的车站间的应用系统）连接到测试床的SDN交换机端口上，并在测试床控制器界面中完成相应的配置，配置内容为“交换机名称+端口”与“被测系统业务名称”的映射（如：交换机A-3端口：车站A-XX系统）。

步骤（3），根据选择的测试场景，测试床控制器构造配置或流表，并下发给相应的SDN交换机。可以通过确定链路配置实现，链路配置包括用于点对点通信的两个相关的车站间的应用系统。具体地，根据被测系统的测试需求（如：测试人员创建点对点测试业务，添加点对点链路，即链路配置：车站A-xx系统——车站B-xx系统；车站B-xx系统——车站C-xx系统）。

测试床控制器根据系统端口配置、链路配置和测试场景，生成流表或配置信息（如用于端口启用或禁用SDN交换机端口的基本配置），下发给相关的SDN交换机，实现测试场景的切换，测试场景如下。

不失一般性地，流表或配置信息的确定可以通过测试床系统的配置模块实现。控制器与配置模块连接，根据配置模块的信息（系统端口配置和所述链路配置）和测试场景执行如下场景的模拟测试。

①点对点传送场景：通过控制器下发流表到第一网络的一个或多个交换设备，构建点对点通信的通道，进一步地，为双向传输通道。控制器下发两个对应的流表到一个或多个交换设备，构建第一通道和第二通道，以模拟轨道交通传输设备的点对点通信场景；其中，第一通道的起点为第二通道的终点，第一通道的终点为第二通道的起点。

示例性地，测试床控制器根据点对点测试链路分别构造流表，若起点与终点在同一交换机上，构造两条流表：

流表1：匹配域为srcport（源端口）=起点业务所在的SDN交换机端口，处理行为：output（出端口）=终点业务所在的SDN交换机端口；

流表2：匹配域为srcport（源端口）=终点业务所在的SDN交换机端口，处理行为：output（出端口）=起点业务所在的SDN交换机端口；

将两条流表下发到该SDN交换机，完成双向传输通道的建立，模拟传输网的点对点功能。

若起点与终点不在同一交换机上，测试床控制器根据步骤（1）学习到的指定拓扑图（SDN交换机和链路关系）计算最短路径，并在每个交换机上下发两条流表。

②传输设备端口故障场景：通过控制器向第一网络的交换设备下发第一配置信息，根据第一配置信息控制第一网络指定通道的指定端口关闭，以模拟轨道交通传输设备的传输设备端口故障场景，在端口故障场景下，端口无物理信号输出。

具体地，测试床控制器对设定为故障端口的SDN交换机下发第一配置信息，将该SDN交换机的端口设置为admin down，即通过配置关闭（shut down）端口。端口无物理信号输出，指示灯熄灭。

不失一般性地，该测试场景可以在正常场景测试的基础上进行。如在点对点传送场景的基础上进行。

③传输设备间链路中断场景：通过控制器删除第一网络中指定通道的流表，以模拟所述轨道交通传输设备的链路中断场景。正常传送场景下，将中断链路对应的原流表项删除。

具体地，测试床控制器将对应通道的流表删除，具体地，测试床控制器通过openflow协议删除指定的SDN交换机上的流表。SDN交换机与被测系统相连的以太网端口仍有物理信号输出，指示灯不熄灭，但SDN交换机未能找到相应流表来匹配报文，则丢弃该报文，模拟了传输设备间速率不匹配、链路故障、光纤反接等故障。

不失一般性地，该测试场景可以在正常场景测试的基础上进行。如在点对点传送场景的基础上进行。

④传输设备间单向丢包场景：具体地，测试床控制器构造流表并下发流表，匹配第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备，SDN交换机通过packet-in消息将相应的（即匹配的）报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的丢包率，将部分报文通过packet-out消息下发给所述指定通道的第二端口对应的交换设备行为是从终点业务所在SDN交换机端口输出，即指示从目标端口输出；反方向的流表与正常传输场景的流表一致。第一端口为源端口，具体为源端口为起点业务所在的SDN交换机端口；第二端口为目标端口，具体为终点业务所在的SDN交换机。或者，第一端口为目标端口，第二端口为源端口，进行指定通道的反向丢包场景模拟。测试床控制器匹配第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备具体为：测试床控制器构造流表，设置匹配域为起点业务所在的SDN交换机端口，流表中的行为是将报文转发给控制器。

⑤传输设备间双向丢包场景：与④相似，反方向也同样匹配后转发给控制器，并由控制器部分下发并输出。

⑥传输设备间单向误码场景：与④相似，不同的是，当测试床控制器收到报文后，不是选择性丢弃，而是选择性修改报文中的指定字节，例如修改报文中的crc校验字节。具体地，通过控制器构造流表并下发流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备，并通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的误码率，将部分报文修改后，通过packet-out消息下发给第二端口对应的交换设备，并指示从目标端口输出。

