有線通信設(shè)備的自動(dòng)測試技術(shù)

祝紅祥，周益青，施 群

(上海無線電設(shè)備研究所，上海 201109)

0 引言

有線通信是利用光纖、金屬導(dǎo)線等媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)或電信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。有線通信具有導(dǎo)向性傳輸?shù)奶卣?，可以通過有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文字、聲音以及圖像信息的遠(yuǎn)距離傳播[1]。有線通信還具有通信安全性高、傳播范圍廣、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以充分滿足大眾對(duì)信息獲取的需求，在一定時(shí)間內(nèi)取得了較快的發(fā)展[2]。

有線通信設(shè)備作為有線通信的載體，可用于點(diǎn)到點(diǎn)的透明傳輸，具有被覆線信號(hào)遠(yuǎn)傳、光纖信號(hào)遠(yuǎn)傳、被覆線信號(hào)與網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換、光信號(hào)與網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換等功能。本文提及的有線通信設(shè)備具有多個(gè)被覆線及光纖通道，若采用人工測試，則存在步驟多、耗時(shí)長、測試結(jié)果不準(zhǔn)確等弊端。同時(shí)測試結(jié)果需要手動(dòng)記錄，不便于數(shù)據(jù)管理及分析。本文提出一種有線通信設(shè)備自動(dòng)化測試方案，可以實(shí)現(xiàn)有線通信設(shè)備組件及整機(jī)的自動(dòng)化測試，提高測試的效率、精度和覆蓋性。

1 測試設(shè)備組成

1.1 手動(dòng)測試設(shè)備

手動(dòng)測試設(shè)備組成如圖1所示。測試時(shí)，被覆線連接、光纖衰減及對(duì)應(yīng)的網(wǎng)口連接都需要手動(dòng)完成。測試完所有通道需要耗費(fèi)大量時(shí)間，而且進(jìn)行同步時(shí)間測試，需要反復(fù)切斷連接通道來統(tǒng)計(jì)設(shè)備信道建立時(shí)間，手動(dòng)測試難免產(chǎn)生人為誤差。此外測試結(jié)果需要人工記錄，測試效率偏低。

圖1 手動(dòng)測試設(shè)備組成

1.2 自動(dòng)測試設(shè)備

自動(dòng)測試設(shè)備組成如圖2所示。測試時(shí)將被測試的兩個(gè)被覆線通道通過雙絞線連接，然后將兩個(gè)通道對(duì)應(yīng)的局域網(wǎng)(Local Area Network，LAN)網(wǎng)口分別與工控機(jī)LAN1、LAN2連接，工控機(jī)通過網(wǎng)口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。管理網(wǎng)口與工控機(jī)網(wǎng)口LAN3連接，可用于查詢當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)。光纖通道測試原理與被覆線通道測試原理相同。

圖2 自動(dòng)測試設(shè)備組成

將被覆線通道1與被覆線通道2～通道8分別連接進(jìn)行測試，可完成所有被覆線通道的測試。

將光纖通道1與光纖通道2連接、光纖通道3與光纖通道4連接、光纖通道5與光纖通道6連接、光纖通道7與光纖通道8連接，分別進(jìn)行測試，即可完成所有光纖通道的測試。

各通道對(duì)應(yīng)的LAN網(wǎng)口只有通道連接時(shí)有效。上述過程中，被覆線及光纖的連接可分別通過繼電器及光衰減器實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)測試功能。

在測試過程中，工控機(jī)通過管理網(wǎng)口LAN3查詢通道連接狀態(tài)及歷史狀態(tài)，測試產(chǎn)品開機(jī)時(shí)間、鏈路狀態(tài)、以及產(chǎn)品同步時(shí)間等指標(biāo)。

2 硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測試設(shè)備主要由工控機(jī)、串口卡、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、程控繼電器、掃碼器、程控電源、光衰減器等組成，硬件框圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)測試設(shè)備硬件框圖

工控機(jī)用于運(yùn)行上位機(jī)軟件完成對(duì)外圍設(shè)備的控制及產(chǎn)品的信息采集。串口卡安裝在工控機(jī)中，擴(kuò)展4路串口，分別用于產(chǎn)品狀態(tài)查詢、電源輸出控制、繼電器模塊通斷控制及光衰減器控制。網(wǎng)卡用于擴(kuò)展3路網(wǎng)口，其中兩路通過交換機(jī)與產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，剩余一路用于產(chǎn)品日志查詢。程控繼電器用于被覆線通道切換。掃碼器用于產(chǎn)品信息錄入。兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)用于產(chǎn)品與測試設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)橋接。程控電源用于產(chǎn)品測試過程供電，輸出電壓范圍(0～36)V，最大功率140 W。光衰減器用于模擬光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)乃p效應(yīng)，衰減值可通過外部串口控制，可調(diào)衰減值范圍(0～60)dB，有效精度0.1 d B。

3 軟件設(shè)計(jì)

測試軟件開發(fā)環(huán)境為Lab VIEW2013，采用虛擬儀器技術(shù)[3-5]實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試過程控制、數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示以及自動(dòng)生成報(bào)表等功能。

測試軟件的開發(fā)應(yīng)充分考慮通用化、系列化、模塊化的設(shè)計(jì)原則，滿足軟件可重用性、儀器可互換性、功能可擴(kuò)展性等要求。首先軟件要與硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，根據(jù)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)制定軟件設(shè)計(jì)所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最后考慮軟件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)測試軟件的各種功能[6-7]。測試軟件包括有線通信設(shè)備性能測試及數(shù)據(jù)處理相關(guān)模塊。

