CN102412909A - 一种故障注入设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种故障注入设备，包括用于模拟传输线路故障的物理层故障注入模块、用于模拟电气信号路障的电气层故障注入模块、用于模拟数据信号故障的协议层故障注入模块，以及用于控制所述物理层故障注入模块、所述电气层故障注入模块和所述协议层故障注入模块中的一个或者多个执行故障注入操作的应用层故障注入模块。该故障注入设备能够定量地、可重复地实现多种类型的故障注入。

Description

一种故障注入设备

技术领域

本发明涉及通讯、信号采集和处理领域，主要用于对高可靠性、高稳定性设备的通信和控制信号参数进行评估、调试、检测。

背景技术

在对高可靠性、高稳定性设备的设计评估、调试、检测等环节，通常不仅要求设备能够在理想环境中能够正常工作，还需要评估设备在恶劣条件下性能。

为了测试设备的可靠性、稳定性，就需要人为制造运行环境。为了能够对性能进行定量分析，就需要人为制造的运行环境有可重复性、可量化性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种故障注入设备，能够定量地、可重复地实现多种类型的故障注入。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种故障注入设备，包括用于模拟传输线路故障的物理层故障注入模块、用于模拟电气信号路障的电气层故障注入模块、用于模拟数据信号故障的协议层故障注入模块，以及用于控制所述物理层故障注入模块、所述电气层故障注入模块和所述协议层故障注入模块中的一个或者多个执行故障注入操作的应用层故障注入模块。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述物理层故障注入模块包括断路故障单元、短路故障单元、串行阻抗单元、并行阻抗单元、信号替换单元中的一个或者多个，其中：

所述断路故障单元，用于控制被测线路导通或者断开；

所述短路故障单元，用于控制短路故障点之间导通或者断开；

所述串行阻抗单元，用于调节串联至被测线路上的阻抗；

所述并行阻抗单元，用于调节并行阻抗注入点之间的阻抗；

所述信号替换单元，用于以一预设信号替代被测线路的输入信号。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述断路故障单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的继电器节点；在不执行断路故障注入操作时，所述继电器节点闭合，被测线路输入端和输出端之间的传输通道导通；在执行断路故障注入操作时，所述继电器节点断开，被测线路输入端和输出端之间的传输通道断开；

所述短路故障单元，包括设置于短路故障点之间的继电器节点；在不执行短路故障注入操作时，所述继电器节点断开，短路故障点之间断路；当执行短路故障注入操作时，所述继电器节点闭合，短路故障点之间导通；

所述串行阻抗单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的串联阻抗矩阵，所述串联阻抗矩阵包括N个继电器，及与所述N个继电器一一对应的N个电阻，所述N个继电器的常闭触点串联在一起，所述N个继电器的常闭触点均与其对应的电阻并联；在不执行串行阻抗故障注入操作时，所述N个继电器常闭触点闭合，被测线路输入端和输出端之间通过所述N个继电器的常闭触点导通；在执行串行阻抗故障注入操作时，断开一个或者多个继电器的常闭触点，从而在被测线路输入端和输出端之间串联一个或者多个电阻；N为正整数；

所述并行阻抗单元，包括设置于并行阻抗注入点之间的串联阻抗矩阵，所述串联阻抗矩阵包括N+1个继电器，及与其中的第1至第N个继电器一一对应的N个电阻，所述N+1个继电器的常闭触点串联在一起，其中第1至第N个继电器的常闭触点均与其对应的电阻并联，第N+1个继电器的常闭触点不与任何器件并联；在不执行并行阻抗故障注入操作时，所有继电器常闭触点闭合，并行阻抗注入点之间断路；在执行并行阻抗故障注入操作时，第N+1个继电器的常闭触点闭合，断开第1至第N个继电器中一个或者多个继电器的常闭触点，从而在并行阻抗注入点之间并联一个或者多个电阻；N为正整数；

所述信号替换单元，包括设置于被测线路的输入端和输出端，以及外部信号输入端的一2选1继电器，在不执行信号替换故障注入时，控制所述继电器将被测线路的输入端和输出端导通，在执行信号替换故障注入时，控制所述继电器将外部信号输入端和被测线路的输出端导通。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述串行阻抗单元中的各个电阻具有不同的电阻值；和/或

