G.SHDSL接口卡多PVC测试技术

高速数据用户线(SHDSL)技术是ITU-U提出的一种高速对称的传输技术，符合国际电联G.991.2推荐标准,又称 G.SHDSL[1]。随着互联网的普及，人们对上网速度的要求越来越高，而基于防火墙的G.SHDSL接口卡目前广泛应用于各大通信运行商。对ADSL接口卡测试技术已经比较成熟，但对G.SHDSL接口卡的测试还在缓慢发展中，尤其是G.SHDSL接口卡具有高速、多PVC、上下行对称性的特点，因此对其测试技术的研究尤为重要。

1 G.SHDSL接口卡多PVC技术简介

高速数字用户线G.SHDSL(G.Single-pair high-speed Digital Subscriber Line)是一种高速对称的传输技术，它利用普通电话线中未使用的高频段，通过不同的调制方法，在双绞铜线上实现高速数据传输。其单线速率可达到5.696 Mb/s。

传统的XDSL技术中的虚通道都是单PVC，而此项技术的一大突破既是实现多PVC(VPI/VCI)虚通道，这样能使用户最大限度地合理利用带宽，且在同一条物理线路上实现承载不同业务，如语音、视频、文件传输等等，互不干扰，达到了资源共享。其中的PVC包含VPI和VCI两个参数，VPI的范围是0~255，VCI的范围是0~65 535(大多数的DSLAM设备只支持0~255，因此实验时在0~255之间测试)[1]。

2 测试设备及工具介绍

2.1 DSLAM

在DSL应用的场景中，ATM信元不能直接在以太网上传输，因此其封装在ATM信元中的数据都是承载在Ethernet链路上[3]。这时需要将从DSL接口上传输的ATM信元转化为以太网帧，所需的设备即DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer) 数字用户线路接入复用器,DSLAM是各种DSL系统的局端设备，属于最后一公里接入设备(the last mile),其功能是接纳所有的DSL线路，汇聚流量，相当于一个二层交换机。
本文所做的实验是基于华为的SmartAX MA5600设备，选择此设备主要是因为它具备两大特点[2]：

(1) 支持多种业务接口

它能够提供ADSL2+和G.SHDSL业务板的接入，同时支持任意组合业务板，且ADSL2+业务板支持32线用户的接入，G.SHDSL业务板支持18线用户的接入。上行接口支持FE和GE。

(2) 支持互操作特性

MA5600具有MSTP、LACP、Ethernet OAM、以太网接入等功能，且能够支持各种路由转发能力完善的IP路由/转发能力及MPLS特性,同时支持PPPOA转PPPOE,因此满足了对XDSL接口各种业务的应用需求。

2.2 测试工具

本实验使用测试工具有两个：一是思博伦通信公司的SmartBits设备，它能够提供对G.SHDSL接口的功能测试的业务流量，提供的协议报文丰富，且可以支持多种通信技术、协议和接口的相应软件应用及脚本的测试。同时设备具备GE、FE、光纤等多种终端接口。二是思博伦通信公司的Avalanche设备，它能够提供对吞吐量和时延性能的精准测试。

3 测试环境及方法

3.1 测试组网

图1中Client即所测试设备(防火墙)，Client与DSLAM直接仅靠一条物理链路相连，其中多条虚拟链路是多条PVC链路。而DSLAM和Server端是真实的多条物理链路，可以根据需要调整。

3.2 测试用例设计

3.2.1 功能测试用例

此部分对于支持多PVC的G.SHDSL接口卡主要考虑接口卡的正常使用，用例设计如下：(1)对卡本身激活/去激活测试，包括在链路连通状态下去激活再激活反复操作等，查看接口卡是否正常工作且设备CPU等状态是否正常。(2)PVC的自协商功能测试，此项需对DSLAM设备配合执行,改变本端和对端DSLAM设备的PVC值，测试设备G.SHDSL接口卡能否自协商到PVC值(注意在每次协商时需通过deactive/active重启接口卡)。(3)PVC范围测试，此项包括对符合PVC值的遍历测试，可以满配置PVC，且在不同的PVC链路上承载不同业务（文件下载、业务流量、视频、语音等）。

3.2.2 互操作性测试用例

由于G.SHDSL接口卡在实际应用中不是单独使用的，考虑到与其他特性的兼容性，设计用例如下：(1)与PPPoE结合，在现网中都是通过PPPoE拨号上网，因此在实验室中搭建环境模拟拨号上网。(2)与VPN技术结合，考虑到网络安全,对链路采用IPSec、P2P、GRE等加密技术，查看业务是否正常流通。(3)与ADSL链路结合，G.SHDSL具备同其他XDSL链路的频谱兼容性，同一台测试设备上连同ADSL和G.SHDSL链路，测试对彼此的业务有无影响[4]。

