變電站網(wǎng)絡(luò)交換機自動測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

［關(guān)鍵詞］自動化；變電站網(wǎng)絡(luò)交換機；網(wǎng)絡(luò)測試儀

隨著信息化、智能化技術(shù)在電網(wǎng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，交換機逐漸成為控制系統(tǒng)鏈接和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的樞紐，得到廣泛應(yīng)用。變電站網(wǎng)絡(luò)交換機作為智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中的核心基礎(chǔ)設(shè)備，其穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。為滿足電網(wǎng)控制系統(tǒng)的不同站點需求，變電站網(wǎng)絡(luò)交換機在站點配置、端口類型、安全要求、吞吐量等方面均有差異，傳統(tǒng)的人工測試無法快速保質(zhì)地響應(yīng)變化，因此需要一種自動化手段來提高測試效率和保證測試準(zhǔn)確度。

國內(nèi)外對于變電站的繼電保護設(shè)備自動化和配電終端自動化的研究較多，對于承接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的變電站網(wǎng)絡(luò)交換機的自動化研究較少?？紤]到變電站網(wǎng)絡(luò)交換機采用的配置下發(fā)主要是借助于網(wǎng)頁配置，且網(wǎng)頁配置的自動化已經(jīng)有了大量研究，文章期望設(shè)計出一套扎實可行的變電站網(wǎng)絡(luò)交換機（以下簡稱“交換機”）的自動化測試系統(tǒng)（以下簡稱“自動測試系統(tǒng)”）。

1 交換機自動測試系統(tǒng)框架

1.1 交換機測試原理

交換機手工測試流程如圖1所示。在交換機各型號批量發(fā)布、迭代輪次較多時，該測試方式存在人力消耗大、測試質(zhì)量不可保證等問題。

1.2 變電站交換機自動測試系統(tǒng)設(shè)計方案

交換機自動測試系統(tǒng)以架構(gòu)分層模型為設(shè)計思路，根據(jù)系統(tǒng)的各個功能劃分為不同的層次，包括數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層及用戶應(yīng)用層，如圖2所示。

用戶應(yīng)用層調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層和業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)，模擬交換機手工測試：配置測試環(huán)境、網(wǎng)頁配置交換機參數(shù)、構(gòu)造流量驗證交換機轉(zhuǎn)發(fā)情況，形成測試閉環(huán)腳本。所有腳本匯集成腳本序列，通過腳本調(diào)度邏輯，實現(xiàn)按需執(zhí)行。

1.2.1 數(shù)據(jù)訪問層

（1）環(huán)境配置文件。以ini格式存儲，管理待測交換機所屬類別，交換機產(chǎn)品型號、通信IP、用戶登錄等，以及網(wǎng)絡(luò)測試儀通信IP。

（2）測例文件。以Excel格式存儲，是一種介于文本測例和腳本測例之間的中間形態(tài)，其將每個文本測例分解成不同類型的數(shù)據(jù)，作為自動測試腳本的輸入。為便于靈活增刪數(shù)據(jù)，以列表、字典的類型存儲，包括測例名稱、測例適用的交換機產(chǎn)品型號、測例執(zhí)行等級、測例步驟、預(yù)期結(jié)果、交換機網(wǎng)頁參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)測試儀流量參數(shù)。這些數(shù)據(jù)組成一個中間形態(tài)的測例，多個測例組成測例文件。

（3）報告數(shù)據(jù)。以Word方式存儲，測試報告中的數(shù)據(jù)是在腳本執(zhí)行過程中提取的，主要提取測例名稱、測例步驟、預(yù)期結(jié)果、實際執(zhí)行的測例結(jié)果等。

1.2.2 業(yè)務(wù)邏輯層

（1）WEB接口庫?；赟elenium+WebDriver技術(shù)，以Python語言為載體，調(diào)用瀏覽器接口，發(fā)送HTTP請求和接收響應(yīng)，模擬網(wǎng)頁手工測試，包括網(wǎng)頁頁面切換、網(wǎng)頁參數(shù)下發(fā)、網(wǎng)頁參數(shù)選擇、網(wǎng)頁參數(shù)查詢等。根據(jù)場景驅(qū)動開發(fā)的思想將不同頁面操作封裝成不同模型庫，便于復(fù)用和修改。

（2）測試儀接口庫。集成第三方網(wǎng)絡(luò)測試儀接口，理解并利用其接口協(xié)議和數(shù)據(jù)庫，根據(jù)場景驅(qū)動開發(fā)（Scenarios-DrivenDevelopment）的思想，將交換機測試流量封裝成不同模型庫，包括不同流量配置模型、不同流量統(tǒng)計模型等，便于復(fù)用和修改。

1.2.3 用戶應(yīng)用層

支持自主開發(fā)腳本，支持不同腳本調(diào)度執(zhí)行模式，即按序執(zhí)行完所有待測用例→選擇單個或多個測例執(zhí)行→重復(fù)執(zhí)行測例。

2 自動測試系統(tǒng)實踐應(yīng)用

2.1 測例數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.1 測例環(huán)境數(shù)據(jù)

