基于WIA—PA協(xié)議的網(wǎng)關(guān)一致性測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】一致性測(cè)試系統(tǒng)是進(jìn)行協(xié)議一致性測(cè)試的基礎(chǔ)。本文主要介紹了一種基于WIA-PA協(xié)議的網(wǎng)關(guān)一致性測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和測(cè)試過程的設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明。

【關(guān)鍵詞】WIA-PA網(wǎng)關(guān)；測(cè)試系統(tǒng)

1.引言

作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種，WIA-PA技術(shù)主要面向各種工業(yè)過程自動(dòng)化應(yīng)用。相對(duì)于其他無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，WIA-PA采用了網(wǎng)狀和星型混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、自適應(yīng)跳頻、CSMA與TDMA混合訪問機(jī)制等技術(shù)，能夠滿足工業(yè)應(yīng)用需要的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備是WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備。WIA-PA網(wǎng)關(guān)不僅具有傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)管理功能，還具有WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)管理功能。對(duì)WIA-PA網(wǎng)關(guān)進(jìn)行一致性測(cè)試，使其符合WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)關(guān)的要求，是后續(xù)進(jìn)行互操作測(cè)試和性能測(cè)試的基礎(chǔ)。

2.WIA-PA網(wǎng)關(guān)

2.1 WIA-PA網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)

在WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，如圖1所示：

圖1 WIA-PA網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)

（1）WIA-PA接入點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)與WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的物理連接，完成管理信息和數(shù)據(jù)的傳輸。

（2）虛擬設(shè)備

定義了與工廠中現(xiàn)場(chǎng)總線等其他網(wǎng)絡(luò)的通信接口，該接口可將其他網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)源映射為WIA-PA設(shè)備，滿足其他網(wǎng)絡(luò)與WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的通信需求。

（3）解聚對(duì)象

用于解聚由WIA-PA路由設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備聚合后的包。

（4）數(shù)據(jù)鏡像模塊：用于存儲(chǔ)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)據(jù)，為工廠中的其他網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)訪問接口。

2.2 WIA-PA網(wǎng)關(guān)功能

WIA-PA網(wǎng)關(guān)除了與網(wǎng)絡(luò)管理者和安全管理者通信來完成WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理和安全管理工作以外，還可以與WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備進(jìn)行通信，交換設(shè)備信息。同時(shí)，WIA-PA網(wǎng)關(guān)可以和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。針對(duì)以上要求可以將WIA-PA網(wǎng)關(guān)的功能分為無線網(wǎng)絡(luò)管理功能，無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能，以太網(wǎng)通信功能，協(xié)議轉(zhuǎn)換功能和系統(tǒng)管理功能。

（1）無線網(wǎng)絡(luò)管理

無線網(wǎng)關(guān)必須具備對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的管理功能，包括無線網(wǎng)絡(luò)形成、無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加入、斷開等管理功能。

（2）無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能

無線網(wǎng)關(guān)是將無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳入以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，因此必須提供與無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

（3）以太網(wǎng)通信功能

無線網(wǎng)關(guān)接入以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，必須具備以太網(wǎng)接口并能夠完成數(shù)據(jù)通信功能。

（4）協(xié)議轉(zhuǎn)換

在協(xié)議轉(zhuǎn)換方面，必須同時(shí)開發(fā)無線、有線協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在無線和有線之間轉(zhuǎn)換。

（5）系統(tǒng)管理

網(wǎng)關(guān)應(yīng)能完成系統(tǒng)管理功能，包括對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理，數(shù)據(jù)緩存、系統(tǒng)內(nèi)存管理等。

3.WIA-PA網(wǎng)關(guān)抽象測(cè)試集設(shè)計(jì)

抽象測(cè)試集是協(xié)議一致性測(cè)試的基礎(chǔ)，它是不依賴于具體的實(shí)現(xiàn)，并且不一定是可執(zhí)行的。一個(gè)好的抽象測(cè)試集能夠確保協(xié)議一致性測(cè)試的完整性和準(zhǔn)確性。抽象測(cè)試集在結(jié)合了協(xié)議實(shí)現(xiàn)一致性說明（PICS）和協(xié)議實(shí)施附加信息（PIXIT）后，成為可執(zhí)行測(cè)試集。按照結(jié)構(gòu)化和層次化的方法劃分，測(cè)試集由多個(gè)測(cè)試組組成，一個(gè)測(cè)試組由多個(gè)測(cè)試?yán)M成。