所述并行阻抗单元中的各个电阻具有不同的电阻值；

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述电气层故障注入模块包括幅度调节单元、噪声叠加单元，以及斜率调节单元中的一个或者多个，其中：

所述幅度调节单元，用于调节被测线路上的信号幅度；

所述噪声叠加单元，用于在被测线路的信号上叠加噪声；

所述斜率调节单元，用于调节被测线路上信号跳变的斜率。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述幅度调节单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的模数转换器(ADC)、处理单元和数模转换器(DAC)；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行幅度调节故障注入时，对从所述ADC接收到的数字信号进行电平改变处理后发送至所述DAC，以及在不执行幅度调节故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述噪声叠加单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行噪声叠加故障注入时，在从所述ADC接收到的数字信号上叠加噪声信号后发送至所述DAC，以及在不执行噪声叠加故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述斜率调节单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行斜率调节故障注入时，在检测到数字信号电平发生跳变时，通过在跳变前与跳变后的数字电平之间增加一个或者多个中间电平以改变电平跳变的斜率，并将处理后的数字电平发送至所述DAC，以及在不执行斜率调节故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述处理单元对数字信号进行电平改变处理包括：

对数字信号进行一次函数运算处理；或者

按照接口协议要求将数字信号的电平转换成0或者1。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述协议层故障注入模块包括信号延迟单元、速率变化单元，以及数据替换中的一个或者多个，其中：

所述信号延迟单元，用于延迟被测线路上的信号；

所述速率变化单元，用于调节被测线路上的信号的输出速率；

所述数据替换单元，用于以一预设数据替代被测线路输入信号的一数据。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述信号延迟单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的模数转换器(ADC)、处理单元和数模转换器(DAC)；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行信号延迟故障注入时，将从所述ADC接收到的数字信号延迟一预设时间后，再发送至所述DAC，或者按照接口协议要求将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1后，延迟一预设时间后，再发送至所述DAC；所述处理单元，在不执行信号延迟故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述速率变化单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行速率变化故障注入时，按照接口协议要求将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1，然后按照一预设的输出速度输出所述0或者1状态的数字信号至所述DAC，以及在不执行速率变化故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述数据替换单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行数据替换故障注入时，将符合替换条件的数据替换为一预设的数据后发送至所述DAC，以及在不执行数据替换故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。

进一步地，上述故障注入设备还可具有以下特点：

所述应用层故障注入模块，还用以配置各项故障注入的执行时间和执行顺序，并根据所述配置控制各项故障注入执行；

所述执行时间包括各项故障注入执行的绝对时间和/或各项故障注入执行的时间间隔；所述执行顺序包括单次执行时各项故障注入的执行顺序，以及循环执行的次数。

本发明提供的一种故障注入设备，能够定量地、可重复地实现多种类型的故障注入。

附图说明

图1是本发明实施例一种故障注入设备结构方框图；

图2是本发明实施例一种物理层故障注入模块结构方框图；

图3是本发明实施例一种电气层故障注入模块结构方框图；

图4是本发明实施例一种协议层故障注入模块结构方框图。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明实施方式。

参见图1，该图示出了本发明实施例一种故障注入设备的结构方框图。该故障注入设备，包括用于模拟传输线路故障的物理层故障注入模块、用于模拟电气信号路障的电气层故障注入模块、用于模拟数据信号故障的协议层故障注入模块，以及用于控制所述物理层故障注入模块、所述电气层故障注入模块和所述协议层故障注入模块的应用层故障注入模块。本发明故障注入设备通过有效地模拟各层次的故障，实现非侵入式的故障注入，可以根据需要设置复杂的环境，使得测试环境更逼真，测试效果更佳。

(1)所述物理层故障注入模块如图2所示，可以包括断路故障单元、短路故障单元、串行阻抗单元、并行阻抗单元、信号替换单元中的一个或者多个，其中：

所述断路故障单元，用于控制短路故障点之间导通或者断开。其用于模拟线路因外部原因产生断裂或者连接器接触不良等原因产生的物理通道不通的故障。

所述短路故障单元，用于控制短路故障点之间导通或者断开。其用于模拟线路中的某些线缆之间发生意外接触或者绝缘皮破损等原因产生的物理通道发生短路的故障。

所述串行阻抗单元，用于调节串联至被测线路上的阻抗。其用于模拟线路中的某些线缆由于线路老化或者连接器接触不良或者传输距离变化等原因引起的物理通道发生阻抗变化的故障。