3.2.3 性能测试用例

这里主要考虑两项重要的性能指标的测试：吞吐量和时延。用到的测试工具即上面所提到的SmartBits测试仪。设计用例如下：(1)吞吐量：G.SHDSL接口卡上下行速率对称，可以同时测试。包括1、2、4口接口卡的分别测试，对PVC值的选取可以遵循边界取值法，再随机取一个值测试。同时关注1、2、4口的吞吐量是否是倍数关系。(2)时延：此项测试是在吞吐量的范围内进行的，选取吞吐量的20%、40%、60%、80%分别进行测试[2]。测试的前提是无丢包，如果发现由于某些外界因素而造成的丢包需要重新测试,这样才能保证测试数据的有效性。

3.2.4 异常测试用例

此部分是对G.SHDSL接口卡在压力下的稳定性测试，设计用例如下：(1)承载大流量的情况下长时间(72 h以上)反复配置/删除配置操作，可以借助自动化脚本，随时抽取检测链路流量是否正常流通，且设备是否存在内存泄漏等;(2)承载大流量的情况下长时间(72 h以上)对接口卡反复执行激活/去激活，包括shutdown/undo shutdown和active/deactive操作;(3)长时间(72 h以上)超出吞吐量范围打流，测试仪上设置多条不同流量(包括不同包长、不同协议流量、分片报文等)，观察设备是否出现内存泄漏、重启[2]。

4 测试执行及有效性分析

4.1 用例执行

(1) 接口卡遍历。对以上用例的执行需要在1、2、4口接口卡上分别执行，相对来说工作量较大，因此对于PVC值的选取或是PPPoE最大用户的测量可以借助简单的自动化脚本实现。但需要DSLAM端配合的用例则只能手动执行。
(2) 测试参数选取。由于接口卡重启需要大约30~40 s的时间，对执行shutdown/undo shutdown和active/deactive操作时要考虑进去。
(3) 注意事项。某些缺陷的暴露是在设备长期运行情况下产生的，因此对其性能及压力稳定性的测试需要长时间观察。对设备接口可以交替变化使用，如GE、FE、5FE等，对上面的测试组网可以灵活变换。对每次测试的组网及条件需要明确，这对缺陷的分析及问题复现有很大帮助。

4.2 缺陷提交及测试有效性分析

(1) 缺陷发现的统计
根据测试过程中发现的缺陷按照提示、一般、严重和致命的级别提交的问题单统计如图2所示。

图2是软件产品整个测试过程中问题单个数的统计值，因G.SHDSL是新研发出来的接口卡，所以出现的致命、严重问题单个数较多。图3是软件交付的问题统计。

这里按照缺陷的级别及数目可以计算出特性问题单的DI值：
DI值=问题单数目×每个问题单的权值
其中提示、一般、严重和致命问题的权值分别是0.1、1、4、10。由此可以计算出图2中的DI值=564.1，图3中的DI值=19.2。
由上面计算出的DI值可以看出，以上的测试方法对软件产品质量的改进提供了一定的保障。

(2) 测试有效性分析

用例的设计遍历到特性的功能、互操作性、性能、压力、稳定性的测试范围，且实验室模拟现网环境执行用例。由Bug提交的DI值可以看出，以上用例的执行覆盖了大部分功能及场景，对开发人员修改代码提供了依据，通过不断修改代码、反复测试的过程保证了产品的质量。

本文提出了对多PVC的G.SHDSL接口卡测试的具体方法, 由实验结果可以看出,这些用例的设计确实对G.SHDSL接口卡缺陷的发现提供了保障。当然并不可能发现全部的问题，测试是一个很灵活的过程，需要测试人员不断测试、分析等逐步地改进测试方法，这是一个反复操作、不断循环、逐步提高的过程，以达到产品质量的提高。

参考文献
[1] 周莹莹，姜珊.G.SHDSL接口卡多PVC的设计与实现[J]. 科学技术与工程,2010,10(34):8451-8456.
[2] 岳妍妍，钱步仁，黄海龙.DDOS防火墙压力测试方法的研究[J].软件导刊,2009,8(4):145-147.
[3] 高军，郭建华，夏霆.浅谈HDSL的组成原理及应用[J].电信建设,2003(6).
[4] 苏洁.HDSL接口技术简介[J].电子技术,1999(5):32-33.