一种车载T-BOX协议一致性测试系统及方法

摘要：为提升车联网系统无线车载终端（T-BOX）协议一致性测试准确度及场景覆盖度，降低实车道路极限工况测试潜在的安全风险，文章提出了一种基于试验室虚拟仿真环境的自动化测试系统及方法。通过自动化管理与执行单元调用自定义测试脚本，模拟导航卫星定位信号，仿真实车各类工况车载总线通信场景，构建多种典型电磁波传输信道模型及异常故障，实时解析处理车载T-BOX与虚拟云平台通信数据，自动判定测试结果并生成报告。该方法在提高测试准确性、覆盖度和安全性前提下，自动化建立闭环测试链路，有效缩短了产品开发测试周期。

随着车联网技术的逐渐成熟，汽车从一个单独封闭的整体变得越来越开放，车辆通过安装无线车载终端（Telematics BOX, T-BOX），实现车辆和远端云平台数据的交换[1-4]。车辆与外界终端能够准确进行数据交互的前提条件是通信协议的一致性，通信协议在车联网产业中处于核心环节[5-6]。同时，国家为防治重型柴油车排气对环境的污染，改善空气质量，生态环境部于2021年出台《重型车排放远程监控技术规范》（HJ 1239.1-3）系列标准，强制要求所有重型柴油车实时上传整车相关数据到监管平台[7]。此外，针对新能源汽车及交通运输车辆，为规范化车辆和远程服务与管理平台之间的通信，国家及相关行业也陆续推出了一系列标准。因此，为确保车辆数据采集和传输功能的准确性，需对车载T-BOX通信协议一致性进行全面测试。

本文首先对HJ 1239.1标准进行解读，在此基础上提出一种通用的车载T-BOX协议一致性测试系统及方法。与传统基于真实负载控制器和无线通信网络的测试方法相比，本文提出的测试方法不依赖于车辆和车联网系统整体开发进度，测试介入时间较早；同时，采用虚拟仿真的无线通信环境，可以有效覆盖正向及通信异常等失效模式测试场景；最后，以自动化方式替代手动验证方式，不仅提高了效率，还能保证高精度和可靠性要求。

1 重型车排放远程监控流程

1.1 HJ 1239.1对车载T-BOX激活流程的规定

标准HJ 1239.1规定车载T-BOX在与生态环境部监管平台进行数据传输前，应先在监管平台完成激活，并按规定的协议接收监管平台反馈的激活结果，激活流程如图1所示。

1）车载T-BOX启动：车载T-BOX上电后，首先完成状态自检，判定当前是否为激活状态，若是则申请与监管平台建立数据传输通道，否则开启激活流程。

2）激活：车载T-BOX通过车载诊断系统（On Board Diagnostics, OBD）读取车辆识别码，并获取安全芯片ID和公钥信息，随后按照标准协议完成激活申请。

3）激活成功：车载T-BOX激活成功后，与监管平台建立安全数据传输通道，开始数据传输。

图1 激活流程

1.2 数据传输流程

标准HJ 1239.1规定在车载T-BOX激活成功后，每次车辆完成上电，应按照图2的数据传输流程进行数据交互。

图2 数据传输流程

为更好帮助理解重型柴油车辆排放监管数据传输流程，本文参照重型车排放远程监控技术规范HJ 1239.1给出的数据传输流程图，结合业务功能实际，提出如图3所示的对数据传输流程的理解。

1）T-BOX状态自检。车辆上电后，车载T- BOX执行功能自检，确保T-BOX系统组件工作状态正常。

图3 数据传输流程解读

2）注册鉴权。建立数据传输通道，包括车载T-BOX与企业平台的注册鉴权，以及企业平台和生态环境部监管平台的注册鉴权。

3）车辆数据采集上报。注册鉴权成功后，车载T-BOX按规范要求实时采集整车数据并加密传输至企业平台。

4）企业平台数据转发。企业平台将接收来自车载T-BOX的加密数据存储后，转发至监管平台，监管平台完成数据的解析和处理。

5）通信连接断开。车辆下电后，车载T-BOX主动发起断开连接请求，企业平台完成与监管平台通信链路断开后，反馈车载T-BOX请求响应。

2 测试系统组成及原理

为确保监管平台能够正确接收并解析来自车载T-BOX发送的整车状态数据消息，需对车载T-BOX发送消息的协议一致性进行测试验证，测试系统应该具备虚拟云平台，用于接收车载T-BOX按照约定协议格式发送的整车状态数据消息，并将解析数据反馈至自动化测试执行平台。同时，为验证车载T-BOX在各类通信场景下是否按约定方式进行数据缓存和补传，测试系统应具备蜂窝无线通信状态控制功能。

