基于SDL實現(xiàn)的GPRS網(wǎng)絡一致性測試技術研究

摘　要　首先論述了GPRS網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及有關一致性測試的基本方法和原則，從系統(tǒng)的整體構(gòu)架、模塊劃分和數(shù)據(jù)處理流程等方面，詳細描述了GPRS網(wǎng)絡協(xié)議棧測試系統(tǒng)，深入地研究和分析了基于SDL實現(xiàn)的GPRS協(xié)議棧一致性測試方法，最后對系統(tǒng)測試案例的設計思想和實現(xiàn)過程進行了說明。測試結(jié)果表明，該方法能顯著提高GPRS協(xié)議一致性測試效率。

1、前言

　　在現(xiàn)代通信領域，要保證通信系統(tǒng)的正常運行和通信業(yè)務的順利開展，取決于協(xié)議軟件是否滿足協(xié)議規(guī)范的要求，必須進行專門的協(xié)議測試加以保證，需要通過完備的協(xié)議測試進行系統(tǒng)驗證。GPRS作為當今移動通信應用熱點之一，業(yè)務功能的實現(xiàn)的前提，同樣取決于通信軟件是否符合協(xié)議的要求，因此進行GPRS協(xié)議棧中有關功能實體和接口的測試十分重要。解決GPRS協(xié)議一致性問題首當其沖，對于準確地驗證GPRS網(wǎng)絡的接口規(guī)范、開放性各項技術具有十分重要的意義。本文針對一致性測試，采用形式化的SDL測試語言作為協(xié)議標準的描述語言，協(xié)議語義不存在二義性，該抽象描述采用標準實用的測試方法和工具實現(xiàn)，達到了簡化測試模型，提高測試效率的目的，非常適合于GPRS協(xié)議的軟件自動測試。

2、GPRS網(wǎng)絡協(xié)議棧

　　GPRS網(wǎng)在GSM網(wǎng)的基礎上增加了GPRS業(yè)務支持節(jié)點（SGSN）和GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點（GGSN）兩個功能實體，提供基于IP的分組數(shù)據(jù)傳輸，符合ISO定義的OSI網(wǎng)絡七層結(jié)構(gòu)。GPRS采用TCP或UDP協(xié)議進行應用層數(shù)據(jù)傳輸，所謂協(xié)議棧就是對信息進行多次封裝和解封的過程，以便能夠在不同的實體間傳送信息。GPRS網(wǎng)絡協(xié)議棧是一種對等的協(xié)議結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。


圖1　GPRS網(wǎng)絡協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

　　GPRS骨干網(wǎng)一般有兩種構(gòu)建方式：基于因特網(wǎng)和虛擬專網(wǎng)VPN的方法，后者增加了系統(tǒng)的隱蔽性和報文的保密性。GPRS骨干網(wǎng)采用GTP（GPRS隧道協(xié)議），該協(xié)議允許多種協(xié)議包如IP包或X.25包等在GSN組件間用隧道方式穿過，通過隧道方式可以封裝任意數(shù)據(jù)，實現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)與多種外部數(shù)據(jù)網(wǎng)互通。

3、SDL一致性測試原理

　　所謂一致性，是指協(xié)議的形式規(guī)范和協(xié)議實現(xiàn)行為之間的一致，即檢驗協(xié)議是否符合規(guī)范的要求。協(xié)議一致性測試則是通過測試程序，檢查測試實現(xiàn)（IUT）是否符合協(xié)議規(guī)范的要求。近年來，協(xié)議一致性測試是國際上非常關注的、也是發(fā)展較快的一個研究領域，相對其他測試領域，一致性測試唯一能給出理論框架和方法論，目前，一致性測試通常采用抽象測試方法完成，即根據(jù)對IUT（被測協(xié)議實現(xiàn)）輸入的控制和輸出的觀察來描述測試進程。OSI協(xié)議標準規(guī)定了協(xié)議直至一致性測試的基本模型，如圖2所示。該模型根據(jù)協(xié)議實體的PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）和協(xié)議實體上下的ASP（抽象服務原語）來定義協(xié)議實體所允許的行為。其中N層實體的行為根據(jù)（n）ASP和（N-1）ASP來定義，借助協(xié)議測試模型，可以實現(xiàn)對各層ASP之間行為的觀察和控制。


