TCN产品一致性测试技术的研究

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ＴＣＮ产品一致性测试技术的研究陈高华，丁荣军（株洲南车时代电气股份有限公司，　湖南　株洲　４１２００１）

收稿日期：２００７－０４－２６作者简介：陈高华（１９６７－），男，硕士，高级工程师，长期从事铁路机车车辆交流传动与网络控制技术的理论研究、技术开发和工程应用工作。

摘要：根据我国ＴＣＮ检测技术的不足，探讨ＴＣＮ产品一致性测试平台的构建方案，主要从ＷＴＢ／ＭＶＢ物理层测试平台、ＷＴＢ一致性测试平台和ＭＶＢ一致性测试平台的组成和功能及测试实现方面进行了阐述，为规范ＴＣＮ产品质量提供了技术手段。关键词：ＴＣＮ；一致性测试；ＷＴＢ；ＭＶＢ中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－１２８Ｘ（２００７）０３－００５８－０４

机 车 电 传 动ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES№３，　２００７Ｍａｙ　１０，　２００７ ２００７年第３期 ２００７年５月１０日

０引言随着我国铁路的快速发展，机车车辆的技术装备逐步与国际接轨，符合ＩＥＣ６１３７５标准的列车通信网络ＴＣＮ（Ｔｒａｉｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）产品市场正在稳步扩大。然而，ＴＣＮ在我国尚属于新技术，产品质量的检测技术尚处于空白状态。ＴＣＮ产品在实际使用中存在技术隐患，网络引发的列车故障时有发生，并可能成为ＴＣＮ技术产业化发展的严重障碍。因此，加强ＴＣＮ产品一致性测试技术的研究，强化技术标准的执行力度，规范产品检测和市场准入显得十分重要。ＴＣＮ产品的一致性包含了列车总线ＷＴＢ级和车辆总线ＭＶＢ级，两者都应保持与ＴＣＮ标准的一致性。一致性是互操作性的技术基础，一致性测试的最终目标是实现互操作性。完全的互操作性不仅要求车辆和设备相互正确通信，而且要求它们能够明白所交换数据的意义。互操作性的实现，标志着不同国家、不同厂商的产品能够在动态情况下稳定互联，其意义重大。１一致性测试１．１测试目的ＴＣＮ产品一致性测试，包括测试实现协议　（ｐｒｏｔｏｃｏｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）的性能和行为２个方面，由此验证是否达到了协议标准中的一致性要求，是否存在与所声明的能力不相符合的地方。一致性测试主要是针对ＭＶＢ和ＷＴＢ进行的，以提高不同厂商的ＴＣＮ产品实现互连的成功率。测试前应按照协议规范制定有关一致性的要求。一致性要求分为强制性要求（ｍａｎｄａｔｏｒｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）、条件性要求（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）和选项（ｏｐｔｉｏｎｓ）。根据能力不同，一致性要求有静态和动态之分。静态一致性要求：制定一个协议实现一致性声明文件ＰＩＣＳ（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ＣｏｎｆｏｒｍａｎｃｅＳｔａｔｅｍｅｎｔ）　；对被测设备ＩＵＴ（Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ＵｎｄｅｒＴｅｓｔ）所应具有的功能范围及选项做出说明，而且还应

The Conformance Testing Method Investigation of TCN ProductsＣＨＥＮ　Ｇａｏ－ｈｕａ　，　ＤＩＮＧ　Ｒｏｎｇ－ｊｕｎ(Zhuzhou CSR Times Electric Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001, China)

Abstract: Base on the insufficiencies of our railway TCN detection technology, the proposed solution of conformance test platform forTCN products is discussed. It is mainly illustrated on the composition，　function and test realization aspects of WTB/MVB physical layer testplatform，　WTB conformance testing platform and MVB conformance testing platform. Therefore, it provides technical means for standar-dizing TCN product quality.Key words: TCN; conformance testing; WTB; MVB—５９—

