CN112929236B - 一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统，属于用电信息采集系统的本地通信领域。该系统包括：测试参数配置模块、测试用例生成模块、模拟设备管理模块、测试报告生成模块、设备控制模块、代码烧写模块、空口监听模块；其中宽带微功率无线网络硬件拓扑配置方法是引入信号屏蔽箱和信号衰减器构造多级树形网络拓扑，引入噪声信号源模拟外场环境干扰，设置空口数据捕获设备监控网络状态。本发明实现了测试与开发的紧密结合，实现了测试参数可配置，测试用例生成效率高，代码自动化烧写，网络行为可监控，测试报告自动生成等功能。

Description

一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试 系统

技术领域

本发明属于用电信息采集系统的本地通信领域，涉及一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统。

背景技术

目前电力用户用电信息采集系统的本地通信方式主有电力线载波、微功率无线通信等，为提高本地通信网络的节点接入率、通信速率、覆盖范围和可靠性，国家电网正在研究融合宽带电力线载波与宽带微功率无线的双模通信技术。现阶段宽带微功率无线协议标准正在制定完善中，协议开发也在同步进行，为加快协议开发进度以及今后协议标准的推广，需要在协议开发阶段同步研究协议互操作性测试方法。

当前对传统微功率无线协议的测试主要集中在协议一致性测试和点对点互操作性测试，并且协议标准各不相同，现有相关协议互操作性测试系统主要存在以下缺陷：(1)测试方法多为被动式互操作性测试，即仅监控被测系统行为，不能对被测系统进行控制。(2)测试系统独立分布于不同的系统中，测试过程难以同步，测试数据共享率不高且资源利用率较大。(3)测试系统自动化程度不高，如在协议开发阶段测试系统不能自动获取最新协议代码并编译；测试日志分散，不能对测试日志进行自动化分析并将测试BUG及时通知给开发人员等。(4)当测试场景发生变化，测试系统与被测系统之间会产生通信兼容性问题。

因此，亟需一种能用于协议开发过程中的高效率、自动化互操作性测试方法及系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统，使协议开发阶段的议互操作更有效，实现协议自动化互操作性测试，提高测试效率，最终验证协议实现之间的互操作能力，保障协议开发进度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统，包括：

测试参数配置模块，用于对CCO地址、电表白名单、网络NID、组网频点以及不同测试点的串口或网口属性进行配置；

测试用例生成模块，用于定义协议数据帧格式和封装测试数据的发送和响应流程，编辑测试用例并编译测试工程为可执行测试例集；

模拟设备管理模块，根据测试需求，增加或修改模拟集中器或模拟电表功能；

测试报告生成模块，用于设置测试报告的样式，查看历史测试报告，通知测试结果到用户并上传测试报告至BUG管理系统；

设备控制模块，用于控制被测系统中加入的辅助硬件设备，如空口数据捕获设备、继电器、信号衰减器和噪声信号源等；

代码烧写模块，用于采用脚本自动化地从代码服务器上下载最新版本协议代码，完成编译后烧写可执行文件至硬件开发板；

空口监听模块，用于采用对空口数据捕获设备抓取的数据包进行解析，形成报文交互数据流，进而观察整个网络的运行状态。

进一步，所述测试参数配置模块中，所述电表白名单为集中器中存储的合法电表地址，其他非法电表的本地通信模块STA在请求入网时，若其MAC地址不在白名单内，集中器本地通信模块CCO会拒绝该站点加入；网络NID是用于标识一个宽带微功率网络的唯一ID，当多个集中器距离较近时，会形成多网络共存环境，为保证各个网络能够独立稳定组网，需要各个网络NID相互独立。

进一步，所述测试用例生成模块，包括：

测试接口适配器模块，用于实现测试系统和被测系统之间的通信转换，将系统接收到的二进制码流转换为TTCN-3测试语言的十六进制串格式，并根据接口通信协议的不同进行有效数据帧的过滤和提取；

