CN114268556A

CN114268556A - 一种用电信息采集系统中宽带微功率mac层一致性测试系统

Info

Publication number: CN114268556A
Application number: CN202111477763.1A
Authority: CN
Inventors: 江蓓; 岳桂君; 吴弘波; 周欣
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2041-12-06
Also published as: CN114268556B

Abstract

本发明涉及一种用电信息采集系统中宽带微功率MAC层一致性测试系统，属于用户用电信息采集系统的本地通信领域。该系统包括：软件测试平台，通过串口与硬件测试平台相连接，执行各种测试用例，解析被测对象发出的数据帧是否正确，进而对测试结果进行判决，最终生成测试日志，供测试人员分析；硬件测试平台，通过射频与被测对象进行交互，完成信号收发及信道模拟功能，将测试帧转换为所需的宽带载波通信信号或反之，并且对被测对象发送的数据帧完成时隙相关内容的处理，再将处理后的帧转发给软件测试平台。本发明能实现对于MAC层功能的测试验证，完善现有的一致性测试系统，保证测试覆盖范围更加全面，提高测试的准确性以及产品的可靠性。

Description

一种用电信息采集系统中宽带微功率MAC层一致性测试系统

技术领域

本发明属于用户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中宽带微功率MAC层一致性测试系统。

背景技术

电力用户用电信息采集系统主要包括：主站、远程通信、集中器、本地通信、采集器和电能表。其主要是通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、推行阶梯定价、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查(防窃电)、负荷预测和节约用电成本等目的。

目前用户用电信息采集系统的通信技术主要包括远程通信技术和本地通信技术两大类，远程通信技术主要有光纤通信、无线通信以及电力线载波通信技术，而本地通信技术主要是低压电力线载波及微功率无线。其中，低压电力线载波通信是利用低压电力配电线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式，最大的特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传输。施工相对简单，投入成本较低，但是其缺点是信号不稳定，容易受到干扰，电力网络上的阻抗随负载的变化会有大幅度的改变，具有较强的时变性和随机性。而微功率无线采用无线传感器网络技术进行通信，通过对各类集成化的微型传感器节点进行配置和管理，实时监测、采集用电数据、监测和传输对象信息。由于无线通信不需要进行布线，所以建设成本较低，另外其功耗低、组网灵活、信道可靠性高，适合嵌入式安装，可方便的嵌入到抄表设备以及电能表中。但其传输距离受障碍物的影响较大，障碍物会严重缩短传输距离，传输速度和实时性也无法满足当今用电信息采集系统的要求。

综上，为了提高用电信息采集系统中本地通信网络的传输距离、通信速率以及实时性和可靠性，需要研究一种新的基于微功率无线通信技术的智能电网宽带微功率无线网络传输系统。目前，宽带微功率无线协议标准正在不断修改完善中，协议开发也正在稳步进行中，为了保证协议开发的准确性，加快协议开发进度，需要在协议开发阶段同步研究一致性测试方法。

当前，由于针对宽带微功率协议的一致性测试主要着重于逻辑上的功能测试，重点关注标准中对上层协议所要求的的功能是否实现，包括组网、网络维护、抄表等。所以其忽视了一些细节方面的测试，例如对于MAC层，它需要完成对时隙的管理，MAC层时隙主要分为信标时隙、TDMA时隙、CSMA时隙和其它时隙，相应的报文需要在对应的时隙中进行发送。并且MAC层还需要完成时隙同步功能，保证一个网络中的设备都同步到一个共用的时钟，从而能够达到全网站点对时隙分配的统一理解和使用。但是目前的一致性测试系统并未考虑MAC层的时隙测试，也没有设计相关测试用例，无法准确测试相应报文是否在正确的时隙进行收发，无法保证MAC层通信的绝对准确，导致测试的覆盖范围不够全面，从而降低了产品的可靠性。

因此，为解决现有宽带微功率协议一致性测试系统中存在的上述问题，亟需一种测试结果更加精准的宽带微功率MAC层一致性测试系统。

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中宽带微功率MAC层一致性测试系统，通过设计相应的测试平台和测试用例，完成对于MAC层功能测试的覆盖，使得在协议开发的同时可以实现对于MAC层功能的测试验证，完善现有的一致性测试系统，保证测试覆盖范围更加全面，提高测试的准确性以及产品的可靠性。

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中宽带微功率MAC层一致性测试系统，包括：

软件测试平台，通过串口与硬件测试平台相连接，软件测试平台位于PC端，主要用于执行各种测试用例，解析被测对象发出的数据帧是否正确，进而对测试结果进行判决，最终生成测试日志，供测试人员分析；

