简谈列控中心仿真验收测试

王 猛

(北京铁路信号有限公司，北京 102613)

在新建线路的开通前，为确保高铁列车安全运行，提高运输效率，需要对TCC软件的功能及逻辑关系进行遍历测试, 旨在及时发现TCC软件中的缺陷或漏洞，杜绝将存在问题的软件应用于现场实际运行的高铁线路上。必要的软件测试可大大减少现场软件发生故障的概率，只有经过测试合格的软件方能用于现场调试或开通，从而确保线路的稳定运行。现场硬件设备复杂、实验条件受限，因此列控中心软件的测试以室内仿真平台测试的方式为主。从平台规划、平台架构、测试流程、常见问题及处理方法等几个方面来阐述仿真测试的必要性与实际意义。

1 TCC软件仿真验收平台构成

1.1 仿真平台简述

TCC设备根据现场实际需求可大致划分为：大型车站、标准车站、线路所、转换站、动车所、中继站等。由于现场设备种类繁多，不同车站的硬件数量不一致、各设备间通信线缆错综复杂、现场实验条件等因素受限，为有效解决上述问题，可通过搭建仿真测试平台实现对现场真实硬件设备的模拟，其涵盖了现场全部真实硬件功能，可达到预期的测试效果，成功的将现场环境搬进了实验室。本文介绍的仿真测试平台可实现TCC两大模块的数据测试，即CTCS-0级和CTCS-2级的仿真测试。CTCS-0功能主要包括：列车进路码序、低频信息、载频信息、边界码序传输、改方功能等；CTCS-2功能主要包含：临时限速测试、应答器报文测试等。上述模块所包含内容均可通过仿真平台进行验收测试。TCC产品软件仿真验收测试平台模型如图1所示。

图1 TCC产品软件测试仿真平台模型Fig.1 TCC product software test simulation platform model

1.2 测试平台构成

根据1.1仿真验收测试平台的建模构成不难看出，在进行TCC软件验收测试时，如果对外接口全部为真实设备，会造成实验室设备数量过多、实验环境复杂、效率低下。因此，通过使用仿真软件将列控系统部分模块与外部接口进行模拟，最大程度优化设备构成，提升验收测试效率，降低设备成本。仿真测试系统可模拟ZPW-2000A轨道电路系统、计算机联锁、调度集中（CTC）、临时限速服务器（TSRS）、地面电子单元（LEU）、应答器等设备。通过使用仿真平台软件，为TCC软件的逻辑功能及接口测试带来了极大方便。实验室仿真验收测试平台测试环境如图2所示。

仿真验收测试平台面向列控中心设备。实验室TCC主机单元及各模块板卡与现场硬件设备保持一致，所有对外接口设备都可通过仿真软件进行模拟。如临时限速服务器（TSRS）、相邻车站、集中监测(CSM)均通过以太网与待测TCC建立通信；应答器报文信息、ZPW-2000A轨道电路、CTC可通过CAN总线与待测车站建立通信；驱动和采集信息通过仿真机上的专用通信板与待测车站建立数据通信。

根据仿真测试系统环境搭建要求，验收测试的TCC软件、工程数据均需要按照现场实际要求执行。例如搭建9套真实的TCC主机单元为被测对象，可以满足3组验收测试人员同时进行“三站两区间”的验收测试，测试环境如图3所示。

图2 仿真验收测试平台示意图Fig.2 Schematic diagram of simulation acceptance test platform

图3 仿真测试平台界面Fig.3 Simulation test platform interface

仿真机分别通过光纤通道、以太网通道和CAN通道与待测TCC通信，针对驱动采集单元、ZPW-2000A轨道电路、计算机联锁、临时限速服务器、应答器报文信息等接口设备仿真。相邻车站通过以太网交换机与被测主机建立数据相连，可实现TCC的改方功能、邻站边界码序的传输等功能。临时限速服务器通过以太网交换机与待测TCC建立通信，其主要功能是为TCC下达初始化命令和临时限速信息，为接下的报文与临时限速测试环节提供便利条件。

