1 概述

　　物聯(lián)網(wǎng)研究最早起源于軍事領(lǐng)域，但在軍用和民用領(lǐng)域都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍涵蓋軍事及民防安全、工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、智能家居/建筑、倉儲/物流管理、交通控制管理、消費電子、海洋空間探測等領(lǐng)域。

　　物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的測試技術(shù)在IT測試領(lǐng)域是一個全新的方向。任何軟硬件產(chǎn)品，包括物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種設(shè)備、承載網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)該具備特定的測試技術(shù)和方法，實施嚴(yán)格的測試以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的測試領(lǐng)域主要分為軟硬件產(chǎn)品和信息系統(tǒng)的測試。物聯(lián)網(wǎng)從整體架構(gòu)上來說，分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層。傳輸層的測試主要集中在網(wǎng)絡(luò)各層之間接口的測試、傳感網(wǎng)與承載網(wǎng)結(jié)合的測試以及網(wǎng)絡(luò)整體性能的評估等，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)仿真和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足物聯(lián)網(wǎng)測試的需求。

　　2 綜合測試平臺系統(tǒng)框架

　　傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)結(jié)合的測評環(huán)境，通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機(jī)地部署在檢測區(qū)域內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點檢測的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點逐跳進(jìn)行傳輸，其傳輸過程可能經(jīng)過多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳后到達(dá)匯集節(jié)點，最后通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入通信承載網(wǎng),最終到達(dá)測試評估處理平臺。用戶通過測試評估處理平臺,可對傳感網(wǎng)與承載網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、配置進(jìn)行檢測和管理。其架構(gòu)如圖1所示。

　
圖1 傳感網(wǎng)和通信承載網(wǎng)相結(jié)合的架構(gòu)

　　目前傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點、網(wǎng)關(guān)之間存在多種通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)，如ZigBee、RS-232、RS-485等。在某些實驗場所還在其中引入了簡化版的IPv6。匯聚網(wǎng)關(guān)需將該部分協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過WCDMA、GPRS、WLAN、xDSL、xPON等現(xiàn)有移動、固定通信承載網(wǎng)進(jìn)行信息上傳。其簡要組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　3 測試平臺能力要求

　　傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)結(jié)合的綜合測試軟件平臺主要通過與傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)相結(jié)合的測試儀器的緊密配合，實現(xiàn)對傳感網(wǎng)與承載網(wǎng)之間通信協(xié)議及業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)議的測試。該軟件是實現(xiàn)專家數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。軟件提供單元測試與集成測試兩種不同模式，并提供以下測試能力。

　　（1）功能測試

　　功能測試是確保測試對象的功能正常，其中包括導(dǎo)航、數(shù)據(jù)輸入、處理和檢索等。測試時利用有效和無效的數(shù)據(jù)執(zhí)行各個用例、用例流或功能，以核實在使用有效數(shù)據(jù)時得到預(yù)期的結(jié)果；在使用無效數(shù)據(jù)時顯示相應(yīng)的錯誤消息或警告消息；各業(yè)務(wù)規(guī)則都得到了正確的應(yīng)用。

　?。?）性能測試

　　性能測試是對響應(yīng)時間、事務(wù)處理速率和其他與時間相關(guān)的需求進(jìn)行評測和評估，其目標(biāo)是核實被測元件性能需求是否都已滿足，性能測試的目的是將測試對象的性能行為當(dāng)作條件的一種函數(shù)來進(jìn)行評價和微調(diào)。使用多種性能測試工具，并結(jié)合有效的測試用例，驗證被測元件是否滿足規(guī)范要求中的性能需求；查找被測元件的性能瓶頸，提高其性能指標(biāo)，特別是對于實時系統(tǒng)或嵌入式系統(tǒng)。通常對軟件性能的檢測表現(xiàn)在以下幾個方面：響應(yīng)時間、吞吐量、輔助存儲區(qū)（例如緩沖區(qū)），工作區(qū)的大小、處理精度等。

　?。?）安全性測試

　　安全性測試是要檢驗在系統(tǒng)中已經(jīng)存在的系統(tǒng)安全性、保密性措施是否發(fā)揮作用，有無漏洞。主要的方法有：正面攻擊或從側(cè)面、背面攻擊系統(tǒng)中易受損壞的那些部分；以系統(tǒng)輸入為突破口，利用輸入的容錯性進(jìn)行正面攻擊；申請和占用過多的資源壓垮系統(tǒng)，以破壞安全措施，從而進(jìn)入系統(tǒng)；故意使系統(tǒng)出錯，利用系統(tǒng)恢復(fù)的過程，竊取關(guān)鍵信息等。安全性測試主要用于那些對安全性有較高要求的被測元件，建立安全性測試環(huán)境主要是建立針對不同類型的安全性測試方案，并輔以相關(guān)安全性測試軟件來進(jìn)行測試。

