1、北 方 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 题目：流媒体相关协议软件测试套 开发方法研究 研 究 生： 指导教师： 专 业： 年 月 日 北方工 业大学硕士学位论文 - 1 - 摘 要 随着计算机网络技术的不断发展，流媒体技术得到广泛地应用，语音、图像、视频等业务给用户带来了高质量的视觉和声音服务。协议作为计算机网络应用的基础，提供了网络应用软件的设计与实现 的 规范。 SIP(Session Initiation Protocol，会话初始化协议，简称 SIP)作为流媒体软件开发协议得到 了 广泛的应用。然而，不同开发者对协议的理解容易产生偏差，所以对协议 与 协议 软件 的 一致性进行
2、检测尤为重要。由于 SIP 协议在流媒体软件开发中扮演了核心角色的作用，所以本课题研究具有实际意义。 研究过程中，本课题分析了基于 TTCN-3 的协议一致性测试过程，并且对 SIP 协议的消息格式，方法特点和传输特性做了深入分析。在研究分析的基础上，主要针对 SIP协议中的基本方法设计开发了通用测试套，该测试套可以对 SIP 协议 应用软件 进行协议一致性测试。在对 TTCN-3 运行时接 口规范和 SIP应用软件交互过程进行分析的基础上，给出了通用适配器的解决方案，实现了一类通用的适配器。在对 TTCN-3控制接口规范和SIP 应用软件数据、消息传输格式进行分析的基础上，给出了通用的编码解
3、码器的解决方案，实现了一类通用的编码解码器。本课题总结出了一个基于 TTCN-3的 SIP应用软件测试流程，分别针对 PC机上的 SIP协议应用和手机上的 SIP 协议应用，给出了两个测试案例 。测试过程 操作简单、实用性强、可重用性强 。 论文共分为六个部分，首先介绍了课题研究的背景、内容及方法；然后给出了相关的理论知识和技术； 第三部分对 SIP 协议进行 了 深入的分析；在第四部分中，论文给出了通用测试套、通用编码解码器和通用适配器的设计方案及实现方法；文章的第五部分分别针对 PC 机上的 SIP协议应用和手机上的 SIP协议应用给出了测试过程；最后，对本课题进行了 相关 方面的 总结。
4、 关键词：会话初始协议， TTCN-3，软件测试，被测系统适配器，编码解码器 北方工 业大学硕士学位论文 - 2 - Study on Methodology of Developing Software Testing Suite of Streaming Media Protocol Stack Abstract With computer network technology unceasing development, the streaming media technology obtain widely applies. Pronunciation, image and video
5、 frequency have brought the high grade vision and the sound service to the users. The protocol is regarded as the computer network application foundation. The protocol also provides for the network application software the design standard which realizes. SIP (Session Initiation Protocol) obtained th
6、e widespread application as the protocol of streaming media software development protocol. However, the understanding of different developer is difference. Therefore it is also essential to execute the agreement test for streaming media protocol software. SIP is the popular protocol applied in the m
7、ultimedia data live transmission at present.So this topic research has the practical significance. In the study, the topic analyzed the agreement test procedure based on TTCN-3 and analyzed the characteristics of SIP deeply. In the foundation of research analysis, the topic design and develop a gene
