系統(tǒng)中傳感器的一種模擬性能測試方法

【摘要】為了測試多個傳感器存在時系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的情況。基于已有的性能測試方法，模擬客戶端與服務器端的交互操作來實現多個客戶端的性能測試，提出了傳感器的模擬性能測試方法，研究了一種方法為純軟件模擬傳感器的測試，另外一種通過修改1個傳感器的二次儀表程序，使其中與系統(tǒng)通信部分的數據參數化，根據服務器的請求反饋服務器需要的正確的結果。結果表明：對傳感器二次儀表程序進行修改，能夠實現模擬多個傳感器在系統(tǒng)中運行的性能測試。

【關鍵詞】傳感器；交互；模擬；性能測試

1.引言

在實際某系統(tǒng)（礦用或非礦用無分站的監(jiān)測系統(tǒng)）中，會接入大量（60個以上）的傳感器使用，對此類系統(tǒng)進行性能測試時，需要找到能夠接入的最大數量的傳感器或者確認系統(tǒng)在最大容量（255個傳感器）下能夠正常運行。其在煤礦行業(yè)或金屬非金屬地下礦山的推廣應用，對避免或降低氣體爆炸等事故發(fā)生具有十分重要的意義。

傳感器組成部分由二次儀表和變送器組成，變送器部分主要包含探頭等元器件，負責采集環(huán)境中的氣體濃度等，二次儀表負責處理和顯示數據，并通過傳輸接口與上位機（系統(tǒng)監(jiān)控主機）進行數據通信。

2.系統(tǒng)性能測試要求

系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測各類氣體傳感器實時值，通過傳輸通道直接傳給監(jiān)控主機，由監(jiān)控主機處理和分析數據，顯示實時值、報警和各項歷史查詢數據，同時，系統(tǒng)中還有監(jiān)控備機，當主機出現問題或網絡故障時，監(jiān)控備機自動升級為主機。

經調研：參照性能測試和壓力測試的測試要求[1]，需要確認系統(tǒng)在常用的容量下能夠正常運行，如一般的用戶使用接入的傳感器最大不超過90個；需要參照煤炭行業(yè)標準中要求的連續(xù)運行800h（約34天）[2-3]，還要確認系統(tǒng)在最大負載情況下的情況，可以測試系統(tǒng)在最大容量（255個傳感器）下運行30天的情形。

3.測試方法選擇

3.1 傳輸通道選擇

此次測試需要優(yōu)先考慮接入幾個傳輸通道，確定接入10個通道，有兩種方案，方案1：接入一個真實的KJJ14A傳輸接口，其他9個通道為VSPM串口，通過電腦虛擬產生；方案2：10個通道全部使用真實的通道，使用多個KJJ14A傳輸接口、KJJ32礦用本安型環(huán)網接入器、MOXA轉換模塊等實現。

其次系統(tǒng)中每個通道下都需要接入傳感器，每個通道最大能接入30個，需要保證總數為90個或者255個。

3.2 測試難點

因傳感器的探頭在測試過程中易損耗，實驗室環(huán)境中使用90或255個傳感器，生產無法提供，一旦提供如有損耗成本較高。測試時考慮單個通道下滿負荷30個傳感器必須使用真實的，其余的開始使用模擬程序實施，發(fā)現模擬程序在不接入真實的設備下無法實現模擬傳感器收發(fā)數據且數據有變化的測試。

考慮借用性能測試實現原理：將敏捷法則應用到自動化上，保持簡單[4]，模擬客戶端與服務器的交互動作-請求和回復來實施。如果一個通道下只接入1個傳感器如氧氣傳感器，但在傳輸接口進行巡檢時，每次巡檢其他地址的同類型傳感器時，該氧氣傳感器會根據請求變更自身的地址，進行數據反饋，如需要類型多一點，就可以接入幾種不同類型的傳感器，就能實現30個傳感器運行的效果。

4.測試實施過程

4.1 測試用例設計

用例1：系統(tǒng)中共10個傳輸通道，9個VSPM串口（PC的虛擬串口），1個KJJ14A，每個VSPM串口模擬接入25個傳感器，KJJ14A上接入30個真實傳感器，種類覆蓋系統(tǒng)中的常用的傳感器種類：如氧氣傳感器、風速傳感器、礦壓傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器等。模擬傳感器值在取值范圍內隨機變化，5分鐘變化10次。系統(tǒng)連續(xù)運行7天。

用例2：與用例1類似，只是傳輸通道都是真實的通道，模擬出來的傳感器和實際接入的傳感器數量共為255個，模擬程序的數值為量程范圍內的隨機值，系統(tǒng)中同時存在報警數在160個左右，系統(tǒng)連續(xù)運行30天。

測試過程中，無相對的客戶端，對系統(tǒng)的設置操作等是在監(jiān)控主機上實施，都需要確認系統(tǒng)中報警信息顯示正常，系統(tǒng)中測點信息和通信數據顯示正常，系統(tǒng)能夠進行正常查詢功能操作，監(jiān)控主機的性能在性能指標范圍內。

