基于TTCN-3的CTCS-3级车地通信协议一致性测试研究

摘要

CTCS-3级列车运行控制系统是中国铁路列车控制系统（Chinese Train Control System，CTCS）的重要组成部分之一，采用无线通信系统（GSM-R）实现列车与地面之间连续、双向的信息传输，是基于无线通信的列车运行控制系统。在该系统中，车地通信协议是车载设备和地面设备之间进行可靠的数据通信的保证，也是这个系统安全运行的基础。 CTCS-3级车地通信协议是以ERTMS标准中定义的Euroradio安全协议为参考，与国内的实际相结合，加以改善设计出来的。为了保证车地之间正确、可靠的通信，必须对通信协议进行测试。协议测试是协议工程的一个重要分支，是保证协议实现正常工作的前提。而协议的一致性测试是各类协议测试工作的基础。因而对CTCS-3级车地通信协议进行一致性测试具有十分重要的意义。 本文在研究CTCS-3级车地通信协议规范的基础上，深入研究了一种一致性测试的测试方法。对于一致性测试来说，其过程分为测试生成、测试实现和测试执行三个阶段。测试生成即测试序列的生成，通过对车地通信协议的分析，建立有限状态机（Firute State Machine，FSM）模型，生成测试序列；测试实现基于测试描述语言TTCN-3（the Testingand Test Control Notationversion3），采用测试工具TTworkbench搭建测试系统；最后通过测试系统的运行，对测试结果进行分析。 本文首先详细介绍了协议一致性测试理论、基于有限状态机的测试序列生成、规范化的测试描述语言TTCN的发展、特性和优点、研究现状以及TTCN-3语言的应用方向，并对支持TTCN-3语言的测试软件TTworkbench进行了简要介绍；在分析CTCS-3级车地通信协议的原理及特点的基础上，将协议分为发起方和跟随方，建立了基于FSM（Firute State Machine，FSM）的CTCS-3级车地通信协议模型；根据CTCS-3级车地通信协议的FSM模型，采用基于UIO（Unique Input Output）序列的算法生成了CTCS-3级车地通信协议的一致性测试序列；详细分析了常用的一致性抽象测试方法，根据基于TTCN-3语言的测试系统的特点，完成了测试系统整体设计，测试系统的配置，内部结构的设计，测试用例的描述，编解码器的设计及实现，协议适配器的设计及实现；根据搭建的测试系统对CTCS-3级车地通信协议进行一致性测试，得到测试判决，并给出了测试过程中出现问题的分析及解决办法。

目录

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论文说明：图表目录

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致谢

1 引言

1.1 研究背景

1.1.1 CTCS—3 级列车运行控制系统概述

1.1.2 CTCS—3 级车地通信协议

1.2 协议一致性测试研究现状

1.3 选题目的及意义

1.4 本文结构安排

2 协议测试及测试描述语言TTCN—3

2.1 协议一致性测试理论

2.1.1 协议测试的基本概念

2.1.2 协议测试的分类

2.1.3 协议一致性测试

2.2 有限状态机与一致性测试序列

2.2.1 有限状态机概念

2.2.2 基于有限状态机的测试序列

2.3 测试描述语言TTCN—3

2.3.1 形式化测试描述语言TTCN及发展

2.3.2 TTCN—3 核心语言及其他表现形式

2.3.3 TTCN—3 的特性

2.4 协议测试工具TTworkbench介绍

2.4.1 TTworkbench的功能

2.4.2 TTworkbench的组成架构

2.4.3 TTworkbench的工作流程

2.5 本章小结

3 CTCS—3 级车地通信协议一致性测试序列的设计

3.1 基于UIO的测试序列生成算法

3.1.1 常用测试序列生成算法

3.1.2 基于UIO的生成算法

3.2 CTCS—3 级车地通信协议通信流程

3.2.1 建立安全连接

3.2.2 安全数据传输

3.2.3 安全连接释放

3.2.4 错误处理

3.3 CTCS—3 级车地通信协议FSM模型

3.3.1 发起方的FSM模型

3.3.2 艮随方的FSM模型

3.4 CTCS—3 级车地通信协议测试序列生成

3.5 本章小结

4 CTCS—3 级车地通信协议一致性测试分析

4.1 车地通信协议一致性测试方法

4.1.1 常用抽象测试方法

4.1.2 常用抽象测试方法分析

4.1.3 车地通信协议一致性测试抽象测试方法

4.2 车地通信协议测试系统的结构设计

4.2.1 测试系统组成

4.2.2 测试配置

4.2.3 测试系统内部结构

4.3 基于TTCN—3 的测试套的描述

4.3.1 数据类型的定义

4.3.2 端口的定义

4.3.3 定时器

4.3.4 测试序列的描述

4.4 编解码器的设计与实现

4.5 协议适配器的设计与实现

4.6 测试结果及分析

4.6.1 测试判决

4.6.2 测试过程中出现的问题及分析

4.7 本章小结

5 总结及展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

作者简历