系統中傳感器的一種模擬性能測試方法

【摘要】為了測試多個傳感器存在時系統運行穩定性的情況。基于已有的性能測試方法，模擬客戶端與服務器端的交互操作來實現多個客戶端的性能測試，提出了傳感器的模擬性能測試方法，研究了一種方法為純軟件模擬傳感器的測試，另外一種通過修改1個傳感器的二次儀表程序，使其中與系統通信部分的數據參數化，根據服務器的請求反饋服務器需要的正確的結果。結果表明：對傳感器二次儀表程序進行修改，能夠實現模擬多個傳感器在系統中運行的性能測試。

【關鍵詞】傳感器；交互；模擬；性能測試

1.引言

在實際某系統（礦用或非礦用無分站的監測系統）中，會接入大量（60個以上）的傳感器使用，對此類系統進行性能測試時，需要找到能夠接入的最大數量的傳感器或者確認系統在最大容量（255個傳感器）下能夠正常運行。其在煤礦行業或金屬非金屬地下礦山的推廣應用，對避免或降低氣體爆炸等事故發生具有十分重要的意義。

傳感器組成部分由二次儀表和變送器組成，變送器部分主要包含探頭等元器件，負責采集環境中的氣體濃度等，二次儀表負責處理和顯示數據，并通過傳輸接口與上位機（系統監控主機）進行數據通信。

2.系統性能測試要求

系統主要功能是監測各類氣體傳感器實時值，通過傳輸通道直接傳給監控主機，由監控主機處理和分析數據，顯示實時值、報警和各項歷史查詢數據，同時，系統中還有監控備機，當主機出現問題或網絡故障時，監控備機自動升級為主機。

經調研：參照性能測試和壓力測試的測試要求[1]，需要確認系統在常用的容量下能夠正常運行，如一般的用戶使用接入的傳感器最大不超過90個；需要參照煤炭行業標準中要求的連續運行800h（約34天）[2-3]，還要確認系統在最大負載情況下的情況，可以測試系統在最大容量（255個傳感器）下運行30天的情形。

3.測試方法選擇

3.1 傳輸通道選擇

此次測試需要優先考慮接入幾個傳輸通道，確定接入10個通道，有兩種方案，方案1：接入一個真實的KJJ14A傳輸接口，其他9個通道為VSPM串口，通過電腦虛擬產生；方案2：10個通道全部使用真實的通道，使用多個KJJ14A傳輸接口、KJJ32礦用本安型環網接入器、MOXA轉換模塊等實現。

其次系統中每個通道下都需要接入傳感器，每個通道最大能接入30個，需要保證總數為90個或者255個。

3.2 測試難點

因傳感器的探頭在測試過程中易損耗，實驗室環境中使用90或255個傳感器，生產無法提供，一旦提供如有損耗成本較高。測試時考慮單個通道下滿負荷30個傳感器必須使用真實的，其余的開始使用模擬程序實施，發現模擬程序在不接入真實的設備下無法實現模擬傳感器收發數據且數據有變化的測試。

考慮借用性能測試實現原理：將敏捷法則應用到自動化上，保持簡單[4]，模擬客戶端與服務器的交互動作-請求和回復來實施。如果一個通道下只接入1個傳感器如氧氣傳感器，但在傳輸接口進行巡檢時，每次巡檢其他地址的同類型傳感器時，該氧氣傳感器會根據請求變更自身的地址，進行數據反饋，如需要類型多一點，就可以接入幾種不同類型的傳感器，就能實現30個傳感器運行的效果。

4.測試實施過程

4.1 測試用例設計

用例1：系統中共10個傳輸通道，9個VSPM串口（PC的虛擬串口），1個KJJ14A，每個VSPM串口模擬接入25個傳感器，KJJ14A上接入30個真實傳感器，種類覆蓋系統中的常用的傳感器種類：如氧氣傳感器、風速傳感器、礦壓傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器等。模擬傳感器值在取值范圍內隨機變化，5分鐘變化10次。系統連續運行7天。

用例2：與用例1類似，只是傳輸通道都是真實的通道，模擬出來的傳感器和實際接入的傳感器數量共為255個，模擬程序的數值為量程范圍內的隨機值，系統中同時存在報警數在160個左右，系統連續運行30天。

測試過程中，無相對的客戶端，對系統的設置操作等是在監控主機上實施，都需要確認系統中報警信息顯示正常，系統中測點信息和通信數據顯示正常，系統能夠進行正常查詢功能操作，監控主機的性能在性能指標范圍內。

4.2 測試環境部署

用例2的測試環境部署圖可以參照圖1測試環境網絡構成圖，底色為紅色的傳感器為真實的傳感器，每類只有一個，但運行程序的程序為模擬程序，地址可變。系統安裝程序部署在監控主機和監控備機上。