如圖3所示，測例環(huán)境數(shù)據(jù)指的是自動測試系統(tǒng)中待測交換機、網(wǎng)絡(luò)測試儀、組網(wǎng)拓?fù)浼皽y例管理相關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以Python可以直接讀取的數(shù)據(jù)類型存放在Excel中，形成數(shù)據(jù)測例。為了便于自動測試腳本復(fù)用，增加了模塊化數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了一個腳本可以對應(yīng)多個測例。

測試環(huán)境數(shù)據(jù)分為3類：①測例，包括測例名稱、對應(yīng)的模塊名、測例步驟、測試預(yù)置條件、測試預(yù)期結(jié)果。測試步驟、測試預(yù)置條件及測試預(yù)期結(jié)果以列表方式存放，便于測試報告模塊調(diào)用。②測例屬性，包括測例所屬產(chǎn)品線、測例所屬測試級別、測例適用產(chǎn)品型號。測例適用產(chǎn)品型號以列表方式存放，便于測例執(zhí)行時調(diào)用選擇。③網(wǎng)絡(luò)測試儀信息，包括占用端口信息、端口發(fā)送流量數(shù)目。網(wǎng)絡(luò)測試儀信息以字典嵌套列表方式存放，便于測例中和測試儀的指定端口建立連接，以及指定端口發(fā)送指定流量。

2.1.2 網(wǎng)頁配置數(shù)據(jù)

如圖4所示，網(wǎng)頁配置數(shù)據(jù)指的是測例中交換機的所有配置數(shù)據(jù)，以字典的方式存儲網(wǎng)頁元素值。字典的key是配置參數(shù)名，value是具體配置參數(shù)的元素id。Value以列表方式存放，可解決不同測例需要配置不同的交換機參數(shù)的問題。

網(wǎng)頁配置數(shù)據(jù)包括交換機的VLAN功能配置數(shù)據(jù)、MAC功能配置數(shù)據(jù)、STP功能配置數(shù)據(jù)、組播功能配置數(shù)據(jù)、Qos功能配置數(shù)據(jù)等。

2.1.3 流量配置數(shù)據(jù)

如圖5所示，流量配置數(shù)據(jù)指的是網(wǎng)絡(luò)測試儀構(gòu)建的測試流量，通過構(gòu)建的測試流量下發(fā)到交換機，從而驗證交換機在不同場景不同性能下的指標(biāo)是否符合預(yù)期。

每個測例需要用到的網(wǎng)絡(luò)測試儀端口數(shù)目不一，每個測試儀端口下的流量數(shù)目和流量內(nèi)容也不同，采取列表嵌套字典的方式存放。列表中的每個元素對應(yīng)一條流量，列表有幾個元素即該測例需要網(wǎng)絡(luò)測試儀下發(fā)幾條流量。每條流量以字典方式存放，字典的key是流量屬性，包括流量的源MAC地址、目的MAC地址、VLAN、優(yōu)先級、幀長、持續(xù)時間、發(fā)送模式、發(fā)送速率等。字典的value是流量屬性值，根據(jù)測例的測試目的設(shè)置流量屬性對應(yīng)的屬性值。這樣可以滿足不同測例需要用不同數(shù)目、不同內(nèi)容的流量。

配合測試環(huán)境數(shù)據(jù)中的網(wǎng)絡(luò)測試儀信息，可以按需分配測試儀端口下的流量，以解決每個測例用到的網(wǎng)絡(luò)測試儀端口數(shù)目不一的問題。

測例環(huán)境數(shù)據(jù)、網(wǎng)頁配置數(shù)據(jù)及流量配置數(shù)據(jù)都存在Excel中，開發(fā)解析表格的程序，提取對應(yīng)值給測試腳本使用。

2.2 測試腳本開發(fā)

人機交互界面導(dǎo)入測試環(huán)境配置文件和測例文件，選擇測試報告存儲路徑，選擇測試等級（會自動構(gòu)建測試策略，按照需要的測試等級選擇測試腳本）開始執(zhí)行，執(zhí)行完成后會給出提示信息。

3 自動測試結(jié)果與分析

3.1 測試報告

測例全部執(zhí)行完成后，會自動給出測試報告，報告中包括測例名稱、測試步驟、預(yù)期結(jié)果及實際執(zhí)行結(jié)果。實際執(zhí)行結(jié)果包括是否通過，以及測試流量的收發(fā)詳細(xì)情況，報告以Word方式存儲。

3.2 采集測試過程信息

為了便于對執(zhí)行失敗的測例進行定位分析，或在同等配置下進行手工測試，該自動測試系統(tǒng)支持自動收集交換機當(dāng)前配置信息，以XML方式存儲，可以直接下載到交換機恢復(fù)指定環(huán)境。此外，還支持收集測試流量信息，以XML方式存儲，可以直接在網(wǎng)絡(luò)測試儀加載使用。

4 結(jié)束語

變電站網(wǎng)絡(luò)交換機自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)了交換機的功能和性能的自動化測試，同時可以自動輸出交換機測試報告，并采集測試過程信息，極大地提高了測試效率，降低了人力成本，并保證了測試結(jié)果的可靠性。該系統(tǒng)在研發(fā)測試階段和批量檢測階段均具有較高的應(yīng)用價值。