基于SDL實(shí)現(xiàn)的GPRS網(wǎng)絡(luò)一致性測(cè)試技術(shù)研究

摘　要　首先論述了GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及有關(guān)一致性測(cè)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(xì)描述了GPRS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧測(cè)試系統(tǒng)，深入地研究和分析了基于SDL實(shí)現(xiàn)的GPRS協(xié)議棧一致性測(cè)試方法，最后對(duì)系統(tǒng)測(cè)試案例的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了說明。測(cè)試結(jié)果表明，該方法能顯著提高GPRS協(xié)議一致性測(cè)試效率。

1、前言

　　在現(xiàn)代通信領(lǐng)域，要保證通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行和通信業(yè)務(wù)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(jìn)行專門的協(xié)議測(cè)試加以保證，需要通過完備的協(xié)議測(cè)試進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。GPRS作為當(dāng)今移動(dòng)通信應(yīng)用熱點(diǎn)之一，業(yè)務(wù)功能的實(shí)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(jìn)行GPRS協(xié)議棧中有關(guān)功能實(shí)體和接口的測(cè)試十分重要。解決GPRS協(xié)議一致性問題首當(dāng)其沖，對(duì)于準(zhǔn)確地驗(yàn)證GPRS網(wǎng)絡(luò)的接口規(guī)范、開放性各項(xiàng)技術(shù)具有十分重要的意義。本文針對(duì)一致性測(cè)試，采用形式化的SDL測(cè)試語言作為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的描述語言，協(xié)議語義不存在二義性，該抽象描述采用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用的測(cè)試方法和工具實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了簡化測(cè)試模型，提高測(cè)試效率的目的，非常適合于GPRS協(xié)議的軟件自動(dòng)測(cè)試。

2、GPRS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

　　GPRS網(wǎng)在GSM網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加了GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）兩個(gè)功能實(shí)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(luò)七層結(jié)構(gòu)。GPRS采用TCP或UDP協(xié)議進(jìn)行應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸，所謂協(xié)議棧就是對(duì)信息進(jìn)行多次封裝和解封的過程，以便能夠在不同的實(shí)體間傳送信息。GPRS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是一種對(duì)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(luò)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(bào)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(shí)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(cè)試原理

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


圖2　協(xié)議一致性測(cè)試的基本模型

　　圖2關(guān)于一致性測(cè)試的基本模型可以通過形式化模型，即形式化描述語言進(jìn)行表達(dá)。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(duì)其行為進(jìn)行描述的國際標(biāo)準(zhǔn)化的正式語言，它主要用于實(shí)時(shí)的交互分布式系統(tǒng)的形式化描述。SDL使用擴(kuò)展有限狀態(tài)機(jī)（EFSM）的概念來描述對(duì)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(shí)際應(yīng)用中，開發(fā)人員將應(yīng)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(shí)際開發(fā)環(huán)境中。SDL采用多層結(jié)構(gòu)來描述整個(gè)系統(tǒng)，非常適合GPRS協(xié)議棧的抽象描述。圖3是SDL測(cè)試的一般原理。


圖3　SDL協(xié)議測(cè)試描述

4、GPRS協(xié)議棧測(cè)試系統(tǒng)

　　采用SDL語言描述抽象測(cè)試集的4個(gè)部分：測(cè)試集概況、聲明部分、約束部分和動(dòng)態(tài)部分。利用SDL語言抽象出GPRS協(xié)議的系統(tǒng)、塊、進(jìn)程和過程并對(duì)其進(jìn)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(cè)試工具，在短時(shí)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(cè)試法，首先將IUT看作一個(gè)測(cè)試實(shí)體，根據(jù)測(cè)試者的測(cè)試目的，通過選擇IUT與測(cè)試環(huán)境的接口來進(jìn)行測(cè)試，以達(dá)到測(cè)試和驗(yàn)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(cè)試系統(tǒng)）之間的消息序列和數(shù)據(jù)流，達(dá)到查找錯(cuò)誤的目的。在GPRS協(xié)議棧的測(cè)試過程中，測(cè)試用例設(shè)計(jì)是完成一致性測(cè)試的關(guān)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(hào)“!”標(biāo)識(shí)，事件地點(diǎn)即PCO的名稱在“!”前設(shè)定，“!”后封裝待發(fā)送的消息名稱，要將ASP或PDU通過一個(gè)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(shí)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(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖，其中測(cè)試用例全部采用SDL描述，由測(cè)試工具激勵(lì)產(chǎn)生。


圖4　一致性測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊

　　GPRS協(xié)議棧的驗(yàn)證包括一系列的進(jìn)程和過程，進(jìn)程采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，描述GPRS協(xié)議棧事件過程中的動(dòng)作和狀態(tài)變遷。在SDL對(duì)GPRS形式化描述的基礎(chǔ)上，利用SDT的Simulator UI完成了協(xié)議棧原語操作的驗(yàn)證測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，形式化的基于TTCN的測(cè)試執(zhí)行方法不僅適用于協(xié)議的一致性測(cè)試過程，對(duì)于互操作測(cè)試和多方測(cè)試也是適用的。

5、結(jié)論

　　測(cè)試結(jié)果表明，基于SDL形式化描述的一致性協(xié)議測(cè)試，可以以最快的速度激勵(lì)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議測(cè)試程序，及時(shí)發(fā)現(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)是否符合一致性要求。方法具有很強(qiáng)的靈活性，可根據(jù)一致性測(cè)試或借口測(cè)試的不同要求，修改測(cè)試程序的產(chǎn)生方式，盡早發(fā)現(xiàn)并修改錯(cuò)誤，最大程度地降低出錯(cuò)率，從而到達(dá)降低成本的目的。特別是當(dāng)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其它實(shí)體發(fā)生變化時(shí)，形式化描述的靈活性能夠確保各層次測(cè)試描述的一致性。本文雖然以討論一致性測(cè)試為主，但該方法對(duì)于互操作性測(cè)試和性能測(cè)試同樣有借鑒意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　1　ISO/IEC 9646-2（ITU-T Rec.X.291）：抽象測(cè)試集規(guī)范

　　2　蒙移發(fā)，徐惠民，高強(qiáng).協(xié)議驗(yàn)證與一致性測(cè)試方法[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

　　3　GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，韓斌杰等，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.6

　　4　F Belina，D Hogrefe，A Sarma.SDL with Applicalion from protocol specification. Prentice Hall（UK）