王正磊，周新力，許晴

（海軍航空工程學(xué)院山東煙臺(tái)264001）

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）是由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）和測(cè)試程序集（TPS）組成[1]。TPS需要運(yùn)行在ATE基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)試功能。測(cè)試系統(tǒng)資源、測(cè)試接口適配器等構(gòu)成系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，應(yīng)用開發(fā)環(huán)境、VISA、測(cè)試資源驅(qū)動(dòng)程序和總線接口驅(qū)動(dòng)等構(gòu)成系統(tǒng)的軟件平臺(tái)?，F(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，軟件和硬件之間的關(guān)聯(lián)在度越來(lái)越低，硬件平臺(tái)的變化對(duì)軟件平臺(tái)來(lái)說(shuō)，其影響越來(lái)越小。因此，針對(duì)將來(lái)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由集中式變?yōu)榉植际?，可以重點(diǎn)關(guān)注硬件平臺(tái)的變化，而對(duì)于軟件平臺(tái)，只要需要稍微改變其配置文件，保證其測(cè)試程序的可移植性即可。

1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)分層模型

測(cè)試系統(tǒng)是由若干相互作用、獨(dú)立統(tǒng)一的測(cè)試子系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，各子系統(tǒng)又從屬與整體測(cè)試系統(tǒng)[2]。建立的分布式ATS，實(shí)際上就是一個(gè)具有分布式特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化ATS，也就是分布式測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)是能夠直接或者間接進(jìn)行通信的各方的集合。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常采用層棧的設(shè)計(jì)方法，例如我們非常熟悉的OSI參考模型和TCP/IP參考模型[3]，其層次如圖1所示。

根據(jù)分布式ATS概念和網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，將分布式ATS系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)自底向上分為物理層、邏輯層和應(yīng)用層3個(gè)層次。分布式ATS分層控制結(jié)構(gòu)和支撐技術(shù)如圖2所示。

圖1 OSI和TCP/IP參考模型層次

圖2 分布式ATS控制結(jié)構(gòu)層次

1）物理層。分布式ATS的基礎(chǔ)層，主體組成部分為模塊化測(cè)試單元及相關(guān)無(wú)線電設(shè)備。

2）邏輯層。分布式ATS的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的綜合層，主體部分為基于自律分散系統(tǒng)特性建立的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3）應(yīng)用層。分布式ATS的用戶體驗(yàn)層，主體成分為測(cè)試系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)運(yùn)行流程。

2 物理層設(shè)計(jì)

物理層是分布式測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)層，包括測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)各類測(cè)試命令、儀器信號(hào)、數(shù)據(jù)信息等直接接觸的基礎(chǔ)設(shè)備。

模塊化測(cè)試單元是測(cè)試系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，根據(jù)被測(cè)設(shè)備的實(shí)際測(cè)試需求，對(duì)所需的測(cè)試資源進(jìn)行整合，形成便攜可移動(dòng)的測(cè)試模塊，其結(jié)構(gòu)取決于具體測(cè)試任務(wù)，將無(wú)線總線橋接入模塊化測(cè)試單元后，即可成為分布式ATS的測(cè)試子系統(tǒng)。模塊化測(cè)試單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 模塊化測(cè)試單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其中，供電模塊負(fù)責(zé)為單元內(nèi)的各個(gè)組成設(shè)備提供工作電源；無(wú)線總線橋起到控制管理功能，各類測(cè)試儀器通過(guò)無(wú)線總線橋與測(cè)試主控建立連接，測(cè)試主控的控制命令也通過(guò)無(wú)線總線橋到達(dá)測(cè)試儀器。

3 邏輯層設(shè)計(jì)

分布式ATS的邏輯層的功能相當(dāng)于OSI參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的集合。

3.1 自律分散系統(tǒng)

自律分散系統(tǒng)（ADS）是一種全新的基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)運(yùn)行模式。目前常用網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng)有客戶端/服務(wù)器（C/S）模式和瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式兩種組網(wǎng)方式[4]，無(wú)論是C/S還是B/S，在這兩種模式下子系統(tǒng)都隸屬于所屬服務(wù)器的管理，如果某個(gè)服務(wù)器癱瘓，則其所連子系統(tǒng)會(huì)全部掉線。ADS的基本思想是突破從屬關(guān)系，子系統(tǒng)自我管理、自發(fā)加入ADS、獨(dú)立完成任務(wù)[5]，與其他子系統(tǒng)協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)整個(gè)ADS運(yùn)行，但是相互獨(dú)立、彼此平等，其狀態(tài)和決策均不受其他子系統(tǒng)狀態(tài)和決策的影響。

