電力調度數據網資源統一的自動化測試框架設計與實現

胡婷 霍雪松 李芹 黃鑫 何曉陽

摘? ?要：電力數據網對其硬件資源的安全性和可靠性有著很高的要求。而隨著電力數據網的飛速發(fā)展，其對硬件資源的需求量也不斷增加。為保障電力數據網的穩(wěn)定高效運行，需要通過對硬件資源進行測試篩選出合格的硬件設備。然而，傳統電力調度數據網測試，采用完全人工方式，存在測試效率低、儀器資源調度困難等問題，在時間效率上無法滿足電力數據網的發(fā)展需求。為此，提出了一種針對電力數據網資源的統一自動化測試方法。通過對實際試驗資源及測試業(yè)務進行抽象，將虛擬化技術與自動化測試技術和軟件質量管理融合，設計了一個可對資源進行統一調度的數據網自動化測試框架。以路由震蕩為典型測試案例，對所提出的自動化測試方法進行了實驗驗證，結果表明該測試方法的性能達到了預期并具有良好的可行性。

關鍵詞：電力調度數據網;自動化測試;虛擬化;云計算

中圖分類號：TP39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Design and Implementation of an Automated Test Framework for

Electric Power Data Network Based on Unified Scheduling of Resources

HU Ting1，2?，HUO Xue-song3，LI Qin1，2，HUANG Xin1，2，HE Xiao-yang1，2

（1. Nari Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing，Jiangsu 210061，China;

2. State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control（Nari Group Corporation），Nanjing，Jiangsu 210061，China;

3. State Grid Jiangsu Electric Power Company，Nanjing，Jiangsu 210024，China）

Abstract：It is known that the electric power dispatching data network（EPDDN） has high safety and reliability requirements on its hardwares. Meanwhile，along with the rapid growth of EPDDN，more hardwares are always demanded. For the stable and efficient operation of EPDDN，hardware testing is needed to select the qualified equipments from candidate ones. However，traditional EPDDN testing is operated in manual way which is of low efficiency and bad management of device resources，making it hard to satisfy requirement of current EPDDN on time efficiency. Towards this end，a novel automated test framework with unified resources scheduling for EPDDN is proposed. The related knowledge from data of real world experimental resources and testing business is abstracted，based on the extracted knowledge，by combining the virtualization technology，automated testing technology and the software quality management，and proposes an automated test framework with unified scheduling of testing resources. The proposed framework is evaluated with the task of route flapping testing. The test results prove the effectiveness and the feasibility of the proposed method.

Key words：electric dispatching power data network;automated test;virtualization;cloud computing

電力調度數據網是電力生產服務的專用數據網絡，其安全性直接關系到電力生產的安全運行，在國家建設堅強智能電網的背景下，對電力調度數據網的安全性和可靠性提出了更高要求[1-3]。

在國內外無成熟案例借鑒條件下，總結了國家

電網公司、南方電網公司電力調度數據網建設與運行過程中的研究成果及經驗教訓，提煉了網絡建設維護過程中所面臨的難題和曾出現過的主要重大問題，針對性設計應用案例，搭建了一套適用于電力調度數據網設備檢測的試驗驗證環(huán)境。與相關國際或國內測試側重于通用方法學或聚焦于產品本體特性不同，從電力實際應用出發(fā)，從面到點，覆蓋電力調度數據網全生命周期，更能滿足電力系統應用需求，保障入網設備質量。

調度數據網設備測試涵蓋近200項測試用例，傳統網絡設備測試采用純手工測試方法，對人力及儀器設備資源有著極大的消耗，測試靈活性差、管理效率低。因此，在測試任務愈加繁重的趨勢下，如何提高測試效率、提升儀器資源利用率對于調度數據網測試工作有著重要的意義。

隨著通信技術和計算機技術的快速發(fā)展，云計算相關的虛擬化、數據中心網絡等在企業(yè)中得到了廣泛的關注和應用。包括資源系統和控制系統的IaaS云基礎架構，通過標準化接口實現對系統調度、安全、資源的彈性管理和分配[4]。同時，自動化測試技術得到國內外越來越多通信企業(yè)的重視，像國內外的電信設備商，華為、中興、思科等，通信產品都有自己對應的自動化測試平臺。可以在現實中看到，企業(yè)使用自動化技術，極大的減少了人力成本的消耗。

對資源調度管理及自動化測試技術進行了研究;第一節(jié)分析了當前數據網網絡設備測試資源調度的問題，提出了一種資源統一調度的試驗系統;第二節(jié)研究了自定義拓撲映射技術，構建了一套適用于電力調度數據網通信設備檢測的自動化測試框架。第三節(jié)通過典型案例分析，對自動化測試框架進行了有效性評估。第四節(jié)討論了電力數據網自動化測試技術值得進一步研究的內容。

