TTCN在TETRA系統中的實踐運用

徐超 冉斌龍 劉洋

【摘 要】介紹了一種標準化的測試描述語言TTCN-3，并闡述了TTCN-3在TETRA專網通信領域的應用；概要描述了部分實踐場景，實測結果證明依據TTCN-3設計的自動化檢驗機制能夠充分保證產品質量的可靠性與健壯性。

【關鍵詞】TETRA TTCN 自動化測試 性能測試 互操作性測試

中圖分類號：TN929.52 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）09-0024-06

1 引言

相比于公網通信系統，專網通信系統架構較扁平，但對系統的健壯性和安全性要求卻更為苛刻，因為應急狀態下的通信順暢關系到國家安全和人身安全。因此，設計一套工業級的自動化檢驗機制，以提高專網通信系統的可靠性與健壯性，一直是各專網通信設備廠商積極追求的目標。

在TETRA系統測試中，各項業務測試比較復雜，而且基于手動完成，工作效率低，對每一輪系統回歸測試均需要花費大量人力和時間，以對日志進行分析，機械重復的執行可能會引發疲憊，并導致測試質量不保證及產品不能及時發布，這是專網設備研發生產企業普遍遇到的問題。

海能達通信股份有限公司作為專網行業的領軍企業，在TETRA專網設備領域有長達近20年的研發經驗（1999年第一個版本的TETRA系統項目交付商用），已經形成了一整套基于TTCN-3（Testing and Test Control Notation version 3，測試和測試控制表示法第三版）的系統性自動化驗證機制，可以模擬長達50年的系統運行環境；對于海能達公司發布的每一個TETRA系統版本，都要經過這套機制嚴格的檢驗“洗禮”，充分保證了產品質量的健壯可靠以及持續穩定。基于TTCN的多種測試應用研發，TETRA R5二代系統很多功能都通過高效準確的自動化測試，促使R5系統能按時并高質量完成發布。目前海能達TETRA系統已應用于馬來西亞、荷蘭、香港、深圳、長沙等地的重要項目。因此，嚴謹且全面的TTCN測試機制保證了產品研發品質，贏得了客戶信賴與尊重。

本文就TTCN-3在TETRA系統中的實踐應用方面，對相應自動化設計的原理和機制進行了簡要闡述，闡明了TTCN-3在TETRA系統測試中的優勢。

2 TTCN技術簡介

2.1 TTCN-3優勢

TTCN-3是由ETSI（European Telecommuni-cations Standards Institute，歐洲電信標準化協會）制定的標準化測試描述語言，現已被公布成為ETSI ES 201 873系列標準文件。

與其它測試腳本語言相比，TTCN-3語言優點主要體現在支持現行的測試規范，內部配對機制強大，支持定時器，可在運行時進行測試配置，而且TTCN-3不局限于特定的應用和使用接口，也不限于特定測試執行環境、編譯程序或操作系統，TTCN-3能兼容導入其它開發代碼。正因為上述特性及靈活機制，TTCN-3技術被廣泛應用于大規模、復雜的工業測試，國內外大型通信類企業通常會運用TTCN進行互操作性測試、協議測試、接口測試、功能集成測試等。

2.2 TTCN-3測試系統

在TTCN-3標準規范的第5部分中，對TTCN-3測試系統的概念模型進行了描述。系統主要由測試管理和配置（TM）、測試執行（TE）、被測系統適配器（SA）和平臺適配器（PA）組成。其中TM與TE的接口稱為測試控制接口（TCI），TE與SA/PA間的接口稱為測試運行時接口（TRI），如圖1所示。

其中，TM組件負責全面的管理，包括用戶接口的實現和測試執行的管理。TE負責解釋和執行TTCN-3抽象測試套（ATS）。SA負責適配TTCN-3測試系統和被測系統之間所有基于消息的通信和基于過程的通信到一個特定的執行平臺。PA負責實現外部函數和定時器的操作。

TTCN-3可以用作基于多種通信端口的系統測試的描述語言。典型的應用領域是協議測試（包括移動協議和互連網協議）、服務測試（包括增補服務）、模塊測試、APIs等測試。按測試類型和領域延伸，TTCN技術可應用在模塊測試、單元測試、集成測試、系統測試等，也可應用于覆蓋分布式、電信、互聯網、傳輸領域測試。TTCN應用場景拓展如圖2所示：