所述并行阻抗单元，用于调节并行阻抗注入点之间的阻抗。其用于模拟线路中的某些线缆由于线路老化、连接器接触不良、绝缘老化、器件漏电流或者传输距离变化等原因引起的物理通道之间阻抗变化的故障。

所述信号替换单元，用于以一预设信号替代被测线路的输入信号。其用于提供一种手段，用已知的特定信号代替原来的输入信号，以便根据特定信号产生的结果对系统进行分析。

本发明实施例在此提供一种所述物理层故障注入模块中各单元模拟故障的具体实现方法：

所述断路故障单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的继电器节点；在不执行断路故障注入操作时，所述继电器节点闭合，被测线路输入端和输出端之间的传输通道导通；在执行断路故障注入操作时，所述继电器节点断开，被测线路输入端和输出端之间的传输通道断开。在另一实施例中，还可以以模拟开关、三极管或者MOS管来替代继电器，实现断路故障注入功能。

所述短路故障单元，包括设置于短路故障点之间的继电器节点；在不执行短路故障注入操作时，所述继电器节点断开，短路故障点之间断路；当执行短路故障注入操作时，所述继电器节点闭合，短路故障点之间导通。在另一实施例中，还可以以模拟开关、三极管或者MOS管来替代继电器，实现短路故障注入功能。

所述串行阻抗单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的串联阻抗矩阵，所述串联阻抗矩阵包括N个继电器，及与所述N个继电器一一对应的N个电阻，所述N个继电器的常闭触点串联在一起，所述N个继电器的常闭触点均与其对应的电阻并联；在不执行串行阻抗故障注入操作时，所述N个继电器常闭触点闭合，被测线路输入端和输出端之间通过所述N个继电器的常闭触点导通；在执行串行阻抗故障注入操作时，断开一个或者多个继电器的常闭触点，从而在被测线路输入端和输出端之间串联一个或者多个电阻；N为正整数。在另一实施例中，还可以以模拟开关、三极管或者MOS管来替代继电器，实现串行阻抗故障注入功能。

较佳地，所述串行阻抗单元中的各个电阻可以具有不同的电阻值，从而能够提供尽量多的可供调节的电阻值。例如，可以设置每2个相邻电阻阻值相差2倍，即所述N个电阻中的第1个电阻为R，第2个电阻为1/(2R)，第3个电阻为1/(4R)，......，依次类推，从而在进行串行阻抗调节时，能够组合出尽量多的电阻值。

所述并行阻抗单元，包括设置于并行阻抗注入点之间的串联阻抗矩阵，所述串联阻抗矩阵包括N+1个继电器，及与其中的第1至第N个继电器一一对应的N个电阻，所述N+1个继电器的常闭触点串联在一起，其中第1至第N个继电器的常闭触点均与其对应的电阻并联，第N+1个继电器的常闭触点不与任何器件并联；在不执行并行阻抗故障注入操作时，所有继电器常闭触点闭合，并行阻抗注入点之间断路；在执行并行阻抗故障注入操作时，第N+1个继电器的常闭触点闭合，断开第1至第N个继电器中一个或者多个继电器的常闭触点，从而在并行阻抗注入点之间并联一个或者多个电阻；N为正整数。在另一实施例中，还可以以模拟开关、三极管或者MOS管来替代继电器，实现并行阻抗故障注入功能。

较佳地，所述并行阻抗单元中的各个电阻可以具有不同的电阻值，从而能够提供尽量多的可供调节的电阻值。例如，可以设置每2个相邻电阻阻值相差2倍，即所述N个电阻中的第1个电阻为R，第2个电阻为1/(2R)，第3个电阻为1/(4R)，......，依次类推，从而在进行并行阻抗调节时，能够组合出尽量多的电阻值。

所述信号替换单元，包括设置于被测线路的输入端和输出端，以及外部信号输入端的一2选1继电器，在不执行信号替换故障注入时，控制所述继电器将被测线路的输入端和输出端导通，在执行信号替换故障注入时，控制所述继电器将外部信号输入端和被测线路的输出端导通。在另一实施例中，还可以以模拟开关、三极管或者MOS管来替代继电器，实现信号替换故障注入功能。

