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鐵路信號安全協(xié)議互操作性測試序列生成研究

文檔作者：王瑞梁艷文檔來源： 1.中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 2.卡斯柯信號有限公司城交部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月12日
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計(jì)算機(jī)與通信信號
計(jì)算機(jī)應(yīng)用
第22卷第2期
 COMPUTER AND COMMLUNICATION AND SIGNAL
鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用
 RAILWAY COMPUTER APPLCATION
 Vol. 22 No. 2
文章編號:005-8451(2013020044-05
鐵路信號安全協(xié)議互操作性測試序列
生成研究
王瑞,梁艷
(1.中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所,北京100081
2.卡斯柯信號有限公司城交部,北京100045)
摘要:鐵路信號安全協(xié)議為鐵道部制訂的用于高速鐵路列控系統(tǒng)中的安全數(shù)據(jù)傳輸協(xié)
議,對整個系統(tǒng)的安全起著重要作用,投入運(yùn)行前對其進(jìn)行完整的測試是非常必要的。協(xié)議測試
中的互操作性測試是檢查同一協(xié)議或者同一類協(xié)議的不同被測實(shí)現(xiàn)之間是否可以進(jìn)行正確交互。
本文對鐵路信號安全協(xié)議-I的互操作性測試建模和測試序列生成進(jìn)行了詳細(xì)的研究
關(guān)鍵詞:鐵路信號安全協(xié)議-1;互操作性測試;組合的有限狀態(tài)機(jī);測試序列
中圖分類號:U284:TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
 Research on interoperability testing sequence derivation for Railway
 Signal Safety Protocol-I
 WANG Rui'. LIANG Yan?
 (1.Signal Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China:
 2.Urban Transit Dept. Beijing Branch, CACO Signal Ltd., Beijing 100045, China
 Abstract: The railway signal safety protocol-I, which was made by Ministry of Railways, was used in the
 safety data transmission of the high-speed Train Control System and had a significant function to ensure the
 safety of the whole system. It was necessary to test it completely before it was put into use. The interoperability
 testing was to check whether the protocol imple
 mplementations of the same protocol or the same type protocol
 could interoperate correctly. The paper researched on the interoperability testing modeling and testing sequence
 generation of the Railway Signal Safety Protocol-I (RSSP-D) in details.
 Key words: Railway Signal Safety Protocol-IRSSP-D): interoperability testing: composite finite state machine;
 testing sequence
高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng),其系統(tǒng)內(nèi)部、以進(jìn)行正確的交互,提供期望的服務(wù),它是對一
系統(tǒng)與外界環(huán)境之間存在大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)交互,致性測試的完善和補(bǔ)充。
這就依賴于高容量的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸
