【摘要】一致性測試系統(tǒng)是進行協(xié)議一致性測試的基礎(chǔ)。本文主要介紹了一種基于WIA-PA協(xié)議的網(wǎng)關(guān)一致性測試系統(tǒng)，并對測試系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和測試過程的設(shè)計進行了說明。

【關(guān)鍵詞】WIA-PA網(wǎng)關(guān)；測試系統(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)過程自動化應(yīng)用。相對于其他無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，WIA-PA采用了網(wǎng)狀和星型混合拓撲結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)跳頻、CSMA與TDMA混合訪問機制等技術(shù)，能夠滿足工業(yè)應(yīng)用需要的實時性和可靠性要求。

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WIA-PA網(wǎng)關(guān)進行一致性測試，使其符合WIA-PA標準對網(wǎng)關(guān)的要求，是后續(xù)進行互操作測試和性能測試的基礎(chǔ)。

2.WIA-PA網(wǎng)關(guān)

2.1 WIA-PA網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)

在WIA-PA標準中，對網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)進行了描述，如圖1所示：

圖1 WIA-PA網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)

（1）WIA-PA接入點

實現(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）解聚對象

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

（4）數(shù)據(jù)鏡像模塊：用于存儲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)備進行通信，交換設(shè)備信息。同時，WIA-PA網(wǎng)關(guān)可以和外部網(wǎng)絡(luò)進行。針對以上要求可以將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控網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場設(shè)備之間進行數(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，必須同時開發(fā)無線、有線協(xié)議，并實現(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，包括對現(xiàn)場設(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)抽象測試集設(shè)計

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

由于WIA-PA標準并未給出協(xié)議的靜態(tài)一致性要求，也未給出協(xié)議實現(xiàn)一致性說明和協(xié)議實施附加信息，所以要在深入理解WIA-PA協(xié)議的基礎(chǔ)上確定其一致性測試要求。針對一致性測試要求的不同覆蓋，確定測試組的劃分。在確定了測試組和測試目的后，抽象出每一個測試組的測試例。在理解了WIA-PA標準中網(wǎng)關(guān)部分內(nèi)容后，針對WIA-PA網(wǎng)關(guān)的功能，我們抽象出WIA-PA網(wǎng)關(guān)測試集，如圖2所示：

圖2 WIA-PA網(wǎng)關(guān)抽象測試集

4.WIA-PA網(wǎng)關(guān)一致性測試系統(tǒng)

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

圖3 WIA-PA網(wǎng)關(guān)一致性測試系統(tǒng)

圖4 測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

4.1 測試設(shè)備

（1）測試主機

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

（2）測試路由器

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

（3）輔助測試設(shè)備

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

4.2 測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

針對不同的測試案例，測試系統(tǒng)具有不一樣的測試結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)流。為了完整的對WIA-PA網(wǎng)關(guān)進行測試，我們設(shè)計出了三種測試結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

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

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

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

4.3 測試系統(tǒng)函數(shù)

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

4.4 測試過程

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

圖5 WIA-PA網(wǎng)關(guān)測試過程

（1）測試準備

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

（2）測試執(zhí)行

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

（3）測試處理

測試主機接收到測試路由器發(fā)送的測試響應(yīng)后，記錄測試過程。測試主機對測試過程中的所有測試響應(yīng)進行判斷處理，得出測試結(jié)果。在完成了所有案例的測試后，測試主機生成測試報告供用戶查看。

5.結(jié)語

WIA-PA網(wǎng)關(guān)測試系統(tǒng)是進行WIA-PA網(wǎng)關(guān)測試的基礎(chǔ)。測試系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮對整個抽象測試集的覆蓋問題，通過對每個案例的測試實現(xiàn)來完善測試系統(tǒng)，確保測試系統(tǒng)最終是可靠和有效的。

參考文獻

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

[2]王曉偉.WIA-PA協(xié)議一致性測試方法的研究與實現(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].計算機工程，2010，36（23）：258-261.