一种基于5G-R的CTCS3级列控系统功能验证方法

技术领域

本发明涉及列车运行控制技术领域，更具体的说是涉及一种基于5G-R的CTCS3级列控系统功能验证方法。

背景技术

目前，既有的CTCS-3级列控系统中，车地无线传输使用GSM forRailway(GSM-R)作为车地无线通信网络。随着通信技术的迭代升级，5G网络建设日渐成熟，5G forRailway(5G-R)成为了替代GSM-R的下一代铁路通信移动系统。在GSM-R退网之前，5G-R和GSM-R将会存在较长共存期，这意味着现阶段车载设备需要同时支持GSM-R和5G-R双网呼叫管理功能，系统功能测试阶段不仅需要对5G-R下的车载设备功能进行验证，还需要对双网同时覆盖情况下列车超速防护系统(ATP)车载功能进行验证，大量交叉与重复案例给测试和分析工作带来了新的挑战。

但是，到目前为止，已有大量关于CTCS-3级列控系统测试分析技术的相关研究。在测试数据收集方面，很多研究将摄像头录制的DMI图像作为结果分析一大数据来源，用摄像头录制DMI显示视频，研究如何利用图像识别技术提高对DMI图像识别的精度，并利用图像处理与识别技术识别DMI各区的模式与状态。这种分析方式对于摄像头摆放位置、角度要求较高，提升了识别难度，增加了代码工作量，不利于提升分析效率，在实际测试阶段应用受到较多限制。在测试分析方法使用上，多采用专家系统。为实现自动分析，有人提出对每个案例单独编写代码进行验证，新增案例时需要重新编写代码。

在现有的常规测试流程中，测试执行依赖于人工操作，执行效率低；测试结果分析则主要是测试人员依据记录工具，在大量记录项中通过人工方式逐个查找核对，对测试人员要求较高而且效率极低，且容易发生疏漏。

测试结果分析时，利用摄像头对DMI进行识别，识别精度受环境影响。如果单单人工分析基于5G-R的列控系统功能，由于测试案例和测试脚本数量骤增，分析工作量增加，容易出现疏漏和错误。采用专家系统进行自动分析，对于列控系统这个复杂系统，专家规则多，会导致组合爆炸。而对单个案例单独编写代码进行自动验证的方式，不利于后期拓展，代码量大，效率低。

现有分析逻辑是判断在脚本执行后设备是否达到预期结果，但有时由于通信问题，并不能保证车载设备接收到了指定消息或指令，会对车载设备功能进行错误判断。现有的CTCS-3级列控系统对无线通信功能的测试结果分析只需要测试GSM-R网络下的功能，对于兼容5G-R和GSM-R的列控系统的无线通信功能分析，还需分析不同网络下的正确性以及差异性，现有分析方法不能满足基于5G-R的列控系统的分析需求。

因此，如何实现基于5G-R的CTCS-3级列控系统功能测试自动执行是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于5G-R的CTCS3级列控系统功能验证方法，以解决背景技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于5G-R的CTCS3级列控系统功能验证方法，包括：

构建列控系统仿真测试平台；所述列控系统仿真测试平台包括待测ATP车载设备、车载设备接口仿真环境、自动测试控制模块和测试分析模块；

通过所述自动测试控制模块进行ATP实时记录的测试自动执行，得到列控系统测试结果；

对列控系统测试结果进行无线通信功能分析和对非无线通信功能分析，得到无线通信功能和非无线通信功能分析结果；

在列控系统仿真测试平台呈现所述无线通信功能和非无线通信功能分析结果，并自动生成测试报告。

所述车载设备接口仿真环境仿真包括RBC模块，模拟真实RBC，与待测ATP车载设备间分别通过5G-R网络和GSM-R网络实现通信交互。

所述自动测试控制模块进行自动执行时，自动测试控制模块通过ATP的记录单元实时读取ATP状态，包括模式、速度、DMI提示信息、SoM状态，并输出测试指令。

所述输出测试指令就是根据ATP状态和测试指令脚本设置输出控制指令，控制指令包括驾驶台控制指令、DMI控制指令、仿真RBC控制指令；所述自动测试控制模块在设置测试场景与测试任务后，自动从脚本库中筛选出需要的控制对应脚本自动执行。