⑦ 传送设备间双向误码场景：与⑤相似，不同的是，当测试床控制器收到报文后，不是选择性丢弃，而是选择性修改报文中的指定字节。

本发明的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法及系统，测试床建设和维护成本大幅度降低，操作方便，无需专业的传输维护人员。SDN交换机通过匹配SDN交换机中存储流表中的匹配域，筛选得到符合条件的报文，然后依据流表中的转发行为，能够实现报文透明传输。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，包括：

通过支持openflow协议的第一网络替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统的通信功能测试；

通过控制支持openflow协议的第一网络的工作状态，模拟轨道交通传输设备的工作场景；

通过控制器下发流表或配置信息到第一网络的交换设备，实现测试场景模拟，包括：

通过控制器下发流表到第一网络的一个或多个交换设备构建第一通道和第二通道，以模拟轨道交通传输设备的点对点通信场景；

其中，第一通道的起点为第二通道的终点，第一通道的终点为第二通道的起点。

2.根据权利要求1所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，所述流表或配置信息通过以下方式确定：

确定系统端口配置，所述系统端口配置包括第一网络中的交换设备的端口与待测试的所述应用系统之间的映射关系；

确定链路配置，所述链路配置包括用于点对点通信的两个相关的应用系统；

根据所述系统端口配置和所述链路配置，确定所述流表或所述配置信息。

3.根据权利要求1所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，包括：

通过控制器向第一网络的交换设备下发第二配置信息，根据第二配置信息控制第一网络指定通道的指定端口关闭，以模拟轨道交通传输设备的端口故障场景。

4.根据权利要求1所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，包括：

通过控制器删除所述第一网络中指定通道的流表，以模拟所述轨道交通传输设备的链路中断场景。

5.根据权利要求1所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，模拟轨道交通传输设备丢包场景，包括：

通过控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的丢包率，将部分报文通过packet-out消息下发给所述指定通道的第二端口对应的交换设备。

6.根据权利要求1所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，模拟轨道交通传输设备误码场景，包括：

通过控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的误码率，将部分报文修改后，通过packet-out消息下发给第二端口对应的交换设备。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，所述交换设备为SDN交换机，

通过一个或多个第一交换机、一个或多个SDN交换机和所述控制器构建所述第一网络；

所述控制器通过所述第一交换机控制所述SDN交换机。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的替代轨道交通传输设备的测试床实现方法，其特征在于，

所述交换设备为开放虚拟化软件交换机OVS，

通过OVS和所述控制器构建所述第一网络。

9.一种替代轨道交通传输设备的测试床系统，其特征在于，包括：

支持openflow协议的第一网络，其中，第一网络包括控制器和交换设备；

所述第一网络用于替代轨道交通传输设备，以实现车站间的应用系统的通信功能；

所述控制器用于控制支持openflow协议的第一网络的工作状态，模拟轨道交通传输设备的工作场景；

所述控制器用于通过下发流表或配置信息到第一网络的交换设备，实现测试场景模拟；

所述控制器用于模拟点对点通信场景，包括：

控制器下发流表到第一网络的一个或多个交换设备构建第一通道和第二通道，以模拟轨道交通传输设备的点对点通信场景；

其中，第一通道的起点为第二通道的终点，第一通道的终点为第二通道的起点。

10.根据权利要求9所述的替代轨道交通传输设备的测试床系统，其特征在于，还包括配置模块，用于：

确定系统端口配置，所述系统端口配置包括第一网络中的交换设备的端口与待测试的所述应用系统之间的映射关系；

确定链路配置，所述链路配置包括用于点对点通信的两个相关的应用系统；

所述系统端口配置和所述链路配置用于：控制器执行测试场景时，确定所述流表或所述配置信息。

11.根据权利要求9所述的替代轨道交通传输设备的测试床系统，其特征在于，所述控制器用于模拟轨道交通传输设备的端口故障场景，包括：

控制器向第一网络的交换设备下发第二配置信息，根据第二配置信息控制第一网络指定通道的指定端口关闭。

12.根据权利要求9所述的替代轨道交通传输设备的测试床系统，其特征在于，所述控制器用于模拟链路中断场景，包括：

控制器删除所述第一网络中指定通道的流表。

13.根据权利要求9所述的替代轨道交通传输设备的测试床系统，其特征在于，所述控制器用于模拟轨道交通传输设备丢包场景，包括：

控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的丢包率，将部分报文通过packet-out消息下发给所述指定通道的第二端口对应的交换设备。

14.根据权利要求9所述的替代轨道交通传输设备的测试床系统，其特征在于，所述控制器用于模拟轨道交通传输设备误码场景，包括：

控制器构造流表，匹配所述第一网络中指定通道的第一端口对应的交换设备；

所述对应的交换设备通过packet-in消息将报文转发给控制器，控制器收到后，根据指定的误码率，将部分报文修改后，通过packet-out消息下发给第二端口对应的交换设备。

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