1? ?資源統一調度的試驗系統

1.1? ?試驗云系統

目前數據網檢測工作中，測試儀器處于分散運行狀態(tài)，試驗結果也是分散存儲，隨著檢測業(yè)務的增長，原分散運行的儀器資源在測試過程中逐漸出現了調度困難、緊缺和試驗結果查找困難等問題。部分老舊服務器故障率高，一旦系統出現故障將導致檢測過程中斷、反復。

針對上述問題，構建了一套資源統一調度的試驗云系統。如圖1所示，試驗云系統通過虛擬化技術，將服務器資源池化為計算、網絡、存儲、應用資源池。同時，通過交換機搭建統一管理網絡，實現資源的自動化調度和分配。試驗云系統通過接口1接收申請指令和下發(fā)控制命令;試驗儀器資源池通過接口2接收控制命令，執(zhí)行儀器操作并上送測試結果;被測設備通過接口3接收配置命令，返回狀態(tài)信息;個人云桌面通過接口4申請試驗儀器資源、存儲資源和計算資源，實現對數據網自動化測試系統的控制和操作;SVN軟件版本控制系統通過接口5實時同步數據網自動化測試系統版本代碼，實現協同開發(fā)，軟件生命周期內可有效跟蹤回溯[5-6]。

1.2? ?資源調度流程

如圖2所示，試驗云系統對個人資源申請進行審核，若當前資源滿足申請要求，則按申請的資源進行分配，反之，則拒絕相關的申請;檢測人員資源申請獲批后，可通過試驗儀器管理軟件控制自動化測試系統的執(zhí)行;試驗完成后，對測試數據和結果進行處理并釋放所申請的資源。

通過試驗云系統，將實驗室的所有儀器資源、計算資源等進行統一調度和控制，試驗數據統一存儲和管理，實現了資源的合理分配和試驗結果的長期可溯源，有效提高了試驗資源的利用率。

2? ?自動化測試框架

在電力通信廠家越來越多，產品類型不斷推陳出新且升級的頻率也越來越快的同時，如仍然按照傳統的手工測試方法，人員的緊缺使得送檢設備很難在預定的時間內完成。網絡通信設備也已經從單一功能的設備發(fā)展為多功能和智能型的設備，需要進行更多更復雜的測試用例來驗證產品的可靠性和安全性，傳統的手工測試很難保證復雜用例自定義執(zhí)行的靈活性和效率。

2.1? ?自定義拓撲映射技術

如圖3所示，自動化測試執(zhí)行包含三個基本概念：測試床、邏輯拓撲、測試腳本。其中，測試床表示設備的實際物理連接，邏輯拓撲是物理連接的抽象描述，測試腳本將邏輯描述變量化。一旦物理環(huán)境發(fā)生變化時，只需修改變量對應的映射關系即可，不用修改相關的測試腳本，從而最大程度地減少環(huán)境變化對測試腳本帶來的影響，增強自動化腳本的靈活性和可移植性[7-8]。

2.2? ?自動化測試框架

如圖4所示，調度數據網自動化測試框架采用模塊協作方式。腳本平臺運行用戶腳本，通過GUI界面操作指令傳給調度管理模塊;調度管理模塊接收到指令后，再傳給驅動平臺，并設置等待時鐘，超時后返回異常信息;驅動平臺收到調度管理模塊傳來的指令后進行解析，并根據測試用例名稱在測試用例拓撲圖中查找用例參數，通過用例參數在被測系統上定位界面元素，進行相關操作，并將被測系統的返回值進行分析判斷后生成執(zhí)行結果，傳給調度管理模塊，如果執(zhí)行異常則返回異常信息;調度管理模塊收到執(zhí)行結果后傳給腳本平臺，并等待時鐘歸零;腳本平臺收到返回的結果和信息后進行日志記錄和異常處理，并執(zhí)行下一條指令。通過分布模塊協作的設計，使整個測試工程的邏輯更加清晰，可擴展性強，且易維護[9-12]。

3.3? ?自動化測試流程

如圖5所示，自動化測試系統的調度流程主要分為以下幾個步驟：1）初始化環(huán)境，建立測試拓撲;2）配置測試例相關參數，占用測試儀表接口;3）對被測設備自動下發(fā)該項測試配置，執(zhí)行測試用例腳本;4）用例測試結束后，自動清除被測設備配置并釋放測試儀端口;5）生成日志文件及測試報告。每個測試用例完成后，被測設備自動恢復為空配置模式，不影響下一個用例的執(zhí)行，達到長時間連續(xù)測試的目的。同時還允許在測試過程中加入過程控制，方便在測試過程中暫停、停止等操作。

