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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.中國鐵道科學研究院通信信號研究所 2.卡斯柯信號有限公司城交部		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月12日
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計算機與通信信號
計算機應用
第22卷第2期
 COMPUTER AND COMMLUNICATION AND SIGNAL
鐵路計算機應用
 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,投入運行前對其進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)議的不同被測實現(xiàn)之間是否可以進行正確交互。
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行了詳細的研究
關鍵詞: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;測試序列
中圖分類號:U284:TP39文獻標識碼: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
高速鐵路列車運行控制系統(tǒng),其系統(tǒng)內部、以進行正確的交互,提供期望的服務,它是對一
系統(tǒng)與外界環(huán)境之間存在大量復雜的數(shù)據(jù)交互,致性測試的完善和補充。
這就依賴于高容量的傳輸系統(tǒng)進行數(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,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)絡中的安全故對產品進行互操作性測試是必要的在不同
數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,是保證信息安全實時傳遞的有效廠家的產品之間進行互操作性測試,可以降低系
手段,對整個系統(tǒng)安全起著重要作用
統(tǒng)集成的費用,提高設備的利用率,保證系統(tǒng)的
在協(xié)議實現(xiàn)投入運行之前,對其進行完整的良好運行。
測試可以保證協(xié)議有效安全地投入應用。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)議說明進行形式化建模,可以用有限狀態(tài)機對
收稿日期:2012-03-01
協(xié)議的行為進行形式化描述。有限狀態(tài)機FSM,
作者簡介:王瑞,研究實習員: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
計算機與通信信號
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
表示內部輸出消息;
 States中任選一個狀態(tài)gs_i作為當前狀態(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),終止狀態(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的內部交互序列,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)機對被測 derive(in,s,s,gs_i,v,W),它是一個遞歸調用的
協(xié)議從整體上進行形式化描述,本文中研究的是函數(shù),能夠生成一個互操作性測試例。其算法流
1:1的互操作性測試,用表示2個有限狀態(tài)機程圖如圖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
輸入所產生的一系列輸出符號向量的集合,Uu
取出狀態(tài)機A(或B)中的變
∈ Lout Lout.U是由Un的內部輸出產生
的,其中1≤i≤1,并且最后一個向量Un的內
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構建新
用子函數(shù) ineroperability
 derive,產生互操作性測試例
本文的互操作性測試生成算法中,主要基于
本次循環(huán)結束更新全局變量
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
圖1組合的有限狀態(tài)機的生成算法流程圖
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,還假設要進行互操作性測試的被測
實現(xiàn)已經經過了一致性測試
RSP-規(guī)定了鐵路信號安全設備之間進行信
組合的有限狀態(tài)機的生成算法可以產生互操息交互的安全層功能結構和協(xié)議,實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,
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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)機啟動; Closed鏈路斷開,
系統(tǒng)安全通信標準EN50159-1制定,采用從接收回到初始狀態(tài); Display被測設備將一些發(fā)送接
方角度設計的保護算法,能夠獨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,采取相應的故障安全防范措施?？?。內部的輸出包括: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)機的內部輸
接方
發(fā)送方(請求方)
出事件是另外一個狀態(tài)機的內部輸入事件,用來
觸發(fā)相應的變遷。
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)機模型。
由于RSSP-I協(xié)議是基于接收方的保護算法,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)送方決定的。
因此,本文在建立模型時,為發(fā)送方設計比較多
 DATA
 DelaySSR
的外部輸入,而接收方只有內部輸入,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)送時序校正應答SSR;DATA表示發(fā)在對RP協(xié)議進行互操作性測試的研究
送實時安全數(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)轉化測試套的生成過程。
過程中,需要有相應的輸入/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例的過程。
連接正常; Disconn斷開鏈路、 SSRTimeout發(fā)于是,就生成了第(1)條測試例,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條互操作性測試例:
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 (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)機如圖7所示。在組合的有限狀態(tài)機模型基
輸出符號向量Wn(Start.i_RSD)
礎上進行對稱擴展,得到歐拉圖如圖8所示。
一個互操作性測試例T=ni
1.調用子函數(shù) interoperability-derive-(irsd. WaitSSEidle
 (IDLE, IDLE ) Setupl. "(Start._RSD)")
T
2.調用子函數(shù) interoperability-derive-(se. READY. WaitSSE
 IDLE
 WaiISsR)
 (IDLE, IDLE ) Setupl. "(Start, i_RSD), (Display, i_SSE)")
T
3.調用子函數(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測試例(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)機模型
RCA2013.2總第191期7
學童
計算機與通信信號
鐵路計算機應用
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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現(xiàn)輸入外部消息,
 TrTs
它更為復雜,卻更加接近實際情況。另外,在序
列生成算法上也有可以改進之處-7,以達到更高
的錯誤覆蓋率和更短的序列長度。
 TIO
w
參考文獻
134
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基于該算法對RSSP協(xié)議進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
責任編輯陳蓉
(上接P36)
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控制信息化、便捷化,提高車務段的生產效率和
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管理水平,為生產決策提供信息支持,減輕基層
鐵路計算機應用,2008(5):26-28.
工作人員的勞動強度。對于保障鐵路運輸安全、
暢通,具有現(xiàn)實意義。
責任編輯陳蓉
2013.2總第191期

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