近年來(lái)，一致性測(cè)試是國(guó)際上非常關(guān)注且發(fā)展較快的一個(gè)研究領(lǐng)域?，F(xiàn)有的協(xié)議一致性測(cè)試方法主要分為三類：計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試方法、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試方法和工業(yè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試方法。計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試方法適用于有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試方法雖然也是無(wú)線協(xié)議，但是它的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)和通信方式與工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有較大區(qū)別，例如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信確定性和實(shí)時(shí)性通常沒(méi)有苛刻的要求，而工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須保證通信的確定性和實(shí)時(shí)性,需要系統(tǒng)模塊之間的精確時(shí)間同步。鑒于以上情況，本文提出一種新的測(cè)試方法以滿足WIA-PA 協(xié)議一致性測(cè)試需求。

1 WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試結(jié)構(gòu)由智能分析儀、被測(cè)設(shè)備和上層測(cè)試軟件組成，其中智能分析儀中包括測(cè)試代理模塊、環(huán)境模擬模塊和全信道數(shù)據(jù)捕獲控制模塊[1]。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。上層測(cè)試軟件由人機(jī)接口模塊和一致性測(cè)試模塊組成，其中人機(jī)接口模塊為測(cè)試人員提供控制測(cè)試過(guò)程的方法，并且用來(lái)顯示測(cè)試結(jié)果和測(cè)試界面；一致性測(cè)試模塊由說(shuō)明文檔一致性檢查模塊、測(cè)試?yán)x擇模塊、測(cè)試執(zhí)行模塊、測(cè)試結(jié)果分析模塊和測(cè)試報(bào)告生成模塊組成。被測(cè)設(shè)備中有上測(cè)試代理（UTA）和被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)（IUT）[2]。

    該WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)硬件環(huán)境由測(cè)試計(jì)算機(jī)、測(cè)試代理設(shè)備、被測(cè)設(shè)備三部分構(gòu)成。測(cè)試計(jì)算機(jī)軟件由人機(jī)接口模塊、功能測(cè)試?yán)K、案例調(diào)度與響應(yīng)分析模塊構(gòu)成。人機(jī)接口模塊完成以手動(dòng)或者靜態(tài)文檔導(dǎo)入的方式實(shí)現(xiàn)可執(zhí)行測(cè)試集的生成、響應(yīng)分析結(jié)果的顯示以及測(cè)試報(bào)告的生成等功能；測(cè)試?yán)龓?kù)包含了WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)所定義的各協(xié)議層相應(yīng)功能的測(cè)試?yán)?，供測(cè)試時(shí)選擇；案例調(diào)度與響應(yīng)分析模塊對(duì)可執(zhí)行測(cè)試集中的測(cè)試?yán)M(jìn)行自動(dòng)化調(diào)度與響應(yīng)報(bào)文分析。
    測(cè)試代理設(shè)備軟件由下測(cè)試代理模塊、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)內(nèi)核和協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口構(gòu)成。測(cè)試代理模塊完成與測(cè)試計(jì)算機(jī)的交互及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議內(nèi)核調(diào)用的功能；標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)內(nèi)核具有WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)定義的較為全面的功能模塊；協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口模塊為下測(cè)試代理和協(xié)議內(nèi)核模塊提供連接插口。
    被測(cè)設(shè)備由上測(cè)試代理模塊、被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口模塊和被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)構(gòu)成。上測(cè)試代理模塊具有較強(qiáng)通用性，能夠嵌入到不同的被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)中，接收測(cè)試代理設(shè)備發(fā)送的激勵(lì)報(bào)文并進(jìn)行解析,根據(jù)測(cè)試命令類型決定采取某種動(dòng)作。被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口模塊是被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)提供給上測(cè)試代理調(diào)用的協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口。
2 測(cè)試代理軟件
    為了控制和觀察WIA-PA參考協(xié)議實(shí)現(xiàn)和被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試代理軟件模塊。WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試代理軟件模塊包括下測(cè)試代理LTA(Lower Test Agent)和上測(cè)試代理UTA(Upper Test Agent)，LTA和UTA作為用戶應(yīng)用進(jìn)程在測(cè)試前分別嵌入到測(cè)試設(shè)備和被測(cè)設(shè)備中，使設(shè)備支持WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試[3]。
    LTA是在執(zhí)行測(cè)試前嵌入到參考協(xié)議實(shí)現(xiàn)RI（Reference Implementation）中實(shí)現(xiàn)下測(cè)試代理功能的用戶應(yīng)用進(jìn)程，在測(cè)試過(guò)程中代理測(cè)試計(jì)算機(jī)發(fā)送UTA命令，通過(guò)調(diào)用RI完成UTA命令的封裝與發(fā)送，并將UTA響應(yīng)報(bào)文上傳至測(cè)試計(jì)算機(jī)。LTA由協(xié)議棧轉(zhuǎn)換接口模塊和命令分析模塊構(gòu)成。
    UTA是在執(zhí)行測(cè)試前嵌入到被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)IUT（Implementation Under Test）中實(shí)現(xiàn)特定功能的用戶應(yīng)用進(jìn)程,它通過(guò)接收UTA命令對(duì)IUT進(jìn)行控制觀察。UTA由協(xié)議棧轉(zhuǎn)換接口模塊、命令處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊構(gòu)成。使用LTA和UTA對(duì)WIA-PA被測(cè)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一致性測(cè)試的通信過(guò)程如圖2所示。

