驗證BroadR-Reach協(xié)議一致性測試
——汽車專用以太網(wǎng)測試領域的關鍵點

思博倫通信

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驗證BroadR-Reach協(xié)議一致性測試
——汽車專用以太網(wǎng)測試領域的關鍵點

思博倫通信

編者按：作為開放聯(lián)盟特殊興趣組（OPEN Alliance Special Interest Group）的成員，思博倫通信在確立基于BroadR-Reach的新型車載網(wǎng)絡最佳慣例測試標準方面發(fā)揮著至關重要的作用。憑借在網(wǎng)絡測試領域超過25年的經(jīng)驗，思博倫的工程師們一直在與汽車制造商密切合作，共同開發(fā)專為該行業(yè)定制的解決方案，確保未來的汽車能夠充分利用雙線以太網(wǎng)的巨大優(yōu)勢。同時，思博倫還是電氣和電子工程師學會（IEEE）和歐洲電信標準學會（ETSI）的積極成員，定義了數(shù)據(jù)鏈路、網(wǎng)絡和TCP/IP等傳輸層的多種協(xié)議測試標準。思博倫通信的《驗證BroadR-Reach協(xié)議一致性測試》一文的目的是向汽車開發(fā)商快速介紹以太網(wǎng)的協(xié)議一致性測試，其中特別側(cè)重車載網(wǎng)絡和OABR與眾不同或特有的方面。

1　引言

在IT行業(yè)中，以太網(wǎng)應用得非常成熟，OEM廠商就可以毫無顧忌地購買經(jīng)過考驗的各類協(xié)議，而且這些協(xié)議都通過了廠商的測試，并且在多年的廣泛使用中接受了全面的調(diào)試。因此，開發(fā)階段的一致性測試通常是少之又少。

但對于聯(lián)網(wǎng)汽車而言，情況并非如此。OPEN Alliance BroadR-Reach?（OABR）目前仍處于萌芽期，因此在未充分測試的情況下太過依賴新協(xié)議顯然是不明智的。

此外，汽車制造商需要對其整個產(chǎn)品提供全程的保障——安全性、可靠性和性能，而這些對于IT行業(yè)而言都是非常罕見的?？紤]到來之不易的品牌聲譽、動輒數(shù)十億美元的召回成本，以及最關鍵的——客戶的生命安全，汽車制造商理所當然地會極端強調(diào)將每一個關鍵方面的測試都放在企業(yè)內(nèi)部執(zhí)行。

作為BroadR-Reach測試系列內(nèi)容之一，本文的目的是向汽車開發(fā)商快速介紹以太網(wǎng)的協(xié)議一致性測試，其中特別側(cè)重車載網(wǎng)絡和OABR與眾不同或特有的方面。

作為開放聯(lián)盟特殊興趣組（OPENAlliance Special Interest Group）的成員，思博倫通信在確立基于BroadR-Reach的新型車載網(wǎng)絡最佳慣例測試標準方面發(fā)揮著至關重要的作用。憑借在網(wǎng)絡測試領域超過25年的經(jīng)驗，思博倫的工程師們一直在與汽車制造商密切合作，共同開發(fā)專為該行業(yè)定制的解決方案，確保未來的汽車能夠充分利用雙線以太網(wǎng)的巨大優(yōu)勢。

同時，思博倫還是電氣和電子工程師學會（IEEE）和歐洲電信標準學會（ETSI）的積極成員，定義了數(shù)據(jù)鏈路、網(wǎng)絡和TCP/IP等傳輸層的多種協(xié)議測試標準。

2　協(xié)議一致性測試

總體而言，協(xié)議一致性測試就是選取相關國際標準文檔中的某項要求，且這些文檔由國際電氣和電子工程師學會1或歐洲電信標準學會2等標準組織制訂，并通過測試來了解被測設備（DUT）的運行情況是否符合該項要求。

為執(zhí)行此類測試，通常需要運行一系列單獨的功能測試，有時可能是數(shù)千項測試，依次涵蓋每一項要求。由于測試的量十分巨大，這些測試通常都以自動方式執(zhí)行，并要確保整個過程以注重方法的標準化方式執(zhí)行。

在IT行業(yè)中，由于主要的協(xié)議已經(jīng)日趨成熟，純粹的一致性測試的重要性已日漸降低。此外，標準測試缺乏靈活性，因此這種局面本身也可能帶來問題。一致性測試往往會包含在一個測試方法套件之中：

