基于黑盒測試技術(shù)的CTCS級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)

基于黑盒測試技術(shù)的CTCS級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)第1頁/共24頁2010年3月2基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究

概述CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)是我國鐵路時速300-350km客運專線的重要技術(shù)裝備，是保證高速列車運行安全、可靠、高效的核心技術(shù)之一；CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試是系統(tǒng)開發(fā)過程中或?qū)嶋H工程開通運營前進行的完整性測試，包括對系統(tǒng)設計方案的驗證、系統(tǒng)總體功能需求的確認，系統(tǒng)接口關系與安全性的測試等，是典型的黑盒測試；武廣客運專線CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試以黑盒測試技術(shù)為基礎，實現(xiàn)了測試模型、測試案例、測試數(shù)據(jù)、缺陷管理與試驗環(huán)境的有機結(jié)合，已逐步形成了一套完備的測試規(guī)范，積累了經(jīng)驗，促進了我國CTCS-3級列控技術(shù)的發(fā)展與完善，為武廣、鄭西等客運專線CTCS-3級列控系統(tǒng)的調(diào)試與開通、系統(tǒng)評估提供了重要的支持。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第2頁/共24頁2010年3月3基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究1前言

CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)是我國鐵路時速300-350km客運專線的重要技術(shù)裝備，是保證高速列車運行安全、可靠、高效的核心技術(shù)之一。

CTCS-3級列控系統(tǒng)充分利用了當代最先進的通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、工業(yè)自動控制技術(shù)和信息處理技術(shù)，將分散的列車位置信息與信息自動分析處理、管理和決策有機結(jié)合起來，實現(xiàn)了高速運行條件下對列車運行速度和追蹤間隔的實時監(jiān)控和防護。為檢驗和確認列控系統(tǒng)的設計方案和功能需求，在系統(tǒng)集成工作完成后，應對系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，通過實車試驗的方式，驗證系統(tǒng)功能需求與設計方案的符合性、系統(tǒng)集成與設計方案的符合性，檢驗設計方案的完善程度與安全性能，為調(diào)整和優(yōu)化設計方案提供依據(jù)。為了全面、準確地驗證列控系統(tǒng)的功能需求，我國在借鑒歐標Subset-076的基礎上，制定了《CTCS-3級列控系統(tǒng)測試案例》，頒布了《客運專線CTCS-3級列控系統(tǒng)綜合試驗試驗大綱》，成為我國CTCS-3級列控系統(tǒng)綜合試驗和聯(lián)調(diào)聯(lián)試的重要依據(jù)，并在武廣客運專線CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試中首次應用。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第3頁/共24頁2010年3月4基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究2黑盒測試理論1、黑盒測試的概念：

黑盒測試技術(shù)是只基于需求和功能，通過觀察輸入及其相應的輸出，對功能正確與否進行判斷的技術(shù)。黑盒測試從最終用戶的角度出發(fā)，可以發(fā)現(xiàn)不正確功能、接口問題和數(shù)據(jù)庫錯誤等缺陷。按照黑盒測試理論，無論是系統(tǒng)級或單元級的測試，都應在可用資源下盡可能生成詳盡的測試案例，以能夠發(fā)現(xiàn)盡可能多的錯誤，可用資源包括功能需求文檔、需求規(guī)格說明、測試人員在領域內(nèi)的知識和經(jīng)驗、缺陷分析數(shù)據(jù)等。測試案例應能覆蓋規(guī)格說明文檔中的每一個入口、功能需求規(guī)范中的每一個功能需求以及每個入口或需求的不同邊界條件。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第4頁/共24頁2010年3月5基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究2黑盒測試理論2、黑盒測試的關鍵—選擇合適的數(shù)據(jù)集黑盒測試的根本在于選擇合適的數(shù)據(jù)集，合適的數(shù)據(jù)集是評價測試案例執(zhí)行結(jié)果是否正確或滿足需求的關鍵。為了檢測軟件的正常和異常行為，必要要有一個功能規(guī)格說明，數(shù)據(jù)集的選擇應包括：1）采用隨機方式產(chǎn)生輸入，測試人員必須消除任何臆測；2）對規(guī)定輸入范圍之外的輸入數(shù)據(jù)進行測試，并檢查程序的健壯性；3）對邊界情況進行測試，以保證允許的最大和最小輸入能產(chǎn)生正確的輸出；4）使用測試監(jiān)控工具跟蹤測試執(zhí)行，以避免重復并有助于系統(tǒng)維護；