4? ?典型案例驗證

4.1? ?電力調度數據網組網結構

如圖6，電力調度數據網組網采用傳統MPLS VPN網絡部署方式，省級接入網到骨干網跨域互聯方案采用Option B的方式，即單跳MP-EBGP方式。骨干網自治系統內部IGP采用OSPF動態(tài)路由協議。各省接入網（省級接入網和市級接入網）自治系統內部采用OSPF或ISIS作為IGP動態(tài)路由協議。

4.2? ?路由震蕩分析

路由震蕩按時間長短可分為兩種，一種是短時間內的震蕩，如鏈路狀態(tài)的改變，從轉發(fā)中斷到新鏈路的切換，幾秒到幾十秒，這種問題可通過開啟FRR，實現快速收斂到次優(yōu)路由來加以保護;第二種是長時間路由震蕩，比如網絡鏈路不穩(wěn)定、設備路由算法設計的缺陷、網絡攻擊等導致的持續(xù)路由震蕩等。目前，不定期的長時間路由震蕩，大部分路由器可通過基于閥值觸發(fā)的路由震蕩抑制機制來盡可能減少外部路由變化對設備帶來的壓力，但閥值相對固定，只能針對一些特定環(huán)境下的路由震蕩進行處理，對于網絡惡意攻擊下觸發(fā)的路由震蕩，路由器無法進行有效抑制，存在一定的安全隱患。對于在路由震蕩測試中隨機出現的惡意攻擊，依靠手工方法難以及時準確測知，需通過自動化的方法來進行實時監(jiān)控，以便及時發(fā)現廠家設備的性能瓶頸。

4.3? ?路由震蕩攻擊測試

在自動化測試框架基礎上，對路由震蕩攻擊開展自動化測試驗證。首先，連接測試儀與被測設備，端口開啟ISIS、OSPF、BGP路由功能，測試儀通告一定數量的路由（一部分為震蕩路由，一部分為穩(wěn)定路由）;測試儀分別構建多條業(yè)務雙向流量，部分業(yè)務流目的IP地址為震蕩路由，允許業(yè)務流震蕩、丟包。部分發(fā)往穩(wěn)定路由的業(yè)務流量則作為背景流量，應正常轉發(fā)，不受影響。特別的，通過自動化的方式使發(fā)布的OSPF、ISIS、BGP震蕩路由數目分別以隨機的方式不斷變化，以模擬真實的攻擊環(huán)境。測試流程見圖7。

4.3? ?路由震蕩結果分析

參與測試廠家4家，路由器臺數24臺，測試時間8小時，震蕩路由的數目設置為100至20萬條隨機變化，非震蕩路由數目為20萬條。各廠家設備主控板CPU、內存測試結果比對見表1，同檔次設備CPU、內存測試前后上升情況比對見圖8、9，背景業(yè)務流量受影響情況見表2。

通過測試發(fā)現，經過8小時的路由震蕩，A、B、C三個廠家的路由設備基本都能保證正常工作，而D的的中高端設備在OSPF、ISIS、BGP路由震蕩過程中，設備的CPU、內存資源消耗較高，并且背景業(yè)務（BGP、ISIS業(yè)務）流量轉發(fā)受到了影響，設備的抗壓能力及穩(wěn)定性較差。另外，在測試中發(fā)現，A廠家的接入設備對路由、ACL等需要內存資源的情況提前進行了劃分，在設備空載情況下內存占用率達到了75%，但在之后的震蕩測試過程中，內存的變化很小，避免了資源不斷動態(tài)獲取。

通過驗證，基于自動化測試架構基礎上的路由震蕩測試用例可有效模擬惡意攻擊下的路由震蕩，達到對設備功能、性能穩(wěn)定性的日常監(jiān)控。除此之外，通過參數傳遞，還可探測路由設備的瓶頸或不可接收的性能點，得到路由設備能夠提供的最大服務級別，從而有效地確保設備質量。

5? ?結? ?論

目前，電力調度數據網規(guī)模不斷擴大、業(yè)務類型也在不斷增加，對網絡設備的性能和服務質量也提出了更高的要求。傳統的手工測試面臨著測試效率低，一致性、靈活性差等問題，提出了基于虛擬化的自動化測試系統為此提供了成功的解決方案。在保證測試一致性、靈活性的前提下，縮短測試周期，提高測試效率，提升試驗資源管理水平。該自動化測試系統還有待進一步開發(fā)完善，如異常報文攻擊、MPLS安全性能等更加復雜的測試用例，仍有一定的開發(fā)空間。在今后的工作中，將會針對這些問題進行深入研究，使網絡自動化測試系統在產品的通用性方面有所突破。

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