基于WIA—PA協議的網關一致性測試系統的設計

【摘要】一致性測試系統是進行協議一致性測試的基礎。本文主要介紹了一種基于WIA-PA協議的網關一致性測試系統，并對測試系統的拓撲結構和測試過程的設計進行了說明。

【關鍵詞】WIA-PA網關；測試系統

1.引言

作為無線傳感器網絡技術中的一種，WIA-PA技術主要面向各種工業過程自動化應用。相對于其他無線傳感器網絡技術，WIA-PA采用了網狀和星型混合拓撲結構、自適應跳頻、CSMA與TDMA混合訪問機制等技術，能夠滿足工業應用需要的實時性和可靠性要求。

網關設備是WIA-PA工業無線網絡系統的核心設備。WIA-PA網關不僅具有傳統網關的協議轉換和系統管理功能，還具有WIA-PA無線網絡管理功能。對WIA-PA網關進行一致性測試，使其符合WIA-PA標準對網關的要求，是后續進行互操作測試和性能測試的基礎。

2.WIA-PA網關

2.1 WIA-PA網關結構

在WIA-PA標準中，對網關的結構進行了描述，如圖1所示：

圖1 WIA-PA網關結構

（1）WIA-PA接入點

實現與WIA-PA網絡的物理連接，完成管理信息和數據的傳輸。

（2）虛擬設備

定義了與工廠中現場總線等其他網絡的通信接口，該接口可將其他網絡中的數據源映射為WIA-PA設備，滿足其他網絡與WIA-PA網絡的通信需求。

（3）解聚對象

用于解聚由WIA-PA路由設備和現場設備聚合后的包。

（4）數據鏡像模塊：用于存儲WIA-PA網絡中設備的數據，為工廠中的其他網絡提供數據訪問接口。

2.2 WIA-PA網關功能

WIA-PA網關除了與網絡管理者和安全管理者通信來完成WIA-PA網絡的網絡管理和安全管理工作以外，還可以與WIA-PA無線網絡中的其他設備進行通信，交換設備信息。同時，WIA-PA網關可以和外部網絡進行。針對以上要求可以將WIA-PA網關的功能分為無線網絡管理功能，無線數據收發功能，以太網通信功能，協議轉換功能和系統管理功能。

（1）無線網絡管理

無線網關必須具備對無線網絡的管理功能，包括無線網絡形成、無線現場設備加入、斷開等管理功能。

（2）無線數據收發功能

無線網關是將無線測控網絡的數據傳入以太網控制網絡，因此必須提供與無線測控網絡現場設備之間進行數據收發功能。

（3）以太網通信功能

無線網關接入以太網控制網絡，必須具備以太網接口并能夠完成數據通信功能。

（4）協議轉換

在協議轉換方面，必須同時開發無線、有線協議，并實現數據信息在無線和有線之間轉換。

（5）系統管理

網關應能完成系統管理功能，包括對現場設備的管理，數據緩存、系統內存管理等。

3.WIA-PA網關抽象測試集設計

抽象測試集是協議一致性測試的基礎，它是不依賴于具體的實現，并且不一定是可執行的。一個好的抽象測試集能夠確保協議一致性測試的完整性和準確性。抽象測試集在結合了協議實現一致性說明（PICS）和協議實施附加信息（PIXIT）后，成為可執行測試集。按照結構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標準并未給出協議的靜態一致性要求，也未給出協議實現一致性說明和協議實施附加信息，所以要在深入理解WIA-PA協議的基礎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標準中網關部分內容后，針對WIA-PA網關的功能，我們抽象出WIA-PA網關測試集，如圖2所示：

圖2 WIA-PA網關抽象測試集

4.WIA-PA網關一致性測試系統

WIA-PA網關一致性測試系統是在參考了其他無線傳感器測試系統的基礎上，根據WIA-PA網絡自身特點和網關測試內容設計出來的。WIA-PA網關的一致性測試系統的拓撲結構如圖3所示：

圖3 WIA-PA網關一致性測試系統

圖4 測試系統數據流

4.1 測試設備

（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的交互。在進行測試時，用戶需要填寫用戶信息，選擇相應的測試案例，并對測試案例的相關信息進行配置，然后進行測試。測試主機按照規定的測試用例生成并發出相應的測試命令，根據接收到被測網關的測試響應來判斷被測網關的行為是否正確。

（2）測試路由器

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

（3）輔助測試設備

在有的測試案例中，需要輔助測試設備的參與才能夠完成測試，例如現場設備加入網絡，數據轉發，協議轉換等測試。在測試開始前，需要確定輔助測試設備的類型，根據不同測試案例的需要，輔助測試設備可以充當路由設備或者現場設備。輔助測試設備的測試功能主要由測試功能單元（Testing functional unit）實現。

4.2 測試系統數據流

針對不同的測試案例，測試系統具有不一樣的測試結構和相應的測試數據流。為了完整的對WIA-PA網關進行測試，我們設計出了三種測試結構。如圖4所示。

第一種測試結構主要用來測試那些只需要測試路由器和被測網關進行交互的測試案例。測試主機向測試路由器發送測試命令，測試路由器接收到測試命令后進行解析，調用相應的測試原語函數，測試原語函數通過測試接口順序調用協議功能原語，對被測網關進行激勵，當接收到被測網關的激勵響應后，將測試結果發送給測試主機進行判斷處理，得出測試結果，完成測試。

第二種測試結構主要針對那些需要輔助測試設備作為被測網絡中的一個設備，實現數據轉發或者作為一個簇首路由設備的情況。在這種情況下，測試主機向測試路由器發送測試命令，測試路由器解析測試主機的測試命令，調用相應的測試原語函數，確定是發送給輔助測試設備的命令后，調用輔助測試原語函數，激勵輔助測試設備。輔助測試設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后，調用相應的協議功能原語，實現和被測網關的交互。輔助測試設備將接收到被測網關的測試響應發送給測試路由器，測試路由器通過將測試響應發送給測試主機進行判斷處理后，完成測試。

第三種測試結構主要用來測試被測網關的協議轉換功能。測試主機將測試命令發送給測試路由器，測試路由器解析測試命令后，調用測試原語函數，將一串數據發送給被測網關，被測網關通過以太網將該數據發送給輔助測試設備，通過觀察輔助測試設備顯示器上接收到的數據是否和測試路由器發送的數據一致，判斷測試的正確與否。

4.3 測試系統函數

WIA-PA網關一致性測試系統的函數設計與說明如表1所示。

4.4 測試過程

WIA-PA網關測試過程包括測試準備，測試執行，測試處理的過程。如圖5所示：

圖5 WIA-PA網關測試過程

（1）測試準備

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

（2）測試執行

完成了測試準備后，測試主機向測試路由器發送測試命令，測試路由器通過激勵被測網關，接收被測網關的測試響應，完成測試執行過程。在需要輔助測試設備參與的情況下，測試路由器向輔助測試設備發送測試命令，輔助測試設備通過激勵被測網關，接收被測網關的測試響應，完成測試執行過程。在進行協議轉換案例測試時，被測網關將數據發送給以太網的輔助測試設備，完成測試執行過程。

（3）測試處理

測試主機接收到測試路由器發送的測試響應后，記錄測試過程。測試主機對測試過程中的所有測試響應進行判斷處理，得出測試結果。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.結語

WIA-PA網關測試系統是進行WIA-PA網關測試的基礎。測試系統的設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來完善測試系統，確保測試系統最終是可靠和有效的。

參考文獻

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