(2)所述电气层故障注入模块如图3所示，可以包括幅度调节单元、噪声叠加单元，以及斜率调节单元中的一个或者多个，其中：

所述幅度调节单元，用于调节被测线路上的信号幅度。其用于模拟线路在传输过程中发生衰减，或者用于确认信号的幅度变化对系统的影响而引入的故障项。

所述噪声叠加单元，用于在被测线路的信号上叠加噪声。其用以模拟线路在传输过程中，外部干扰信号耦合到传输线路上的情况。

所述斜率调节单元，用于调节被测线路上信号跳变的斜率。其用于模拟信号负载变化原因引起的信号边沿变缓等现象，或者由于信号经过缓冲器后，信号边沿产生变化的情况。

本发明实施例在此提供一种所述电气层故障注入模块中各单元模拟故障的具体实现方法：

所述幅度调节单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的模数转换器(ADC)、处理单元和数模转换器(DAC)；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行幅度调节故障注入时，对从所述ADC接收到的数字信号进行电平改变处理后发送至所述DAC，以及在不执行幅度调节故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。所述处理单元可以是FPGA、CPLD或者CPU。

其中，所述处理单元对数字信号进行电平改变处理可以包括：

一次函数调节方式：即对数字信号进行一次函数运算处理。例如，将电平值放大2倍。

固定值幅度调节：即按照接口协议要求将数字信号的电平转换成0或者1。例如，以3V为阈值，大于3V的则转换成1，小于3V的则转换成0。

所述噪声叠加单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行噪声叠加故障注入时，在从所述ADC接收到的数字信号上叠加噪声信号后发送至所述DAC，以及在不执行噪声叠加故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。所述处理单元可以是FPGA、CPLD或者CPU。

所述斜率调节单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行斜率调节故障注入时，在检测到数字信号电平发生跳变时，通过在跳变前与跳变后的数字电平之间增加一个或者多个中间电平以改变电平跳变的斜率，并将处理后的数字电平发送至所述DAC，以及在不执行斜率调节故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。所述处理单元可以是FPGA、CPLD或者CPU。

所述斜率调节主要是将一次完成的跳变，分成多次来完成，从而减低信号输入的变化速度。例如从0V跳变到5V时，进行斜率调节，增加4个中间电平1V、2V、3V、4V，从而使得跳变过程变为：0V至1V至2V至3V至4V至5V，以减低信号输入的变化速度。其中，中间电平1V、2V、3V、4V持续的时长根据可需要设置，以调节斜率。

在另一实施例中，所述幅度调节单元、噪声叠加单元和斜率调节单元中的ADC可以为同一ADC，所述幅度调节单元、噪声叠加单元和斜率调节单元中的DAC可以为同一DAC，所述幅度调节单元、噪声叠加单元和斜率调节单元中的处理单元可以为同一处理单元。

(3)所述协议层故障注入模块如图4所示，可以包括信号延迟单元、速率变化单元，以及数据替换单元中的一个或者多个，其中：

所述信号延迟单元，用于延迟被测线路上的信号。其用于模拟通信过程中，由于器件固有延迟、处理器响应延迟、传输转换延迟等原因所引入的延迟时间变化情况。

所述速率变化单元，用于调节被测线路上的信号的输出速率。其用于模拟通信过程中，由于器件精度、时钟偏差、计算错误等原因所引起的信号传输速率变化情况。

所述数据替换单元，用于以一预设数据替代被测线路输入信号的一数据。其用于模拟通信过程中，由于外界信号干扰、计算错误、传输信号质量等原因引起的传输数据改变情况。

这里需要说明的是，协议层故障注入是在电气层故障注入的基础上进行的，基本的实现方式同电气层故障注入相同。不同点主要是：协议层故障注入需要对信号线上的传输数据进一步进行分析处理，并根据信号线上的传输数据的不同而采用不同的故障注入操作。

