巫鐘興，阿遼沙·葉，劉興奇，張宇鵬

(中國電力科學研究院有限公司，北京100192)

0 引 言

目前，基于傳統(tǒng)通信協(xié)議的用電信息采集系統(tǒng)已基本實現(xiàn)“全覆蓋、全采集”目標，在電網(wǎng)公司多個專業(yè)管理中得到廣泛應用,發(fā)揮了顯著作用[1-4]。用電信息采集系統(tǒng)傳統(tǒng)通信協(xié)議分為本地通信協(xié)議和遠程通信協(xié)議，本地通信協(xié)議主要代表是DL/T 645，其用于采集終端到智能電能表的數(shù)據(jù)采集，遠程通信協(xié)議主要代表是DL/T 698.41，其用于采集終端到采集主站的數(shù)據(jù)交換。傳統(tǒng)通信協(xié)議是面向業(yè)務數(shù)據(jù)和采集過程的協(xié)議，采用平鋪業(yè)務的定義方式羅列所有用電信息數(shù)據(jù)采集相關交互命令，具有協(xié)議結構簡單、易于理解、開發(fā)難度小、協(xié)議一致性和互操作性程度較高等優(yōu)點。DL/T 698.52電能信息采集與管理系統(tǒng)遠程通信協(xié)議一致性測試技術規(guī)范的頒布實施為保證傳統(tǒng)通信協(xié)議的一致性和互操作性提供了檢測依據(jù)[5]。

隨著電力大數(shù)據(jù)應用技術的快速發(fā)展和電網(wǎng)公司各領域業(yè)務數(shù)據(jù)應用的不斷深入，電網(wǎng)公司營銷、發(fā)展、運檢、安質(zhì)、運監(jiān)等各個專業(yè)部門對用電信息采集系統(tǒng)都提出了更高的數(shù)據(jù)需求，以及近幾年停上電事件主動上報、電能表全事件采集、批量電價下發(fā)、“多表合一”采集等新業(yè)務、新需求的出現(xiàn)導致傳統(tǒng)通信協(xié)議因不斷擴展其兼容性和可擴展性變得越來越不好。為充分發(fā)揮用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎支撐作用，提高用電信息采集系統(tǒng)的互操作性、采集效率、執(zhí)行成功率和安全防護能力，國家電網(wǎng)公司率先組織開展了基于面向?qū)ο笏枷虢５挠秒娦畔⒉杉ㄐ艆f(xié)議研究和推廣應用。

1 面向?qū)ο髤f(xié)議特點分析

1.1 適用范圍更廣

面向?qū)ο髤f(xié)議規(guī)定了用電信息數(shù)據(jù)交換協(xié)議的通信架構、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層、接口類與對象標識，適用于用電信息采集系統(tǒng)主站、采集終端、電能表之間采用點對點、多點共線及一點對多點通信方式的通信數(shù)據(jù)交換。面向?qū)ο髤f(xié)議融合了傳統(tǒng)通信協(xié)中的本地通信和遠程通信協(xié)議，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)格式，解決了數(shù)據(jù)的溯源問題[6]。

適用范圍更廣意味著采用面向?qū)ο髤f(xié)議的環(huán)節(jié)更多，包括采集主站、終端設備、智能電能表、水氣熱等表計設備，因此，需要針對更多環(huán)節(jié)進行通信協(xié)議一致性測試研究。

1.2 靈活配置

業(yè)務適應性強是面向?qū)ο髤f(xié)議最大的優(yōu)勢之一，該協(xié)議在充分總結了傳統(tǒng)通信協(xié)議的應用經(jīng)驗基礎上，借鑒國際標準IEC 62056采用面向?qū)ο笏枷雽τ秒娦畔⒉杉瘶I(yè)務進行合理抽象建模，可擴展和可靈活配置是該通信協(xié)議的最顯著特點[6]。

靈活配置意味著采集終端和智能電能表需要對存儲空間進行很好的動態(tài)管理，協(xié)議一致性測試的復雜度大幅提高。

1.3 服務多樣

面向?qū)ο髤f(xié)議提供了預連接、建立應用連接、斷開應用連接、設置、讀取、操作、上報、代理等多類服務，其中各類服務又提供多樣化的服務方式。例如僅讀取服務就包括讀取一個對象屬性請求、讀取若干個對象屬性請求、讀取一個記錄型對象屬性請求、讀取若干個記錄型對象屬性請求、讀取分幀響應的下一個數(shù)據(jù)塊請求、讀取一個對象屬性的MD5值等多達6種方式，用戶可根據(jù)各個采集業(yè)務的需求靈活選用各自合適的讀取方式[7]。

