船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

王 胡田 笛黎 楚

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430205）（2.文華學(xué)院 武漢 430074）

1 引言

隨著船用通信系統(tǒng)的發(fā)展，其設(shè)備繁多、集成度高、組成復(fù)雜等特性使維護(hù)人員的工作量和難度急劇增加。而缺乏針對(duì)通信系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試手段，使得采用傳統(tǒng)測(cè)試方法，操作繁瑣、耗時(shí)費(fèi)力、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)；導(dǎo)致適航準(zhǔn)備期間功能性能檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，效率不高；并缺乏有效的手段收集無(wú)線信道設(shè)備性能指標(biāo)等信息。這樣，維護(hù)人員無(wú)法及時(shí)詳細(xì)了解通信系統(tǒng)設(shè)備的性能變化情況和健康狀態(tài)，因此需要設(shè)計(jì)一套船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有維護(hù)方式升級(jí)。

2 ATS技術(shù)背景

2.1 ATS技術(shù)介紹

ATS是一套能夠調(diào)配自動(dòng)測(cè)試設(shè)備按照預(yù)定義的測(cè)試方式對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、故障診斷，對(duì)檢測(cè)和診斷的結(jié)果進(jìn)行處理，并以適當(dāng)?shù)姆绞捷敵龅南到y(tǒng)；一般以計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)核心［1］，其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需注意開(kāi)放性和通用性的考慮［2］。

2.2 通用ATS系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)通常由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（Automatic Test Equipment，ATE）、測(cè)試程序集（Test Program Set，TPS）以及測(cè)試環(huán)境（Test Environment，TE）三部分組成。如圖1所示。

圖1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成

ATE主要由測(cè)試硬件和相應(yīng)的OS資源構(gòu)成。各種總線式測(cè)量虛擬儀器是ATE硬件系統(tǒng)的核心（如PXI射頻發(fā)生器、PXI開(kāi)關(guān)組件、PXI頻譜分析儀等），而各類(lèi)總線是組成ATE的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)總線上的各類(lèi)硬件資源（如信號(hào)源、開(kāi)關(guān)、測(cè)量模塊、被測(cè)設(shè)備等）進(jìn)行控制，使這些ATE能夠輸出激勵(lì)信號(hào)、測(cè)量被測(cè)對(duì)象的響應(yīng)輸出、切換信號(hào)通路等［1］。

TPS與被測(cè)對(duì)象以及測(cè)試要求密切相關(guān)的。典型的TPS由測(cè)試程序、測(cè)試接口適配器以及測(cè)試程序集三部分組成［3］。測(cè)試程序一般用成熟通用的語(yǔ)言編寫(xiě)，用于控制硬件設(shè)備進(jìn)行各種測(cè)試模式和參數(shù)的切換，并直接接收和處理的硬件響應(yīng)信息；測(cè)試接口適配器是被測(cè)對(duì)象與ATE進(jìn)行通信相關(guān)的接口設(shè)備，主要包括對(duì)通路的切換、對(duì)負(fù)載的控制、對(duì)控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換等。測(cè)試文檔主要包括對(duì)測(cè)試程序的說(shuō)明和一些輔助資料，如測(cè)試過(guò)程中不方便提及的信息、設(shè)備的連接信息及版本信息、操作人員的注意事項(xiàng)等［4］。

TE是開(kāi)發(fā)測(cè)試程序等軟件、描述儀器功能、控制儀器等相關(guān)內(nèi)容的集成環(huán)境，也包含系統(tǒng)初期校準(zhǔn)相關(guān)軟硬件環(huán)境和提供流程圖、源代碼管理等編程輔助工具。

各種不同類(lèi)型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和具體功能各不相同，且系統(tǒng)的規(guī)模和構(gòu)建方法也有所差異；通過(guò)對(duì)各種不用應(yīng)用類(lèi)型的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，可以大致給出一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示［5］。

圖2 ATS體系結(jié)構(gòu)圖

3 綜合檢測(cè)系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)需求

船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)需采用分級(jí)檢測(cè)體制，提供對(duì)通信設(shè)備和系統(tǒng)的綜合檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)日常維護(hù)中的快速巡檢；并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，生成自定義的檢測(cè)報(bào)告。同時(shí)能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)在某中連接方式下所能開(kāi)展的業(yè)務(wù)功能及性能等方面進(jìn)行驗(yàn)證性檢測(cè)；能自定義檢測(cè)的內(nèi)容和方式，形成一套檢測(cè)計(jì)劃并存儲(chǔ)，可以用于以后重復(fù)檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果也能完整記錄，并以一定的有效方式呈現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)組成及功能流程

船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)由綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器（綜合檢測(cè)系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件）、綜合檢測(cè)管理終端、業(yè)務(wù)自動(dòng)測(cè)試模塊等設(shè)備組成，系統(tǒng)組成關(guān)系如圖3所示。