圖2　協(xié)議一致性測試的基本模型

　　圖2關于一致性測試的基本模型可以通過形式化模型，即形式化描述語言進行表達。其中SDL（規(guī)格和描述語言，Specification and Description Language）是ITU開發(fā)的一種形式描述語言，是一種能夠精確定義通信系統(tǒng)功能規(guī)格及對其行為進行描述的國際標準化的正式語言，它主要用于實時的交互分布式系統(tǒng)的形式化描述。SDL使用擴展有限狀態(tài)機（EFSM）的概念來描述對象。SDL一般有兩種表示法：SDL/PR文字表示法和SDL/GR圖形表示法。在實際應用中，開發(fā)人員將應用SDL圖形描述，再由SDL工具將其轉(zhuǎn)化為C語言源代碼，或者CHILL源代碼，最后嵌入到實際開發(fā)環(huán)境中。SDL采用多層結(jié)構(gòu)來描述整個系統(tǒng)，非常適合GPRS協(xié)議棧的抽象描述。圖3是SDL測試的一般原理。


圖3　SDL協(xié)議測試描述

4、GPRS協(xié)議棧測試系統(tǒng)

　　采用SDL語言描述抽象測試集的4個部分：測試集概況、聲明部分、約束部分和動態(tài)部分。利用SDL語言抽象出GPRS協(xié)議的系統(tǒng)、塊、進程和過程并對其進行形式化描述，以SDL形式化描述的TTCN樹表結(jié)合表示法作為測試工具，在短時間內(nèi)完成了穩(wěn)定的通信協(xié)議程序。系統(tǒng)選擇黑盒測試法，首先將IUT看作一個測試實體，根據(jù)測試者的測試目的，通過選擇IUT與測試環(huán)境的接口來進行測試，以達到測試和驗證IUT的目的。通過與SDL的聯(lián)合使用（協(xié)同仿真），生成消息序列流圖（MSC），通過觀察IUT內(nèi)部和IUT與環(huán)境（測試系統(tǒng)）之間的消息序列和數(shù)據(jù)流，達到查找錯誤的目的。在GPRS協(xié)議棧的測試過程中，測試用例設計是完成一致性測試的關鍵，以事件語句為例：事件語句主要包括SEND、RECEIVE、TIMEOUT和OTHERWISE等。發(fā)送事件SEND用符號“!”標識，事件地點即PCO的名稱在“!”前設定，“!”后封裝待發(fā)送的消息名稱，要將ASP或PDU通過一個PCO發(fā)送到IUT，需要調(diào)用SEND語句，例如：PCO Identifier!ASP Identifier，SEND語句也可以附加限制條件，例如賦值語句和定時器語句等。這些語句的調(diào)用順序如下：

　　SEND3[QUALIFIER]1[ASSIGNMENT_LIST]2[TIMER_OPERATION]4

　　圖4是測試系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖，其中測試用例全部采用SDL描述，由測試工具激勵產(chǎn)生。


圖4　一致性測試系統(tǒng)實現(xiàn)模塊

　　GPRS協(xié)議棧的驗證包括一系列的進程和過程，進程采用擴展狀態(tài)機實現(xiàn)，描述GPRS協(xié)議棧事件過程中的動作和狀態(tài)變遷。在SDL對GPRS形式化描述的基礎上，利用SDT的Simulator UI完成了協(xié)議棧原語操作的驗證測試。測試結(jié)果表明，形式化的基于TTCN的測試執(zhí)行方法不僅適用于協(xié)議的一致性測試過程，對于互操作測試和多方測試也是適用的。

5、結(jié)論

　　測試結(jié)果表明，基于SDL形式化描述的一致性協(xié)議測試，可以以最快的速度激勵產(chǎn)生標準的協(xié)議測試程序，及時發(fā)現(xiàn)協(xié)議實現(xiàn)是否符合一致性要求。方法具有很強的靈活性，可根據(jù)一致性測試或借口測試的不同要求，修改測試程序的產(chǎn)生方式，盡早發(fā)現(xiàn)并修改錯誤，最大程度地降低出錯率，從而到達降低成本的目的。特別是當同一個網(wǎng)絡內(nèi)的其它實體發(fā)生變化時，形式化描述的靈活性能夠確保各層次測試描述的一致性。本文雖然以討論一致性測試為主，但該方法對于互操作性測試和性能測試同樣有借鑒意義。

　　參考文獻

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