多樣化的服務意味著協(xié)議一致性測試的內(nèi)容將大幅增加，合理設計具有代表性及可行性的測試用例是關鍵。

2 測試拓撲設計

為保證協(xié)議一致性測試的完整性，被測對象IUT(Implementation Under Test)應涵蓋用電信息采集系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，即：主站系統(tǒng)、終端設備、表計設備。當被測對象為終端時，測試設備TD(Test Device)模擬主站和表計，終端作為協(xié)議中的服務器或客戶機，主站作為協(xié)議中的客戶機，表計作為協(xié)議中代理轉(zhuǎn)發(fā)的目標服務器或服務器。當被測對象為表計時，TD模擬主站和終端，表計作為協(xié)議中的服務器，主站和終端作為協(xié)議中的客戶機。當被測設備為主站時，TD模擬終端和表計，主站作為協(xié)議中的客戶機，終端作為協(xié)議中規(guī)定服務器，表計作為協(xié)議中的代理目標服務器或服務器。測試拓撲如圖1所示。

為了加快測試進度，需要設計一套完整的系統(tǒng)來支持此拓撲結構，需要模擬主站、模擬終端、模擬表計，需要配套的硬件臺體和標準源，實現(xiàn)自動化以提高測試效率。終端在AMR中屬于重要的一環(huán)，上與主站通訊，下與表計通訊，起著承上啟下的作用，因此對其的測試尤為重要。下面以IUT為終端服務器為例描述下自動化測試流程。

圖1 測試拓撲

對終端進行靜態(tài)一致性測試，主要是TD模擬主站和IUT終端服務器進行通信，用于評估是否能夠滿足一致性要求，靜態(tài)測試流程如圖2所示。

圖2 靜態(tài)測試流程

對終端的動態(tài)一致性測試主站在IUT終端服務器的一些具體業(yè)務交互，根據(jù)終端的數(shù)據(jù)流進行判定。終端根據(jù)采集TD主站設置的各種參數(shù)，執(zhí)行自動任務，采集TD模擬表計和其他模擬TD數(shù)據(jù)，模擬TD主站進行數(shù)據(jù)抄讀，判斷是終端的響應數(shù)據(jù)格式是否滿足一致性要求,動態(tài)測試流程如圖3所示。

圖3 動態(tài)測試流程

3 測試用例設計

協(xié)議一致性測試就是檢查IUT在采集系統(tǒng)中對接收到的報文的處理及其發(fā)送的報文是否與標準要求相一致。對IUT進行通信協(xié)議一致性測試的目的是確保采集主站、終端設備、表計設備都符合通信協(xié)議一致性要求，確保不同廠商開發(fā)的采集主站、不同廠商生產(chǎn)的終端和表計設備能夠互聯(lián)互通。

協(xié)議一致性測試的核心內(nèi)容是設計測試用例，其目標是在滿足盡可能覆蓋所有協(xié)議標準規(guī)定內(nèi)容的前提下，盡可能減少所生成的測試用例的數(shù)量，同時還應保證測試用例具有較好的可操作性。

協(xié)議一致性測試過程通常劃分為靜態(tài)一致性測試和動態(tài)一致性測試兩個階段。靜態(tài)一致性測試是指根據(jù)協(xié)議標準對IUT的配置信息進行靜態(tài)一致性需求檢查，動態(tài)一致性測試是指執(zhí)行一系列操作對IUT進行的激勵/響應測試。由于面向?qū)ο髤f(xié)議的靈活配置特點，采集終端設備、智能電能表或其他表計設備，其支持的協(xié)議子集和靜態(tài)配置信息不是固定不變的，即設備的能力與其存儲容量相關，因此，可將靜態(tài)一致性測試設計測試用例設計融入到動態(tài)一致性測試用例設計中。

終端和表計設備占用電信息采集系統(tǒng)中絕大部分的協(xié)議實現(xiàn)，因此本文重點針對終端和表計設備的協(xié)議一致性測用例設計。根據(jù)面向?qū)ο髤f(xié)議的內(nèi)容，協(xié)議一致性測試用例按照鏈路層、應用層規(guī)則、應用層服務、對象清單等四類進行設計，如表1所示。

表1 一致性測試分類

3.1 鏈路層用例

按照面向?qū)ο髤f(xié)議中鏈路層的格式定義和相關要求設計肯定測試用例和否定測試用例。由于互操作性測試以肯定測試為主，為提高測試效率，協(xié)議一致性測試用例設計則以否定測試為主。