自然語言描述的協(xié)議說明可能具有二義性或
其中,鐵路信號安全協(xié)議-1(以下簡稱rs-)者存在可選選項(xiàng),一致性測試無法做到窮盡測試,
為鐵道部制訂的用于列控系統(tǒng)封閉網(wǎng)絡(luò)中的安全故對產(chǎn)品進(jìn)行互操作性測試是必要的在不同
數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,是保證信息安全實(shí)時傳遞的有效廠家的產(chǎn)品之間進(jìn)行互操作性測試,可以降低系
手段,對整個系統(tǒng)安全起著重要作用
統(tǒng)集成的費(fèi)用,提高設(shè)備的利用率,保證系統(tǒng)的
在協(xié)議實(shí)現(xiàn)投入運(yùn)行之前,對其進(jìn)行完整的良好運(yùn)行。
測試可以保證協(xié)議有效安全地投入應(yīng)用。協(xié)議測
試包括一致性測試、互操作性測試、性能測試和1互操作性測試的形式化模型
魯棒性測試,其中的互操作性測試就是檢查同一
協(xié)議或者同一類協(xié)議的不同被測實(shí)現(xiàn)之間是否可
為了生成協(xié)議的互操作性測試序列,需要對
協(xié)議說明進(jìn)行形式化建模,可以用有限狀態(tài)機(jī)對
收稿日期:2012-03-01
協(xié)議的行為進(jìn)行形式化描述。有限狀態(tài)機(jī)FSM,
作者簡介:王瑞,研究實(shí)習(xí)員:梁艷,工程師
2013.2總第191期C
第22卷第2期
鐵路信號安全協(xié)議互操作性測試序列生成研究
計(jì)算機(jī)與通信信號
M是一個五元組(S,S,L,L,),其中:
作性測試套,對給定輸入存在多少信息交互,或
(1)S=(ss1,)表示狀態(tài)機(jī)M的狀態(tài)集合對同一輸入存在多少變遷都普遍適用。該算法中,
(2)s∈S表示狀態(tài)機(jī)M的初始狀態(tài)
首先要做全局變量的初始化工作:Lnm=(LiAE
(3)Ln=(v,v2,…wm)表示輸入符號的集合;ULmB.),n=(sSB.),Sn=sno),Trn=1
(4)L=(U1,U2…U)是輸出符號向量的集然后,從組合的有限狀態(tài)機(jī)的初始狀態(tài) States(初
合,其中U=(u),n表示外部輸出消息“m始化為so)開始,通過函數(shù) choose--anyO從
表示內(nèi)部輸出消息;
 States中任選一個狀態(tài)gs_i作為當(dāng)前狀態(tài),對于
(5)rs-vu→sls,s∈sy∈lAg_i的每一個外部輸入v,求出當(dāng)前狀態(tài)在輸入v
UcL表示變遷的集合,其中s,s,v,U分時的下一個狀態(tài)gsf,從而求得新的輸出Ln和
別表示起始狀態(tài),終止?fàn)顟B(tài),輸入符號,輸出符Tr把新狀態(tài)gsf并入Sn和 States中,可以得
號的集合。
到新的狀態(tài)集Sn和 States為了得到gs_i和gsf
互操作性測試把參與測試的兩個或者多個實(shí)的內(nèi)部交互序列,引入子函數(shù) interoperability
現(xiàn)作為整體考慮,采用組合的有限狀態(tài)機(jī)對被測 derive(in,s,s,gs_i,v,W),它是一個遞歸調(diào)用的
協(xié)議從整體上進(jìn)行形式化描述,本文中研究的是函數(shù),能夠生成一個互操作性測試?yán)Ｆ渌惴?
1:1的互操作性測試,用表示2個有限狀態(tài)機(jī)程圖如圖1所示。
的組合:MA和MB?？梢赃@樣定義,組合的有限
全局變量初始化
狀態(tài)機(jī)Ⅱ是一個五元組(S,
(1)Sn=(.S1,S)表示全局狀態(tài)的集
N
合,n=(SA,SB),SA和SB分別表示MA和M的狀態(tài)。
狀態(tài)集 States不為空
(2)sno∈Sn表示初始狀態(tài),即S=(SA.0
SB.)。
從中任取出一個狀態(tài)作為全局
狀態(tài),并從 States中減去該狀態(tài)
結(jié)束
(3)=(v,n2,…)表示輸入符號的
賦值:S= gs
集合,即,Ln=(,EULB)。
或者:5==gsi
(4)Wn=(U,Un2n)表示由一個外部
輸入所產(chǎn)生的一系列輸出符號向量的集合,Uu
取出狀態(tài)機(jī)A(或B)中的變
∈ Lout Lout.U是由Un的內(nèi)部輸出產(chǎn)生
的,其中1≤i≤1,并且最后一個向量Un的內(nèi)
變遷m的初始狀態(tài)為
并且其輸入為外部輸入
部輸出為空,或者雖然內(nèi)部輸出不為空,但也不
會引起狀態(tài)的變遷。L=(Wn,W,…Wn)是
 Wut=[..]
一系列輸出符號向量的集合。
(5)-vnUn→sn's,∈Sn
NU含有內(nèi)部輸出
Y
v∈表示變遷的集合。
將W加入到輸出向量集合中
2互操作性測試序列的生成算法
用子的狀態(tài)
 constructgs構(gòu)建新
用子函數(shù) ineroperability
 derive,產(chǎn)生互操作性測試?yán)?