4.3 傳感器模擬測試

用例1測試時發現出現問題：運行不到一天時間，主機中測點個數顯示為0個，測點列表為空，各項功能不能使用，通道顯示通訊正常但查看通道數據時提示程序異常等。網絡不可用，減少傳感器數量，總數由255個降至155個再到90個，進行測試，仍然有同樣的問題，經調查，懷疑是使用虛擬串口進行測試的原因。故調整測試環境，使用真實的通道，按照用例2進行測試。

因真實的通道上無法直接運行軟件模擬的傳感器程序，考慮可以接入一個真實的傳感器，將傳感器與上位機通信的地址設置為參數化的變量，實施自動化測試。

將傳輸通道的IP地址修改為并測試主備機為同一網段的。每個COM口上接入一個真實的傳感器，二次儀表中刷入模擬程序，地址為可變（若為1～8）的，每次從監控主機獲取。即監控主機給通道地址5（在1～8范圍內均可）的瓦斯傳感器發送數據請求，實際接入的地址1的瓦斯傳感器會接收數據，并將自身的地址號更換為5，返回地址5的數據給監控主機。地址設定可事先通過第三方串口調試工具下發命令的方式實現，命令格式如表1：

表格中示例00號命令將氧氣傳感器的地址設置為01，02號命令將氧氣傳感器的地址設置為01～08，02號命令將氧氣傳感器的地址設置為01～08、開停傳感器的地址設置為11。

4.4 測試操作步驟

（1）將KJJ32、KJJ14A接入網絡環境中，將傳感器的電源和485接入到傳輸接口等設備中；

（2）使用軟件修改KJJ32、KJJ14A的IP地址，將MOXA模塊程序更新為本系統用固件；

（3）在系統的主備機中分別運行“Network Enabler Administrator”配置虛擬串口；

（4）運行主機系統服務，全局設置中將主機的IP地址配置為主機，備機的IP地址配置為備機；在系統設置中添加通道設置，分別對應每一個已經配置好的虛擬串口，如圖2通道配置圖；

（5）停止主機服務，運行備機該系統的服務，在系統設置中添加通道設置，分別對應每一個已經配置好的虛擬串口；

（6）將主備機服務全部啟動。環境配置完成，性能測試開始。運行時在主機上運行Spot-light系統資源監視工具監視主機的資源。

5.分析測試結果

調整后使用用例2進行了測試，分別進行了148個傳感器運行7天和255個傳感器運行30天的性能測試。不再出現用例1中的問題。148個為找到的保證系統達到性能指標的一般經常接入的傳感器數量。7天長時間測試時CPU使用率在85%以下，在指標范圍內。30天長時間測試時系統中有255個傳感器，CPU時間曲線中顯示CPU時間始終處于45%和100%之間。“當前報警、斷電、饋電異常”進程占用率在30%以上，此進程的顯示的數據量為160條左右報警記錄，信息量并不多，建議優化。

同時監視到的監控主機中物理內存剩余不足200M。sqlserver使用內存在400M以上，服務控制（CariSystemServiceControl）使用內存在150M以上。建議優化。

6.結語

本篇主要講解了用真實的傳感器模擬多個傳感器的測試方法，進行系統中滿負荷傳感器和一般業務的性能測試，通過更改傳感器二次儀表程序，使得一個傳感器充當多個傳感器來實現。按照通用的性能測試流程進行測試，最終能夠實現對系統進行性能評價的目標，依此礦壓監測系統以及其他涉及到傳感器或分站的煤礦安全監測系統可借用該方法來進行性能測試，使得性能測試在礦用領域有了較新的運用，對安全生產和提高工作效率有著重大的意義。

參考文獻

[1]段念.軟件性能測試過程詳解與案例剖析[M].北京：清華大學出版，2006，8：52-80.

[2]國家發展和改革委員會.MT-T1008-2006——煤礦安全生產監控系統軟件通用技術條件[S].北京：煤炭工業出版社，2006：5.

[3]國家安全生產監督管理總局.AQ6201-2006——煤礦安全生產監控系統通用技術要求[S].北京：煤炭工業出版社，2006：8-18.

[4]Lisa Crispin，Janet Gregory敏捷軟件測試：測試人員與敏捷團隊的實踐指南[M].孫偉峰，崔康，譯.清華大學出版社，2010：176-223.

作者簡介：

張海梅（1983—），女，江蘇射陽人，工程師，主要從事軟件測試管理工作。

趙小兵（1978—），男，江蘇海門人，工程師，主要研究方向：監控系統開發。

王全國（1981—），男，江蘇句容人，助理工程師，主要研究方向：軟件測試。