3.1.1 幀格式測試用例

幀格式測試用例是根據(jù)鏈路層幀格式，構造不同類型的報文，用于測試IUT在收到正常/異常報文時能夠正確響應。主要設計一下幀格式測試用例：

起始字符：IUT收到值為非68H的報文應不響應；IUT收到前導字節(jié)為1個或多個68H的報文應正確響應；IUT收到前導字節(jié)為1個或多個非68H的報文應正確響應。

長度域L：IUT收到報文的用戶數(shù)據(jù)長度L不等于傳輸幀中除起始字符外的幀字節(jié)數(shù)時應不響應。

控制域C：IUT收到報文的控制域的DIR、PRM、功能碼任意一個錯誤時都應不響應。

地址域A：SA地址類型不匹配、SA邏輯地址錯誤、SA地址長度值錯誤、SA為錯誤的單地址、SA為通配地址但與實際地址不匹配、SA為正確的組地址、SA為組地址但與實際的組地址不匹配、SA為正確的廣播地址、SA為錯誤的廣播地址但地址類型錯誤、SA為錯誤的廣播地址但地址錯誤時IUT應不響應。

幀頭校驗：HCS錯誤時IUT應不響應。

幀校驗：FCS錯誤時IUT應不響應。

結束字符：結束字符不為16H時IUT應不響應，結束字符后面還有其他字符時IUT應正確響應。

3.1.2 過程傳輸測試用例

傳輸規(guī)則：報文待4個前導字節(jié)FE時IUT響應報文也應帶4個FE，一幀報文分兩次發(fā)送時IUT應正確響應。

鏈路層分幀：IUT發(fā)起鏈路層分幀時首幀幀序號應為0，后續(xù)幀序號應遞增，IUT應能通過鏈路層分幀完成整個數(shù)據(jù)傳輸過程；IUT發(fā)起鏈路層分幀過程中TD發(fā)出的確認報文的幀序號不等于接收到的幀序號，IUT應不響應，TD再次發(fā)送正確確認幀后IUT應繼續(xù)完成分幀傳輸；IUT發(fā)起鏈路層分幀過程中TD發(fā)出其他服務請求時IUT應能中斷鏈路層分幀過程并正確響應；TD通過鏈路層分幀向IUT發(fā)出幀序號錯誤的請求時IUT應不響應。

3.2 應用層規(guī)則用例

應用層規(guī)則用例集可分為：服務選擇、PIID、時間標簽、OAD、電表集合、應用層分幀六類，針對各類別分別設計對應的測試用例。

服務選擇：IUT收到未定義的服務請求時應不響應。

PIID：IUT響應報文的服務序號與請求報文的服務序號應相同；IUT連續(xù)發(fā)送上報幀給TD時服務序號應遞增；IUT發(fā)送上報幀給TD，TD不響應，IUT重新發(fā)送上報幀給TD，兩次上報幀中的服務序號應相同。

時間標簽：IUT收到時間標簽中TI為0的報文時應正確響應；IUT收到間標簽中TI大于0且啟動幀發(fā)送時標為報文發(fā)送時間在允許傳輸延時時間之前或之后的報文時應返回時間標簽無效的錯誤；IUT收到不帶時間標簽的遠程跳閘、保電投入等費控命令時應返回時間標簽無效的錯誤。

OAD：IUT收到屬性編號和元素內(nèi)屬性索引為0的讀取服務訪問某個對象時應將該對象的所有屬性作為一個結構體響應；IUT收到屬性編號和元素內(nèi)屬性索引為0的設置服務訪問某個對象時應正確執(zhí)行；IUT收到屬性編號為n和元素內(nèi)屬性索引為m的讀取服務訪問某個對象時應返回該對象的第n個屬性里的第m個元素，當對象標識、n或m錯誤時IUT應不響應。

電表集合：IUT收到不同地址及用戶類型的檔案設置請求時應能正確完成采集；IUT收到Selector5篩選(MS為0～7)的讀取請求時應正確回復。

應用層分幀：IUT發(fā)起應用層分幀響應時首幀的幀序號應為0，可自解析，并能正確響應后續(xù)讀取分幀響應的下一個數(shù)據(jù)塊請求；IUT發(fā)起應用層分幀響應時收到其他服務請求應能中斷分幀并正確響應；IUT發(fā)起應用層分幀響應時收到讀取分幀響應的下一個數(shù)據(jù)塊請求命令且?guī)蛱栧e誤時應返回錯誤。

3.3 應用層服務用例

應用層服務對象是構成客戶機和服務器應用層的主要組件，它使用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務，客戶機和服務器的應用服務對象都包括預連接、應用連接和數(shù)據(jù)交換三個必備組件，其流程如圖4所示。