陈高华，丁荣军：ＴＣＮ产品一致性测试技术的研究　第３期提供ＩＵＴ协议实现的附加测试信息ＰＩＸＩＴ（ＰｒｏｔｏｃｏｌＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｅｘｔｒａ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔ）；对特定的测试，要求对ＰＩＣＳ文件的具体参数做出明确要求。动态一致性要求：规定ＴＣＮ标准中所允许的动态可观察行为，定义与实现协议相关的内容。１．２测试类型根据一致性测试的程度不同，主要有３种测试类型。１）　基本互联测试对ＩＵＴ进行有限范围内的测试，以判定互连对协议是否有足够的一致性。目的是检测是否存在严重的不一致情况，即ＩＵＴ不能与测试设备相连，或者没有出现协议所规定的主要特征。２）　性能测试在静态情况下，按照静态一致性要求，测试ＰＩＣＳ表格中列出的各项，检验ＩＵＴ符合要求的程度，判断ＩＵＴ的哪些能力可被观察到，并检查这些可观察能力的有效性，便于在此基础上制定出更加完善的、针对ＩＵＴ的动态测试的内容和步骤。３）　行为测试包括基本互连测试，并涵盖了动态一致性要求的全部测试内容，旨在确定协议实现的动态一致性。１．３测试评估一致性测试评估过程分３个阶段：测试准备、测试操作、报告生成。１）　测试准备包括ＰＩＣＳ文件和ＰＩＸＩＴ文件的生成；基于各个文档选择抽象测试方法和抽象测试集；被测设备和测试手段的准备。２）　测试操作通过分析ＰＩＣＳ文件和相关的静态一致性要求，得出静态一致性评价；根据ＰＩＣＳ和ＰＩＸＩＴ进行测试方案的选定和参数选择；对ＩＵＴ执行一个或几个参数的可执行测试，包括基本互联测试、能力测试和行为测试，并生成一致性记录。３）　报告生成测试操作之后对测试结果进行综合分析并定论，生成测试报告。主要包括协议一致性测试主报告和系统一致性测试报告２类。主报告对被测系统的每个协议的测试实例的结果进行记录，测试结果的取值可以是通过、失败或无结论。“通过”表示测试实例符合测试意图，结果有效而且符合ＴＣＮ标准；“失败”表示测试实例不符合测试意图，并且出现了至少一个无效的测试事件；“无结论”是指测试结果既不是通过也不是失败。１．４关键指标ＴＣＮ产品一致性的程度共分为物理层、链路层、ＲＴＰ（Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）实时协议、接口应用、ＴＮＭ（ＴｒａｉｎＮｅｔｗｏｒｋ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）网络管理、功能概要等６个等级。对被测产品的误码率的要求：３×１０６个传送帧，出错不大于３次。

２ＷＴＢ／ＭＶＢ物理层测试平台物理层测试主要通过仪器仪表来测试被测设备，从而得出试验数据，验证设备是否在物理上满足标准的要求。ＷＴＢ的物理层一致性测试包括特性阻抗、屏蔽品质、线路单元的插入损失、末端设定的衰减、开关的初始接触电阻、发送器及接收器测试。ＭＶＢ的物理层一致性测试是针对电气短距离介质ＥＳＤ和电气中距离介质ＥＭＤ而言的。ＥＳＤ测试主要对带有ＥＳＤ的背板、连接器、终端连接器、线路单元及接收器进行一致性测试；　ＥＭＤ测试包括阻抗测试、电感测试、插入损失的测量、传输过程中信号波形的测量及接收行为的测试。可以建立一个通用的测试平台，用于完成对ＷＴＢ和ＭＶＢ物理层的一致性测试。该平台主要由测试仪器、测试用电路及连接导线组成，并将其集成在一个测试柜中，根据不同的测试项目，选用不同的测试装置组合。测试仪器主要包括示波器、信号发生器、ＬＣＲ测试仪、波形修正仪及高精度数字万用表，这些仪器都可以利用人机接口ＨＭＩ来实现远程测试操作。所需测试用的电路主要有：ＥＭＤ发送器测试用的重载、轻载及空载测试电路，ＷＴＢ发送器的重载、轻载及空载测试电路。物理层测试需要处理信号的幅值和时序。为了减少对信号发生器的影响，不管是帧、报文发生器还是ａｄｈｏｃ帧发生器，理想的物理层测试采用参考介质附件单元，该单元连接波形修正仪。波形修正仪采样来自测试设备的信号，并产生所需要的条件以激励ＩＵＴ。ＭＶＢ　／ＷＴＢ接收器测试可以采用如图１所示的方式进行。测试系统由波形修正仪、标准的标准测试装置及被测设备ＩＵＴ组成。波形修正仪采样测试装置发送比特位，然后输出给被测设备ＩＵＴ；波形修正仪可以根据测试需求改变波形的幅值、上升时间、下降时间和增加所需的波形抖动。

