Введение к работе
Аннотация
Работа посвящена созданию метода и инструментальных средств разработки тестового программного обеспечения (ПО) для систем фиксированной связи с кодовым разделением каналов. Предметом исследования в работе являются способы автоматизации разработки ПО для тестирования, настройки, диагностики и мониторинга (ТНДМ) цифрового оборудования рассматриваемого класса телекоммуникационных систем. В работе проведен анализ задач по ТНДМ, возникающих на различных этапах разработки системы, а также существующих способов создания ПО, решающего эти задачи. Проведенный анализ позволил сформулировать требования к инструментальным средствам создания тестового ПО и предложить метод разработки тестового ПО на основе специализированного языка высокого уровня с универсальным по отношению к внешнему оборудованию ядром. При таком подходе управляющие алгоритмы описываются в терминах взаимодействия с устройством, что позволяет серьезно упростить процесс разработки тестового ПО.
На основе результатов проведенного исследования созданы инструментальные средства - специализированный язык описания тестовых алгоритмов и использующая этот язык программная среда автоматизации разработки ПО для ТНДМ оборудования цифровых телекоммуникационных сетей. При создании инструментальных средств сделан акцент прежде всего на задачах, возникающих на этапе автономной разработки блоков, этапе интеграции и во время тестовых испытаний. Однако ввиду схожести ряда задач, разработанный подход и инструментальные средства можно использовать и на других этапах.
В работе проведено сравнение сложности разработки тестового ПО традиционными способами и с использованием предложенного метода. Сделаны выводы о перспективности рассмотренного подхода.
Актуальность работы определяется интенсивным развитием іелекоммуникационной отрасли и все возрастающими требованиями к качеству и срокам разработки современных телекоммуникационных систем. Особенностью систем с кодовым разделением каналов является высокая сложность используемых управляющих алгоритмов. Отладка и тестирование "интеллектуальных" функциональных блоков этих систем представляет собой нетривиальную задачу. Наиболее трудными этапами разработки системы являются этап интеграции и тестовые испытания. При этом выявляются ошибки и просчеты, связанные со
]
взаимодействием составляющих частей системы. Обнаружение их на предыдущих этапах затруднено. Проблема осложняется еще и тем, что подчас бывает довольно сложно определить, какой именно из компонентов является причиной некорректной работы системы в целом. Для локализации и выявления ошибок и неисправностей в программно-аппаратных системах широко используется практика применения тестовых алгоритмов в совокупности с использованием средств диагностики, мониторинга, протоколирования и анализа полученных данных. Причем количество тестов, необходимых для полноценного тестирования оборудования, растет с усложнением структуры телекоммуникационной системы.
Многие возникающие здесь задачи имеют жесткую зависимость от конкретного оборудования, что исключает возможность создания полностью универсальных программ, которые можно было бы использовать с любой системой. Довольно часто управляющие алгоритмы создаются непосредственно разработчиками. Однако в процессе реализации алгоритма помимо прочего приходится вновь и вновь решать ряд типовых задач - организация взаимодействия с устройством через механизмы операционной системы, статистический анализ полученных данных, визуализация результатов и т.д.
Эффективность разработки управляющих программ для телекоммуникационного оборудования во многом зависит от эффективности используемых для этих целей инструментальных средств. Использование для разработки ПО универсальных языков программирования, например языка C++, оборачивается большими трудозатратами на программирование и замедляет процесс разработки системы в целом. Программных продуктов, упрощающих разработку ПО для рассматриваемого класса систем, существует не так много, и ни один из них не решает в полной мере обозначенную проблему. Обычно подобного рода разработки ориентированы на использование с конкретной системой или классом систем, как правило, одного производителя. Кроме того, они ориентированы на решение несколько иных задач - предоставить пользователю системы или стороннему разработчику возможности тонкой настройки или расширения функциональных возможностей готовой системы. Поэтому создание удобных инструментальных средств подготовки управляющих и тестовых программ, ориентированных в первую очередь на разработчиков телекоммуникационного оборудования, является актуальной задачей.
'ft f*l 4
Целью диссертационной работы является разработка метода и инструментальных средств создания тестового ПО для цифровых телекоммуникационных систем с учетом особенностей задач проведения тестирования, настройки, диагностики и мониторинга систем с кодовым разделением каналов на этапе автономной разработки функциональных блоков, этапе интеграции и в процессе тестовых испытаний.
Задачами диссертационной работы являются:
разработка и математическая формализация модели механизма взаимодействия с устройством, позволяющей при разработке ПО абстрагироваться от конкретного устройства;
разработка на основе данной модели специализированного языка с независимым от оборудования ядром;
разработка архитектуры инструментальных средств для создания тестового ПО;
создание инструментальных средств разработки тестового и управляющего ПО на основе этой архитектуры;
разработка методики использования данных инструментальных средств для создания ПО, осуществляющего тестирование, настройку, диагностику и мониторинг оборудования систем фиксированной связи с кодовым разделением каналов.