硬件测试平台，通过射频与被测对象进行交互，主要用于完成信号收发及信道模拟功能，将测试帧转换为所需的宽带载波通信信号或反之，并且对被测对象发送的数据帧完成时隙相关内容的处理，再将处理后的帧转发给软件测试平台。

进一步，所述软件测试平台包括：

测试开发模块，主要负责测试平台与被测对象之间的通信、测试用例的编写和管理等；

测试执行模块，主要负责控制执行测试开发模块中编写好的测试用例，保证测试用例的正常运行，并且需要收集测试执行的相关信息生成测试日志，最终输出测试结果。

进一步，所述测试开发模块包括：

接口设置模块，主要负责完成相关串口设置，使得软件测试平台可以和硬件测试平台之间通过串口成功通信；

测试例管理模块，主要负责测试例的编写、增加、删除和修改，例如增加一个新的测试用例或者对原有测试用例代码进行修改都会在该模块完成。

进一步，所述测试执行模块包括：

测试显示模块，主要负责在测试例执行过程中实时显示测试用例的相关信息，例如测试用例中报文的收发及匹配情况和测试用例的执行进度情况等等；

测试日志模块，主要负责在测试用例执行完毕后，将相关信息收集并显示到测试日志中，使用户能从测试日志中查看测试结果，例如测试例执行结果为成功或者失败，若为失败也可在日志中查看对应的失败原因。

进一步，所述硬件测试平台包括：

数据收发模块，主要负责硬件测试平台与软件测试平台、硬件测试平台与被测对象之间的数据交互，保证数据之间的正确传递；

数据处理模块，主要负责将从软件测试平台接收到的报文补全后发给被测对象，同时也要将从被测对象接受到的报文解析相关的时隙内容，判断时隙是否正确，进而进行下一步操作。

进一步，所述数据收发模块包括：

硬件接口模块，主要负责相关的通信接口设置，例如硬件测试平台和软件测试平台之间的串口、硬件测试平台与被测对象之间的射频通信，并且需要对相应的数据帧进行编解码，保证收发的正常进行；

进程控制模块，是因为对于测试平台需要根据被测对象的不同，模拟不同的角色(中央协调器CCO、代理协调器PCO、站点STA)，故需要一个进程控制模块，该模块通过从软件测试平台接收到的信息判断需要模拟的对象，从而控制硬件测试平台中需要执行的进程。

进一步，所述数据处理模块包括：

数据存储模块，主要是存储相关报文信息，以便后续对报文的处理；

自动回复模块，用于完成一些简单报文的自动回复，例如确认帧，当需要回复确认帧时，硬件平台可以直接处理后发送，不需要经过软件测试平台的处理；

时隙处理模块，主要是负责完成MAC层对于时隙的处理，主要完成时隙同步、时隙判断和CSMA时隙冲突退避等功能。

进一步，所述时隙处理模块用于完成MAC层对于时隙的处理，具体包括：首先是时隙同步，时隙同步是为使网络中的设备都同步到一个时钟，然后在此基准上对时隙进行解析才能保证时隙的准确性；其次是时隙判断，由于该系统主要是为了完成宽带微功率MAC层的一致性测试，所以针对的重点就是时隙的处理，故时隙判断是在接收到相关报文时，需要计算判断报文是否在正确的时隙发出，例如判断中央信标帧是否在中央信标时隙发出、代理信标是否在代理信标时隙发出等；最后是CSMA时隙冲突退避，在CSMA时隙中，站点必须通过信道竞争，冲突避免后，才能占用信道进行报文发送，并且在CSMA时隙中发送的报文，必须保证在相应的CSMA时隙中传送完成，不能跨越时隙。所以在进行时隙处理的时候，需要进行基本的冲突判断，及时作出退避处理。

进一步，所述时隙同步具体包括以下步骤：

步骤1：硬件平台模拟的中央协调器STA/代理协调器PCO收到被测对象站点CCO发出的信标帧；

步骤2：判断本周期是否已经完成同步，若完成跳到步骤7，若未完成继续步骤3；

步骤3：解析信标帧，访问时隙分配条目，包括：非中央信标时隙总数NON_SLOT_NUM、信标周期起始时间BPST、信标时隙长度BTSL、CSMA时隙长度CSMATSL和信标发送时间戳BTS；

步骤4：计算同步时间，硬件平台模拟站点将自身时间设置为NTB_sync，使得站点时间向CCO对齐；

具体计算公式为：NTB_sync＝BTS+(站点NTB-接收时刻NTB)，其中，BTS为CCO发出信标的时间，接收时刻NTB为站点收到中央信标后，通过本地时钟记录的时间，站点NTB为开始进行时隙同步时，通过本地时钟读取到的当前时间；