ADS的先進(jìn)體現(xiàn)在其自律可控性和自律可協(xié)調(diào)性[6]。自律，得益于ADS成員間松散的耦合關(guān)系，子系統(tǒng)自主控制自身異常情況的處理，既不影響其他子系統(tǒng)的狀態(tài)，也不會(huì)接受其他子系統(tǒng)管理；可控，ADS子系統(tǒng)的狀態(tài)是自我調(diào)節(jié)、自我控制的，在運(yùn)行時(shí)可以自主應(yīng)自身故障、維修、更新等異常情況；可協(xié)調(diào)，出現(xiàn)異常時(shí)，ADS的各類資源協(xié)調(diào)分擔(dān)異常部分的功能，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。自律分散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 自律分散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 基于WLAN的分布式ATS

分布式ATS，實(shí)際上是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的ATS，其出現(xiàn)是為了應(yīng)對(duì)不斷復(fù)雜的測(cè)試對(duì)象導(dǎo)致的測(cè)試過(guò)程參與者增多、相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)增加的現(xiàn)象[7-9]。分布式ATS將分散在不同地理空間的測(cè)試儀器接入網(wǎng)絡(luò)，利用主控測(cè)試計(jì)算機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)這一信息傳遞媒介下達(dá)命令實(shí)現(xiàn)激勵(lì)、測(cè)試、數(shù)據(jù)處理和信息傳輸?shù)葴y(cè)試功能。分布式特征正是幫助ATS實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨測(cè)試資源、跨測(cè)試信息、靈活協(xié)調(diào)各部分共同完成復(fù)雜裝備測(cè)試任務(wù)的最佳選擇。

基于ADS建立ATS結(jié)構(gòu)模型，將ADS的在線擴(kuò)展性、在線維護(hù)性和容錯(cuò)特性擴(kuò)展至整個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可以大大提高測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的通用性、可替換性和靈活性，滿足分布式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試節(jié)點(diǎn)靈活的要求?；赪LAN的分布式ATS結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5 基于WLAN的分布式ATS結(jié)構(gòu)模型

從圖7中可以看到，以ADS基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分布式ATS的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合了常見(jiàn)的C/S及B/S網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組網(wǎng)模式，其主要組成部分為：測(cè)試數(shù)據(jù)域（TAF）和測(cè)試原子節(jié)點(diǎn)（TA）。

測(cè)試數(shù)據(jù)域的設(shè)計(jì)來(lái)源于自律分散系統(tǒng)的數(shù)據(jù)域，是測(cè)試信息、被測(cè)件信息、指令信息等關(guān)鍵信息傳遞的“通信區(qū)間”。測(cè)試數(shù)據(jù)域不是一個(gè)物理概念上存在的確實(shí)地理界線，而是抽象的區(qū)域范圍，測(cè)試數(shù)據(jù)域界線里的節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)域?qū)崿F(xiàn)信息共享，測(cè)試節(jié)點(diǎn)控制端進(jìn)入測(cè)試網(wǎng)絡(luò)后即算通過(guò)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)界線，可以與測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互。從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)看，數(shù)據(jù)域相當(dāng)于是C/S、B/S結(jié)構(gòu)中的用戶網(wǎng)絡(luò)。

測(cè)試原子節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的具體部分，也是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心支架，數(shù)據(jù)域范圍內(nèi)的測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間是平等的關(guān)系，類似星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[10-11]。每一個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)的專用測(cè)試儀器、通用測(cè)試儀器、GPIB、VXI、PXI、LXI總線儀器通過(guò)無(wú)線通信模塊接入WLAN；任何一臺(tái)接入WLAN的計(jì)算機(jī)都可以控制所有的測(cè)試設(shè)備，形成相互均等獨(dú)立地位；任何一個(gè)接入WLAN的計(jì)算機(jī)都可以通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)域中流動(dòng)的數(shù)據(jù)流信息自帶的測(cè)試內(nèi)容碼（TCC）來(lái)確定是否需要此條信息，從而進(jìn)行信息識(shí)別、收取、發(fā)送[12]。測(cè)試節(jié)點(diǎn)在功能既是客戶端也是服務(wù)端，作為客戶端可以運(yùn)用數(shù)據(jù)域里的數(shù)據(jù)進(jìn)行本節(jié)點(diǎn)的測(cè)試，作為服務(wù)器端是其產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)、信息均可用于網(wǎng)絡(luò)中其他測(cè)試節(jié)點(diǎn)使用。

4 應(yīng)用層設(shè)計(jì)

應(yīng)用層描述的是測(cè)試用戶分析被測(cè)對(duì)象，根據(jù)測(cè)試需求確立測(cè)試應(yīng)用結(jié)構(gòu)的過(guò)程。