Научная новизна работы:
Разработана и математически формализована модель механизма взаимодействия с устройством, обеспечивающая независимость алгоритма тестирования от конкретного оборудования.
На основе модели разработаны специализированный язык для описания алгоритмов функционирования тестового ПО и архитектура инструментальных средств создания тестового ПО для цифровых блоков телекоммуникационных систем на основе этого языка.
Разработана методика, позволяющая использовать созданные инструментальные средства для тестирования, настройки и мониторинга состояния оборудования на этапе автономной разработки функциональных блоков, этапе интеграции и в процессе тестовых испытаний.
Решена задача синхронизации передаваемого и принимаемого потоков в алгоритме оценки качества связи в канале системы абонентского доступа "KEE AsterPlex" со стороны абонентской станции.
Методы исследований.
В работе был использован математический аппарат комбинаторики, теории вероятностей, теории множеств, теории конечных автоматов, теории формальных языков, и теории алгоритмов. Экспериментальные результаты были получены при помощи разработанной программной среды.
Достоверность полученных результатов подтверждается
используемым в работе математическим аппаратом,
экспериментальным тестированием и промышленной эксплуатацией разработанного лингвистического и программного обеспечения при создании системы абонентского доступа "KEE AsterPIex".
Личный вклад автора.
Основными из полученных автором результатов, являются:
Систематизация требований к разработке тестового ПО для цифровых блоков сетей фиксированной связи с кодовым разделением каналов.
Разработка и математическая формализация модели механизма взаимодействия с устройством, обеспечивающей независимость алгоритма тестирования от конкретного оборудования.
Разработка специализированного языка TDCL, предназначенного для описания алгоритмов функционирования ПО, осуществляющего ТНДМ цифрового телекоммуникационного оборудования; разработка архитектуры инструментальных средств создания тестового ПО на основе языка TDCL.
Разработка методики и алгоритмов оценки качества связи в канале системы абонентского доступа "KEE AsterPIex" со стороны абонентской станции.
Создание программной среды для ТНДМ цифровых блоков систем фиксированной связи с кодовым разделением каналов на основе интерпретатора языка TDCL.
Решение при помощи созданной программной среды следующих задач в рамках разработки системы абонентского доступа "КЕЕ AsterPIex":
диагностика и настройка RF-блока;
оценка качества связи в канале со стороны абонентской станции.
Практическая значимость диссертационной работы: 1. На основе полученных теоретических результатов разработана программная среда, являющаяся удобным инструментальным
средством для разработчиков цифровых систем связи. Программная среда позволяет реализовывать широкий спектр функций ПО по ТНДМ оборудования, объединяя высокую адаптивность универсальных средств, решающих эти задачи, с возможностью учитывать нюансы реализации конкретного устройства, присущей узкоспециализированным средствам; 2. Включенные в состав программной среды средства протоколирования и визуализации результатов предоставляют широкие возможности для диагностики и мониторинга состояния телекоммуникационной сети в процессе ее работы, а также для автоматизации процесса подготовки исходных данных для отложенного статистического анализа различных параметров сети как специализированными средствами программной среды, так и универсальными средствами. Внедрение результатов.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-технических исследований кафедры "Проектирование и конструирование интегральных микросхем" Московского государственного института электронной техники и являлась составной частью мероприятий проектно-конструкторской деятельности ООО "Кедах Электронике Инжиниринг" по созданию системы абонентского доступа "КЕЕ AsterPlex". Использование языка TDCL и программной среды на его основе позволили сократить время разработки тестового ПО в 2,5 раза, а также оптимизировать трудозатраты при настройке и тестировании системы абонентского доступа "КЕЕ AsterPlex", о чем свидетельствует соответствующий акт о внедрении.
На защиту выносится:
Модель механизма взаимодействия с устройством, обеспечивающая независимость алгоритма тестирования от конкретного оборудования.
Язык TDCL, предназначенный для описания алгоритмов тестирования, настройки и мониторинга оборудования.
Структура инструментальных средств для создания тестового ПО на основе языка TDCL.
Методика решения задач по тестированию, настройке и мониторингу цифровых блоков телекоммуникационного оборудования при помощи программной среды на основе интерпретатора TDCL.
5. Решение задачи синхронизации передаваемого и принимаемого потоков в алгоритме оценки качества связи в канале системы абонентского доступа "KEE AsterPIex" со стороны абонентской станции.
Апробация работы.
Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Проектирование и конструирование интегральных микросхем", на научно-технических совещаниях ООО "Кедах Электронике Инжиниринг", а также научно-технических конференциях всероссийского и международного значения.
Публикации.
Материалы, отражающие основное содержание работы, опубликованы в двух научных статьях и семи докладах в трудах российских и международных научно-технических конференций.
Структура и объем работы.