2 软件验收测试过程

2.1 测试前准备工作

1）制定方案

根据各路局电务段所提出验收需求，梳理出现场工程项目的迫切程度，由技术人员结合实验室硬件平台分布及使用情况，制定出详细、合理、高效的验收测试方案。合理的验收方案可提升仿真测试效率，同时，可满足多家铁路局电务段人员同步进行此项测试工作，为现场项目的顺利开通奠定坚实的基础。

2）数据调试

测试所需数据包括待测软件、被测站数据库信息、工程数据，技术人员在收到这些数据后，需要对软件版本号、发布日期信息进行核实并记录，同时创建所需测试环境方案，以保证完整无遗漏。接下来对设计方提供的数据库文件进行木马查毒，并通过专用存储设备将数据库导入至测试服务器，直至测试环境调试稳定。

2.2 搭建被测软件仿真平台

搭建测试环境是软件测试实现的重要阶段，测试环境是否合适将严重影响测试结果的真实性和正确性。根据实际测试需求及测试进度计划，搭建“辅助-待测-辅助”的三站两区间测试模型。该测试模型覆盖到中间待测车站列控中心软件的全部运算逻辑及功能，较好阐述测试的意义及重要性。测试的主体为列控中心软件，通过仿真机以及外部通信接口等设备实现系统测试平台。若搭建过程中遇到数据或软件逻辑问题，由技术支持工程师分析问题原因或将问题反馈至软件设计方，由其进行确认是否存在缺陷，直至仿真环境搭建完结。

2.3 仿真测试项目

电务段测试人员根据事先准备好的测试记录表，针对列控中心软件所包含的全部功能进行遍历性测试。测试记录表中的测试项主要包括：改方功能测试、进路码序测试、应答器报文测试等。下面重点介绍仿真测试所涉及的几个功能模块。

改方功能测试：列控中心通过站间安全数据网实现与相邻车站数据通信，对区间的运行方向协同管理。在双方列控中心确认可以改变区间运行方向时，才允许联锁办理发车进路。处理机制符合故障-安全的原则，保证相邻车站不处于敌对运行方向。从而实现车站线路运行方向的改变。

进路码序测试：列控中心根据列车在区间的走行逻辑，对轨道电路占用、空闲、故障占用、失去分路状态进行判断和报警，并采取必要的防护措施。对于站内轨道电路编码，根据办理的进路及前方进路状态，按照轨道电路编码逻辑，产生对应于各个轨道电路的低频码。实验人员根据对应轨道区段的低频码序与测试表格进行核对，从而验证列控主机软件逻辑的正确性。

应答器报文测试：根据联锁进路状态选择与之对应的进路信息报文，通过LEU向对应的进站口应答器传送，从而向车载设备发送进路参数，包括应答器信息帧、进路轨道区段长度、线路坡度、应答器链接、特殊区段、临时限速、大号码道岔信息包等。

2.4 问题反馈

在进行仿真测试过程中，当电务段测试人员发现软件存在疑问或缺陷时，应及时向技术支持人员反馈，由技术支持人员对问题进行初步判断，确定其是否为软件缺陷。若软件确实存在设计缺陷，则应按要求填写问题反馈单，将反馈单发送至软件设计方。待设计方修改软件完毕后，由技术支持人员重新换装软件进行仿真测试，直至测试结束，如图4所示。

图4 测试流程图Fig.4 Test flow chart

3 常见测试故障及解决方法

在仿真验收测试过程中，会反馈一些测试结果与电务验收人员预期不一致的情况。一般情况下，按照如下顺序检查，可以高效的定位故障：

1) 测试台硬件设备故障排查；

2) 仿真测试环境版本的确认；

3) 测试输入文档的有效性确认；

4) 仿真测试环境的误操作排查；

5) 被测软件错误排查。

3.1 测试台硬件设备故障排查

在硬件设备的故障排查时，应先行确认列控中心主机单元的工作状态。可通过观察各板卡面板指示灯，辅助判断硬件板卡的工作状态；在确认主机单元工作正常后，可调试仿真设备与列控中心的通信状态，如驱采仿真与列控中心的通信、联锁仿真与列控中心的以太网通信、CAN总线仿真设备与列控中心的CAN总线通道状态。