3 TTCN-3在TETRA DIB-R5中的測試應用

Accessnet-T IP二代系統是海能達公司專注研制出的最新TETRA系統產品，由中國總部和德國子公司共同研制。目前其架構已有很多改進和優化，模塊化程度更高，組網更加靈活，流程更加合理，功能更加完善。鑒于TETRA集群系統的業務功能多種多樣和手動測試的重復機械性，為了提升新產品的測試效能，通過設計SA和PA，以及Java編寫的相應編、解碼子系統，開發了一整套自動化測試環境平臺。利用TTCN設計并覆蓋自動化功能測試/回歸測試、接口層互操作性測試、性能測試、數據傳輸速率測試、穩定性測試、業務壓力測試、應用程序網關協議測試等。下文從部分測試角度進行呈現舉例。

3.1 自動化功能測試/回歸測試

設計綜述：利用TTCN集成開發測試環境，設計并搭建了TETRA自動化測試平臺。主要實現原理是通過PEI（Peripheral Equipment Interface，外圍設備接口）標準，用串口AT指令完成多個終端的行為控制，例如短信息的收發、通話的建立、掛斷等；通過Socket通信接口連接應用網關接口，實現調度中心、錄音器的完全仿真；通過SIP接口協議連接電話網關，實現對PSTN/PABX的完全仿真。在用例設計過程中，通過在TCI接口層加入多種錯誤消息判定機制，只要收到不符合業務邏輯的消息，則立即呈現出錯提示并設置setverdict（fail），中斷這個用例執行，然后跳轉執行下一個用例。

為了使自動化/回歸測試更加精準、有效，提高場景覆蓋率，在設計自動化/回歸測試用例時，考慮各種可能的正常與異常場景，測試用例按以下維度細化、組合，包括但不限于以下組合：

1）按業務發起方和目的方主要分為TETRA終端到終端，終端到調度中心，調度中心到終端等。

2）按業務種類主要分為半雙工、全雙工單呼、組呼、廣播呼叫，電路模式數據呼叫，個體或組發起的短信、狀態消息等。

3）按業務場景分為正常場景和異常場景：正常場景主要為通話正常掛機、短信正常收發等；異常場景主要為呼叫目的是否已知、注冊、是否響應、目標忙、目的拒接、呼叫超時、權限不允許、呼叫不可達轉移呼叫等場景。

4）其它邊界，如短信分為Type1、Type2、Type3、Type4等。

整體測試架構圖如圖3所示：

實施成效：綜上條件，共設計執行用例三千多個，實現了應急通信系統業務場景的全覆蓋，并在各種組網方式下精準運行，節省了大量人力投入，從而大幅提升了測試效率和產能，并且根據測試結果推動了產品研發的改善，有效保證了產品質量。在用例設計過程中，通過加入嚴格錯誤判定機制，對可能的錯誤進行零容忍，確保新產品應急通信基礎功能全部正常。

3.2 互操作性測試

設計綜述：目前主流的TETRA系統與終端的IOP（Interoperability，互操作性）測試都是基于界面操作手動執行，驗證系統與終端的業務交互流程。而TETRA系統IOP測試標準也要依賴于觀察界面，通過界面控制終端來測試。假設在接口層實現IOP測試自動化，則通過串口即能控制驗證底層協議棧是否互通，從而不依賴終端界面。

一般而言，接口層面的互操作性嚴于常規IOP測試。如果設計一套測試框架和用例實現自動化，那么系統測試項目在自動化平臺測試通過，則在絕大多數情況下說明系統符合IOP測試標準。

根據TETRA IOP標準測試規范文檔中Group Management、Group Call、Individual Call、Status Message、BS Fallback Operation、SDS（Short Data Service，短數據業務）、CF（Call Forwarding，呼叫轉移）等章節內容，基于TETRA系統及TETRA PEI標準（AT指令），利用TTCN集成開發測試環境，設計并搭建了基于接口層面的TETRA互操作性測試平臺，并設計了大量IOP測試用例。

（1）用例列舉一：無條件呼叫轉移

1）預置條件：終端MS1、MS2、MS3在TETRA SwMI（Switching Management Infrastructure，交換管理基礎設施，泛指Tetra系統）下注冊，SwMI中配置MS3無條件呼叫轉移至MS2。

2）測試控制：通過控制MS1發送ATCTSDC、ATD消息指令，由MS1發起到MS2的呼叫，然后SwMI會向MS1發送外呼CTOCP消息，向MS2發送CTICN呼入消息，再通過控制MS2發送ATA指令，接聽呼叫即可。通過結果判定是否成功。

標準流程如圖4所示。

（2）用例列舉二：拒絕單個組附屬

1）預置條件：終端MS1在SwMI下注冊，SwMI中只配置GroupA，不配置GroupB。

2）測試控制：通過AT控制MS1發起單一組GroupB的附屬（CoU值不為selected，即僅附屬，但不選擇），SwMI不接受MS1組附屬到GroupB，因為GroupB未被配置，GroupB對于MS1不可用。其中編解碼部分需要在適配模塊中提前完成。