8、ric test suite in the view of SIP protocol essential method. The test suite is used to execute the agreement test of SIP. On the basis of analyzing Runtime Interface and the interactive process of SIP application sofeware, the implementation of a generic SIP application software adapter was given. A
9、nd on the basis of analyzing TTCN-3 Control Interface and the data format of message transition of SIP application software, the implementation of a generic codec was given. The topic summarized a test flow of SIP application software based on TTCN-3. The topic has given two test cases that respecti
10、vely apply in personal computer and mobile phone. The test procedure has the characteristics of easy operator, usability and reusability. The paper contains six parts. Firstly, it introduced the topic research background, the content and the method.Then, it gived the correlation theories knowledge a
11、nd the technology. The next, it analized the SIP protocol deeply. In the forth part, it gived the design proposal and realizes the method of the generic test suite, the generic codec and the generic adapter. In the fifth part, it gived two test cases that respectively apply in personal computer and
12、mobile phone. In the finally, it summarized the related aspect of the topic. Key Words： SIP, TTCN-3, Software Testing, SUT Adapter, Codec 北方工 业大学硕士学位论文 - 1 - 目 录 摘 要 . - 1 - Abstract . - 2 - 1 引言 . - 1 - 1.1 课题研究背景与现状 . - 1 - 1.1.1 课题研究背景 . - 1 - 1.1.2 流媒体协议软件测试的研究现状 . - 2 - 1.1.3 TTCN-3 的研究现状 . - 3
13、 - 1.2 课题研究内容与方法 . - 4 - 1.3 论文结构 . - 4 - 2 相关理论和技术介绍 . - 6 - 2.1 协议一致性测试 . - 6 - 2.1.1 一致性测试研究现状 . - 6 - 2.1.2 一 致性测试的概念 . - 7 - 2.1.3 一致性测试的方法 . - 8 - 2.2 TTCN-3 简介 . - 10 - 2.2.1 TTCN-3核心语言 .- 11 - 2.2.2 TTCN-3测试系统的体系结构 . - 16 - 2.2.3 TTCN-3运行时接口与 TTCN-3控制接口 . - 17 - 3 SIP 协议研究 . - 19 - 3.1 SIP 基