由于WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)并未給出協(xié)議的靜態(tài)一致性要求，也未給出協(xié)議實(shí)現(xiàn)一致性說明和協(xié)議實(shí)施附加信息，所以要在深入理解WIA-PA協(xié)議的基礎(chǔ)上確定其一致性測(cè)試要求。針對(duì)一致性測(cè)試要求的不同覆蓋，確定測(cè)試組的劃分。在確定了測(cè)試組和測(cè)試目的后，抽象出每一個(gè)測(cè)試組的測(cè)試?yán)Ｔ诶斫饬薟IA-PA標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)關(guān)部分內(nèi)容后，針對(duì)WIA-PA網(wǎng)關(guān)的功能，我們抽象出WIA-PA網(wǎng)關(guān)測(cè)試集，如圖2所示：

圖2 WIA-PA網(wǎng)關(guān)抽象測(cè)試集

4.WIA-PA網(wǎng)關(guān)一致性測(cè)試系統(tǒng)

WIA-PA網(wǎng)關(guān)一致性測(cè)試系統(tǒng)是在參考了其他無線傳感器測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)測(cè)試內(nèi)容設(shè)計(jì)出來的。WIA-PA網(wǎng)關(guān)的一致性測(cè)試系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 WIA-PA網(wǎng)關(guān)一致性測(cè)試系統(tǒng)

圖4 測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

4.1 測(cè)試設(shè)備

（1）測(cè)試主機(jī)

用戶通過測(cè)試主機(jī)的人機(jī)交互界面完成與測(cè)試系統(tǒng)的交互。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，用戶需要填寫用戶信息，選擇相應(yīng)的測(cè)試案例，并對(duì)測(cè)試案例的相關(guān)信息進(jìn)行配置，然后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試主機(jī)按照規(guī)定的測(cè)試用例生成并發(fā)出相應(yīng)的測(cè)試命令，根據(jù)接收到被測(cè)網(wǎng)關(guān)的測(cè)試響應(yīng)來判斷被測(cè)網(wǎng)關(guān)的行為是否正確。

（2）測(cè)試路由器

測(cè)試路由器通過接收測(cè)試主機(jī)發(fā)送的測(cè)試命令，按照相應(yīng)案例的測(cè)試要求，順序調(diào)用測(cè)試原語函數(shù)完成測(cè)試。在測(cè)（下轉(zhuǎn)封三）（上接第121頁）試開始前，需要確定測(cè)試路由器的設(shè)備角色，根據(jù)不同測(cè)試案例的需要，測(cè)試路由器充當(dāng)路由設(shè)備或者現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。測(cè)試路由器的測(cè)試功能由下測(cè)試器（Lower tester）實(shí)現(xiàn)，下測(cè)試器主要具有測(cè)試管理和測(cè)試應(yīng)用功能。

（3）輔助測(cè)試設(shè)備

在有的測(cè)試案例中，需要輔助測(cè)試設(shè)備的參與才能夠完成測(cè)試，例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，協(xié)議轉(zhuǎn)換等測(cè)試。在測(cè)試開始前，需要確定輔助測(cè)試設(shè)備的類型，根據(jù)不同測(cè)試案例的需要，輔助測(cè)試設(shè)備可以充當(dāng)路由設(shè)備或者現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。輔助測(cè)試設(shè)備的測(cè)試功能主要由測(cè)試功能單元（Testing functional unit）實(shí)現(xiàn)。

4.2 測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

針對(duì)不同的測(cè)試案例，測(cè)試系統(tǒng)具有不一樣的測(cè)試結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)流。為了完整的對(duì)WIA-PA網(wǎng)關(guān)進(jìn)行測(cè)試，我們?cè)O(shè)計(jì)出了三種測(cè)試結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

第一種測(cè)試結(jié)構(gòu)主要用來測(cè)試那些只需要測(cè)試路由器和被測(cè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行交互的測(cè)試案例。測(cè)試主機(jī)向測(cè)試路由器發(fā)送測(cè)試命令，測(cè)試路由器接收到測(cè)試命令后進(jìn)行解析，調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試原語函數(shù)，測(cè)試原語函數(shù)通過測(cè)試接口順序調(diào)用協(xié)議功能原語，對(duì)被測(cè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行激勵(lì)，當(dāng)接收到被測(cè)網(wǎng)關(guān)的激勵(lì)響應(yīng)后，將測(cè)試結(jié)果發(fā)送給測(cè)試主機(jī)進(jìn)行判斷處理，得出測(cè)試結(jié)果，完成測(cè)試。

