验证BroadR-Reach协议一致性测试——汽车专用以太网测试领域的关键点

思博伦通信



验证BroadR-Reach协议一致性测试
——汽车专用以太网测试领域的关键点

思博伦通信

编者按：作为开放联盟特殊兴趣组（OPEN Alliance Special Interest Group）的成员，思博伦通信在确立基于BroadR-Reach的新型车载网络最佳惯例测试标准方面发挥着至关重要的作用。凭借在网络测试领域超过25年的经验，思博伦的工程师们一直在与汽车制造商密切合作，共同开发专为该行业定制的解决方案，确保未来的汽车能够充分利用双线以太网的巨大优势。同时，思博伦还是电气和电子工程师学会（IEEE）和欧洲电信标准学会（ETSI）的积极成员，定义了数据链路、网络和TCP/IP等传输层的多种协议测试标准。思博伦通信的《验证BroadR-Reach协议一致性测试》一文的目的是向汽车开发商快速介绍以太网的协议一致性测试，其中特别侧重车载网络和OABR与众不同或特有的方面。

1　引言

在IT行业中，以太网应用得非常成熟，OEM厂商就可以毫无顾忌地购买经过考验的各类协议，而且这些协议都通过了厂商的测试，并且在多年的广泛使用中接受了全面的调试。因此，开发阶段的一致性测试通常是少之又少。

但对于联网汽车而言，情况并非如此。OPEN Alliance BroadR-Reach®（OABR）目前仍处于萌芽期，因此在未充分测试的情况下太过依赖新协议显然是不明智的。

此外，汽车制造商需要对其整个产品提供全程的保障——安全性、可靠性和性能，而这些对于IT行业而言都是非常罕见的。考虑到来之不易的品牌声誉、动辄数十亿美元的召回成本，以及最关键的——客户的生命安全，汽车制造商理所当然地会极端强调将每一个关键方面的测试都放在企业内部执行。

作为BroadR-Reach测试系列内容之一，本文的目的是向汽车开发商快速介绍以太网的协议一致性测试，其中特别侧重车载网络和OABR与众不同或特有的方面。

作为开放联盟特殊兴趣组（OPENAlliance Special Interest Group）的成员，思博伦通信在确立基于BroadR-Reach的新型车载网络最佳惯例测试标准方面发挥着至关重要的作用。凭借在网络测试领域超过25年的经验，思博伦的工程师们一直在与汽车制造商密切合作，共同开发专为该行业定制的解决方案，确保未来的汽车能够充分利用双线以太网的巨大优势。

同时，思博伦还是电气和电子工程师学会（IEEE）和欧洲电信标准学会（ETSI）的积极成员，定义了数据链路、网络和TCP/IP等传输层的多种协议测试标准。

2　协议一致性测试

总体而言，协议一致性测试就是选取相关国际标准文档中的某项要求，且这些文档由国际电气和电子工程师学会1或欧洲电信标准学会2等标准组织制订，并通过测试来了解被测设备（DUT）的运行情况是否符合该项要求。

为执行此类测试，通常需要运行一系列单独的功能测试，有时可能是数千项测试，依次涵盖每一项要求。由于测试的量十分巨大，这些测试通常都以自动方式执行，并要确保整个过程以注重方法的标准化方式执行。

在IT行业中，由于主要的协议已经日趋成熟，纯粹的一致性测试的重要性已日渐降低。此外，标准测试缺乏灵活性，因此这种局面本身也可能带来问题。一致性测试往往会包含在一个测试方法套件之中：

（1）一致性测试

确认被测设备中的协议应用符合相关的国际标准。

（2）负面测试

检查系统遭遇问题和意外的结果时协议本身的强健程度。

（3）压力测试

确定性能特点，例如网络可应付的最大负载，以及超出最大负载后会产生怎样的结果。

在汽车行业中，要测试的协议通常都嵌入到硬件中，例如发动机控制单元。然而，软件协议，例如信息娱乐系统中的协议，也不应当被忽视。

3　汽车网络的一致性测试

很明显，根据思博伦与OPENAlliance SIG成员汽车制造商的交流结果，汽车行业希望保留比IT行业紧密得多的一致性测试控制权，而IT行业的做法通常是信任供应商针对相关标准执行的测试。

之所以出现这种差别有多种原因，其中包括：

（1）OABR（OPENAlliance BroadR-Reach）汽车以太网是一种全新技术，并且正以非常快的速度发展。它从根本上改变了车载网络的性质，并且很可能存在一些未预见到的缺陷，而这些都需要在广泛的使用前逐个消除。

（2）由于以太网正逐步成为车辆网络系统中的骨干，因此新的协议将影响其关键安全功能。因此，这些网络必须经过全面彻底的测试。

（3）与IT行业不同，如果出现意料之外的协议错误，汽车制造商要承担潜在召回中绝大多数的成本和声誉损失。

（4）汽车制造商都非常清楚品牌形象和声誉的重要性，因此必须对每一件车辆成品都拥有绝对完整的信心。无论缺陷到底在哪里，从客户的角度来看，责任都不会找到OEM厂商身上。

（5）通过确立其自己对一致性测试的理解，汽车制造商将更好地创建出其适用于一线供应商的协议测试标准。

今天，汽车OEM厂商主要在研究和发展阶段中关注网络一致性测试，并确保各厂商均按要求对多数相关标准进行测试。然而，随着时间的失衡，基于采样的协议一致性测试将成为生产线验证中一个重要的组成部分。