14、本特征 . - 19 - 3.2 SIP 协议结构 . - 20 - 3.3 SIP 逻辑实体 . - 21 - 3.3.1 UA . - 21 - 3.3.2 Registrar . - 22 - 3.3.3 Proxy Server . - 24 - 3.3.4 Redirect Server . - 25 - 3.4 SIP 消息 . - 25 - 3.4.1 请求消息起始行 . - 26 - 3.4.2 响应消息起始行 . - 27 - 3.4.3 消息头 . - 28 - 北方工 业大学硕士学位论文 - 2 - 3.4.4 消息体 . - 29 - 3.5 典型的 SIP 通信流程
15、. - 30 - 3.5.1 注册流程 . - 30 - 3.5.2 只包含 UA 的通信流程 . - 30 - 3.5.3 包含 Proxy 的通信流程 . - 31 - 3.5.4 包含 Redirect Server的通信流程 . - 32 - 4 基于 TTCN-3 的 SIP 协议软件测试方法研究 . - 33 - 4.1 基于 TTCN-3 的 SIP 协议软件测试系统设计方案 . - 33 - 4.1.1 基于 TTCN-3 的 SIP 协议软件 测试流程 . - 33 - 4.1.2 测试规范 . - 34 - 4.1.3 抽象测试套结构 . - 34 - 4.1.4 通用的基
16、于 SIP 协议 应用软件编码 解码 器解决方案 . - 37 - 4.1.5 通用的基于 SIP 协议应用软件适配器解决方案 . - 41 - 4.2 注册功能测试套设计方案 . - 44 - 4.3 查询功能测试套设计方案 . - 47 - 4.4 初始会话功能测试套设计方案 . - 49 - 4.5 终止会话功能测试套设计方案 . - 51 - 5 基于 TTCN-3 的 SIP 协议软件测试方法的应用 . - 53 - 5.1 基于 PC 机的 SIP 应用软件测试案例 . - 55 - 5.1.1 测试执行 . - 56 - 5.1.2 测试结果 . - 57 - 5.2 基于手机的
17、 SIP 应用软件测试案例 . - 57 - 5.2.1 测试执行 . - 59 - 5.2.2 测试结果 . - 59 - 6 结论 . - 60 - 参考文献 . - 61 - 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 . - 64 - 致 谢 . - 65 - 北方工业大学硕士学位论文 - 1 - 1 引言 随着通信和计算机技术的迅猛发展，通讯技术数字化已成为现代通信技术的基本特征和最突出的发展趋势。人们现在追求的是融合了文本数据业务、语音数据业务、多媒体视频数据业务的综合业务。为了建设投资小，效益高，可共享的网络， 以电话网为代表的电信网和以因特网为代表的数据网络的互通和融合进程正在逐步
18、加快。随着曾经被我们视为瓶颈的带宽和服务质量问题逐步得到解决，从而大大推动了 IP 技术的发展。 SIP（ Session Initiation Protocol, 会话初始协议） 1，是由 IETF（ The Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）于 1999 年提出的一个基于 IP 网络的一种实时通信应用信令协议，是下一代网络中的核心协议之一，用来解决 IP 网上的信令控制，其最终目标是为所有因特网成功的应用 提供无所不在的接入。 SIP 是基于因特网的两个最成功的服务 Web 和 E-mail 进行设计的，采用基于文本的编码格式，协议简单灵活，
19、可扩展性强。因为 SIP 的固有优势，目前已得到越来越广泛的应用，因此对基于 SIP 协议的应用软件进行相关的测试也就越来越受到人们的关注。 本文结合 SIP 和 TTCN-3(Testing and Test Control Notation version 3，测试和测试控制第三版 )的特点，研究采用 TTCN-3 测试技术在测试环境下对 SIP 协议应用软件进行测试。采用该方法，将有助于提高测试效率， 增强编码的重用性，保证软件的质量。 1.1 课题研究背景与现状 本节将介绍课题的研究背景，介绍流媒体相关软件测试的研究现状以及 TTCN-3的研究现状。 1.1.1 课题研究背景 随着网络
20、技术的发展，人类现有的信息交流形式，已从单一的媒体形式发展到多媒体形式及多媒体实时传输形式。多媒体实时传输形式的出现，为实时会议系统、视频点播系统、远程教育系统、远程医疗系统的实现提供了可能。多媒体数据中包括视频数据和音频数据等 ，这些资料的传播有两大特点： 1）它们具有隐含的时间维，需要在特定的时间内按特定的速度去播放。如果 播放速度得不到满足，那么播放的质量就没办法保证。 2）这些连续媒体的数据量都很大，即使采用了压缩技术，压缩后的数据量也相当可观 2。 基于多媒体数据的以上两个特点，要在 Internet 中实时传输多媒体信息，需要解决三个问题： 1）网络带宽问题。 2）音频及视频数据北