圖3 船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)組成圖

1）綜合檢測(cè)服務(wù)器

綜合檢測(cè)服務(wù)器提供綜合檢測(cè)系統(tǒng)軟件功能的運(yùn)行平臺(tái)，通過(guò)管理網(wǎng)口接入船內(nèi)IP傳輸網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)檢測(cè)、檢測(cè)結(jié)果處理及告警提示；對(duì)外提供各類(lèi)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、存儲(chǔ)等數(shù)據(jù)服務(wù)功能。

2）綜合檢測(cè)管理終端

為用戶提供綜合檢測(cè)系統(tǒng)管理的操作平臺(tái)和人機(jī)交互平臺(tái)，通過(guò)以太網(wǎng)口與綜合檢測(cè)系統(tǒng)軟件進(jìn)行信息的交互。用戶能在該終端上自定義檢測(cè)內(nèi)容和形式，查看檢測(cè)狀態(tài)、進(jìn)度和結(jié)果等信息。

3.3 綜合檢測(cè)功能流程

船用通信網(wǎng)綜合檢測(cè)系統(tǒng)在日常維護(hù)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)船用綜合通信系統(tǒng)的綜合檢測(cè)，其工作流程如圖4所示。

圖4 船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)工作流程

在日常維護(hù)中，船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)為船用綜合通信網(wǎng)提供業(yè)務(wù)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)日常維護(hù)中的系統(tǒng)快速巡檢。用戶根據(jù)檢測(cè)需求，編輯檢測(cè)計(jì)劃，并將檢測(cè)計(jì)劃下載給本系統(tǒng)及通信綜合管理等分系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備。用戶通過(guò)向?qū)降姆绞絾?dòng)自檢，船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)分類(lèi)進(jìn)行業(yè)務(wù)功能檢測(cè)。業(yè)務(wù)檢測(cè)完成話音、專(zhuān)用格式報(bào)文、數(shù)據(jù)及視頻通信業(yè)務(wù)服務(wù)狀態(tài)的檢測(cè)，并進(jìn)行自檢結(jié)果的呈現(xiàn)。檢測(cè)完成后，船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要生成檢測(cè)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對(duì)船用綜合通信系統(tǒng)設(shè)備、有線/無(wú)線通道及系統(tǒng)的綜合評(píng)估。

3.4 主要功能實(shí)現(xiàn)原理

3.4.1 檢測(cè)計(jì)劃制定和下發(fā)

船用通信綜合檢測(cè)系統(tǒng)提供檢測(cè)計(jì)劃的制定和編輯等操作平臺(tái)，供用戶編輯業(yè)務(wù)檢測(cè)計(jì)劃，并進(jìn)行檢測(cè)計(jì)劃下發(fā)。其實(shí)現(xiàn)原理如圖5所示。

圖5 檢測(cè)計(jì)劃制定和下發(fā)實(shí)現(xiàn)原理圖

用戶編輯業(yè)務(wù)檢測(cè)計(jì)劃，包括檢測(cè)業(yè)務(wù)類(lèi)型和檢測(cè)對(duì)象（檢測(cè)的通信業(yè)務(wù)）；然后用戶選擇下載檢測(cè)計(jì)劃，通過(guò)綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器將檢測(cè)計(jì)劃采用SNMP協(xié)議下發(fā)給綜合測(cè)試單元，通過(guò)本船通信管理服務(wù)器將檢測(cè)計(jì)劃下發(fā)給用戶終端、業(yè)務(wù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換控制設(shè)備［7］。

3.4.2 業(yè)務(wù)級(jí)檢測(cè)

業(yè)務(wù)檢測(cè)支持對(duì)話音、報(bào)文、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)的測(cè)試功能。以話音業(yè)務(wù)、專(zhuān)用格式報(bào)文業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及視頻業(yè)務(wù)幾個(gè)典型業(yè)務(wù)測(cè)試為例，實(shí)現(xiàn)原理描述如圖6。

圖6 話音業(yè)務(wù)測(cè)試實(shí)現(xiàn)原理圖

以話音業(yè)務(wù)為例，綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器向話音終端發(fā)送檢測(cè)命令，話音終端收到綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)送的業(yè)務(wù)檢測(cè)命令后，依托船內(nèi)有線IP網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換控制設(shè)備和無(wú)線信道設(shè)備等建立話業(yè)務(wù)通信鏈路；業(yè)務(wù)服務(wù)器將鏈路狀態(tài)上報(bào)綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器。話音終端發(fā)出模擬業(yè)務(wù)信息，該信息除了經(jīng)過(guò)正常流程發(fā)出，還會(huì)通過(guò)船內(nèi)IP傳輸網(wǎng)給綜合檢測(cè)終端發(fā)送一份；業(yè)務(wù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換控制設(shè)備上的監(jiān)測(cè)模塊會(huì)將監(jiān)測(cè)的信號(hào)回傳一份給綜合監(jiān)測(cè)終端；然后綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)比收到這三份信號(hào)，是否有失真現(xiàn)象來(lái)判定，本次業(yè)務(wù)測(cè)試是否成功。綜合檢測(cè)系統(tǒng)話音終端重復(fù)上述步驟，直到所有話音業(yè)務(wù)檢測(cè)完畢；最后綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器還對(duì)收到的鏈路狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析，得出檢測(cè)結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)本文中設(shè)計(jì)的綜合檢測(cè)方案，選取了業(yè)務(wù)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)，作為驗(yàn)證文中的設(shè)計(jì)方案所能達(dá)到的預(yù)期效果。