4.2 測試環(huán)境部署

用例2的測試環(huán)境部署圖可以參照圖1測試環(huán)境網絡構成圖，底色為紅色的傳感器為真實的傳感器，每類只有一個，但運行程序的程序為模擬程序，地址可變。系統(tǒng)安裝程序部署在監(jiān)控主機和監(jiān)控備機上。

4.3 傳感器模擬測試

用例1測試時發(fā)現出現問題：運行不到一天時間，主機中測點個數顯示為0個，測點列表為空，各項功能不能使用，通道顯示通訊正常但查看通道數據時提示程序異常等。網絡不可用，減少傳感器數量，總數由255個降至155個再到90個，進行測試，仍然有同樣的問題，經調查，懷疑是使用虛擬串口進行測試的原因。故調整測試環(huán)境，使用真實的通道，按照用例2進行測試。

因真實的通道上無法直接運行軟件模擬的傳感器程序，考慮可以接入一個真實的傳感器，將傳感器與上位機通信的地址設置為參數化的變量，實施自動化測試。

將傳輸通道的IP地址修改為并測試主備機為同一網段的。每個COM口上接入一個真實的傳感器，二次儀表中刷入模擬程序，地址為可變（若為1～8）的，每次從監(jiān)控主機獲取。即監(jiān)控主機給通道地址5（在1～8范圍內均可）的瓦斯傳感器發(fā)送數據請求，實際接入的地址1的瓦斯傳感器會接收數據，并將自身的地址號更換為5，返回地址5的數據給監(jiān)控主機。地址設定可事先通過第三方串口調試工具下發(fā)命令的方式實現，命令格式如表1：

表格中示例00號命令將氧氣傳感器的地址設置為01，02號命令將氧氣傳感器的地址設置為01～08，02號命令將氧氣傳感器的地址設置為01～08、開停傳感器的地址設置為11。

4.4 測試操作步驟

（1）將KJJ32、KJJ14A接入網絡環(huán)境中，將傳感器的電源和485接入到傳輸接口等設備中；

（2）使用軟件修改KJJ32、KJJ14A的IP地址，將MOXA模塊程序更新為本系統(tǒng)用固件；

（3）在系統(tǒng)的主備機中分別運行“Network Enabler Administrator”配置虛擬串口；

（4）運行主機系統(tǒng)服務，全局設置中將主機的IP地址配置為主機，備機的IP地址配置為備機；在系統(tǒng)設置中添加通道設置，分別對應每一個已經配置好的虛擬串口，如圖2通道配置圖；

（5）停止主機服務，運行備機該系統(tǒng)的服務，在系統(tǒng)設置中添加通道設置，分別對應每一個已經配置好的虛擬串口；

（6）將主備機服務全部啟動。環(huán)境配置完成，性能測試開始。運行時在主機上運行Spot-light系統(tǒng)資源監(jiān)視工具監(jiān)視主機的資源。

5.分析測試結果

調整后使用用例2進行了測試，分別進行了148個傳感器運行7天和255個傳感器運行30天的性能測試。不再出現用例1中的問題。148個為找到的保證系統(tǒng)達到性能指標的一般經常接入的傳感器數量。7天長時間測試時CPU使用率在85%以下，在指標范圍內。30天長時間測試時系統(tǒng)中有255個傳感器，CPU時間曲線中顯示CPU時間始終處于45%和100%之間?！爱斍皥缶?、斷電、饋電異?！边M程占用率在30%以上，此進程的顯示的數據量為160條左右報警記錄，信息量并不多，建議優(yōu)化。

同時監(jiān)視到的監(jiān)控主機中物理內存剩余不足200M。sqlserver使用內存在400M以上，服務控制（CariSystemServiceControl）使用內存在150M以上。建議優(yōu)化。

6.結語

本篇主要講解了用真實的傳感器模擬多個傳感器的測試方法，進行系統(tǒng)中滿負荷傳感器和一般業(yè)務的性能測試，通過更改傳感器二次儀表程序，使得一個傳感器充當多個傳感器來實現。按照通用的性能測試流程進行測試，最終能夠實現對系統(tǒng)進行性能評價的目標，依此礦壓監(jiān)測系統(tǒng)以及其他涉及到傳感器或分站的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)可借用該方法來進行性能測試，使得性能測試在礦用領域有了較新的運用，對安全生產和提高工作效率有著重大的意義。

參考文獻

[1]段念.軟件性能測試過程詳解與案例剖析[M].北京：清華大學出版，2006，8：52-80.

[2]國家發(fā)展和改革委員會.MT-T1008-2006——煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)軟件通用技術條件[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：5.

[3]國家安全生產監(jiān)督管理總局.AQ6201-2006——煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)通用技術要求[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：8-18.

[4]Lisa Crispin，Janet Gregory敏捷軟件測試：測試人員與敏捷團隊的實踐指南[M].孫偉峰，崔康，譯.清華大學出版社，2010：176-223.

作者簡介：

張海梅（1983—），女，江蘇射陽人，工程師，主要從事軟件測試管理工作。

趙小兵（1978—），男，江蘇海門人，工程師，主要研究方向：監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)。

王全國（1981—），男，江蘇句容人，助理工程師，主要研究方向：軟件測試。