21、方工业大学硕士学位论文 - 2 - 的实时传输和连续播放问题。 3）多媒体数据流突发性强问题 3。 要解决这些问题，就需要有技术提供高速网络环境，新型的传输及控制协议，新型存储和检索机制以及合理的同步和调度策略对其进行高效的访问支持。因为现在出现了许多新的传输介质和传输机制，所以高速网络环境 问题已经基本解决。而采用缓存技术，也可以在一定程度上解决多媒体数据流突发性强的问题 4。为解决第二个问题，人们制定了流媒体协议。 为了更好的配合流媒体的应用，目前已经存在许多标准协议。其中包括：RTP(Real Time Transport Protocol)实时传输协议 5， RTCP(Real Tim
22、e Control Protocol)实时传输控制协议 6， RSVP(Resource Reservation Protocol)资源预留协议 7， RTSP(Real Time Streaming Protocol)实时流协议 8。其中， RTP 协议负责数据传输， RTCP 协议负责提供数据传输，质量回馈， RSVP 协议用于资源预留，以保证网络服务质量， RTSP 协议提供数据传输的远程控制。除了上述一些协议，还有一些协议也被用于流媒体传输，如：流协定 ST-， SIP 协定， IPV6 协定等等 9。 由于现在大部分协议是基于文本格式的，各个开发商对于协议的理解有所不同，不同的理解又
23、使得软件在实现过程中存在差异，从而使得开发出来的软件也就很有可能与协议本身的说明相背离。协议一致性测试的目标便是确定被测实现（ IUT）是 否与规范中的定义相符合。 本课题以 SIP协议为研究对象，研究基于 TTCN-3的协议一致性测试套开发方法，开发了 SIP 协议一致性测试套，通过实验验证了该方法的可行性，在一定程度上为协议一致性测试提供了新思路。 1.1.2 流媒体协议软件测试的研究现状 现今，对流媒体协议软件的测试手段并不多，大致分为人工测试和专门的设备测试两类。对于流媒体协议一致性测试研究还有待完善，从国内外对于流媒体协议软件测试的研究现状分析，归结起来可以分为两类，一类是对理论上的
24、研究，即怎么更全面更准确的描述协议测试套；另一类是在协议一致 性测试工具的 开发上 10。这两类研究并不是严格区分的，因为在两个研究领域中有一部 分是相交的，许多科研机构就是在研究测试理论的同时开发自己的测试平台辅助理论的检验。 国内的北京邮电大学在基于 SIP 协议测试规范的基础上，开发了 SIP 协议的一致性测试套，但是他们目前开发的测试套只有用户代理端和代理服务器端部 分，测试套还不完整 11。国外的 Testing Technologies 的对 SIP 协议开发 出了较完整的协议一致性测试套，但通用性还有待于进一步考察。另一种工具是 SpirentSPT(Spirent Protoc
25、ol Tester) + SIP 一致性测试包。遵照 ETSI 标准 ,SPT 目前只有 Server 端北方工业大学硕士学位论文 - 3 - 的测试包。因此，有必要对流媒体软件协议一致性测试方法进行研究。 1.1.3 TTCN-3 的研究现状 从目前国内外对 TTCN-3 的研究情况分析， TTCN-3 的研究主要集中在理论研究、工具研究和应用研究三个领域。 (1)理论研究方面。 TTCN-3 的主要目标之一是发展成 为 一门通用的测试描述语言，与以前版本 比较 起来 ， TTCN-3 在保留了 原 优点的基础上又进行了扩充。在 2008年 3月最新发布的 TTCN-3标准规范 共 分 为
26、TTCN-3 核心语言、 TTCN-3 表格表示形式、TTCN-3图形表示形式、 TTCN-3操作语义、 TTCN-3运行时接口、 TTCN-3 控制接口、在TTCN-3 中使用 ASN.1(Abstract Syntax Notation One) 、在 TTCN-3 中使用IDL(Interface Definition Language)、在 TTCN-3 中使用 XML(Extensible Markup Language)以及 TTCN-3文档注释规范十个部分 12。在 TTCN-3的理 论研究 上 ， 使得 这门技术更加完善，并且能 够 应用到更多相关领域 中 。 (2)工具研究方
