驗證BroadR-Reach協議一致性測試
——汽車專用以太網測試領域的關鍵點

思博倫通信

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驗證BroadR-Reach協議一致性測試
——汽車專用以太網測試領域的關鍵點

思博倫通信

編者按：作為開放聯盟特殊興趣組（OPEN Alliance Special Interest Group）的成員，思博倫通信在確立基于BroadR-Reach的新型車載網絡最佳慣例測試標準方面發揮著至關重要的作用。憑借在網絡測試領域超過25年的經驗，思博倫的工程師們一直在與汽車制造商密切合作，共同開發專為該行業定制的解決方案，確保未來的汽車能夠充分利用雙線以太網的巨大優勢。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，定義了數據鏈路、網絡和TCP/IP等傳輸層的多種協議測試標準。思博倫通信的《驗證BroadR-Reach協議一致性測試》一文的目的是向汽車開發商快速介紹以太網的協議一致性測試，其中特別側重車載網絡和OABR與眾不同或特有的方面。

1　引言

在IT行業中，以太網應用得非常成熟，OEM廠商就可以毫無顧忌地購買經過考驗的各類協議，而且這些協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試。因此，開發階段的一致性測試通常是少之又少。

但對于聯網汽車而言，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議顯然是不明智的。

此外，汽車制造商需要對其整個產品提供全程的保障——安全性、可靠性和性能，而這些對于IT行業而言都是非常罕見的。考慮到來之不易的品牌聲譽、動輒數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將每一個關鍵方面的測試都放在企業內部執行。

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

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

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，定義了數據鏈路、網絡和TCP/IP等傳輸層的多種協議測試標準。

2　協議一致性測試

總體而言，協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行，并要確保整個過程以注重方法的標準化方式執行。

在IT行業中，由于主要的協議已經日趨成熟，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議應用符合相關的國際標準。

（2）負面測試

檢查系統遭遇問題和意外的結果時協議本身的強健程度。

（3）壓力測試

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

在汽車行業中，要測試的協議通常都嵌入到硬件中，例如發動機控制單元。然而，軟件協議，例如信息娛樂系統中的協議，也不應當被忽視。

3　汽車網絡的一致性測試

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

之所以出現這種差別有多種原因，其中包括：

（1）OABR（OPENAlliance BroadR-Reach）汽車以太網是一種全新技術，并且正以非常快的速度發展。它從根本上改變了車載網絡的性質，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）由于以太網正逐步成為車輛網絡系統中的骨干，因此新的協議將影響其關鍵安全功能。因此，這些網絡必須經過全面徹底的測試。

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

（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建出其適用于一線供應商的協議測試標準。

今天，汽車OEM廠商主要在研究和發展階段中關注網絡一致性測試，并確保各廠商均按要求對多數相關標準進行測試。然而，隨著時間的失衡，基于采樣的協議一致性測試將成為生產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重于開放系統互聯（OSI）第3層（網絡）或更高層的協議。

在下一代的聯網汽車上，下列協議將變得尤其重要：

（1）IPv6

互聯網協議的修訂版本，為聯網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

也是一種互聯網層上的協議，且這種適用于包交換網絡的無連接協議將最終被IPv6取代，但目前仍承載著互聯網流量中的絕大部分。

（3）TCP

在傳輸層上運行的傳統控制協議（TCP）是互聯網協議（和工業協議）套件中一個關鍵的組成部分。

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

（4）UDP

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

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

（5）DHCPv6

動態主機配置協議（DHCP）是一種應用層協議，用于使用IP地址、IP前綴，以及在IPv6網絡上運行時所需的其它配置內容來配置IPv6主機。

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

（6）DHCPv4

前一版的動態主機配置協議。

相關的互聯網工程任務組（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

盡管許多網絡測試技術可以很方便地從IT運用到汽車行業中，但多數自動化協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行完整且按部就班的評估，因此傳統的測試系統的配置會依據方法，自始至終地逐個執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IT網絡的一致性測試與汽車協議并無關聯。并且，許多汽車被測設備并不具備執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缺少了執行此項功能所必需的管理語言。

因此，現成的市售IT網絡測試設備無法執行現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，汽車行業中使用和供應協議的企業，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，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）將相關管理語言內建到測試設備中，而非被測設備中的能力。

（3）創建全新汽車專用協議測試標準，并在自動化程序中將其反應出來的協議。

6　邁向汽車專用協議一致性測試

通過在OPEN聯盟特殊興趣組（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。很明顯，協議一致性測試已經成為一項關鍵的制約因素。

因此，基于思博倫下屬企業——世界領先的Testing Technologies公司廣受歡迎的TTCN-3 workbench，已經創建了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，實現相關測試步驟的全程自動化，具體參見圖1。

●每種協議相關標準的一致性。

●確定強健性和穩定性的負面測試，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，該系統可以實現測試日常流程的完全定制，使OEM和供應商能夠將IEEE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行業的測試，而是允許汽車工程師對標準的協議要求進行修改，滿足該行業獨特的需求，并且為廠商測試確立新的標準。

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

7　展望

思博倫經驗豐富的網絡測試工程師已經做好準備，可隨時幫助任何制造商為后續的一致性測試挑戰找到答案。如您希望了解更多信息，或希望閱讀下一代聯網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