4.1 設(shè)備配置和環(huán)境配置

實(shí)驗(yàn)使用通用計(jì)算機(jī)一臺(tái)（Windows 7），綜合業(yè)務(wù)終端、內(nèi)含監(jiān)測(cè)模塊的交換控制設(shè)備和業(yè)務(wù)服務(wù)器各一臺(tái)；數(shù)據(jù)庫(kù)軟件使用Oracle 11g、綜合檢測(cè)系統(tǒng)軟件v1.0、Chrome V56.0。綜合檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器部署在通用計(jì)算平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)檢測(cè)、檢測(cè)計(jì)劃和結(jié)果存儲(chǔ)等功能。

4.2 測(cè)試框圖

圖7 話音業(yè)務(wù)測(cè)試連接圖

4.3 測(cè)試方法和判據(jù)

綜合檢測(cè)終端上登錄的綜合檢測(cè)系統(tǒng)管理界面如圖8所示。

圖8 綜合檢測(cè)系統(tǒng)界面圖

測(cè)試方法：

在業(yè)務(wù)檢測(cè)編輯界面，選擇要檢測(cè)的通信業(yè)務(wù)，并保存；然后將生成的檢測(cè)計(jì)劃發(fā)送至通信綜合控制管理系統(tǒng)、話音通信系統(tǒng)；待綜合檢測(cè)管理終端收到下載成功信息后，執(zhí)行檢測(cè)；待檢測(cè)完成后，根據(jù)界面能否正常顯示話音業(yè)務(wù)的狀態(tài)，來(lái)判斷話音業(yè)務(wù)檢測(cè)是否正常。

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為減小隨機(jī)誤差，對(duì)每種業(yè)務(wù)重復(fù)十次測(cè)試，并計(jì)算其測(cè)試時(shí)間的平均值記錄在如下表中，形成對(duì)比（單位：s）

試驗(yàn)序號(hào) 備注測(cè)試話音業(yè)務(wù)1話音業(yè)務(wù)2話音業(yè)務(wù)3報(bào)文業(yè)務(wù)1報(bào)文業(yè)務(wù)2數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)6數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)7視頻業(yè)務(wù)8視頻業(yè)務(wù)9視頻業(yè)務(wù)10傳統(tǒng)方法準(zhǔn)備180 172 160 162 165 176 170 190 187 179 5 6 4.5 4.7 5.1 5.9 9.7 8.5 7.5 7.7綜合檢測(cè)系統(tǒng)3.5 4.1 3.8 3.4 3.5 4.2 7.3 6 5.4 5.3

備注：傳統(tǒng)方法中準(zhǔn)備時(shí)間為技術(shù)人員設(shè)置線路和參數(shù)的時(shí)間

由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，傳統(tǒng)方法準(zhǔn)備階段耗時(shí)很長(zhǎng)，而且測(cè)試中部分結(jié)果由人根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)判定，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)方法明顯比綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)慢很多。測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)明顯加快船用通信系統(tǒng)中的設(shè)備及系統(tǒng)的檢測(cè)速度，另外在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法需2～3名技術(shù)人員配合，而使用該系統(tǒng)后只需1人即可完成。

5 結(jié)語(yǔ)

船用綜合檢測(cè)系統(tǒng)能較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)船上大部分通信相關(guān)設(shè)備的健康狀況自動(dòng)檢測(cè)，相對(duì)傳統(tǒng)人工方法效率有了較大的提升；實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有裝備系統(tǒng)的測(cè)試診斷方法進(jìn)行集成和擴(kuò)展，提供系統(tǒng)性的裝備自動(dòng)檢測(cè)以及從通信終端到無(wú)線信道設(shè)備船內(nèi)鏈路的故障診斷能力。另外值得注意的是系統(tǒng)的初期準(zhǔn)備中，需要投入較多的時(shí)間去初始化并校準(zhǔn)和鑒定，保證系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備達(dá)到計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。其精度不低于目前系統(tǒng)校驗(yàn)所用的儀表是此系統(tǒng)發(fā)揮其作用的基礎(chǔ)，所以系統(tǒng)布置后必須根據(jù)具體布置情況對(duì)無(wú)源器件引入的插損進(jìn)行校準(zhǔn)，并與設(shè)備級(jí)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，保證系統(tǒng)的精度。在使用過(guò)程中，還需通過(guò)定期校準(zhǔn)的方式，保證測(cè)量結(jié)果的可信度。

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