第二種測(cè)試結(jié)構(gòu)主要針對(duì)那些需要輔助測(cè)試設(shè)備作為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或者作為一個(gè)簇首路由設(shè)備的情況。在這種情況下，測(cè)試主機(jī)向測(cè)試路由器發(fā)送測(cè)試命令，測(cè)試路由器解析測(cè)試主機(jī)的測(cè)試命令，調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試原語函數(shù)，確定是發(fā)送給輔助測(cè)試設(shè)備的命令后，調(diào)用輔助測(cè)試原語函數(shù)，激勵(lì)輔助測(cè)試設(shè)備。輔助測(cè)試設(shè)備通過測(cè)試功能單元解析測(cè)試路由器的輔助測(cè)試原語函數(shù)后，調(diào)用相應(yīng)的協(xié)議功能原語，實(shí)現(xiàn)和被測(cè)網(wǎng)關(guān)的交互。輔助測(cè)試設(shè)備將接收到被測(cè)網(wǎng)關(guān)的測(cè)試響應(yīng)發(fā)送給測(cè)試路由器，測(cè)試路由器通過將測(cè)試響應(yīng)發(fā)送給測(cè)試主機(jī)進(jìn)行判斷處理后，完成測(cè)試。

第三種測(cè)試結(jié)構(gòu)主要用來測(cè)試被測(cè)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。測(cè)試主機(jī)將測(cè)試命令發(fā)送給測(cè)試路由器，測(cè)試路由器解析測(cè)試命令后，調(diào)用測(cè)試原語函數(shù)，將一串?dāng)?shù)據(jù)發(fā)送給被測(cè)網(wǎng)關(guān)，被測(cè)網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)將該數(shù)據(jù)發(fā)送給輔助測(cè)試設(shè)備，通過觀察輔助測(cè)試設(shè)備顯示器上接收到的數(shù)據(jù)是否和測(cè)試路由器發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，判斷測(cè)試的正確與否。

4.3 測(cè)試系統(tǒng)函數(shù)

WIA-PA網(wǎng)關(guān)一致性測(cè)試系統(tǒng)的函數(shù)設(shè)計(jì)與說明如表1所示。

4.4 測(cè)試過程

WIA-PA網(wǎng)關(guān)測(cè)試過程包括測(cè)試準(zhǔn)備，測(cè)試執(zhí)行，測(cè)試處理的過程。如圖5所示：

圖5 WIA-PA網(wǎng)關(guān)測(cè)試過程

（1）測(cè)試準(zhǔn)備

選擇測(cè)試案例，配置測(cè)試信息之后，根據(jù)該測(cè)試案例的要求，確定測(cè)試路由器的設(shè)備角色，如果需要輔助測(cè)試設(shè)備的參與，確定輔助測(cè)試設(shè)備的設(shè)備角色。

（2）測(cè)試執(zhí)行

完成了測(cè)試準(zhǔn)備后，測(cè)試主機(jī)向測(cè)試路由器發(fā)送測(cè)試命令，測(cè)試路由器通過激勵(lì)被測(cè)網(wǎng)關(guān)，接收被測(cè)網(wǎng)關(guān)的測(cè)試響應(yīng)，完成測(cè)試執(zhí)行過程。在需要輔助測(cè)試設(shè)備參與的情況下，測(cè)試路由器向輔助測(cè)試設(shè)備發(fā)送測(cè)試命令，輔助測(cè)試設(shè)備通過激勵(lì)被測(cè)網(wǎng)關(guān)，接收被測(cè)網(wǎng)關(guān)的測(cè)試響應(yīng)，完成測(cè)試執(zhí)行過程。在進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換案例測(cè)試時(shí)，被測(cè)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送給以太網(wǎng)的輔助測(cè)試設(shè)備，完成測(cè)試執(zhí)行過程。

（3）測(cè)試處理

測(cè)試主機(jī)接收到測(cè)試路由器發(fā)送的測(cè)試響應(yīng)后，記錄測(cè)試過程。測(cè)試主機(jī)對(duì)測(cè)試過程中的所有測(cè)試響應(yīng)進(jìn)行判斷處理，得出測(cè)試結(jié)果。在完成了所有案例的測(cè)試后，測(cè)試主機(jī)生成測(cè)試報(bào)告供用戶查看。

5.結(jié)語

WIA-PA網(wǎng)關(guān)測(cè)試系統(tǒng)是進(jìn)行WIA-PA網(wǎng)關(guān)測(cè)試的基礎(chǔ)。測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮對(duì)整個(gè)抽象測(cè)試集的覆蓋問題，通過對(duì)每個(gè)案例的測(cè)試實(shí)現(xiàn)來完善測(cè)試系統(tǒng)，確保測(cè)試系統(tǒng)最終是可靠和有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]宋菲.IPv6無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)[J].電信網(wǎng)技術(shù)2012（1）：13-18.

[2]王曉偉.WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試方法的研究與實(shí)現(xiàn)[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2011.

[3]楊淼，梁瑋，徐偉杰，等.基于WIA-PA的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備[J].計(jì)算機(jī)工程，2010，36（23）：258-261.