所述自动测试控制模块与DMI之间通过网线连接，DMI的实现基于Linux操作系统，并且支持VNC协议，自动测试控制模块通过DMI自定义按键协议实现对DMI按键操作，对驾驶台操作包含驾驶台开关、设备上下电、休眠信号激活与去激活、方向手柄状态、牵引制动等级；对仿真RBC的操作包括加载测试脚本、打开/关闭仿真RBC、通常消息发送设置与取消；通过测试控制脚本与既有列控系统脚本配合，共同完成5G-R列控系统的功能测试。

所述测试分析模块包括无线通信功能分析模块和非无线通信功能分析模块，在进行实时测试过程中，无线通信分析模块自动分析消息发送周期、无线连接状态和交互逻辑，帮助测试人员及时发现测试过程中的断链和虚连问题，在测试完成后，无线通信分析模块对GSM-R和5G-R下的测试记录包括GSM-R和5G-R移交时的测试记录进行差异性对比，分析在不同网络下功能层面的ATP表现是否一致；对于非无线通信功能，通过非无线通信功能分析模块中的测试记录、DMI录频识别和验证脚本，对案例功能逐一验证，判断是否没有达到案例预期效果，或者出现错误结果。

所述对列控系统测试结果进行无线通信功能分析具体为：结合仿真RBC和车载记录，并结合DMI电台图标和网络连接图标判断是否有电台注册数目异常、虚连、断链、消息重发的异常状态，并实时进行报警提示。

所述差异性对比内容包括周期消息分析和消息逻辑分析；周期消息提取内容包括消息交互周期均值与最值；逻辑分析包括呼叫成功建立时间、交权时间、链接释放时间、消息响应时间的差异；差异大小通过显著性检验判断。

所述列控系统仿真测试平台的开发利用C#语言，依托Visual Studio开发环境，DMI的屏幕视频显示基于VNC协议远程到电脑显示屏上进行显示，电台注册图标和网络连接状态图标形状规则，利用Opencv所提供的模版匹配法matchTemplate进行目标识别。

在列控系统仿真测试平台呈现所述无线通信功能和非无线通信功能分析结果之前还包括，将无线通信异常时间点与测试案例时间进行匹配，再次确认案例是否成功测试。

经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种基于5G-R的CTCS3级列控系统功能验证方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明提出一种功能验证自动执行方法，依据测试脚本中的控制指令自动控制脚本执行，避免了因人工测试时的重复错误操作，减轻了全功能大量测试时测试人员的压力，及时发现设备缺陷并及时改正。测试场景控制和测试任务下达的设置，都能提升测试执行效率。

2.本发明提出一种适用于5G-R的列控系统测试结果验证方法，通过测试记录文件和测试验证脚本对测试结果进行验证，并对无线通信功能进行深入分析和对比研究，能辅助测试人员进行测试问题发掘，提升测试分析效率，促进系统改进完善。

3.本发明提出的适用于5G-R的列控系统功能分析方法，可以有效覆盖基于5G-R列控系统测试范围，并且对于测试人员友好，能够帮助测试人员发现日常测试分析中很难发现的隐含测试问题，提升测试分析效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的方法流程示意图。

图2为本发明提供的列控系统仿真测试平台的结构示意图。

图3为本发明提供的5G-R列控系统的功能验证流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于5G-R的CTCS3级列控系统功能验证方法，如图1所示，包括：