（1）一致性測試

確認被測設備中的協(xié)議應用符合相關的國際標準。

（2）負面測試

檢查系統(tǒng)遭遇問題和意外的結果時協(xié)議本身的強健程度。

（3）壓力測試

確定性能特點，例如網(wǎng)絡可應付的最大負載，以及超出最大負載后會產(chǎn)生怎樣的結果。

在汽車行業(yè)中，要測試的協(xié)議通常都嵌入到硬件中，例如發(fā)動機控制單元。然而，軟件協(xié)議，例如信息娛樂系統(tǒng)中的協(xié)議，也不應當被忽視。

3　汽車網(wǎng)絡的一致性測試

很明顯，根據(jù)思博倫與OPENAlliance SIG成員汽車制造商的交流結果，汽車行業(yè)希望保留比IT行業(yè)緊密得多的一致性測試控制權，而IT行業(yè)的做法通常是信任供應商針對相關標準執(zhí)行的測試。

之所以出現(xiàn)這種差別有多種原因，其中包括：

（1）OABR（OPENAlliance BroadR-Reach）汽車以太網(wǎng)是一種全新技術，并且正以非常快的速度發(fā)展。它從根本上改變了車載網(wǎng)絡的性質(zhì)，并且很可能存在一些未預見到的缺陷，而這些都需要在廣泛的使用前逐個消除。

（2）由于以太網(wǎng)正逐步成為車輛網(wǎng)絡系統(tǒng)中的骨干，因此新的協(xié)議將影響其關鍵安全功能。因此，這些網(wǎng)絡必須經(jīng)過全面徹底的測試。

（3）與IT行業(yè)不同，如果出現(xiàn)意料之外的協(xié)議錯誤，汽車制造商要承擔潛在召回中絕大多數(shù)的成本和聲譽損失。

（4）汽車制造商都非常清楚品牌形象和聲譽的重要性，因此必須對每一件車輛成品都擁有絕對完整的信心。無論缺陷到底在哪里，從客戶的角度來看，責任都不會找到OEM廠商身上。

（5）通過確立其自己對一致性測試的理解，汽車制造商將更好地創(chuàng)建出其適用于一線供應商的協(xié)議測試標準。

今天，汽車OEM廠商主要在研究和發(fā)展階段中關注網(wǎng)絡一致性測試，并確保各廠商均按要求對多數(shù)相關標準進行測試。然而，隨著時間的失衡，基于采樣的協(xié)議一致性測試將成為生產(chǎn)線驗證中一個重要的組成部分。

4　測試涵蓋的范圍

重要的是，汽車一致性測試應側(cè)重于開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）第3層（網(wǎng)絡）或更高層的協(xié)議。

在下一代的聯(lián)網(wǎng)汽車上，下列協(xié)議將變得尤其重要：

（1）IPv6

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的修訂版本，為聯(lián)網(wǎng)設備提供了一個獨一無二的識別體系，其設計目標是應對IPv4地址枯竭的問題。

（2）IPv4

也是一種互聯(lián)網(wǎng)層上的協(xié)議，且這種適用于包交換網(wǎng)絡的無連接協(xié)議將最終被IPv6取代，但目前仍承載著互聯(lián)網(wǎng)流量中的絕大部分。

（3）TCP

在傳輸層上運行的傳統(tǒng)控制協(xié)議（TCP）是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（和工業(yè)協(xié)議）套件中一個關鍵的組成部分。

相關的互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）標準文檔包括：RFC675、RFC793、RFC1122、RFC2581、RFC5681。

（4）UDP

這是另外一種傳輸層協(xié)議。用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）使應用能夠向網(wǎng)絡上的其它主機發(fā)送信息，且無需提前通過通信來建立特殊的傳輸信道或數(shù)據(jù)路徑。

相關的互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）標準文檔包括：RFC768、RFC2460、RFC2675、RFC4113、RFC5405。

（5）DHCPv6

動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）是一種應用層協(xié)議，用于使用IP地址、IP前綴，以及在IPv6網(wǎng)絡上運行時所需的其它配置內(nèi)容來配置IPv6主機。

相關的互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）標準文檔包括：RFC3315、RFC3319、RFC3633、RFC3646、RFC3736、RFC5007、RFC6221。

（6）DHCPv4

前一版的動態(tài)主機配置協(xié)議。

相關的互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）標準文檔包括：RFC2131、RFC 2132、RFC 3046、RFC 3942、RFC 4242、RFC4361、RFC4436。

5　汽車專用測試的技術挑戰(zhàn)