2.1 系统架构

车载T-BOX协议一致性测试系统主要由自动化管理与执行单元、全球定位系统（Global Positio- ning System, GPS）仿真单元、蜂窝信道仿真单元、总线仿真监控单元、供电单元及待测车载T-BOX组成[8]。图4为车载T-BOX协议一致性测试系统架构。

图4 协议一致性测试系统架构

自动化管理与执行单元为工业应用计算机或者PC机，主要包括测试管理模块、测试执行模块和虚拟云平台。测试管理模块根据测试任务配置被测车载T-BOX信息；测试执行模块选取通信协议类型，选择相应测试用例，生成测试工程，调用测试脚本，启动自动化测试流程，驱动供电单元，即程控电源，为被测车载T-BOX供电。同时，控制GPS信号仿真单元、蜂窝信道仿真单元和总线仿真监控单元与车载T-BOX进行通信，通过将接收来自虚拟云平台反馈的整车状态数据与预期数据进行比对，自动判定测试结果，生成测试报告，并将测试报告反馈至测试管理模块进行数据存储。GPS信号仿真单元为卫星导航信号模拟器，用于依据测试脚本配置发送相关GPS定位数据，为待测T-BOX提供动态轨迹信息输入。蜂窝信道仿真单元为无线通信综合仿真测试仪，用于依据测试脚本配置信息开启对应蜂窝通信制式信道模型，与待测T-BOX建立蜂窝无线通信链路，实现待测T-BOX和虚拟云平台之间数据收发。总线仿真监控单元为控制器局域网（Controller Area Network, CAN）板卡，用于模拟和监测测试过程中T-BOX总线报文，仿真整车工况场景。

在实际测试过程中，为避免待测T-BOX接收机在测试过程中受到外界信号的干扰，测试时将T-BOX部署在具有电磁信号屏蔽功能的屏蔽箱内，以提高测试的精度和准确度。图5为实际系统硬件组成图。

图5 系统实际硬件组成图

2.2 测试系统软件实现原理

车载T-BOX协议一致性测试系统主要使用自定义开发的测试管理平台、测试执行平台和虚拟云平台软件，以及SMBV100导航仿真软件、CMWrun无线通信仿真软件、CANoe等。测试管理平台主要用于测试任务和参数管理，测试数据存储归档；测试执行平台主要用于负责编写自动化测试脚本，控制数据收发和结果判定；SMBV100导航仿真软件用于依据配置参数模拟发送动态导航定位信号；CMWrun无线通信仿真软件作为本地化虚拟蜂窝基站，与T-BOX建立状态可控的无线蜂窝通信链路，并将来自T-BOX的物理射频信号转发至虚拟云平台；CANoe软件负责整车工况CAN总线报文的仿真和T-BOX发送报文的接收监控。

3 测试系统功能和测试方法

3.1 测试内容

车载T-BOX协议一致性测试系统功能设计依据《重型柴油车污染排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 17691）、《电动汽车远程服务与管理系统技术规范（第三部分：通信协议及数据格式）》（GB/T 32960.3）、《道路运输车辆卫星定位系统终端通讯及数据格式》（JT/T 808）及企业自定义协议内容。将上述标准中规定的内容，按照功能进行分类，具体内容如表1所示。

表1 系统测试功能项

3.2 测试场景

车载T-BOX与虚拟云平台之间通信采用蜂窝无线网络的Uu（User Equipment用户设备）口[9]，3GPP通信行业标准对不同制式网络定义了多种典型通信场景，具体场景类型如表2所示。车载T-BOX定位方式当前主要采用GPS和北斗两种方式，不同的导航定位星数和功率强度值，都会对车载T-BOX定位状态和精度产生影响，因此在测试中，需要对不同导航定位方式、星数及功率强度值场景进行仿真，以验证在各种测试场景下，车载T-BOX的功能表现是否符合设计规范。