本发明实施例在此提供一种所述协议层故障注入模块中各单元模拟故障的具体实现方法：

所述信号延迟单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的模数转换器(ADC)、处理单元和数模转换器(DAC)。所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，在执行信号延迟故障注入时，可以执行数字延迟，也可以执行模拟延迟，其中，在执行模拟延迟时，所述处理单元接收并存储所述ADC输出的数字信号，延迟一预设时间后，将其发送至所述DAC；在执行数字延迟时，所述处理单元按照接口协议要求将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1后存储，延迟一预设时间后，再将其发送至所述DAC。所述处理单元，在不执行信号延迟故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。所述处理单元可以是FPGA、CPLD或者CPU。

所述速率变化单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行速率变化故障注入时，按照接口协议要求将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1并进行存储，然后按照一预设的输出速度输出所述0或者1状态的数字信号至所述DAC，以及在不执行速率变化故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。所述速率变化单元，还可以按照预设的信号采集速度，将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1。所述处理单元可以是FPGA、CPLD或者CPU。

所述数据替换单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行数据替换故障注入时，将符合替换条件的数据替换为一预设的数据后发送至所述DAC，以及在不执行数据替换故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。所述替换条件可以是，例如，对一特定地址，或者一特定子地址执行替换。所述处理单元可以是FPGA、CPLD或者CPU。

(4)所述应用层故障注入模块，通过调配和控制各种故障注入的组合操作，进而实现复杂的故障注入。

所述应用层故障注入模块，可以用以配置各项故障注入的执行时间和执行顺序，并根据所述配置控制各项故障注入执行。其中，所述执行时间包括各项故障注入执行的绝对时间和/或各项故障注入执行的时间间隔。所述执行顺序包括单次执行时各项故障注入的执行顺序，以及循环执行的次数。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种故障注入设备，其特征在于，包括用于模拟传输线路故障的物理层故障注入模块、用于模拟电气信号路障的电气层故障注入模块、用于模拟数据信号故障的协议层故障注入模块，以及用于控制所述物理层故障注入模块、所述电气层故障注入模块和所述协议层故障注入模块中的一个或者多个执行故障注入操作的应用层故障注入模块。

2.如权利要求1所述的故障注入设备，其特征在于，所述物理层故障注入模块包括断路故障单元、短路故障单元、串行阻抗单元、并行阻抗单元、信号替换单元中的一个或者多个，其中：

所述断路故障单元，用于控制被测线路导通或者断开；

所述短路故障单元，用于控制短路故障点之间导通或者断开；

所述串行阻抗单元，用于调节串联至被测线路上的阻抗；

所述并行阻抗单元，用于调节并行阻抗注入点之间的阻抗；

所述信号替换单元，用于以一预设信号替代被测线路的输入信号。

3.如权利要求2所述的故障注入设备，其特征在于：

所述断路故障单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的继电器节点；在不执行断路故障注入操作时，所述继电器节点闭合，被测线路输入端和输出端之间的传输通道导通；在执行断路故障注入操作时，所述继电器节点断开，被测线路输入端和输出端之间的传输通道断开；

所述短路故障单元，包括设置于短路故障点之间的继电器节点；在不执行短路故障注入操作时，所述继电器节点断开，短路故障点之间断路；当执行短路故障注入操作时，所述继电器节点闭合，短路故障点之间导通；

所述串行阻抗单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的串联阻抗矩阵，所述串联阻抗矩阵包括N个继电器，及与所述N个继电器一一对应的N个电阻，所述N个继电器的常闭触点串联在一起，所述N个继电器的常闭触点均与其对应的电阻并联；在不执行串行阻抗故障注入操作时，所述N个继电器常闭触点闭合，被测线路输入端和输出端之间通过所述N个继电器的常闭触点导通；在执行串行阻抗故障注入操作时，断开一个或者多个继电器的常闭触点，从而在被测线路输入端和输出端之间串联一个或者多个电阻；N为正整数；

所述并行阻抗单元，包括设置于并行阻抗注入点之间的串联阻抗矩阵，所述串联阻抗矩阵包括N+1个继电器，及与其中的第1至第N个继电器一一对应的N个电阻，所述N+1个继电器的常闭触点串联在一起，其中第1至第N个继电器的常闭触点均与其对应的电阻并联，第N+1个继电器的常闭触点不与任何器件并联；在不执行并行阻抗故障注入操作时，所有继电器常闭触点闭合，并行阻抗注入点之间断路；在执行并行阻抗故障注入操作时，第N+1个继电器的常闭触点闭合，断开第1至第N个继电器中一个或者多个继电器的常闭触点，从而在并行阻抗注入点之间并联一个或者多个电阻；N为正整数；