3 WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試抽象測(cè)試集的設(shè)計(jì)
    WIA-PA協(xié)議遵守ISO/OSI的7層結(jié)構(gòu),但只定義數(shù)據(jù)鏈路子層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，其物理層和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層則基于IEEE STD 802.15.4-2006[4]。定義了5類物理設(shè)備：主控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、路由設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、手持設(shè)備及其相應(yīng)的功能。因此在抽象測(cè)試集的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用分層次、分類型和分功能的基本原則[5-6]。WIA-PA抽象測(cè)試集的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 WIA-PA協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層典型測(cè)試?yán)龑?shí)現(xiàn)

    (1)一致性測(cè)試要求：為了保證設(shè)備間無(wú)沖突的通信，要求網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備與時(shí)間源進(jìn)行同步。WIA-PA利用信標(biāo)幀進(jìn)行時(shí)間同步或應(yīng)用WIA-PA專門設(shè)計(jì)的時(shí)間同步命令幀進(jìn)行時(shí)間同步。
　 (2)測(cè)試目的：驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備時(shí)間同步能力是否在WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最大同步誤差范圍內(nèi)。
　 (3)預(yù)置條件：被測(cè)設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或路由設(shè)備，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，測(cè)試設(shè)備作為世界協(xié)調(diào)時(shí)間源，所有路由設(shè)備與測(cè)試設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步；在星型結(jié)構(gòu)中，路由設(shè)備作為時(shí)間源。
　 (4)測(cè)試步驟：①測(cè)試計(jì)算機(jī)命令測(cè)試設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)廣播時(shí)間同步測(cè)試UTA命令報(bào)文，幀載荷中包含時(shí)間同步差采樣報(bào)文數(shù)量信息。②在所申請(qǐng)的通信資源內(nèi)，UTA對(duì)信標(biāo)中的時(shí)間信息進(jìn)行采樣，并在本地計(jì)算時(shí)間同步差值，測(cè)試設(shè)備將結(jié)果上傳至測(cè)試計(jì)算機(jī)，并對(duì)被測(cè)設(shè)備時(shí)間同步能力進(jìn)行評(píng)估。③當(dāng)滿足設(shè)定采樣數(shù)量時(shí)，測(cè)試計(jì)算機(jī)命令測(cè)試設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)廣播時(shí)間同步結(jié)束命令幀，或者UTA自動(dòng)檢查采樣報(bào)文數(shù)量是否已滿足設(shè)定值，從而自動(dòng)釋放通信資源。
　測(cè)試結(jié)果如圖4所示。圖4中，frame1為測(cè)試設(shè)備接收到測(cè)試計(jì)算機(jī)通過(guò)SComAssistant軟件發(fā)送的測(cè)試命令后,向網(wǎng)絡(luò)廣播的時(shí)間同步測(cè)試UTA命令幀。由圖可知,該命令幀的網(wǎng)絡(luò)目的地址NWK Dest.Address= 0xFFFF，為全網(wǎng)廣播，UTA命令中包含的時(shí)間同步差采樣報(bào)文數(shù)量為0x64 = 100條。被測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的UTA接收并解析該命令后，向測(cè)試設(shè)備發(fā)送采樣并計(jì)算后的時(shí)間同步差報(bào)文。frame2為源地址NWKSrc.Address = 0x0100的被測(cè)設(shè)備1發(fā)送的時(shí)間同步測(cè)試響應(yīng)幀。frame3為源地址NWKSrc.Address = 0x0101的被測(cè)設(shè)備2 發(fā)送的時(shí)間同步響應(yīng)幀。frame4為源地址NWKSrc.Address = 0x0102的被測(cè)設(shè)備3發(fā)送的時(shí)間同步測(cè)試響應(yīng)幀，測(cè)試響應(yīng)幀包含了采樣序列號(hào)和時(shí)間同步差值信息。根據(jù)采樣序列號(hào)可判斷是否達(dá)到設(shè)定的采樣報(bào)文數(shù)量，根據(jù)時(shí)間同步差值信息可計(jì)算出時(shí)間同步精度，從而評(píng)估被測(cè)設(shè)備的時(shí)間同步能力。

    測(cè)試設(shè)備在接收到網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步測(cè)試響應(yīng)幀后，上傳至測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行一致性分析，如圖5所示。測(cè)試設(shè)備上傳至測(cè)試計(jì)算機(jī)的信息包括被測(cè)設(shè)備的地址和時(shí)間同步信息，測(cè)試計(jì)算機(jī)分析軟件可以依據(jù)這些信息繪制出時(shí)間同步曲線并計(jì)算出設(shè)備的時(shí)間同步精度。
    本文根據(jù)WIA-PA協(xié)議的特點(diǎn)和要求，給出了一種針對(duì)WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和測(cè)試方法，并對(duì)一致性測(cè)試所需要的測(cè)試代理軟件的功能進(jìn)行了闡述和實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出了用于LTA與UTA通信的測(cè)試協(xié)調(diào)協(xié)議及其報(bào)文格式，列出了WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試抽象測(cè)試集并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步測(cè)試?yán)f(shuō)明了WIA-PA協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)的一般測(cè)試過(guò)程。
參考文獻(xiàn)
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