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第5頁/共24頁2010年3月6基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究2黑盒測試理論3、黑盒測試的方法—測試方案與測試案例執(zhí)行黑盒測試前應制定完整的測試計劃，包括確定測試內(nèi)容、測試環(huán)境、測試案例、測試方案和測試缺陷的管理等，測試方案一般按照以下順序執(zhí)行：1）針對需求執(zhí)行凈測試；2）根據(jù)需要，針對分支覆蓋增加結(jié)構(gòu)化測試；3）根據(jù)需要增加數(shù)據(jù)流覆蓋測試；4）執(zhí)行未覆蓋到的域測試；5）根據(jù)需要進一步進行特殊的測試。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第6頁/共24頁2010年3月7基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用1、聯(lián)調(diào)聯(lián)試的內(nèi)容與需求

CTCS-3級列控系統(tǒng)綜合試驗和聯(lián)調(diào)聯(lián)試的核心內(nèi)容之一就是對CTCS-3級列控系統(tǒng)所具備的功能進行測試，驗證列控系統(tǒng)是否滿足規(guī)定需求或識別實際結(jié)果與預期之間差異的過程，是典型的系統(tǒng)級的黑盒類型測試。由于列控系統(tǒng)的功能需求和接口關系非常復雜，軟件測試的范圍包括組成系統(tǒng)的所有軟件，如車載ATP軟件、無線閉塞中心RBC軟件、列控中心TCC軟件等，測試的內(nèi)容包括構(gòu)成軟件的所有程序、數(shù)據(jù)和文檔，因此，對CTCS-3級列控系統(tǒng)的系統(tǒng)測試，應在實際使用環(huán)境條件下，包括硬件設置、列控工程數(shù)據(jù)、運營條件等，并根據(jù)CTCS-3級列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范、系統(tǒng)需求規(guī)范等的要求，建立和完善列控系統(tǒng)測試案例，通過測試案例的方式對系統(tǒng)的輸入輸出關系進行驗證。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第7頁/共24頁2010年3月8基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用2、列控系統(tǒng)的總體構(gòu)成

CTCS-3級列控系統(tǒng)由地面設備和車載設備構(gòu)成。地面設備由RBC、臨時限速服務器、列控中心（TCC）、ZPW-2000（UM）系列軌道電路、應答器（含LEU）、GSM-R通信接口設備等組成；車載設備由車載安全計算機、GSM-R無線通信單元、軌道電路信息接收單元、應答器信息傳輸模塊、記錄單元、人機界面和列車接口單元等組成。

RBC設備是CTCS-3級列控系統(tǒng)的核心設備。RBC通過與車站聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口獲取軌道電路、聯(lián)鎖進路等信息并生成行車許可，通過與臨時限速服務器接口獲取臨時限速信息，通過GSM-R無線通信系統(tǒng)將行車許可、臨時限速和線路參數(shù)等傳輸給CTCS-3級列控車載設備，同時接收車載設備發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息。

