混合網絡環境下的數字電視協議測試系統研究

徐 楠，董桂官

（中國電子技術標準化研究院，北京 100007）

混合網絡環境下的數字電視協議測試系統研究

徐 楠，董桂官

（中國電子技術標準化研究院，北京 100007）

在研究協議測試原理和方法的基礎上，圍繞實現混合網絡環境下的數字電視協議測試系統的目標，設計了數字電視交互協議測試系統的軟件架構，同時在Windows平臺上實現了該系統，并對數字電視基本交互協議進行了測試，驗證了該系統的實用性和有效性。

混合網絡；數字電視；協議測試

1 研究背景

隨著廣播電視網絡數字化、信息化和雙向化的改造，廣播電視與互聯網技術的結合，廣電行業正在向新的業務運營模式轉變。因此，基于數字廣播與寬帶混合網絡環境的電視系統應運而生。在歐洲，廣播寬帶混合型電視（Hybrid Broadcast/Broadband TV，HBBTV）得到了各界的大力支持，在中國智能電視發展的浪潮中，混合廣播與寬帶網絡環境下的數字電視也逐漸走進用戶的生活[1]。混合網絡環境下的數字電視涉及了廣播和寬帶兩個技術領域，能夠同時連接到兩個平行網絡通道。通過廣播連接，混合終端可以接收標準視音頻信號、應用數據和信令等廣播內容；通過寬帶接口連接到互聯網，混合終端還可以同應用服務器通信，接收應用數據和點播的節目等內容[2]。

混合終端連接到互聯網與應用服務器的交互主要依賴通信協議，而雙方的通信必須建立在實現相同協議的基礎上。終端設備及服務器的開發者有可能會對標準的協議有不同的理解，這將導致同一協議會有不同的實現，甚至可能出現完全錯誤的協議實現，因此對協議實現的一致性進行判斷，即協議測試就顯得尤為重要[3]。

本文研究的數字電視交互協議測試系統為混合網絡環境下的數字電視提供了一種協議測試的方法，由于本文研究的混合網絡環境下的數字電視交互協議（以下簡稱“交互協議”）仍處在項目研究階段，并不是公開的協議，因此本文不涉及具體協議格式及內容，僅依據協議測試理論描述交互協議測試系統的設計與實現。

2 協議測試理論

協議測試是依據標準的協議對某個協議的實現進行測試，評價該協議實現或被測系統與所對應的標準協議是否相一致的所有測試活動全過程。協議測試是黑盒測試，不需要考慮被測協議實現或被測系統的內部結構和開發實現，只需要通過其輸入和輸出來判斷協議的實現是否正確。國際標準化組織ISO在20世紀90年代制定了一套標準ISO/IEC 9646[4]，它制定了一種方法，用于測試某一聲稱實現了ISO協議的產品與標準協議的一致性，該標準為協議測試系統的設計與實現提供了基本的思路和方法。協議一致性測試的流程包括測試生成、測試實現和測試執行這3個階段，如圖1所示。

圖1 協議測試流程圖

測試生成是為一個給定的協議生成獨立于所有其他協議實現的抽象測試集（Abstract Test Suite，ATS）。測試實現是依據協議實現一致性聲明（Protocol Imple?mentation Conformance Statement，PICS）和協議實現額外信息（Protocol Implementation extra Information State?ment，PIXIT）從ATS中選取適當的測試用例，并根據PIXIT提供的信息量化這些測試用例，產生參數化的可執行測試用例集。測試執行包括被測實現（Implemen?tation Under Test，IUT）的PICS分析和測試用例的執行，IUT可以是被測系統或協議實現，也可以是被測系統的一部分，IUT的PICS分析是分析該協議實現一致性聲明與標準的要求是否一致；測試用例的執行是通過運行測試用例，來觀察IUT的輸出或響應，判定IUT與標準要求是否相一致[5-6]。

3 數字電視協議測試系統架構

通過對混合網絡環境下的數字電視系統的交互流程及交互協議的分析，明確了本次測試的測試目標，即驗證IUT對數字電視交互協議實現的一致性，并為此設計了數字電視協議測試系統。數字電視協議測試系統分為4個部分：測試客戶端、測試服務器、監聽服務器和數據庫，如圖2所示。測試客戶端通過IUT選擇模塊與IUT交互，生成測試用例集，客戶端將待執行的測試用例提交給測試服務器；服務器按照測試用例列表順序執行測試用例，判定測試結果，將結果返回客戶端，呈現在客戶端界面上。客戶端呈現的測試結果包括測試執行過程中實時輸出的數據包解析日志和每條測試用例的判定結果[7]。監聽服務器是在網絡層抓取被測系統的交互數據包，輔助測試服務器執行測試。整個測試過程中，從生成測試用例到最后結果輸出，數據庫負責全部數據的寫入、查詢、刪除和更新。由于本文研究的交互協議屬于應用層協議，測試的交互是通過以太網在此基礎上定義了應用層通信實體，因此測試系統不需要實現該交互協議，只要存在以太網鏈路接口即可[8]。