本文的互操作性測試生成算法中,主要基于
本次循環(huán)結(jié)束更新全局變量
單激勵原則,即被測系統(tǒng)在同一時刻只有一個外
部激勵,且在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時給入,只有當(dāng)
圖1組合的有限狀態(tài)機(jī)的生成算法流程圖
被測系統(tǒng)處理完該激勵時,外部才能輸入下一個3rssp-協(xié)議的形式化模型建立
激勵。同時,還假設(shè)要進(jìn)行互操作性測試的被測
實(shí)現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)過了一致性測試
RSP-規(guī)定了鐵路信號安全設(shè)備之間進(jìn)行信
組合的有限狀態(tài)機(jī)的生成算法可以產(chǎn)生互操息交互的安全層功能結(jié)構(gòu)和協(xié)議,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,
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計(jì)算機(jī)與通信信號
鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用
第22卷第2期
適用于封閉式傳輸系統(tǒng)。該協(xié)議依照封閉式傳輸輸出包括: Start狀態(tài)機(jī)啟動; Closed鏈路斷開,
系統(tǒng)安全通信標(biāo)準(zhǔn)EN50159-1制定,采用從接收回到初始狀態(tài); Display被測設(shè)備將一些發(fā)送接
方角度設(shè)計(jì)的保護(hù)算法,能夠獨(dú)立檢測通信傳輸收數(shù)據(jù),狀態(tài)的變化等顯示出來,方便測試者查
中的所有錯誤,采取相應(yīng)的故障安全防范措施?？础?nèi)部的輸出包括:iS發(fā)送RSD;iSSE
RssP-協(xié)議中用了3種數(shù)據(jù)幀:RSD(實(shí)時發(fā)送SE;is發(fā)送SSR RSDe發(fā)送錯誤
安全數(shù)據(jù)幀),ssE(時序校正請求幀)和SS(時的RSD; RSDd發(fā)送延遲的RD;timeout
序校正應(yīng)答幀),其安全數(shù)據(jù)交互示例如圖2所示。(timeout1,i_timeout22)分別表示超時時間t(t1,
t2)、null(輸出為空)同時一個狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部輸
接方
發(fā)送方(請求方)
出事件是另外一個狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部輸入事件,用來
觸發(fā)相應(yīng)的變遷。
本文建立的發(fā)送方模型、接收方模型如圖3
和圖4所示。
 RSD
 SD)
 RSD
 Setupl/(Sta
 IDLE
 Disconn(Closedi_timeout)
 aitSSE
能夠處理收到的安全數(shù)據(jù)
不能處理收到的安全數(shù)據(jù)
圖rssp-安全數(shù)據(jù)交互示例
為生成RSSP-1的互操作性測試序列,需要
建立該協(xié)議的發(fā)送方和接收方的有限狀態(tài)機(jī)模型。
由于RSSP-I協(xié)議是基于接收方的保護(hù)算法,發(fā)送
方是主動的,而接收方作為跟隨方是被動的,通
信鏈路的建立和刪除過程都是由發(fā)送方?jīng)Q定的。
因此,本文在建立模型時,為發(fā)送方設(shè)計(jì)比較多
 DATA
 DelaySSR
的外部輸入,而接收方只有內(nèi)部輸入,完全跟隨
 SSRNomaL(Displayi_SSR)
發(fā)送方。
 Conn(Displayi_RSD)
首先,需要確定發(fā)送方和接收方的狀態(tài)機(jī)集
合。發(fā)送方模型的狀態(tài)集:S={ie, WaitSSE,
圖3sp-發(fā)送方模型
 DelaysSR, DATA,其中,IDLE表示鏈路不存
在或者已刪除,默認(rèn)的初始狀態(tài) WaitSSE表示4rs-協(xié)議的互操作性測試序列生成
等待接收方的時序校正請求SSE, DelaySSR表示
本方延遲發(fā)送時序校正應(yīng)答SSR;DATA表示發(fā)在對RP協(xié)議進(jìn)行互操作性測試的研究
送實(shí)時安全數(shù)據(jù)幀RSD;建立接收方模型的狀態(tài)中,采用前面的互操作性測試套生成算法,圖5
 S2=[IDLE, READY, WaitSSR, DATA.