圖4 應用層通信過程

預連接：IUT向客戶機發(fā)出的登錄請求報文格式應正確；IUT向客戶機發(fā)出的心跳報文格式應正確；IUT收到復位命令后應向客戶機發(fā)出退出登錄。

應用連接：IUT收到建立應用連接請求時，包括公共連接、一般密碼、對稱加密、數(shù)字簽名4種認證機制，均應正確響應，應用連接對象的連接認證機制、應用語境信息、當前連接的客戶機地址應與協(xié)商一致；IUT收到的建立應用連接請求中期望的應用層協(xié)議版本號錯誤，IUT應正確響應，響應的商定的應用層協(xié)議版本號應為實際版本號，不應該為錯誤版本號；IUT收到的建立應用連接請求中期望的協(xié)議一致性塊錯誤，IUT應正確響應，商定協(xié)議一致性塊應滿足默認值，且不超出規(guī)定的最大值；IUT收到的建立應用連接請求中客戶機發(fā)送幀最大尺寸錯誤，IUT應正確響應，商定的服務器接收幀最大尺寸不應為協(xié)商的最大值；IUT收到的建立應用連接請求中客戶機接收幀最大尺寸錯誤，IUT應正確響應，商定的服務器發(fā)送幀最大尺寸不應為協(xié)商的最大值；IUT與客戶機建立應用連接后，收到需要協(xié)商后才能執(zhí)行的參數(shù)設置請求時應能正確響應；IUT與客戶機斷開應用連接后，收到需要協(xié)商后才能執(zhí)行的參數(shù)設置請求時應能返回錯誤；IUT與客戶機建立應用連接后，無通信時間超過協(xié)商時期望的應用連接超時時間，IUT應向客戶機發(fā)出超時斷開應用連接通知。

讀?。篒UT收到讀取一個對象屬性請求(未定義的對象屬性)時應返回錯誤；IUT收到讀取若干個對象屬性請求(含部分未定義的對象屬性)時應正確響應；IUT收到讀取一個記錄型對象屬性請求(未定義的記錄型對象屬性)時應返回錯誤；IUT收到讀取一個記錄型對象屬性請求(RSD=1且OAD不在篩選范圍內(nèi))時應正確響應，返回的記錄數(shù)應為0；IUT收到讀取一個記錄型對象屬性請求(RSD=1且Data數(shù)據(jù)類型與OAD不一致)時應正確響應，返回的記錄數(shù)應為0或返回錯誤；IUT收到讀取一個記錄型對象屬性請求(RSD=2且起始值Data數(shù)據(jù)類型、結束值Data數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)間隔數(shù)據(jù)類型不一致)時應正確響應，返回的記錄數(shù)應為0或返回錯誤；IUT收到讀取一個記錄型對象屬性請求(RSD=2且起始值Data大于或等于結束值Data)時應正確響應，返回的記錄數(shù)應為0或返回錯誤；IUT收到讀取若干個記錄型對象屬性請求(含未定義的記錄型對象屬性)時應正確響應，未定義的記錄型對象屬性應返回錯誤；IUT收到讀取若干個記錄型對象屬性請求(含非記錄型對象屬性)時應正確響應，非記錄型對象屬性應返回錯誤。

設置：IUT收到設置一個對象屬性請求(未定義的對象屬性)時應返回錯誤；IUT收到設置一個對象屬性請求(Data數(shù)據(jù)類型不匹配)時應返回錯誤；IUT收到設置一個對象屬性請求(Data數(shù)據(jù)值錯誤)時應返回錯誤；IUT收到設置若干個對象屬性請求(含未定義的對象屬性)時應正確響應，未定義的對象屬性應返回錯誤；IUT收到設置若干個對象屬性請求(含Data數(shù)據(jù)類型不匹配)時應正確響應，Data數(shù)據(jù)類型不匹配的對象屬性應返回錯誤；IUT收到設置若干個對象屬性請求(含Data數(shù)據(jù)值不正確)時應正確響應，Data數(shù)據(jù)值不正確的對象屬性應返回錯誤；IUT收到設置后讀取若干個對象屬性請求(設置與讀取的對象屬性不同)時應正確響應；IUT收到設置后讀取若干個對象屬性請求(含設置未定義的對象屬性或含設置Data數(shù)據(jù)值錯誤的對象屬性或含讀取未定義的對象屬性)時應正確響應，對應的對象屬性應返回錯誤。