步骤5：计算信标时隙结束时间，具体计算公式为：

BEACON_out＝BPST+BTSL*(NON_SLOT_NUM+1)*NTB_MS，其中，信标时隙长度BTSL的单位为1ms，而宽带微功率协议开发中使用25MHz时钟计数，故NTB_MS表示1ms所对应的时钟计数值25000；

步骤6：计算CSMA时隙结束时间，具体计算公式为：

CSMA_out＝BEACON_out+CSMATSL*NTB_10MS，其中，CSMA时隙长度CSMATSL的单位为10ms，而宽带微功率协议开发中使用25MHz时钟计数，故NTB_10MS表示10ms对应的时钟计数值250000；

步骤7：时隙同步结束。

本发明的有益效果在于：

1)当前的宽带微功率一致测试系统中，缺失了对于MAC层相关功能的测试，所以本发明针对MAC层设计一致性测试系统，通过软件测试平台和硬件测试平台的结合，达到时隙上的精准要求，实现了对MAC层功能测试的覆盖，能够有效提高测试的覆盖率。

2)本发明在传统一致性测试系统的基础上，完善了针对MAC层功能的测试，使得测试的结果更加精确，有助于协议开发和测试人员进行相应的问题分析，并针对性处理问题，保证协议的正确性，提高了产品的可靠性。

3)由于本发明的时隙部分是在硬件测试平台处理的，时间上更为精准，所以相对于当前的一致性测试系统来说，本发明中报文收发的过程需要更少的处理时间，从而提高了测试效率。

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为本发明宽带微功率MAC层一致性测试系统的结构框图；

图2为本发明宽带微功率MAC层一致性测试系统的测试流程图；

图3为本发明宽带微功率MAC层一致性测试系统中硬件平台时隙同步的流程图。

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。

请参阅图1～图3，本发明提供的宽带微功率MAC层一致性测试系统有软件测试平台和硬件测试平台两部分组成，如图1所示。软件测试平台主要负责测试用例的开发、管理、执行，并最终生成测试日志以供查看测试结果。硬件测试平台主要是用于与被测对象交互，完成信号收发及信道模拟功能，该平台需要完成报文收发过程中的时隙处理，在发送中央信标帧时，需要对时隙进行分配，并按照规划好的时隙在对应的时间发出报文；在接收报文时，需要对时隙进行解析，判断被测对象是否在正确的时隙发出对应的报文。

如图2所示，本发明中宽带微功率MAC层一致性测试系统的测试流程，具体包括如下步骤：

步骤一：启动软件测试平台，进入测试例执行界面。

具体为：启动软件测试平台后，若有测试例需要修改，可在测试管理模块进行相应改动，并保存重新编译。

步骤二：将硬件平台与软件平台和被测对象之间的连线连接好。

具体为：硬件平台和软件平台是通过串口线连接，软件平台和被测对象之间是通过射频通信，所以需要在接通电源前正确连线。

步骤三：检查各个部分连线情况，确保连接正确后接通电源。

步骤四：在软件测试平台配置上下测试点接口。

由于软件测试平台和硬件测试平台之间通过串口连接，所以需要在软件测试平台的配置文件中提前配置好串口，确保可以正常通信。

步骤五：选择测试用例启动执行。

步骤六：软硬件测试平台合作处理报文收发，硬件平台负责时隙处理，软件测试平台进行一致性评判，并且实时监测测试例运行情况及进度。

软件测试平台会在执行过程中通过显示模块，实时显示测试例运行过程中的报文收发情况以及测试例运行进度。硬件测试平台会在接收报文后或者发送报文前进行时隙的处理，若硬件测试平台模拟的是CCO，则会在中央信标帧中对时隙进行规划，计算各个时隙条目填充到中央信标帧中，然后发送给被测对象；若硬件测试平台模拟的是STA/PCO，则会在接收到被测对象CCO发出的中央信标帧后进行解析，并根据信标帧中的时隙条目完成时隙同步的过程，时隙同步完成后，即可通过计算所得的信标周期结束时间和CSMA时隙结束时间来判断所收到的报文是否在正确的时隙进行发送，若正确则继续测试流程，否则将时隙错误信息上报给软件测试平台，测试终止。其中，时隙同步的具体流程如图3所示，包括如下步骤：

步骤1：硬件平台模拟的STA/PCO收到被测对象CCO发出的信标帧；

步骤3：解析信标帧，访问时隙分配条目：非中央信标时隙总数NON_SLOT_NUM、信标周期起始时间BPST、信标时隙长度BTSL、CSMA时隙长度CSMATSL、信标发送时间戳BTS；