协议帧格式定义模块，用于根据所采用的通信协议，定义符合TTCN-3格式的帧结构；

数据编解码模块，用于编码待发送数据和解码接收到的数据；

测试步管理模块，用于管理各个测试点的不同测试项目的测试步骤；

测试例管理模块，用于管理不同的不同测试目的的测试用例，每个测试用例根据测试需求，有不同的测试步组合而成。

进一步，所述设备控制模块中，用于控制被测系统中加入的辅助硬件设备包括：信号屏蔽箱、空口数据捕获设备、继电器、信号衰减器、噪声信号源和通信模块等；

采用信号屏蔽箱加信号衰减器的方式构造多层级网络；采用继电器实现对某个通信模块的上下电控制；利用噪声信号源向信号屏蔽箱中注入噪声信号；空口数据捕获设备用来获取网络中的数据交互过程，判断网络行为；不同网络层级通信模块之间采用无线结合有线的方式进行通信，每个信号屏蔽箱中通信模块的个数受屏蔽箱大小和定制的底板的规格决定。

进一步，所述信号屏蔽箱的作用是防止防护不同层级的模块直接收到对方的信号，达不到构造多层级网络拓扑的目的，另一个作用是能够有效屏蔽外界不确定电磁干扰，影响测试结果和测试效率。

进一步，所述信号衰减器用于模拟信号空间自由损耗，同时由于通信模块入网会尽量选择网络层级更低、信号质量更好的节点作为代理入网，当相邻屏蔽箱之间的信号衰减设置很低甚至为零时，相邻屏蔽箱中的通信模块将处于同一网络层级，即网络拓扑发生了改变，不需要改变硬件物理连接。

进一步，所述继电器，用于实现通信模块的上下电功能，为测试网络维护功能，如代理变更，节点离线等功能提供支持或用于控制网络规模。

进一步，所述噪声信号源采用虚拟仪器技术对其进行程控，进而产生用户自定义的噪声信号，这些噪声信号来自于前期信道建模过程捕获的一些典型场景下的噪声信号，如脉冲噪声、高斯白噪声、窄带噪声等。

进一步，所述空口数据捕获设备通过无线监听空口数据并经过处理后上传至测试系统。

进一步，所述不同网络层级通信模块之间采用无线结合有线的方式进行通信，具体包括：

同一信号屏蔽箱中的通信模块间的通信，采用射频天线进行通信；

不同信号屏蔽箱中的通信模块间的通信，通信模块利用信号屏蔽箱内部的射频天线，通过射频线连接下一级信号屏蔽箱进而实现相互间的通信。

进一步，每个信号屏蔽箱中通信模块的数量受测试需求、信号屏蔽箱大小以及定制的底板的规格限制。

进一步，该测试系统的测试方法具体包括以下步骤：

S1：配置被测系统网络硬件拓扑；

宽带微功率无线网络典型拓扑为树形结构，为了在实验室环境下构造出这样的拓扑结构用于验证其通信模块之间的互操作能力，采用屏蔽箱加信号衰减器的方式构造多层级网络；

S2：执行代码烧写流程；

S3：配置测试参数；

S4：选择测试用例；

S5：执行测试；

S6：测试执行结束，上传测试报告并邮件通知用户测试结束。

本发明的有益效果在于：

1)本发明能够促进协议开发进度：测试过程中能够自动地从代码服务器获取代码并完成编译，进行代码烧写，测试结束后还能生成测试报告并及时通知到开发人员邮箱，促进了开发和测试的写作能力。

2)本发明采用主动测试方法为主，被动测试为辅，不仅能够实现对协议开发阶段的被测实现进行特定功能的针对性测试，还能有效地观察被测系统的工作状态。

3)本发明能够在硬件连接不变的情况下，通过控制设备来改变网络拓扑，减少了测试所需要的时间。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为用电信息采集系统宽带微功率无线网络拓扑图；