所述信号替换单元，包括设置于被测线路的输入端和输出端，以及外部信号输入端的一2选1继电器，在不执行信号替换故障注入时，控制所述继电器将被测线路的输入端和输出端导通，在执行信号替换故障注入时，控制所述继电器将外部信号输入端和被测线路的输出端导通。

4.如权利要求3所述的故障注入设备，其特征在于：

所述串行阻抗单元中的各个电阻具有不同的电阻值；和/或

所述并行阻抗单元中的各个电阻具有不同的电阻值。

5.如权利要求1所述的故障注入设备，其特征在于，所述电气层故障注入模块包括幅度调节单元、噪声叠加单元，以及斜率调节单元中的一个或者多个，其中：

所述幅度调节单元，用于调节被测线路上的信号幅度；

所述噪声叠加单元，用于在被测线路的信号上叠加噪声；

所述斜率调节单元，用于调节被测线路上信号跳变的斜率。

6.如权利要求5所述的故障注入设备，其特征在于：

所述幅度调节单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的模数转换器(ADC)、处理单元和数模转换器(DAC)；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行幅度调节故障注入时，对从所述ADC接收到的数字信号进行电平改变处理后发送至所述DAC，以及在不执行幅度调节故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述噪声叠加单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行噪声叠加故障注入时，在从所述ADC接收到的数字信号上叠加噪声信号后发送至所述DAC，以及在不执行噪声叠加故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述斜率调节单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行斜率调节故障注入时，在检测到数字信号电平发生跳变时，通过在跳变前与跳变后的数字电平之间增加一个或者多个中间电平以改变电平跳变的斜率，并将处理后的数字电平发送至所述DAC，以及在不执行斜率调节故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。

7.如权利要求6所述的故障注入设备，其特征在于，所述处理单元对数字信号进行电平改变处理包括：

对数字信号进行一次函数运算处理；或者

按照接口协议要求将数字信号的电平转换成0或者1。

8.如权利要求1所述的故障注入设备，其特征在于，所述协议层故障注入模块包括信号延迟单元、速率变化单元，以及数据替换中的一个或者多个，其中：

所述信号延迟单元，用于延迟被测线路上的信号；

所述速率变化单元，用于调节被测线路上的信号的输出速率；

所述数据替换单元，用于以一预设数据替代被测线路输入信号的一数据。

9.如权利要求8所述的故障注入设备，其特征在于：

所述信号延迟单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的模数转换器(ADC)、处理单元和数模转换器(DAC)；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行信号延迟故障注入时，将从所述ADC接收到的数字信号延迟一预设时间后，再发送至所述DAC，或者按照接口协议要求将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1后，延迟一预设时间后，再发送至所述DAC；所述处理单元，在不执行信号延迟故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述速率变化单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行速率变化故障注入时，按照接口协议要求将从所述ADC接收到的数字信号的电平转换成0或者1，然后按照一预设的输出速度输出所述0或者1状态的数字信号至所述DAC，以及在不执行速率变化故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC；

所述数据替换单元，包括设置于被测线路输入端和输出端之间的ADC、处理单元和DAC；所述ADC，用以将被测线路输入端的模拟电压信号转换成数字信号后发送至所述处理单元；所述DAC用以将所述处理单元输出的数字信号转换为模拟信号后输出至被测线路的输出端；所述处理单元，用以在执行数据替换故障注入时，将符合替换条件的数据替换为一预设的数据后发送至所述DAC，以及在不执行数据替换故障注入时，直接将从所述ADC接收到的数字信号发送至所述DAC。

10.如权利要求1-9中任何一项所述的故障注入设备，其特征在于：

所述应用层故障注入模块，还用以配置各项故障注入的执行时间和执行顺序，并根据所述配置控制各项故障注入执行；

所述执行时间包括各项故障注入执行的绝对时间和/或各项故障注入执行的时间间隔；所述执行顺序包括单次执行时各项故障注入的执行顺序，以及循环执行的次数。

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