圖2 數字電視協議測試系統架構

在系統設計的前期，需要仔細研究交互協議報文的結構和參數，因為每個測試用例中的被測協議不同，對應被測的數據包也不同，監聽服務器會按照測試用例的要求，獲取報頭參數符合對應被測協議的數據包，因此測試用例的設計是否合理是整個測試系統正常運行的關鍵。

1）測試客戶端

測試客戶端由IUT選擇、測試用例顯示、結果輸出這3個模塊組成。IUT選擇模塊用于測試人員選擇被測協議，測試系統開始測試時，IUT選擇模塊將測試人員選擇的測試協議集信息提供給測試服務器加載；測試用例顯示模塊用于顯示測試人員選擇的測試用例集，以及每個測試用例的描述和測試步驟；結果輸出模塊用于實時地將測試服務器返回的日志信息輸出到測試運行界面，并在測試結束后打印輸出完整的測試結果。

2）測試服務器

測試服務器是測試系統重要的組成部分，它運行于測試系統的后臺，即對于測試人員來說是透明的，其架構如圖3所示。測試服務器主要接收來自客戶端的測試執行要求以及測試用例列表，根據測試用例列表加載測試用例并執行，在測試開始時啟動監聽服務器，接收其抓取的被測系統交互數據包，并將數據包存儲到數據庫中；協議解析模塊按照協議標準解析數據包，進行測試結果判定，并實時將判定結果返回測試客戶端。

圖3 數字電視協議測試系統測試服務器架構圖

3）監聽服務器

監聽服務器的主要功能是獲取被測系統交互過程中的網絡數據包，并將符合被測協議的數據包過濾出來，發送到數據庫中。測試人員在測試客戶端點擊測試開始時，客戶端開始執行測試用例，同時在后臺開啟監聽服務器，監聽程序按照測試用例的要求抓取被測系統交互過程中的全部數據包，存儲到數據庫中的指定位置。

4）數據庫

數據庫是測試系統中重要的存儲部分，測試執行過程中抓取的交互數據包、實時的執行結果都存儲在數據庫中，供測試客戶端調用。數據庫的開發使用MySQL，本系統中使用的表包括：測試用例表、測試數據包信息表、測試過程時間記錄表、被測設備記錄表、標準協議存儲表和測試結果信息表。測試用例表用于存儲封裝標準的測試用例參數；測試數據包信息表用于存儲監聽服務器獲取的數據報文；標準協議存儲表用于存儲標準的測試協議報頭和報文參數；客戶端將測試數據包信息表中的數據解析后，同協議一致性比對表中的報文進行比對，來進行結果判定，并將測試判定的結果存儲到測試結果信息表中。

4 數字電視協議測試系統的實現

按照上述設計的系統架構，在Windows平臺上實現了整個測試系統，搭建了交互式測試平臺。其中，測試客戶端由Javascript和HTML編寫，向用戶呈現測試運行和測試結果界面；測試服務器主要由C#語言編寫，讀取數據庫的數據并且解析包中信息，進而對其分析輸出協議測試結果；監聽服務器使用Java語言編寫，獲得交互過程中的數據包，將獲取的數據存入數據庫；數據庫使用MySQL，存儲交互數據包及測試過程中的全部數據。

本文選取了市場上在售的一款混合網絡終端，對數字電視基本交互協議進行了測試驗證。按照圖4所示拓撲圖連接測試平臺與被測系統，通過交換機匯聚通信鏈路，被測服務器和終端與測試平臺連接到了同一個局域網中。

圖4 數字電視交互協議測試系統拓撲圖

進入測試平臺，填寫被測設備信息后，就進入測試客戶端界面，如圖5所示。界面左側是IUT選擇界面，測試人員可以通過勾選被測協議，生成被測用例列表；測試界面的右上角有測試開始、測試停止、保存三個按鈕，分別控制測試過程的開始、結束和保存測試結果。界面右側上部分顯示測試用例信息，包括測試用例名稱、用例描述和被測設備型號，右側下部分實時輸出測試用例的結果。測試用例結果包括詳細測試結果、被選項測試結果和測試結果概況，由Tab控件展示在頁面上，測試開始后，詳細測試結果實時輸出全部的測試日志，包括測試時間、收發數據信息、解析數據信息、判定結果信息；被選項測試結果是當點擊左側某測試用例時，單獨顯示該項用例的日志信息；測試用例概況僅顯示已完成測試項目的判定結果，并不輸出其他過程數據。