27、面。 TTCN-3 作为一种抽象测试描述语言，它可以独立于任何平台和 被测 实现 ，可以 转换成 Java 或 C+等高级编程语言。这些特点为 TTCN-3相关工具的开发创 造了 空间。 TTCN-3 工具主要分为编译工具，编辑工具和集成测试开发环境三种类型。在编译工具方面，已经有了 一些 成熟工具。 如： Davinci Communications公司致力于 TTCN-3 与 Java 语言的结合 ； Open Environment Software 公司研发了OpenTTCN 时钟 工具； Testing Tech 公司开发了基于 Java 的 TTCN-3 语言 编译器TTthree
28、。在编辑工具方面 ，有些 文本编辑器 对 TTCN-3 核心语言 提供了 编辑环境，例如 jEdit、 Emacs、 nEdit、 vim 和 EditPlus 等。这些工具可以支持 TTCN-3语言的语法高亮显示，文本缩进等功能。 除此之外 ，瑞典的 Gottingen 大学开发 出 了 名为 TRex的 工具，它是一个 基于 Eclipse 的 开 源 插件， 可 支持 TTCN-3语言的编辑 13。在集成测试开发环境方面， 目前广泛应用的是 Testing Tech 公司 开发 的 名为 TTworkbench的 TTCN-3 集成 测试环境，它是一个基于 TTCN-3 的图形化测试开发
29、环境。 TTworkbench可以对自动化开发 提供 支持，从而 达到降低 测试成本 的目的。 除此之外，瑞典Telelogic 公司开发 出了 Telelogic TAU 系列产品 ，产品 包括了基于 TTCN-3 的测试工具，它主要 应用 于软件开发生命周期 中 的系统测试和集成测试 。 在我国，中国科学院 针 对 TTCN-3测试系统的执行原理进 行了剖析， 实现了一个基于 TTCN-3的 软件 测试系统 TTCN-3Runner14。 (3)应用研究方面。目前使用 TTCN-3 作为测试语言的系统 得到广泛应用 ，并得到业 界的 好评。 对于 软件、 3G 测试、通讯、汽车制造业、无线
30、协议测试与测试自动化系统， 均可 使用 TTCN-3作为测试语 言及测试 架构。比如 Ericsson 公司在 3G 测试北方工业大学硕士学位论文 - 4 - 方面的应用，戴姆勒 -克赖斯勒汽车制造公司在汽车中嵌入式设备的功能测试方面的应用等 等 。 通过 国内外研究现状分析可知，由于 TTCN-3可 应用于许 个 领 域， 如服务测试、协议测试、模块测试和基于 CORBA 平台的测试等 等 。因此，当前国内外许多研究机构都在进行 有关 TTCN-3 的研究， TTCN-3的发展 也 呈现上升趋势 ，其 应用前景也越来越广泛。但是， 基于 TTCN-3 的流媒体协议一致性测试的研究还存在空白之
31、处，本课题正是基于此创新点进行深入研究。 1.2 课题研究内容与方法 本课题主要研究基于 TTCN-3的流媒体协议一致性测试方法，主要研究内容包括： （ 1） SIP 协议的分析与研究：包括对 SIP 协议的功能、结构、定义方法、行为过程、消息内容的研究与分析。 （ 2） SIP 协议一致性测试套的研究：根据 TTCN-3 规范的第一部分 核心语言标准， 设计并 实现 了 较为通用的 SIP 协议一致性测试套。 （ 3） SIP 协议一致性测试系统适配器的研究：根据 TTCN-3 规范的第五部 分 TTCN-3运行时接口标准， 设计并 实现 了 SIP 协议一致性测试通用系统适配器。 （ 4）
32、 SIP 协议一致性测试编码 解码 器的研究：根据 TTCN-3 规范的第六部分 TTCN-3控制接口标准， 设计并 实现 了 SIP 协议一致性测试通用编码 解码 器。 （ 5） SIP 协议一致性测试案例分析：包括基于 SIP 协议的手机应用软件测试案例及基于 SIP 协议的网络应用软件测试案例。 1.3 论文结构 本文理论与实践相结合，对基于 SIP 的应用软件测试方法进行了论述，本论文的结构组织如下： 第一 部分 介绍了课题的研究背景与现状，提出了课题研究 的内容与方法。 第二 部分 介绍了本课题涉及到的相关的理论知识和技术，包括协议一致性测试理论、 TTCN-3 相关理论。 第三 部分 分析了 SIP 协议的特点，包括协议的基本特征，协议结构，逻辑实体，消息结构，并且分析了典型的 SIP 通信流程。 第四 部分 结合 SIP 的特点，分析设计了基于 TTCN-3的 SIP 应用软件测试方法，根据该方法，设计并实现了通用的基于 SIP 的编码 解码 器及被测系统适配器，同时设计实现了基于 SIP 的测试套。 第五 部分 给出了两个具体测试案例，说明了基于 TTCN-3的 SIP 应用软件测试方北方工业大学硕士学位论文 - 5 - 法的可行性和可适用性。 第六 部分 给出了本课题的总结，并对本课题的进一步研究提出了自己的看法。