操作：IUT收到操作一個對象方法請求(未定義的對象方法)時應返回錯誤；IUT收到操作一個對象方法請求(Data數(shù)據(jù)類型不匹配)時應返回錯誤；IUT收到操作一個對象方法請求(Data數(shù)據(jù)值錯誤)時應返回錯誤；IUT收到操作若干個對象方法請求(含未定義的對象方法)時應正確響應，未定義的對象方法應返回錯誤；IUT收到操作若干個對象方法請求(含參數(shù)Data數(shù)據(jù)類型不匹配)時應正確響應，Data數(shù)據(jù)類型不匹配的對象方法應返回錯誤；IUT收到操作若干個對象方法請求(含參數(shù)Data數(shù)據(jù)值不正確)時應正確響應，Data數(shù)據(jù)值不正確的對象方法應返回錯誤；IUT收到操作后讀取若干個對象方法請求(含操作未定義的對象方法或含操作參數(shù)Data數(shù)據(jù)值錯誤或含讀取未定義的對象屬性)時應正確響應，對應的對象方法或?qū)傩詰祷劐e誤。

上報：IUT向客戶機上報若干個對象屬性并收到客戶機確認后，IUT不再重復上報；IUT向客戶機上報若干個對象屬性但客戶機未回復確認或確認的OAD錯誤，IUT應按照配置的最大上報次數(shù)重復上報；IUT向客戶機上報若干個對象屬性并收到客戶機確認(確認的OAD與上報的OAD順序不一致)后，IUT不再重復上報；IUT采用“上報-確認-上報”的方式向客戶機上報，且在超時時間內(nèi)不應在客戶機未確認情況下連續(xù)上報。

代理：IUT收到客戶機代理讀取請求，目標服務器未回復，IUT應返回請求超時錯誤；IUT收到客戶機代理讀取請求，目標服務器只回復了部分數(shù)據(jù)，IUT應正確響應，目標服務器未回復的數(shù)據(jù)用NULL填充；IUT收到客戶機代理讀取請求，其中部分目標服務器地址錯誤，IUT應正確響應，目標服務器地址錯誤的應返回錯誤；IUT收到客戶機代理讀取請求，其中部分對象屬性未定義，IUT應正確響應，對象屬性未定義的應返回錯誤；IUT收到透明代理請求，其中端口通信控制塊異常，IUT應返回錯誤。

安全傳輸：IUT收到安全傳輸請求，請求的安全級別與安全模式參數(shù)不一致，IUT應返回錯誤。

3.4 對象用例

3.4.1 逐個對象測試用例設計

IUT收到讀取請求應用連接對象的對象列表，IUT應正確響應，對象列表應符合標準要求實現(xiàn)的對象集；IUT收到讀取請求各個對象的邏輯名，IUT應正確返回對象標識OI；IUT收到讀取請求各個對象的屬性，IUT應正確響應；IUT收到讀取請求各個對象的未定義屬性，IUT應返回錯誤；IUT收到設置請求各個對象的非只讀屬性，IUT應正確響應；IUT收到設置請求各個對象的只讀屬性，IUT應返回錯誤； IUT收到設置請求各個對象的為定義屬性，IUT應返回錯誤；IUT收到操作請求各個對象的方法，IUT應正確響應；IUT收到操作請求各個對象的未定義方法，IUT應返回錯誤。

3.4.2 對象測試用例模板設計

對象是面向?qū)ο髤f(xié)議中承載業(yè)務的主體，也是測試的重點，同時對象清單數(shù)量龐大，針對每個對象設計測試用例，效率低下，重復性內(nèi)容過多。對象由方法和屬性構成，分別將對象屬性和對象方法的測試用例進行抽象，進行模板化，同時通過策略的定義，自動通過模板衍生出針對不同的對象的測試用例，做到測試用例的自管理。策略定義如表2所示。

表2 測試模板策略

通過測試用例模板化，參數(shù)化，通過將策略作為參數(shù)導入用例模板，即可生成一個新的測試用例，達到豐富測試用例庫的目的，為后續(xù)自動化測試，提高測試效率打下基礎。

4 結束語

對面向?qū)ο蟮挠秒娦畔⒉杉ㄐ艆f(xié)議技術特點及其協(xié)議一致性測試相關問題進行了分析，提出了一種針對面向?qū)ο蟮挠秒娦畔⒉杉ㄐ艆f(xié)議的協(xié)議一致性測試拓撲，按照鏈路層、應用層規(guī)則、應用層服務、對象清單進行分類，針對采集終端和表計設備設計了一致性測試用例，為提高基于面向?qū)ο髤f(xié)議的用電信息采集系統(tǒng)各環(huán)節(jié)協(xié)議一致性和互操作性提供了測試技術參考，針對采集主站的測試用例設計、提高用電信息采集通信協(xié)議一致性測試的效率和自動化將是下一步的研究工作。