图2为本发明中互操作性测试系统整体架构；

图3为本发明测试系统中屏蔽箱内部结构。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，图1为本实施例提供的一种宽带微功率无线网络的一种连接示意图。宽带微功率无线网络中包括三种通信模块，中央协调器(简称，CCO)、代理协调器(简称，PCO)以及站点(简称，STA)，其中CCO安装在集中器上，PCO或STA安装在智能电表上。组网开始时，整个网络以CCO为中心，逐层启动组网，最终形成以PCO为中继节点，连接网络中所有STA多级关联的树形网络拓扑。

本发明提供了一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统，包括互操作性测试系统和宽带微功率无线网络硬件拓扑配置方法。互操作性测试系统整体架构如图2所示。

该互操作性测试系统，具体包括：

测试参数配置模块，该模块需要配置的主要测试参数有CCO地址、电表白名单、网络NID、组网频点、CCO地址、电表白名单、网络NID、组网频点以及不同测试点的串口或网口属性等随用户需求而修改的参数。以上这些测试参数是测试过程的一些必须或可选的参数，测试参数的变化并不需要重新编译测试脚本，目的是增加测试的灵活性，更好地验证协议功能；

测试用例生成模块，测试用例基于TTCN-3语言开发，主要的测试项目包括全网组网测试、新增站点入网测试、站点离线测试测试、代理变更测试、全网抄表测试、广播校时测试、多网络综合测试等。每个测试项目根据不同的网络拓扑以及测试的初始状态，采用黑盒测试技术，利用等价类划分或边界值划分的方法进一步细化测试例，增加测试的覆盖率。测试用例的设计不仅需要按照协议规范构造正常的数据或流程对被测实现进行测试，还需要构造一些非正常流程甚至错误的数据对被测实现进行测试，观察在不同情况下的测试结果。

模拟设备管理模块，用于模拟集中器和智能电表这两种设备，根据测试需求，增加或修改模拟集中器或模拟电表功能。为了针对性地测试某些协议功能是否正确实现，需要采用数据驱动的方式利用测试主机模拟电网采集终端发出指定的信令控制被测系统工作。CCO模块与集中器关联，PCO模块及STA模块与智能电表关联，因此在测试系统中，测试主机需要模拟集中器和智能电表这两种设备。具体主要包括构造与本地通信模块间通信协议的帧格式定义和接口交互数据帧的构造。

测试报告生成模块，测试过程中，Titan平台会根据各个测试点产生的测试日志综合给出测试判决结果，生成一个全局的测试日志。测试报告生成模块能够对生成的全局测试日志进行分析，提出关键元素，如测试例名、测试结果、测试失败的原因、测试例的执行次数等，生成特定格式的测试报告，最后上传至BUG管理服务器，并向用户发送测试结束的邮件。

其中，Titan平台为linux系统下基于Eclipse的一种TTCN-3语言开发工具；测试报告的生成基于shell脚本实现。

设备控制模块，为设备控制模块的作用就是控制被测系统中加入的这些辅助设备如空口数据捕获设备、继电器、信号衰减器、噪声信号源等，进而满足在实验室环境下的测试需求，如网络拓扑可配置、通信模块上下电可控、需要模拟现场环境干扰以及被测系统可观测等。

代码烧写模块，团队协作开发时，每次修改后的协议代码都会及时上传至代码服务器，为实现最新协议代码自动化测试，代码烧写模块能够从代码服务器上获取最新协议代码并将编译好的可执行文件烧写进硬件开发板。

空口监听模块，测试过程中虽然可以通过模拟集中器向CCO模块下发指令查询组网状态或网络拓扑情况，但这些结果都仅体现在测试日志中，对于用户来说不够直观，为了让用户能够在测试过程中直观地观察网络组网状况和数据交互情况，需要对网络的空口数据进行监听，对空口数据捕获设备抓取的数据包进行解析，形成报文交互数据流。