具体计算公式为：NTB_sync＝BTS+(站点NTB-接收时刻NTB)

其中BTS为CCO发出信标的时间，接收时刻NTB为站点收到中央信标后，通过本地时钟记录的时间，站点NTB为开始进行时隙同步时，通过本地时钟读取到的当前时间。

步骤5：计算信标时隙结束时间，具体计算公式为：

步骤6：计算CSMA时隙结束时间，具体计算公式为：

步骤7：时隙同步结束。

步骤七：测试执行结束，生成测试日志，查看测试结果。

测试例执行完毕后，即可通过软件测试平台的测试日志模块生成测试日志，查看日志即可确定测试结果。

采用本发明实施例方法后，整个测试过程操作简单，开发人员也可以通过在PC端操作完成对于宽带微功率MAC层的一致性测试，并通过测试日志及时查看原因，有针对性进行改进。本发明有效提高了测试覆盖范围，简化了测试过程，节约了测试时间成本，有效提高了测试效率和产品的可靠性。

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

1.一种用电信息采集系统中宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，该系统包括：

软件测试平台，与硬件测试平台相连接，用于执行各种测试用例，解析被测对象发出的数据帧是否正确，进而对测试结果进行判决，最终生成测试日志，供测试人员分析；

硬件测试平台，与被测对象进行交互，用于完成信号收发及信道模拟功能，将测试帧转换为所需的宽带载波通信信号或反之，并且对被测对象发送的数据帧完成时隙相关内容的处理，再将处理后的帧转发给软件测试平台。

2.根据权利要求1所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述软件测试平台包括：

测试开发模块，负责测试平台与被测对象之间的通信、测试用例的编写和管理；

测试执行模块，负责控制执行测试开发模块中编写好的测试用例，保证测试用例的正常运行，并且需要收集测试执行的相关信息生成测试日志，最终输出测试结果。

3.根据权利要求2所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述测试开发模块包括：

接口设置模块，负责完成相关串口设置，使得软件测试平台可以和硬件测试平台之间通过串口成功通信；

测试例管理模块，负责测试例的编写、增加、删除和修改。

4.根据权利要求2所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述测试执行模块包括：

测试显示模块，负责在测试例执行过程中实时显示测试用例的相关信息，包括测试用例中报文的收发及匹配情况和测试用例的执行进度情况；

测试日志模块，负责在测试用例执行完毕后，将相关信息收集并显示到测试日志中，使用户能从测试日志中查看测试结果。

5.根据权利要求1所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述硬件测试平台包括：

数据收发模块，负责硬件测试平台与软件测试平台、硬件测试平台与被测对象之间的数据交互，保证数据之间的正确传递；

数据处理模块，负责将从软件测试平台接收到的报文补全后发给被测对象，同时也要将从被测对象接收到的报文解析相关的时隙内容，判断时隙是否正确，进而进行下一步操作。

6.根据权利要求5所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述数据收发模块包括：

硬件接口模块，负责相关的通信接口设置，并对相应的数据帧进行编解码；

进程控制模块，通过从软件测试平台接收到的信息判断需要模拟的对象，从而控制硬件测试平台中需要执行的进程。

7.根据权利要求5所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：

数据存储模块，存储相关报文信息；

自动回复模块，用于完成简单报文的自动回复；

时隙处理模块，负责完成MAC层对于时隙的处理，包括完成时隙同步、时隙判断和CSMA时隙冲突退避。

8.根据权利要求7所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述时隙处理模块用于完成MAC层对于时隙的处理，具体包括：首先是时隙同步，使网络中的设备都同步到一个时钟，然后对时隙进行解析；其次是时隙判断，在接收到相关报文时，计算判断报文是否在正确的时隙发出；最后是CSMA时隙冲突退避，在CSMA时隙中，站点必须通过信道竞争，冲突避免后，才能占用信道进行报文发送，并且在CSMA时隙中发送的报文，必须保证在相应的CSMA时隙中传送完成，不能跨越时隙。

9.根据权利要求8所述的宽带微功率MAC层一致性测试系统，其特征在于，所述时隙同步具体包括以下步骤：

步骤5：计算信标时隙结束时间，具体计算公式为：

BEACON_out＝BPST+BTSL*(NON_SLOT_NUM+1)*NTB_MS，其中，NTB_MS表示1ms所对应的时钟计数值；

步骤6：计算CSMA时隙结束时间，具体计算公式为：

CSMA_out＝BEACON_out+CSMATSL*NTB_10MS，其中，NTB_10MS表示10ms对应的时钟计数值；

步骤7：时隙同步结束。