以一個RSSP-I協(xié)議中的交互實(shí)例來說明互操作性
在觸發(fā)發(fā)送方模型和接收方模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)化測試套的生成過程。
過程中,需要有相應(yīng)的輸入/輸出事件。其中外
最開始,發(fā)送方和接收方都處于初始狀態(tài),
部輸入包括: Setupl正常啟動發(fā)送方; Setup22啟即: States=(IDLE,DLE)1圖6介紹了圖1中
動發(fā)送方異常(不能及時發(fā)送SSR);Conn路的算法生成互操作性測試?yán)倪^程。
連接正常; Disconn斷開鏈路、 SSRTimeout發(fā)于是,就生成了第(1)條測試?yán)?用同樣的
送SSR超時; RSDDelay發(fā)送RSD延遲等。外部方法可以生成下面11條互操作性測試?yán)?
2013.2總第191期
第22卷第2期
鐵路信號安全協(xié)議互操作性測試序列生成研究
計(jì)算機(jī)與通信信號
 (DATA,DATA):
 i timeout/(Closed,null)
 (2)(DATA.DATA)RSDError/(Display,
 RSDe).(Display, i_SSE), (Display, i_SSR), (Display,
 i timeou(Closed,)
 IDLE
 WaitSSR
null)→(datadata)
 (3)(DATA.DATA)-RSDDelay/(Display, i_
 RSDd),(Display, i_SSE),(Display, i_SSR),(Display,
null)→(DAt,)
 (4)(DATA, DATA)-Conn/(Display,
_RSD).(Display, null)(DATA,DATA);
 (5)(DATA, DATA)-Disconn/(Closed,
 i_timeout), (Closed, null)(IDLE.IDLE);
 RaDisnl
 SSR/(Displaynull)
 (6)(IDLE,IDLE) Setup2/(Start, i_RSD),(Dis.
 DATA
 READY
 i RSDe/(Displayi SSE)
 play, i_SSE), (Display, i_timeout1).(Display, null)
 RSDd/(Displayi_SSE)
→(DelaySSR, WaitSSR)
 RSDX(Displaynull
 (7)(DelaySSR, WaitSSR)Disconn/(Closed.i
 _timeout2).(Closed, null)(IDLE.IDLE)
圖4rssp-1接收方模型
 (8)(DelaySSR. WaitSSR)-SSRNormal/(Dis-
 play,_SSR),(Display, null)(DATA,DATA);
測試器1
發(fā)送方
接方
測試器2
 (9)(DelaySSR, WaitSSR)-SSRTimeout/
 (Display,i_timeout2), (Closed, null)(WaitSSE
 IDLE
 IDLE):
 ERSD
 (10)(WaitSSE, IDLE) -Conn/(Display,
 Wasst>
s
 i_RSD),(Display,_SSE). (Display. i_SSR).(Display,
 READY
null)→(data.data)
 (11)(WaitSSE, IDLE)-Disconn/(Closed
 DATA
 i_timeout), (Closed, null)- (IDLE,IDLE).
變遷分別叫做T1,T2,T3,T4,T5,T6
圖5一個消息交互的例子
T7,T8,T9,T10,T11。可以生成組合的有限
初始的全局狀態(tài) gsIDLIDLE
狀態(tài)機(jī)如圖7所示。在組合的有限狀態(tài)機(jī)模型基
輸出符號向量Wn(Start.i_RSD)
礎(chǔ)上進(jìn)行對稱擴(kuò)展,得到歐拉圖如圖8所示。
一個互操作性測試?yán)齌=ni
1.調(diào)用子函數(shù) interoperability-derive-(irsd. WaitSSEidle
 (IDLE, IDLE ) Setupl. "(Start._RSD)")
T
2.調(diào)用子函數(shù) interoperability-derive-(se. READY. WaitSSE
 IDLE
 WaiISsR)
 (IDLE, IDLE ) Setupl. "(Start, i_RSD), (Display, i_SSE)")
T
3.調(diào)用子函數(shù)interoperability--drv(. DATA. READY
 (IDLE, IDLE ) Setupl. "(Start. i_RSD). (Display. i_SSE)(Display.