构建列控系统仿真测试平台；如图2所示，列控系统仿真测试平台包括待测ATP车载设备、车载设备接口仿真环境、测试脚本生成模块、自动测试控制模块和测试分析模块；

通过自动测试控制模块进行ATP实时记录的测试自动执行，得到列控系统测试结果；

对列控系统测试结果进行无线通信功能分析和对非无线通信功能分析，得到无线通信功能和非无线通信功能分析结果；

在列控系统仿真测试平台呈现无线通信功能和非无线通信功能分析结果，并自动生成测试报告。

无线通信功能和既有功能分析结果在平台呈现后，允许测试人员进行优化调整，最后自动生成测试报告，报告测试案例执行时间、执行数目和通过率。

其中，车载设备接口仿真环境：在既有的CTCS-3级列控系统仿真测试平台基础上，由于ATP车载设备改变了无线通信和电台模块以支持5G-R和GSM-R网络通信，为了实现测试的灵活性和测试覆盖的广泛性，测试接口环境中尤其需要接入5G-R无线通信网，并开发对应的5G-R仿真RBC，仿真RBC模块模拟真实RBC，与车载设备间分别通过5G-R网络和GSM-R网络实现通信交互。

在自动测试控制模块进行自动测试之前还包括测试脚本生成模块，是将测试案例转化为可执行的测试脚本的模块，脚本生成模块将既有测试案例与新增测试案例分别进行处理，生成可自动执行的测试脚本，测试脚本包括ATP接口数据脚本、控制指令脚本和验证脚本。ATP接口数据脚本包括轨道电路信息、应答器信息和无线信息。控制指令脚本中包括驾驶台控制指令、DMI控制指令、仿真RBC控制指令。验证脚本包含验证的位置、速度、模式、期望消息、制动等级、DMI显示和SoM状态。

其中，本发明提出通过测试脚本生成模块进行测试脚本的自动生成。对于既有的测试脚本库，将既有的测试脚本库，加载到测试脚本转换工具中，识别脚本中的呼叫指令和通信会话管理包，根据测试需求转化为适用于5G-R网络下的呼叫指令和会话管理包。对于新增测试案例，根据案例的规范化描述在既有模板基础上进行无线消息、应答器报文信息的注入，生成ATP接口数据脚本。结合建立的自然语言与执行指令、验证指令的对应关系库，采用基于输入输出的测试案例映射方法得到的对应案例输入输出转换动作和状态，将得到的对应的执行指令与验证状态转化为适用于5G-R网络的列控系统的测试执行与验证文件，最后由测试人员进行调整与验证，大大提升测试脚本编制效率。测试执行脚本中定义了在指定时间、指定位置或者及其他指定条件时，应对DMI、驾驶台与仿真RBC执行的操作。其他指定条件指：模式转换、速度改变、制动输出、DMI指示司机操作的提示。对驾驶台操作包含驾驶台开关、设备上下电、休眠信号激活与去激活、方向手柄状态、牵引制动等级。对仿真RBC的操作包括加载测试脚本、打开/关闭仿真RBC、通常消息发送设置与取消。本发明提出一种测试脚本自动生成方法，与人工编写测试脚本的方法相比，极大的节约了编写时间，尤其是会避免人工编写脚本过程中出现的一些通常性错误，避免反复出错。自动生成的测试脚本不仅包含ATP接口数据脚本，还包括测试执行与验证脚本，可进行后期测试自动执行与验证，提升测试效率。

自动测试控制模块，进行测试自动执行控制。进行自动执行时，控制单元通过ATP的记录单元实时读取ATP状态，包括模式、速度、DMI提示信息、SoM状态。测试指令输出就是根据ATP状态和测试指令脚本设置输出控制指令，控制指令包括驾驶台控制指令、DMI控制指令、仿真RBC控制指令。该模块可以进行测试场景控制，每个案例脚本不仅包含执行脚本、原有脚本和验证脚本，还保留测试案例描述作为关键属性。对于自定义场景，可以手动添加测试脚本或者筛选案例后自动添加到待执行位置。如此可以实现测试脚本持续不间断测试，提升测试效率。在该模块设置测试场景与测试任务后，自动从脚本库中筛选出需要的控制对应脚本自动执行。