3）實施成效：利用TTCN-3設計并執行面向IOP的自動化測試，作為正式IOP測試前的預測試，能從接口協議層面保證R5系統產品的質量。首先保障了TETRA系統產品符合IOP標準，同時確保R5系統與市場上絕大多數TETRA終端能進行兼容，并通過IOP聯盟認證。通過設計這一套測試框架和用例，既大幅提升了正式IOP測試通過的測試項數，同時節省了人力投入以及避免了手動測試時的誤差，從而提高了測試效率和產能。

3.3 性能測試

隨著電子科學技術的快速發展，專網被越來越多地應用于工業控制領域，通過無線網絡將傳感器上的信息收集回服務器進行分析，然后給設備發送控制指令等應用場景成為未來工業生產領域的趨勢。更多的純短消息的網絡被部署在電力部門、碼頭、機場等需要密集調度的場所。相比公網而言，專網在呼叫建立時間、呼叫成功率、網絡穩定性等方面表現更加優秀，所以專網成為工業控制領域的首選。

在SDS大業務量并發傳輸場景下，保證系統的穩定性與健壯性成為測試研發關注的一個重點。TTCN-3引入了PTC（Parrallel Test Component，并行測試組件）組件來實現并發操作，TTCN-3支持多個PTC同時執行，通過MTC（Main Test Component，主測試組件）控制整個執行流程。在測試過程中PTC通過串口完成與SUT（System Under Test，被測系統）之間的通信，如圖5所示：

利用TTCN-3 PTC組件模擬多個移動手臺、車載臺、調度臺、PABX等外部設備并發短消息進行壓力測試與性能測試，能夠利用現有多樣的功能測試用例快速構造出模擬現實的壓力場景，提高了執行效率。

用例舉例：短消息傳輸

（1）設計綜述：在TETRA空口標準中，對數據的上下行用了不同的處理方式，如圖6所示：

一個超幀（hyperframe）由60個復幀（multiframes）

組成，一個復幀包含18個幀（frame），其中第十八幀作為控制幀。一個幀分為4個時隙（timeslot），每個下行時隙包含510個調制比特（modulation bit），上行時隙又拆分為兩個子時隙（subslot），每個子時隙包含255個調制比特。所以在驗證系統處理SDS能力時，要分別對上下行進行驗證。

（2）預置條件：多臺MS注冊在SwMI系統上，并通過串口連接到TTCN測試主機上。

（3）測試控制：在利用TTCN-3進行測試時，如何得到精準的SDS傳輸成功率與傳輸時延數據成為難點，在TTCN-3的并行機制中，MTC收集PTC的判決結果，然后給出最終測試用例的執行狀態。目前TTCN-3功能測試中支持的判斷結果類型有pass、fail、inconc、none、error，這些都無法反應具體的并發量與成功率。為了更好地監控性能測試結果，則定義了新的性能測試判斷類型perftype，并定義了與perftype相關的動作。當PTC發起一條SDS時，perftype將SDS發送量加1，并捕獲返回結果，與預期值進行比較，如果返回消息與預期不一致，就將SDS失敗數加1，當壓力測試執行結束時，輸出SDS丟包率=SDS失敗數/SDS發送總量，從而得出較為精確的丟包率數據。

（4）實施成效：使用TTCN-3開展性能測試，可以利用現有多樣的功能測試用例快速構造各種測試場景，加速性能測試用例開發，同時TTCN-3靈活的數據類型與timer機制，能夠使精確統計通話成功率、并發量以及時延等變得更加簡單。經過嚴格測試與建模分析，TETRA系統產品在大數據量并發的情況下，依然表現出較好的性能，滿足項目的需求。

4 結束語

綜觀之前已經成功部署交付并良好穩定運行海能達TETRA系統的馬來西亞全國網、香港中華電力（CLP），成功進入交付及試行階段的深圳地鐵7、9、11號線，長沙地鐵等國內外項目，以及即將交付的荷蘭國家網等項目，能夠確信TTCN測試在產品質量方面發揮了重要的保障作用。

隨著技術的發展，我們對專網通信有了更多展望，例如：將窄帶與寬帶在專網中融合，讓網絡既能保持窄帶快速建立呼叫、語音加密等優點，又能提供較高帶寬，進行大數據量傳輸；將人體傳感設備更多地應用于專網，在重大事故中挽救更多人的生命等。如何將TTCN-3應用于寬/窄帶融合及可穿戴設備等將是下一步的工作重點。

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