CTCS-3級列控系統(tǒng)兼容CTCS-2級列控系統(tǒng)，由列控中心負責軌道電路編碼、應答器報文儲存和調(diào)用、臨時限速等功能，CTCS-3級車載設備將CTCS-2級功能作為后備模式，兩種等級間可實現(xiàn)不停車轉(zhuǎn)換中國鐵道科學研究院通信信號研究所第8頁/共24頁2010年3月9基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用2、列控系統(tǒng)的總體構(gòu)成中國鐵道科學研究院通信信號研究所第9頁/共24頁2010年3月10基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用3、黑盒測試模型聯(lián)調(diào)聯(lián)試是系統(tǒng)整個設計開發(fā)生命周期中不可缺少的一個關鍵環(huán)節(jié)中國鐵道科學研究院通信信號研究所第10頁/共24頁2010年3月11基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用3、黑盒測試模型

聯(lián)調(diào)聯(lián)試要求：在實際運營環(huán)境條件下，重點針對整個系統(tǒng)的用戶需求、外部接口和綜合性能等進行驗證與確認，確保列控系統(tǒng)各項功能和安全性能滿足特定的用戶需求。中國鐵道科學研究院通信信號研究所第11頁/共24頁2010年3月12基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用4、測試案例的設計為完善和規(guī)范CTCS-3級列控系統(tǒng)的測試，我國在借鑒歐標SUBSET076的基礎上，引用了測試案例、功能特征、測試序列和運營場景等多個概念，并制定了《CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)測試案例》，共計470個測試案例。

SUBSET076所確定的測試案例是對系統(tǒng)功能特征的測試與驗證，通過對多個測試案例的測試，可以驗證一個完整的功能特征，而功能特征則集中反映了CTCS-3級列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范（SRS）中的特定需求，是從系統(tǒng)需求規(guī)范提煉出的精簡后的必要功能實體。

測試案例與系統(tǒng)功能需求的對應關系中國鐵道科學研究院通信信號研究所第12頁/共24頁2010年3月13基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用4、測試案例設計SRS編號SRS特定需求[2]功能特征對應測試案例[3]3.8.5.1設置一個單獨的線路限速類別通過RBC發(fā)送臨時限速案例1：RBC生成并發(fā)送TSR信息包；案例2：車載接收TSR信息包，正確計算TSR；案例3：車載接收到C2/C3等級轉(zhuǎn)換預告后，接受RBC發(fā)送的TSR信息，并正確計算TSR；3.8.5.2所有的臨時限速應相互獨立3.8.5.11如果無可用的坡度信息，車載設備應使用與臨時限速一起收到的坡度信息3.8.5.3臨時限速信息應明確，通過臨時限速區(qū)段后的車尾保持監(jiān)督臨時限速案例1：車載接受TSR信息且到達TSR區(qū)域后，按TSR速度運行；案例2：TSR重疊區(qū)段按最嚴格的TSR速度運行3.8.5.4臨時限速區(qū)段重疊時使用最嚴格的限制速度值3.8.5.5根據(jù)地面設備發(fā)送的取消命令，取消速度限制，不需考慮列車長度的影響通過RBC發(fā)送臨時限速信息取消案例1：車載設備接受RBC發(fā)送的66信息包；案例2：當車載為PT模式時，車載接受66信息包；案例3：RBC生成并發(fā)送66信息包；案例4：車載接收到C2/C3等級轉(zhuǎn)換預告后，接受RBC發(fā)送的66信息包；3.8.5.6應能識別臨時限速能否被取消3.8.5.8應只能根據(jù)地面設備的命令取消臨時限速3.8.5.10改變列車朝向，應刪除所有的臨時限速3.8.5.9編號相同時，新的臨時限速取代先前的臨時限速，除非先前的臨時限速信息標記為不可取消通過RBC發(fā)送臨時限速曲線更新案例1：新的臨時限速與先前的臨時限速編號不同，并且有重疊區(qū)域，兩個TSR信息都被車載使用；案例2：編號相同時，車載設備只使用新的TSR；案例3：編號相同，且先前的TSR標記為不可取消時，兩個TSR信息均使用3.8.5.7新的臨時限速不應替代先前收到的具有不同編號的臨時限速中國鐵道科學研究院通信信號研究所第13頁/共24頁2010年3月14基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用5、測試數(shù)據(jù)與邊界條件（1）列控工程數(shù)據(jù)的驗證