　　4 測試軟件設(shè)計

　　傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)之間的通信涉及到兩個網(wǎng)絡(luò)的交互，應(yīng)用了多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，場景之間涉及到網(wǎng)絡(luò)的切換、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)比較復(fù)雜。這在一定程度上決定了對其進(jìn)行測試的復(fù)雜性。測試核心軟件主要包括測試腳本生成、數(shù)據(jù)存儲和外部接口三大部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　?。?）圖形化測試開發(fā)環(huán)境

　　協(xié)議測試GUI部分采用用戶友好的測試定義和執(zhí)行的圖形化測試開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境，本系統(tǒng)是基于TTCN3的圖形化測試開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境。TTCN3是由ETSI維護(hù)的全球適用的標(biāo)準(zhǔn)測試語言，包括測試描述、執(zhí)行和分析所需要的全部功能?；赥TCN3的測試規(guī)則，協(xié)議測試GUI提供了測試用例的圖形定義功能。由于自動生成ANSIC測試代碼，因此測試的主要工作量集中在利用圖形化操作與形式化語言描述測試流程上，這避免了由于手工編程可能導(dǎo)致的錯誤。

　　（2）可重用和維護(hù)性

　　一旦使用協(xié)議測試GUI定義測試，腳本生成模塊就會把它們編譯成可執(zhí)行的測試組。所有與具體平臺相關(guān)的代碼都被集中在測試的內(nèi)核中，因此所生成的測試腳本可重用性好、容易維護(hù)。系統(tǒng)所提供的全面測試管理、測試執(zhí)行環(huán)境成為允許用戶管理、執(zhí)行和分析他們測試行為的重要特征。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)比對

　　協(xié)議棧管理模塊主要完成對傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)協(xié)議的加載、修訂和刪除，既是仿真的生成依據(jù)之一，又是判斷整個測試結(jié)果是否正確的基礎(chǔ)來源。

　?。?）仿真

　　仿真模塊分別實現(xiàn)對傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)的仿真，以便分別完成對承載網(wǎng)和傳感網(wǎng)的測試。仿真模塊通過測試數(shù)據(jù)接口與傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)相結(jié)合的測試儀器進(jìn)行通信。

　?。?）數(shù)據(jù)存儲

　　數(shù)據(jù)存儲部分分別采集來自測試協(xié)議GUI與測試結(jié)果的數(shù)據(jù)，并通過雙方的對比，生成測試報告。測試過程出現(xiàn)的問題可由系統(tǒng)生成相應(yīng)的測試報告，減少跟蹤調(diào)試程序的工作量。該模塊同時具備與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接口，將一定時期積攢下的批量數(shù)據(jù)通過與專家系統(tǒng)的交互，生成數(shù)據(jù)分析報告。

　　（6）自動化測試

　　整個系統(tǒng)支持自動化的測試方法，在整個測試周期中不僅顯著減少了開銷，而且保證了最優(yōu)化的質(zhì)量。

　　5 測試結(jié)果專家評估系統(tǒng)

　　在測試核心軟件給出測試結(jié)果的基礎(chǔ)上，還需要對測試過程中所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行匯兌，挖掘其存在的根本原因，并采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對其進(jìn)行分析，為管理部門進(jìn)行決策支持、解決方案推薦；并針對經(jīng)常出現(xiàn)的問題設(shè)置有效預(yù)警點，提醒維護(hù)人員提前做準(zhǔn)備，防患于未然。測試結(jié)果專家評估系統(tǒng)主要包括問題分析、決策支持、故障預(yù)警幾個部分。

　　（1）問題分析：針對測試過程中發(fā)現(xiàn)的各種問題，進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，指出傳感網(wǎng)和承載網(wǎng)結(jié)合的運行狀況如何。

　　（2）決策支持：經(jīng)過一定時間的問題積累，運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，發(fā)掘出這些問題之間的潛在規(guī)律及聯(lián)系，為決策部門下一步行動提供決策支持。

　?。?）故障預(yù)警：在對出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析以后，可以針對一些問題設(shè)置預(yù)警點，當(dāng)實際運行中達(dá)到此預(yù)警點時，提醒工作人員作出預(yù)處理，有助于盡早發(fā)現(xiàn)問題，避免問題復(fù)雜化，降低維護(hù)成本。

　　6 結(jié)束語

　　信息傳輸在傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域起到至關(guān)緊要的作用，一些關(guān)鍵應(yīng)用如地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、反入侵系統(tǒng)對信息傳輸?shù)臅r效性、安全性和可靠性提出了嚴(yán)格的要求。以上提出的對異構(gòu)網(wǎng)之間傳感節(jié)點、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備間協(xié)議互通及業(yè)務(wù)互通的正確性、完備性和有效性進(jìn)行測試的驗證系統(tǒng)，可促進(jìn)現(xiàn)有固定、移動承載網(wǎng)和傳感網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)融合，為現(xiàn)有固定、移動承載網(wǎng)與傳感網(wǎng)結(jié)合系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)長期、穩(wěn)定和可靠的測試評估任務(wù)提供基礎(chǔ)和保障。