4　测试涵盖的范围

重要的是，汽车一致性测试应侧重于开放系统互联（OSI）第3层（网络）或更高层的协议。

在下一代的联网汽车上，下列协议将变得尤其重要：

（1）IPv6

互联网协议的修订版本，为联网设备提供了一个独一无二的识别体系，其设计目标是应对IPv4地址枯竭的问题。

（2）IPv4

也是一种互联网层上的协议，且这种适用于包交换网络的无连接协议将最终被IPv6取代，但目前仍承载着互联网流量中的绝大部分。

（3）TCP

在传输层上运行的传统控制协议（TCP）是互联网协议（和工业协议）套件中一个关键的组成部分。

相关的互联网工程任务组（IETF）标准文档包括：RFC675、RFC793、RFC1122、RFC2581、RFC5681。

（4）UDP

这是另外一种传输层协议。用户数据报协议（UDP）使应用能够向网络上的其它主机发送信息，且无需提前通过通信来建立特殊的传输信道或数据路径。

相关的互联网工程任务组（IETF）标准文档包括：RFC768、RFC2460、RFC2675、RFC4113、RFC5405。

（5）DHCPv6

动态主机配置协议（DHCP）是一种应用层协议，用于使用IP地址、IP前缀，以及在IPv6网络上运行时所需的其它配置内容来配置IPv6主机。

相关的互联网工程任务组（IETF）标准文档包括：RFC3315、RFC3319、RFC3633、RFC3646、RFC3736、RFC5007、RFC6221。

（6）DHCPv4

前一版的动态主机配置协议。

相关的互联网工程任务组（IETF）标准文档包括：RFC2131、RFC 2132、RFC 3046、RFC 3942、RFC 4242、RFC4361、RFC4436。

5　汽车专用测试的技术挑战

尽管许多网络测试技术可以很方便地从IT运用到汽车行业中，但多数自动化协议一致性测试设备均无法适用。

在一致性测试中，需要对各自标准文档中的每一项独立要求集执行完整且按部就班的评估，因此传统的测试系统的配置会依据方法，自始至终地逐个执行预先确定好的各项测试，并且给出通过/未通过的结论。

然而，多数IT网络的一致性测试与汽车协议并无关联。并且，许多汽车被测设备并不具备执行每项必须互动的功能或管理语言，因此无法在IT专用工作台上通过标准测试。

典型的IPv6一致性测试包括约640项测试案例。在这之中，至少有1/3都是汽车设置中所不需要的。

同样，汽车电子控制单元（ECU）通常不支持一致性测试中规定的上层测试仪活动。例如，TCP测试标准所要求的一项互动行为是从测试设备远程重新启动机器，但汽车ECU缺少了执行此项功能所必需的管理语言。

因此，现成的市售IT网络测试设备无法执行现有标准所要求的测试。同样，厂商也不会真正声明所供应的硬件和软件是否符合相关的标准。

鉴于此，汽车行业中使用和供应协议的企业，无论是OEM和供应商，需要的都是一种定制的解决方案，不仅要专门适用于该行业，还要包含以下选项中的所有或任意部分：

（1）跳过自动化一致性测试项目中某些步骤的能力，或针对所涉及功能，定义哪些测试至关重要，哪些不重要的能力。

（2）将相关管理语言内建到测试设备中，而非被测设备中的能力。

（3）创建全新汽车专用协议测试标准，并在自动化程序中将其反应出来的协议。

6　迈向汽车专用协议一致性测试

通过在OPEN联盟特殊兴趣组（OPEN Alliance SpecialInterestGroup）中的成员关系，思博伦正在与汽车制造商和厂商密切合作，共同应对BroadR-Reach新兴应用所带来的挑战。很明显，协议一致性测试已经成为一项关键的制约因素。

因此，基于思博伦下属企业——世界领先的Testing Technologies公司广受欢迎的TTCN-3 workbench，已经创建了SpirentTestCenter的定制版本4。

凭借广为人知且非常完善的测试方法学，Spirent TestCenter可在单一工具内，实现相关测试步骤的全程自动化，具体参见图1。

●每种协议相关标准的一致性。

●确定强健性和稳定性的负面测试，包括排除各类弱点的“模糊”能力。

●对容量加以量化并检查高负载水平下确切功能的性能测试。

重要的是，该系统可以实现测试日常流程的完全定制，使OEM和供应商能够将IEEE和IETF之类的官方标准与上述汽车测试结合在一起，针对所关心的具体应用对测试加以定制。

图1　相关测试步骤

这包括改变特定测试步骤的权重，强调那些对安全性或汽车性能最至关重要的领域。

该方法没有全盘采用IT行业的测试，而是允许汽车工程师对标准的协议要求进行修改，满足该行业独特的需求，并且为厂商测试确立新的标准。

随着时间的推移，汽车以太网与会像其它技术一样，逐步超越当前的研究、开发和验证阶段，不再需要对每一个项目执行深入的测试，而是采用一种“双阶段”式的进程。在这种进程中，供应商将验证其协议是否与规定的标准一致，而制造商将在有代表性的生产线采样测试来加以确认。

然而，为了确保安全性、赢利性和品牌声誉，每一项测试都必须非常严格，注重方法，并且可以非常方便顺畅地加以执行。

7　展望

思博伦经验丰富的网络测试工程师已经做好准备，可随时帮助任何制造商为后续的一致性测试挑战找到答案。如您希望了解更多信息，或希望阅读下一代联网汽车测试其它方面的详细白皮书，请随时与思博伦接洽。

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