利用所述测试系统进行互操作性测试验证的主要步骤如下：

S1：配置被测系统网络硬件拓扑；

S2：执行代码烧写流程；

S3：配置测试参数；

S4：选择测试用例；

S5：执行测试；

S6：测试执行结束，上传测试报告并邮件通知用户测试结束。

以上为本发明提出的互操作性测试系统组成及测试验证步骤，宽带微功率无线网络硬件拓扑配置方法步骤如下：

S11：为在实验室环境下构造宽带微功率无线树形网络拓扑用于验证其通信模块之间的互操作能力，采用信号屏蔽箱加信号衰减器的方式构造多层级网络。

屏蔽箱的作用是防止防护不同层级的模块直接收到对方的信号，达不到构造多层级网络拓扑的目的，另一个作用是能够有效屏蔽外界不确定电磁干扰，影响测试结果和测试效率；

信号衰减器的作用是模拟信号空间自由损耗，同时由于通信模块入网会尽量选择网络层级更低、信号质量更好的节点作为代理入网，当相邻屏蔽箱之间的信号衰减设置很低甚至为零时，相邻屏蔽箱中的通信模块将处于同一网络层级，即网络拓扑发送了改变，并且不需要改变硬件物理连接。

S12：为测试网络维护功能，如代理变更，节点离线等，采用继电器实现对某个通信模块的上下电控制。

为在测试过程中观察网路的工作状态，设置空口数据捕获设备来获取网络中的数据交互过程，判断网络行为。

S13：为更好地验证协议实现的抗干扰能力和实际网络环境下的协议实现的工作状态，测试主机选择不同的噪声源方案，控制噪声信号源设备向信号屏蔽箱中注入噪声信号。

噪声信号源为实验室标准信号发生器，可以采用虚拟仪器技术对其进行程控，进而产生用户自定义的噪声信号，这些噪声信号来自于前期信道建模捕获的一些典型场景下的噪声信号，如脉冲噪声、高斯白噪声、窄带噪声等。

S14：为在测试过程中观察网路的工作状态，设置空口数据捕获设备来获取网络中的数据交互过程，判断网络行为。

S15：为实现所述网络配置方案，不同网络层级通信模块之间采用无线结合有线的方式进行通信，每个屏蔽箱中通信模块的个数受屏蔽箱大小和定制的底板的规格决定。

不同网络层级通信模块之间采用无线结合有线的方式进行通信，具体包括：同一信号屏蔽箱中的通信模块间的通信，采用射频天线进行通信；不同信号屏蔽箱中的通信模块间的通信，通信模块利用屏蔽箱内部的射频天线，通过射频线连接下一级屏蔽箱进而实现相互间的通信。

采用上述方法后，在硬件网络连接不变的情况下，测试人员仅需要控制相关设备即可实现网络拓扑的构造和网络环境的模拟；测试能够从代码服务器自动下载最新协议代码并完成自动编译和代码烧写流程，无需逐一升级代码；测试结束后测试报告生成模块会分析测试日志，生成特定规格的测试报告并上传至代码服务器并向开发人员通知测试结果，方便及时解决问题；采用主动式测试方法，利用数据驱动的方式模拟电网采集终端驱动被测实现工作，能够在协议开发阶段针对性地测试协议功能，促进协议开发进度。本发明在一定程度上节约了硬件资源，减少了测试人员的工作量，提高测试效率，并且操作相对简单。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用电信息采集系统宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，该测试系统包括：

测试参数配置模块，用于对CCO地址、电表白名单、网络NID、组网频点以及不同测试点的串口或网口属性进行配置；

测试用例生成模块，用于定义协议数据帧格式和封装测试数据的发送和响应流程，编辑测试用例并编译测试工程为可执行测试例集；所述测试用例生成模块包括：

测试接口适配器模块，用于实现测试系统和被测系统之间的通信转换，将系统接收到的二进制码流转换为TTCN-3测试语言的十六进制串格式，并根据接口通信协议的不同进行有效数据帧的过滤和提取；