4.1 分布式ATS的工作模式

根據(jù)測(cè)試環(huán)境的變化及限制，主要分為以下3種工作模式：

1）開放式全域無(wú)線測(cè)試環(huán)境

測(cè)試距離短且分布式ATS全域無(wú)線信號(hào)覆蓋，客戶端、服務(wù)器、測(cè)試儀器均處在無(wú)線覆蓋范圍內(nèi)，而且具有無(wú)線通信功能，根據(jù)具體的測(cè)試需求，主控單元可以將指令由主控所連接的無(wú)線總線橋路由到分置的測(cè)試設(shè)備，進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)無(wú)線總線橋?qū)⒎种玫哪K化測(cè)試單元綜合形成分布式ATS。

2）半開放式全域無(wú)線測(cè)試環(huán)境

測(cè)試距離較短且分布式ATS跨測(cè)試間全域無(wú)線信號(hào)覆蓋，此時(shí)依舊可以按照開放式全域無(wú)線測(cè)試環(huán)境中的通信方式形成分布式ATS，與上述測(cè)試方案不同之處在于測(cè)試距離增加，為保證信號(hào)強(qiáng)度，從邏輯層的角度，在測(cè)試艙室之間增加無(wú)線路由設(shè)備，以保證數(shù)據(jù)鏈路的穩(wěn)定。

3）組合式全域有線覆蓋測(cè)試環(huán)境

由于測(cè)試間通信限制級(jí)別不同，有些測(cè)試間不允許與外界的無(wú)線連接，但鋪設(shè)有有線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通信方式可以利用無(wú)線、有線無(wú)線組合使用：通信安全的情況下，測(cè)試間內(nèi)開放測(cè)試環(huán)境內(nèi)各測(cè)試節(jié)點(diǎn)均可通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行通信，形成無(wú)線分布式測(cè)試網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處在保密性強(qiáng)、屏蔽無(wú)線信號(hào)和鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的封閉式環(huán)境，進(jìn)行測(cè)試組網(wǎng)時(shí)，使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)添加開放環(huán)境測(cè)試節(jié)點(diǎn)、使用有線網(wǎng)絡(luò)連接封閉環(huán)境測(cè)試節(jié)點(diǎn)，形成組合分布式測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。

4.2 基于有色Petri網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模型仿真

有色Petri網(wǎng)（CPN）是在基本Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái)的一種高級(jí)Petri網(wǎng)[13]?？梢郧逦恼故痉植际较到y(tǒng)主控與各子系統(tǒng)、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)間的任務(wù)執(zhí)行關(guān)系[14]，同時(shí)引入時(shí)間、顏色集和層次結(jié)構(gòu)等元素，這些元素通過(guò)CPN標(biāo)記語(yǔ)言聲明，定義了顏色集（類型）、函數(shù)、運(yùn)算和變量，從而使基于CPN建立的模型可以表現(xiàn)出不同類型的測(cè)試資源和測(cè)試任務(wù)。

CPNTools，是CPN建模和分析的基礎(chǔ)支持工具[15-17]。其交互性強(qiáng)的圖形用戶界面和反饋技術(shù)能夠顯示網(wǎng)絡(luò)元素之間的關(guān)系；其建模仿真過(guò)程可以在結(jié)構(gòu)和邏輯上對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查分布式ATS模型是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；其狀態(tài)空間分析能力，能夠提供包含活性、公平性和有界性等標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)分析報(bào)告。

基于CPN基本理論，利用仿真工具CPN Tools，建立分布式ATS模型測(cè)試流程并仿真。測(cè)試仿真模型和流程圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 分布式ATS仿真模型

在圖6中，圖中方框代表變遷，橢圓代表庫(kù)所，仿真結(jié)果驗(yàn)證了分布式ATS測(cè)試流程的可行性。測(cè)試流程各狀態(tài)含義如表1所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中通過(guò)對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）基礎(chǔ)框架進(jìn)行分析，構(gòu)建了一種包含物理層、邏輯層和應(yīng)用層的分布式ATS控制結(jié)構(gòu)層次模型。在物理層，以模塊化測(cè)試單元技術(shù)、無(wú)線總線橋技術(shù)和無(wú)線通信網(wǎng)技術(shù)為支撐，形成系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行物理基礎(chǔ)。在邏輯層，基于自律分散系統(tǒng)（ADS）的兩個(gè)基本特性構(gòu)成系統(tǒng)運(yùn)行的主要邏輯基礎(chǔ)。在應(yīng)用層，設(shè)計(jì)了具體的分布式測(cè)試系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和專門面向測(cè)試任務(wù)執(zhí)行的應(yīng)用流程，并通過(guò)有色Pertri網(wǎng)進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)模型仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)流程的可行性。

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圖7 分布式ATS模型測(cè)試流程

表1 測(cè)試流程各狀態(tài)含義

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