波形修正仪将测试设备所产生的标准ＷＴＢ／ＭＶＢ信号修正成所需要的波形，该波形的量值往往在标准所规定的限值范围附近，或是其他值，用来检测接收—６０—

器的解码能力。图２是一个典型的ＥＭＤ发送器的脉冲波形及其限值示例。

ＥＳＤ线路单元测试中信号波形的测量采用如图３所示的配置进行，测试系统由示波器、电源、标准的ＭＶＢ测试装置及终端／偏置组成。ＷＴＢ与ＭＶＢ的物理层测试项目较多，限于篇幅，不再赘述。３ＭＶＢ一致性测试平台为了完成ＭＶＢ链路层及以上的一致性测试，还需要建立ＭＶＢ测试平台，结合ＷＴＢ／ＭＶＢ通用物理层测试平台进行完整的一致性测试。３．１平台组成ＭＶＢ测试平台如图４所示。该平台由标准的ＭＶＢ测试设备、ＭＶＢ数据记录仪及ＩＵＴ被测设备组成，通过ＭＶＢ总线连接起来，构成一套完整的测试平台。该平台的标准ＭＶＢ测试设备具有总线管理器、过程数据通信及消息数据通信（即４类ＭＶＢ设备）等功能，并具有单线或双线通信能力。ＭＶＢ测试设备包括ＭＶＢ网络接口单元和相应的微处理器系统，一般可外接显示器，通过运行测试程序来对被测设备ＩＵＴ的性能进行判断和评估，以此来完成对被测设备的协议测试。通过编程可改变测试设备的设置，如可以使其不具有总线管理器功能。ＭＶＢ数据记录仪执行ＭＶＢ网络上一些ＭＶＢ逻辑链路层报文的测试。３．２功能及测试实现该平台可以对被测设备的状态、过程数据的通信能力以及从设备的消息数据的通信能力进行完整的测试评估。从设备的状态测试主要包括设备状态协议、设备状态字段测试及规定类测试。测试设备连续向被测设备ＩＵＴ发送设备状态请求命令，若被测设备都以相应的设备状态响应，则此测试通过；测试设备向被测设备ＩＵＴ发送设备状态请求命令时（利用测试台模拟被测设备ＩＵＴ故障），被测设备相应的设备状态响应中若包含相应的状态字段，则此测试通过。规定类测试主要是对ＩＵＴ进行１类设备和总线管理器设备的测试，相应地将测试设备模拟为总线管理器来与从设备进行规定类测试。过程数据测试可分为简单测试、高覆盖率测试及自定义测试３种。简单测试针对不具有计算能力的１类设备，当然也可用于更高级类设备的测试；高覆盖率测试主要针对２、３、４、５类设备的测试；在简单测试和高覆盖率测试不能运行的场合，使用自定义测试检查被测设备。ＩＵＴ提供一个宿过程数据（测试宿过程数据）和一个源过程数据（测试源过程数据），测试设备进行相应过程数据的收发，就可以完成简单测试。ＩＵＴ应该提供５个宿过程数据（测试宿过程数据）和５个源过程数据（测试源过程数据）。对ＩＵＴ预定的每一个测试宿过程数据，测试设备都发送预定的源过程数据；对ＩＵＴ发布的每一个测试源过程数据，测试设备都接收预定的宿过程数据。这样，利用测试设备进行相应过程数据的收发就可以进行高覆盖率测试。从设备的消息数据能力测试，主要测试被测设备是否具有消息数据功能。测试前，先定义链路层参数、网络层参数、传输层参数及会话层参数。测试设备提供１个４类的ＭＶＢ设备（具有消息数据能力设备），用于执行总线管理器功能，并允许传输消息数据。应用层实现向ＩＵＴ发送测试消息数据，并从ＩＵＴ接收应答消息数