测试分析模块，分为无线通信功能分析模块和非无线通信功能分析模块。进行5G-R的列控系统功能测试时，无线通信功能进行重点分析。仿真RBC具备安全层与应用层数据记录功能，采集车载端与仿真RBC端记录数据进行对比，能分析出哪些消息未回复哪些消息未收到，精准定位问题。在进行实时测试过程中，无线通信分析模块自动分析消息发送周期、无线连接状态和交互逻辑，帮助测试人员及时发现测试过程中的断链和虚连等问题。在测试完成后，无线通信分析模块对GSM-R和5G-R下的测试记录包括GSM-R和5G-R移交时的测试记录进行差异性对比，分析在不同网络下功能层面的ATP表现是否一致。帮助测试人员定位差异寻找原因，促进系统功能完善。对列控系统既有功能分析时，案例测试完成后，利用车载记录、DMI图像和验证脚本，对案例功能逐一验证，判断是否没有达到案例预期效果，或者出现错误结果。DMI图像中分为图像显示和文字显示，其中文本显示对于车载设备状态具备一定指示作用，在一些重要状态，包括车载设备因为规范规定的各种原因宕机与记录单元连接中断、DMI电源断电，利用OCR技术识别DMI文字，对于车载状态进行补充判断。

在一个具体的实施例中，如图3所示，在进行测试时，记录读取单元实时读取ATP的记录，包括模式、速度、DMI提示信息、SoM状态信息，判断此时ATP所处状态。测试控制脚本中定义了在指定时间、指定位置或者及其他指定条件时，应对DMI、驾驶台与仿真RBC执行的操作。其他指定条件指：模式转换、速度改变、制动输出、DMI指示司机操作的提示。自动测试控制模块与DMI之间通过网线连接，DMI的实现基于Linux操作系统，并且支持VNC协议，模块通过DMI自定义按键协议实现对DMI按键操作。对驾驶台操作包含驾驶台开关、设备上下电、休眠信号激活与去激活、方向手柄状态、牵引制动等级。对仿真RBC的操作包括加载测试脚本、打开/关闭仿真RBC、通常消息发送设置与取消。通过测试控制脚本与既有列控系统脚本配合，共同完成5G-R列控系统的功能测试，为后续通过测试执行脚本和测试验证脚本实现测试结果验证提供数据来源。

在一个具体的实施例中，对列控系统测试结果进行无线通信功能分析具体为：

分析无线通信时，需要结合仿真RBC和车载记录，并结合DMI电台图标和网络连接图标判断是否有电台注册数目异常、虚连、断链、消息重发的异常状态，并实时进行报警提示。测试平台的开发利用C#语言，依托Visual Studio开发环境。DMI的屏幕视频显示基于VNC协议远程到电脑显示屏上进行显示，此种情况下DMI识别可以忽略外界光线、摄像头角度等因素对识别精度的影响。电台注册图标和网络连接状态图标形状规则，利用Opencv所提供的模版匹配法matchTemplate进行目标识别即可，不需要使用深度学习，提高分析效率。对于兼容5G-R和GSM-R的ATP车载设备，无线通信功能分析模块分析各自网络下的、移交时的通信正确性和2种网络下，同种测试场景时的无线通信功能层面的差异性。差异性分析内容包括周期消息分析和消息逻辑分析。周期消息提取内容包括消息交互周期均值与最值。逻辑分析包括呼叫成功建立时间、交权时间、链接释放时间、消息响应时间的差异。差异大小通过显著性检验判断。

在一个具体的实施例中，在列控系统仿真测试平台呈现无线通信功能和非无线通信功能分析结果之前还包括，将无线通信异常时间点与测试案例时间进行匹配，再次确认案例是否成功测试。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。