上述的各类通信状态，在列控中心的监测机中均有显示。建议在硬件调试时，搭建相应列控中心的监测机，可以方便硬件设备的故障排查和故障定位；在进行测试过程中，搭建临时测试环境时会出现重复性的“安装-拆除”环节。此过程极易造成通信中断、数据丢失、设备重启等故障现象。根据设备的通讯方式进行判断，将故障点定位后，再根据线缆类别进行逐一排查，可以快速恢复仿真测试环境。

轨道电路、LEU、CTC均通过CAN通道与TCC主机建立数据通信，但彼此的传输数据内容不一致。由于仿真机CAN卡性能的限制，在测试中可能会出现数据信息不稳定、码序波动现象。为了避免此类问题出现，可根据实际需要将不同设备的数据通道设置在不同的CAN通道中，从而解决上述测试过程中遇到的问题。

3.2 测试软件或数据缺陷

仿真测试环境版本确认：仿真测试环境是由列控中心系统硬件平台、列控中心软件、仿真测试系统软件、仿真测试数据组成，其中列控中心软件为被测对象，其他为测试环境。在确认列控中心系统硬件平台工作正常后，便需要对仿真测试系统软件的版本、仿真测试数据确认。

由于在电务验收前，厂家已经完成了内部测试，故仿真测试系统软件和仿真测试数据应与厂家内部测试时保持一致。

测试输入文档的有效性确认： 在仿真验收过程中，电务验收人员以设计出的设计资料为依据、结合铁路信号技术规范、列控中心相关的技术条件等，形成预期结果，用来评价被测列控中心软件。但有时由于验收人员手中的设计文档与厂家的设计文档存在差异，导致预期结果的偏离。所以，在测试之前，与验收人员核实设计文档的版本显得极为重要。

仿真测试环境的误操作排查： 在列控中心系统工作正常、仿真系统软件版本和数据版本与厂家内部测试所用版本一致时，首先考虑仿真测试环境的误操作。常见的情况如下：

误关闭了仿真的某些模块，导致仿真部分功能缺失；

误设置了PIO的驱采、IP通信模式（真实IP或虚拟IP），导致列控中心系统与仿真系统交互异常；

误设置邻站站间信息，导致改方、码序追踪等功能异常；

误设置保持了一些继电器的采集状态，导致列控中心监测该继电器驱采异常，触发相应的软件防护机制；

误设置了仿真联锁始端信号机点灯，导致列控中心无法正常编码。

当上述情况出现时，可从列控中心软件的响应结果，来推测可能的误操作情况，如列控中心无法正常改方，需要检查IP通信模式、邻站站间信息、PIO仿真的采集是否到位；列控中心无法正常完成进路编码，应优先查看联锁点灯、进路上各区段的FQJ的采集是否到位。

被测软件错误排查：在上述硬件检查、环境检查、设计文档的一致性检查都完成后，若被测软件仍然存在功能异常，可考虑进行软件错误排查。考虑厂家内部测试完成后才进行仿真验收测试，故软件自身的缺陷可能性较低，建议先从接口部分入手。常见的两类问题如下。

1）列控中心进行接口测试时，会出现列控中心与CTC设备无法建立正常通信的情况。由于客专列控中心和CTC协议版本的唯一性，若确认硬件通道无问题后，考虑双方接口配置不一致性的问题。优先进行双方软件通信参数、数据版本的比对，往往可以高效的定位问题。

2）实验室搭建列控系统仿真平台后，列控与联锁始终无法完成正常通信。优先确认以太网物理通道，通过8K数据区的数据判断联锁与列控之间通道状态，若物理通道正常、逻辑通道通信中断，建议使用wireshark等网络抓包工具，获取列控传给联锁、联锁传给列控的UDP数据包，检查RSSP-1协议是否校验通过、检查数据版本和协议版本的一致性。

4 结束语

文中介绍的仿真验收测试环境准备与故障排查方法适用于列控中心仿真验收测试，提出的测试流程及方案将在今后的实际运用中不断优化。这一方法还将用于具有自主知识产权的自主化列控产品的仿真测试中，希望能对类似测试有所帮助。