盡管許多網(wǎng)絡測試技術可以很方便地從IT運用到汽車行業(yè)中，但多數(shù)自動化協(xié)議一致性測試設備均無法適用。

在一致性測試中，需要對各自標準文檔中的每一項獨立要求集執(zhí)行完整且按部就班的評估，因此傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)的配置會依據(jù)方法，自始至終地逐個執(zhí)行預先確定好的各項測試，并且給出通過/未通過的結論。

然而，多數(shù)IT網(wǎng)絡的一致性測試與汽車協(xié)議并無關聯(lián)。并且，許多汽車被測設備并不具備執(zhí)行每項必須互動的功能或管理語言，因此無法在IT專用工作臺上通過標準測試。

典型的IPv6一致性測試包括約640項測試案例。在這之中，至少有1/3都是汽車設置中所不需要的。

同樣，汽車電子控制單元（ECU）通常不支持一致性測試中規(guī)定的上層測試儀活動。例如，TCP測試標準所要求的一項互動行為是從測試設備遠程重新啟動機器，但汽車ECU缺少了執(zhí)行此項功能所必需的管理語言。

因此，現(xiàn)成的市售IT網(wǎng)絡測試設備無法執(zhí)行現(xiàn)有標準所要求的測試。同樣，廠商也不會真正聲明所供應的硬件和軟件是否符合相關的標準。

鑒于此，汽車行業(yè)中使用和供應協(xié)議的企業(yè)，無論是OEM和供應商，需要的都是一種定制的解決方案，不僅要專門適用于該行業(yè)，還要包含以下選項中的所有或任意部分：

（1）跳過自動化一致性測試項目中某些步驟的能力，或針對所涉及功能，定義哪些測試至關重要，哪些不重要的能力。

（2）將相關管理語言內(nèi)建到測試設備中，而非被測設備中的能力。

（3）創(chuàng)建全新汽車專用協(xié)議測試標準，并在自動化程序中將其反應出來的協(xié)議。

6　邁向汽車專用協(xié)議一致性測試

通過在OPEN聯(lián)盟特殊興趣組（OPEN Alliance SpecialInterestGroup）中的成員關系，思博倫正在與汽車制造商和廠商密切合作，共同應對BroadR-Reach新興應用所帶來的挑戰(zhàn)。很明顯，協(xié)議一致性測試已經(jīng)成為一項關鍵的制約因素。

因此，基于思博倫下屬企業(yè)——世界領先的Testing Technologies公司廣受歡迎的TTCN-3 workbench，已經(jīng)創(chuàng)建了SpirentTestCenter的定制版本4。

憑借廣為人知且非常完善的測試方法學，Spirent TestCenter可在單一工具內(nèi)，實現(xiàn)相關測試步驟的全程自動化，具體參見圖1。

●每種協(xié)議相關標準的一致性。

●確定強健性和穩(wěn)定性的負面測試，包括排除各類弱點的“模糊”能力。

●對容量加以量化并檢查高負載水平下確切功能的性能測試。

重要的是，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)測試日常流程的完全定制，使OEM和供應商能夠?qū)EEE和IETF之類的官方標準與上述汽車測試結合在一起，針對所關心的具體應用對測試加以定制。

圖1　相關測試步驟

這包括改變特定測試步驟的權重，強調(diào)那些對安全性或汽車性能最至關重要的領域。

該方法沒有全盤采用IT行業(yè)的測試，而是允許汽車工程師對標準的協(xié)議要求進行修改，滿足該行業(yè)獨特的需求，并且為廠商測試確立新的標準。

隨著時間的推移，汽車以太網(wǎng)與會像其它技術一樣，逐步超越當前的研究、開發(fā)和驗證階段，不再需要對每一個項目執(zhí)行深入的測試，而是采用一種“雙階段”式的進程。在這種進程中，供應商將驗證其協(xié)議是否與規(guī)定的標準一致，而制造商將在有代表性的生產(chǎn)線采樣測試來加以確認。

然而，為了確保安全性、贏利性和品牌聲譽，每一項測試都必須非常嚴格，注重方法，并且可以非常方便順暢地加以執(zhí)行。

7　展望

思博倫經(jīng)驗豐富的網(wǎng)絡測試工程師已經(jīng)做好準備，可隨時幫助任何制造商為后續(xù)的一致性測試挑戰(zhàn)找到答案。如您希望了解更多信息，或希望閱讀下一代聯(lián)網(wǎng)汽車測試其它方面的詳細白皮書，請隨時與思博倫接洽。

羅德與施瓦茨技術專欄