CTCS-3級列控系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)包括線路數(shù)據(jù)（線路長度、坡度、里程、橋梁、隧道等）、特殊區(qū)段數(shù)據(jù)（分相區(qū)、RBC切換點、等級轉(zhuǎn)換點等）、應答器編號及鏈接數(shù)據(jù)、軌道區(qū)段及絕緣節(jié)數(shù)據(jù)、RBC呼叫號碼信息、引導/調(diào)車區(qū)段的設置信息等，系統(tǒng)試驗過程中，通過正常的運營場景試驗、包括注冊與啟動、注銷、級間轉(zhuǎn)換、RBC-RBC切換、行車許可、重聯(lián)與摘解、調(diào)車作業(yè)、進出動車段、自動過分相、臨時限速、災害防護、特殊進路、人工解鎖進路、降級運行共14個運營場景，可以對全線列控工程數(shù)據(jù)進行驗證。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第14頁/共24頁2010年3月15基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用5、測試數(shù)據(jù)與邊界條件（2）行車許可數(shù)據(jù)的驗證

CTCS-3級列控系統(tǒng)由車站聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)進路辦理和前方區(qū)段占用/空閑狀態(tài)生成信號授權(quán)，并提供給RBC，RBC結(jié)合SA狀態(tài)、臨時限速信息、列控工程數(shù)據(jù)等生成行車許可，對行車許可數(shù)據(jù)的測試主要包括：

MA數(shù)據(jù)的生成與傳送

MA數(shù)據(jù)與SA數(shù)據(jù)、列控工程數(shù)據(jù)、臨時限速數(shù)據(jù)的一致性危險點信息緊急停車消息

MA數(shù)據(jù)的調(diào)整（延長、縮短、更新）低頻碼序與碼序突變應答器報文信息

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第15頁/共24頁2010年3月16基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用5、測試數(shù)據(jù)與邊界條件（3）數(shù)據(jù)一致性的驗證

CTCS-3級列控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)一致性的測試主要包括應答器信息的一致性和無線消息的一致性兩個方面的內(nèi)容，檢查應答器組消息的完整性、應答器傳輸變量的合理性；檢查RBC消息的完整性、監(jiān)督無線消息的順序、檢查無線消息中變量的合理性等，測試要求主要體現(xiàn)在四個方面：消息的正確性：整條消息中應完整遵守列控系統(tǒng)的車地傳輸信息格式的要求，變量不應當有無效之值消息應在預期時間內(nèi)收到消息應在期望的正確位置收到通過GSM-R網(wǎng)絡發(fā)送的CTCS-3級行車許可及列控工程數(shù)據(jù)等應與通過軌道電路和應答器發(fā)送的CTCS-2級行車許可和工程數(shù)據(jù)應保持一致。

在系統(tǒng)試驗過程中，可通過模擬應答器數(shù)據(jù)一致性錯誤（鏈接錯誤、組內(nèi)位置錯誤、順序錯誤、變量中包含無效值、報文不能解析等）、無線消息一致性錯誤（消息不能譯碼、變量中含有無效值、時間戳順序錯誤、RBCsim模擬非法消息等）、無線超時導致等級轉(zhuǎn)換等對數(shù)據(jù)的一致性進行測試。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第16頁/共24頁2010年3月17基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用5、測試數(shù)據(jù)與邊界條件（4）接口關系及邊界條件的測試

邊界值分析法是黑盒測試關鍵技術(shù)之一，其方法是盡可能針對系統(tǒng)設計或應用的邊緣區(qū)設計專門的測試案例。對CTCS-3級列控系統(tǒng)邊界條件的測試，主要驗證三個方面的內(nèi)容，一是相鄰邊界點數(shù)據(jù)配置的一致性，二是驗證相鄰設備之間的接口關系，三是驗證相關運用條件的邊界。