协议帧格式定义模块，用于根据所采用的通信协议，定义符合TTCN-3格式的帧结构；

数据编解码模块，用于编码待发送数据和解码接收到的数据；

测试步管理模块，用于管理各个测试点的不同测试项目的测试步骤；

测试例管理模块，用于管理不同的不同测试目的的测试用例，每个测试用例根据测试需求，有不同的测试步组合而成；

模拟设备管理模块，根据测试需求，增加或修改模拟集中器或模拟电表功能；

测试报告生成模块，用于设置测试报告的样式，查看历史测试报告，通知测试结果到用户并上传测试报告至BUG管理系统；

设备控制模块，用于控制被测系统中加入的辅助硬件设备；

代码烧写模块，用于采用脚本自动化地从代码服务器上下载最新版本协议代码，完成编译后烧写可执行文件至硬件开发板；

空口监听模块，用于采用对空口数据捕获设备抓取的数据包进行解析，形成报文交互数据流，进而观察整个网络的运行状态。

2.根据权利要求1所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，所述测试参数配置模块中，所述电表白名单为集中器中存储的合法电表地址，其他非法电表的本地通信模块STA在请求入网时，若其MAC地址不在白名单内，集中器本地通信模块CCO会拒绝该站点加入；网络NID是用于标识一个宽带微功率网络的唯一ID，当多个集中器距离较近时，会形成多网络共存环境，为保证各个网络能够独立稳定组网，需要各个网络NID相互独立。

3.根据权利要求1所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，所述设备控制模块中，用于控制被测系统中加入的辅助硬件设备包括：信号屏蔽箱、空口数据捕获设备、继电器、信号衰减器、噪声信号源和通信模块；

采用信号屏蔽箱加信号衰减器的方式构造多层级网络；采用继电器实现对某个通信模块的上下电控制；利用噪声信号源向信号屏蔽箱中注入噪声信号；空口数据捕获设备用来获取网络中的数据交互过程，判断网络行为；不同网络层级通信模块之间采用无线结合有线的方式进行通信，每个信号屏蔽箱中通信模块的个数受屏蔽箱大小和定制的底板的规格决定。

4.根据权利要求3所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，所述信号衰减器用于模拟信号空间自由损耗，当相邻屏蔽箱之间的信号衰减设置很低甚至为零时，相邻屏蔽箱中的通信模块将处于同一网络层级，即网络拓扑发生了改变，不需要改变硬件物理连接。

5.根据权利要求3所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，所述噪声信号源采用虚拟仪器技术对其进行程控，进而产生用户自定义的噪声信号。

6.根据权利要求3所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，所述空口数据捕获设备通过无线监听空口数据并经过处理后上传至测试系统。

7.根据权利要求3所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，所述不同网络层级通信模块之间采用无线结合有线的方式进行通信，具体包括：

同一信号屏蔽箱中的通信模块间的通信，采用射频天线进行通信；

不同信号屏蔽箱中的通信模块间的通信，通信模块利用信号屏蔽箱内部的射频天线，通过射频线连接下一级信号屏蔽箱进而实现相互间的通信。

8.根据权利要求3所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，每个信号屏蔽箱中通信模块的数量受测试需求、信号屏蔽箱大小以及定制的底板的规格限制。

9.根据权利要求1~8中任意一项所述的宽带微功率无线协议互操作性测试系统，其特征在于，该测试系统的测试方法具体包括以下步骤：

S1：配置被测系统网络硬件拓扑；

S2：执行代码烧写流程；

S3：配置测试参数；

S4：选择测试用例；

S5：执行测试；

S6：测试执行结束，上传测试报告并邮件通知用户测试结束。

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