表2 系统测试场景

3.3 测试方法

车载T-BOX协议一致性测试可采用全流程自动化测试方式执行。首先，测试执行人员可通过自动化管理模块配置被测车载T-BOX属性信息，如适配车型、电子电气架构类型、软件版本、硬件版本等信息；其次，在测试执行脚本模块选择待测的通信协议，并根据测试任务选取适配测试用例，生成测试工程；再次，运行测试工程，自动化调用各硬件设备完成初始化，并按测试用例输入条件开启相应功能；最后，自动化测试模块通过将接收来自虚拟云平台反馈的整车状态数据与预期数据进行比对，判定并生成测试结果（PASS/FAIL）。根据测试结果，自动生成测试报告，并反馈至测试管理模块存储。

以国六法规数据采集整车车速信号准确性测试为例，对车载T-BOX协议一致性测试方法进行详细步骤描述。

1）在测试管理模块根据待测T-BOX实际信息，完成参数配置；

2）在测试执行脚本模块勾选国六法规协议，车速信号有效值测试用例；

3）点击测试执行，测试脚本自动调用CANoe软件在CAN1通道模拟发送整车车速信号值 （80 km/h）；

4）测试脚本调用SMBV100实时发送导航卫星定位信号，同时，调用CMWrun与待测T-BOX进行信令交互，建立待测场景下的通信链路；

5）CMWrun将接收来自待测T-BOX的射频信号进行协议转换，并转发至虚拟云平台；

6）自动化执行模块调取经虚拟云平台解析后的车速值，与预期结果数据进行对比，自动完成结果判定，并将测试报告反馈至自动化管理模块；

7）自动化管理模块完成对测试报告的存储。

4 结束语

随着智能化、网联化的快速发展，以智能网联汽车为核心构建的智能交通系统正快速成为现实。因此，对智能网联汽车提出了更高的要求，既要满足传统车的安全、节能要求，又要满足高性能、高可靠性的要求。同时，随着计算机网络技术和应用的发展，网络协议日益趋向复杂，一致性测试是保障协议实现质量的一个必需，而且十分重要的手段。

本文以国家及行业相关标准为指导，结合企业实际业务功能应用需求，搭建了一套稳定、高效的自动化车载T-BOX协议一致性测试系统。通过采用虚拟导航和无线通信环境，在提高了产品测试覆盖度前提下，使得测试结果具有较高的一致性和可追溯性，同时，测试实施采用全流程自动化，全面提升了产品测试效率。

参考文献

[1] 吴纪铎,刘爱松,赵梦海.T-BOX车载网联终端设计[J].汽车零部件,2022(2):11-16.

[2] 谢卉瑜,边旭东,张亦弛.车载终端T-BOX技术分析及发展趋势研究[J].时代汽车,2022(1):162-163.

[3] 陈建灵.车联网T-BOX终端与TSP平台通信安全的密钥研究与实现[J].中国高新科技,2022(22):18-20.

[4] 吴明林,程登,庄济宁,等.一种基于T-BOX的新能源汽车智能补电技术[J].汽车与驾驶维修(维修版), 2021(12):28-30.

[5] 黄炘,张宝强,李川,等.电动汽车无线充电通信协议一致性测试的研究[J].汽车电器,2021(2):12-14.

[6] 王乐菲,刘海涛,吴明娟,等.物联网通信协议与一致性测试[J].信息技术与标准化,2022(3):50-56.

[7] 生态环境部.重型车排放远程监控技术规范:HJ 1239－2021[S].北京:生态环境部办公厅,2021.

[8] 李军龙,陈树星,马喜来,等.一种车载终端无线远程通信协议自动化测试系统及方法:CN201810980449. 7[P].2018-12-18.

[9] 董金玮,苑寿同,龙腾.基于蜂窝通信车联网系统的车路协同应用场景测试方法[J].汽车与新动力,2022,5 (2):45-48.

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