CTCS-3級列控系統(tǒng)地面系統(tǒng)的邊界條件主要包括：相鄰RBC、車站聯(lián)鎖、列控中心、臨時限速服務器管轄范圍邊界CTC系統(tǒng)調(diào)度臺管理范圍邊界CTC與TDCS或其它CTC中心管理范圍邊界GSM-R網(wǎng)絡核心機房管理范圍邊界CTCS-3級線路與其它等級客運專線邊界運用條件的邊界，如參數(shù)值設置、運用范圍等

對于邊界條件的測試，可通過行車許可、行車許可調(diào)整、臨時限速、臨時限速更新、模擬故障等進行驗證。中國鐵道科學研究院通信信號研究所第17頁/共24頁2010年3月18基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用6、測試環(huán)境完整的測試環(huán)境應包括系統(tǒng)構(gòu)成、軟件版本、測試數(shù)據(jù)和測試工具等，測試環(huán)境應相對穩(wěn)定。CTCS-3級列控系統(tǒng)試驗測試環(huán)境應與系統(tǒng)的總體技術(shù)方案、設備工作特性和運營需求一致，并具備模擬測試條件和監(jiān)測分析手段。具體要求包括：

1）測試環(huán)境與總體技術(shù)方案的一致性：包括測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設備配置、接口方案、安全信息網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、應答器布置原則、系統(tǒng)集成功能要求等；

2）測試環(huán)境與設備工作特性的一致性：包括設備工作環(huán)境、電氣特性、電磁兼容環(huán)境等；

3）測試環(huán)境與運營需求的一致性：包括地面數(shù)據(jù)配置、運營速度、司機操作與DMI顯示、系統(tǒng)配置參數(shù)等；

4）測試環(huán)境對模擬測試條件的要求：測試環(huán)境應具備一定的模擬測試條件，以驗證系統(tǒng)在特定條件下的功能和故障安全性能，包括應答器報文修改、RBC內(nèi)部參數(shù)或變量值修改、系統(tǒng)配置參數(shù)或列車數(shù)據(jù)的修改等；

5）測試環(huán)境對監(jiān)測分析手段的要求：測試環(huán)境應具備一定的監(jiān)測記錄與分析手段，以滿足對系統(tǒng)功能或性能的綜合評價，包括JRU記錄分析設備、RBC維護終端和司法記錄器、GSM-R無線網(wǎng)絡PRI、A、Abis接口監(jiān)測記錄設備等。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第18頁/共24頁2010年3月19基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用6、測試環(huán)境中國鐵道科學研究院通信信號研究所第19頁/共24頁2010年3月20基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用6、數(shù)據(jù)分析與缺陷（bug）的管理

（1）數(shù)據(jù)分析的基礎---監(jiān)測記錄手段對試驗過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、記錄與分析，是驗證系統(tǒng)功能特征、子系統(tǒng)間信息交換過程與內(nèi)容、系統(tǒng)間接口關系是否正確的重要手段。武廣線CTCS-3級列控系統(tǒng)試驗采用的監(jiān)測與記錄手段包括車載監(jiān)測記錄終端和地面的監(jiān)測記錄終端，包括：總線監(jiān)測記錄設備、DCUTerm、車載司法記錄器、ATPIgsm接口監(jiān)測終端、DMI攝像記錄，RBC維護終端記錄、MT接口監(jiān)測記錄、RBC-聯(lián)鎖接口監(jiān)測記錄、RBCPRI接口監(jiān)測記錄等。

中國鐵道科學研究院通信信號研究所第20頁/共24頁2010年3月21基于黑盒測試技術(shù)的CTCS-3級列控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)研究3、黑盒測試技術(shù)的應用6、數(shù)據(jù)分析與缺陷（bug）的管理

（2）數(shù)據(jù)分析的結(jié)果---判斷和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