 T9
 ISSR)
輸出符號向量(Startisd).(Display,i_sse)(Display
 i_SSR),(Display, null)
最后的全局狀態(tài),gs_f=(DATADATA)
 (DATA
(WaitSSE
同時將gsf添加到全局狀態(tài)Sn和 States中
 DATA)
T
 IDLE
圖6測試?yán)?1)生成的具體過程
 T2,T3.T4
 ()(IDLE,IDLE)-Setupl/(Start, i_RSD),(Dis-
 play, i_SSE).(Display, i_SSR), (Display, null)
圖7ssP-1組合的有限狀態(tài)機(jī)模型
RCA2013.2總第191期7
學(xué)童
計(jì)算機(jī)與通信信號
鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用
第22卷第2期
本文在生成測試序列時所基于的單激勵原則有一
定的局限性,在下一步的研究工作中,需要采用
多激勵原則生成互操作性測試序列,多激勵原則
即從外界環(huán)境可以同時向兩個實(shí)現(xiàn)輸入外部消息,
 TrTs
它更為復(fù)雜,卻更加接近實(shí)際情況。另外,在序
列生成算法上也有可以改進(jìn)之處-7,以達(dá)到更高
的錯誤覆蓋率和更短的序列長度。
 TIO
w
參考文獻(xiàn)
134
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列為:T’→T5→T6→T9→T10→T2’→[3]李華,葉新銘協(xié)議互操作性測試綜述內(nèi)蒙古大
T34→t5t6t9t16→學(xué)學(xué)報(bào),2008,39(5):590-595
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該測試序列覆蓋了所有變遷,并且對每個變 bility test suite derivation for communication protocols
遷的末狀態(tài)都做了檢查,具有很高的錯誤覆蓋率,
 Computer Networks, 2003, 43(6): 735-759.
序列長度在可接受的范圍內(nèi)保證了測試的工作量(5張濤.邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)漢GP4+的互操作性測試研究D
不大并具有可執(zhí)行性,可以將其描述為抽象測試
包頭:內(nèi)蒙古大學(xué),2007
[6]王之,吳建平,尹霞,基于通信多端口有限狀態(tài)機(jī)
套,用于本協(xié)議的互操作性測試中。
的協(xié)議互操作性測試生成研究計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2006,
29(11):1909-1919
5結(jié)束語
7]林華輝,趙保華,屈玉貴,基于有向圖的最小完全覆蓋
互操作測試序列生成算法[中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),
本文介紹了互操作性測試序列的生成算法,2006(2)225-229
基于該算法對RSSP協(xié)議進(jìn)行了互操作性測試的
生成研究,最后得到了其互操作性測試序列。但
責(zé)任編輯陳蓉
(上接P36)
參考文獻(xiàn):
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車務(wù)段綜合信息平臺及安全生產(chǎn)信息系統(tǒng)是科學(xué)學(xué)與科學(xué)技術(shù)管理,2007(3)
一個以計(jì)算機(jī)管理為手段,以日常生產(chǎn)及施工管4]亞彬,李興強(qiáng)對車務(wù)段調(diào)度組織的實(shí)踐與思考鐵
道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì),2010(9):41-43
理、客貨運(yùn)管理、安全管理為核心的信息系統(tǒng)5]許紅,宋亞萍,楊浩我國鐵路信息化建設(shè)現(xiàn)狀及
系統(tǒng)的建立有利于實(shí)現(xiàn)車務(wù)段對生產(chǎn)過程管理和
發(fā)展規(guī)劃綜合運(yùn)輸,2006(8-9):129-132
控制信息化、便捷化,提高車務(wù)段的生產(chǎn)效率和
6]李剛鐵路信息技術(shù)裝備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
管理水平,為生產(chǎn)決策提供信息支持,減輕基層
鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2008(5):26-28.
工作人員的勞動強(qiáng)度。對于保障鐵路運(yùn)輸安全、
暢通,具有現(xiàn)實(shí)意義。
責(zé)任編輯陳蓉
2013.2總第191期

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