圖5 測試執行界面（截圖）

測試服務器運行于后臺，為實現客戶端功能而執行數據分析和邏輯運算，監聽服務器的監聽程序需要部署在被測系統中，獲取被測系統的交互數據包，二者均無界面展示。監聽程序獲取到數據包后，由測試服務器的解析模塊按照協議的報文格式解析出每個數據包的含義，由此判定該數據包是否符合每個測試用例的結果要求，即是否滿足該項協議實現的一致性。由于不同協議的報文格式不同，每項測試用例的解析內容也就不盡相同，而報文解析需要嚴格按照交互協議的報文格式來進行，因此完成全部測試項解析功能的解析模塊是系統實現的難點所在[9]。

測試平臺按照測試用例順序執行測試后，測試結束。點擊右上角保存按鈕，生成測試結果報告，由于協議測試的日志比較長，報告篇幅較大，因此僅附上報告首頁，如圖6所示。報告詳細記錄了測試內容、被測設備型號、測試起止時間、測試結果概況和測試詳細結果。測試結果概況輸出每一測試項目的判定結果，測試結果若為通過，則輸出綠色字體，測試結果若為失敗，則輸出紅色字體。詳細測試結果中記錄了每一項測試用例的日志信息，測試失敗的用例也可以從中找出問題所在，便于被測設備的開發研究人員修改其設備功能。

圖6 測試結果輸出界面（截圖）

5 總結與展望

混合網絡環境下的數字電視除了具有傳統機頂盒的廣播功能之外，還可以通過實現標準化的交互協議來開展各類交互業務，符合廣播電視行業未來發展的需要，可以將電視廣播和寬帶業務無縫地結合在一起。與此同時，如何判定各終端廠商生產的終端具有相同的協議實現，可以互相通信就顯得尤為重要[10]。

本文根據協議測試原理，在Windows平臺設計并實現了混合網絡環境下的數字電視協議測試系統，提供了一種驗證被測終端與服務器之間交互是否符合一致性的檢測方法，能夠為今后混合終端的研發及測試提供借鑒。在系統實現的過程中發現，被測系統大部分是基于Linux系統實現的，但考慮到未來的發展趨勢，基于Windows系統的交互終端也會占有一定的市場份額，甚至會有根據不同場景定制的基于Unix系統的交互終端，因此提高本文測試系統的可擴展性和可移植性是下一步的工作重點。一種提高擴展性的思路是，按照本文系統設計的架構，開發適配不同平臺的監聽程序，這樣在未來的測試中，根據不同操作系統選擇不同平臺的監聽程序即可。

[1] 張儀.中國式HbbTV引領潮流[J].衛星電視與寬帶多媒體，2012（18）:18-20.

[2] 劉龍，彭勁.HBBTV混合廣播寬帶電視系統架構及業務模式探析[C]//2011中國電影電視技術學會影視技術文集.北京：中國電影電視技術學會，2011：367-371.

[3] 李強，余祥，齊建業，等.協議一致性測試研究進展[J].西南科技大學學報，2013（4）:85-92.

[4] ISO/IEC 9646-1，Information technology，open system intercon?nection，conformance testing methodology and framework，part 1:general concepts[S].1994.

[5] ISO/IEC 9646-2，Information technology，open system intercon?nection，OSI conformance testing methodology and framework. part2:Abstract test suite specification[S].1994.

[6] ISO/IEC 9646-4，Information technology，open system intercon?nection，conformance testing methodology and framework:part 4: test realization[S].1994.

[7] 李建.路由協議測試系統研究及實現[J].計算機工程與應用，2005（16）:119-123.

[8] 田軍.IPv6協議一致性測試研究及測試系統實現[D].北京:中國科學院，2001.

[9] 落紅衛.協議測試技術分析——一致性測試與互操作測試[J].電信網技術，2007（3）:58-60.

[10] 陳修環，黃春波.表示層協議一致性測試的研究與實現[J].計算機研究與發展，1999（2）：98-102.

Research of Digital TV Protocol Testing System in Hybrid Network

XU Nan,DONG Guiguan
（China Electronics Standardization Institute,Beijing 100007,China）

In this paper,based on the study of protocol test principle and method,around the goal of implementing the digital TV protocol testing system under the hybrid network,the software architecture of digital TV interaction protocol test system is designed.At the same time,the system is implemented on the Windows platform,and the basic interaction protocol of digital television is tested,which verifies that the system is practical and effective.

hybrid network;digital TV;protocol testing

TN949.197

A

徐 楠（1987—），女，助理工程師，主研智能終端、智慧家庭的標準體系及檢測技術；

?? 薇

2014-10-05

【本文獻信息】徐楠，董桂官.混合網絡環境下的數字電視協議測試系統研究[J].電視技術，2014，38（24）.

國家“863”計劃項目（2012AA011706）

董桂官（1987—），助理工程師，主研智能終端相關電聲產品檢測技術及聲學標準修訂。