3.1 性能測試

對(duì)有線通信設(shè)備進(jìn)行測試可分為整機(jī)測試及組件測試兩項(xiàng)內(nèi)容，測試的性能指標(biāo)包含同步時(shí)間、漏包率、延遲時(shí)間等。

歸納分析整機(jī)測試內(nèi)容及組件測試內(nèi)容，可以將測試軟件分解為多個(gè)功能模塊，通過這些模塊的組合來實(shí)現(xiàn)相關(guān)指標(biāo)測試。

(1)初始化模塊

初始化模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器、光程控衰減器、電源、局部變量、全局變量等控制軟件的初始化。

(2)電源控制模塊

電源控制模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)程控電源的控制及狀態(tài)查詢。

(3)繼電器與程控光衰減器模塊

繼電器與程控光衰減器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)被覆線、光纖的通斷邏輯控制，根據(jù)測試階段的不同，進(jìn)行鏈路通斷控制。

(4)開機(jī)時(shí)間測試及狀態(tài)查詢模塊

有線通信設(shè)備加電后，在30 s內(nèi)會(huì)通過串口回告測試設(shè)備一幀開機(jī)指令，該模塊用于判斷有線通信設(shè)備的通信狀態(tài)及開機(jī)狀態(tài)是否正常。

(5)節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)延測試模塊

有線通信設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過程中存在時(shí)間延時(shí)，該模塊用于統(tǒng)計(jì)鏈路延時(shí)時(shí)間。上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)開始計(jì)時(shí)，收到數(shù)據(jù)后停止計(jì)時(shí)，該時(shí)間即為鏈路傳輸時(shí)延。在規(guī)定時(shí)間區(qū)間內(nèi)重復(fù)執(zhí)行上述過程，取最大延時(shí)作為最終結(jié)果。其中，T0、T1為計(jì)時(shí)變量，T(n)為第n個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延。設(shè)定發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)最大值為30 000，時(shí)延測試程序流程如圖4所示。

圖4 時(shí)延測試程序執(zhí)行流程

(6)同步時(shí)間測試模塊

同步時(shí)間是指從鏈路連接至正常通信的時(shí)間。該模塊從繼電器或光衰減器接通時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，至狀態(tài)查詢模塊檢測到鏈路正常時(shí)刻停止計(jì)時(shí)，該時(shí)間即為同步時(shí)間。測試流程如圖5所示。

圖5 同步時(shí)間測試程序執(zhí)行流程

(7)漏包測試模塊

該模塊用于統(tǒng)計(jì)有線通信設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過程中的漏包率。上位機(jī)采用用戶數(shù)據(jù)協(xié)議方式發(fā)送包含幀序號(hào)的測試數(shù)據(jù)，經(jīng)過有線設(shè)備遠(yuǎn)傳后回到上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)收到的幀序號(hào)測得漏包數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，由漏包數(shù)除以發(fā)送總包數(shù)可得到數(shù)據(jù)傳輸漏包率，程序執(zhí)行流程如圖6所示。測試時(shí)設(shè)定發(fā)送數(shù)據(jù)總包數(shù)為11 000，漏包數(shù)為L，序號(hào)差x為收到幀序號(hào)減去上一幀序號(hào)，如果x=1說明不漏包，否則漏包數(shù)為x-1。

圖6 漏包測試程序執(zhí)行流程

(8)日志下載及查詢模塊

該模塊用于對(duì)有線通信設(shè)備整機(jī)日志功能及管控組件的日志功能進(jìn)行測試。測試設(shè)備通過有線通信設(shè)備前面板網(wǎng)口發(fā)送日志查詢指令，有線通信設(shè)備回告響應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，通過回告內(nèi)容判斷日志功能是否正常。

(9)復(fù)位檢測模塊

進(jìn)行復(fù)位檢測時(shí)，有線通信設(shè)備物理復(fù)位后，會(huì)通過網(wǎng)口回告測試設(shè)備一幀狀態(tài)信息，復(fù)位檢測模塊接收到信息后進(jìn)行解析判斷，檢查復(fù)位功能是否正常。

(10)數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫模塊將測試結(jié)果傳輸至本地?cái)?shù)據(jù)庫，本地?cái)?shù)據(jù)庫連接信息中心，在信息中心處可調(diào)閱所有歷史測試記錄，并將測試數(shù)據(jù)生成測試報(bào)告[8-9]。

3.2 數(shù)據(jù)處理

Lab VIEW軟件能夠靈活調(diào)用電腦處理器的多核心實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行執(zhí)行，因此上位機(jī)能夠同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，并行執(zhí)行流程，如圖7所示。

圖7 Lab VIEW程序并行執(zhí)行流程

在實(shí)際數(shù)據(jù)接收過程中，接收緩存區(qū)的數(shù)據(jù)并不是完整的一幀數(shù)據(jù)，因此不能直接處理，需要對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組幀。組幀流程如圖8所示。其中，R為接收數(shù)據(jù)包數(shù)。

4 測試性能對(duì)比

對(duì)自動(dòng)測試與手動(dòng)測試效果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。在整機(jī)測試過程中，自動(dòng)測試所需時(shí)間較手動(dòng)測試大幅縮短。在時(shí)間延遲測試、同步時(shí)間測試中，自動(dòng)測試精度遠(yuǎn)高于手動(dòng)測試。在測試覆蓋性上，自動(dòng)測試可測試產(chǎn)品的全部指標(biāo)，而手動(dòng)測試中，由于精度不足，光纖同步時(shí)間無法測試。通過對(duì)比可知，自動(dòng)測試在測試效率、測試精度、測試覆蓋率上優(yōu)于手動(dòng)測試。

表1 產(chǎn)品整機(jī)測試性能對(duì)比

圖8 數(shù)據(jù)接收組幀流程

5 結(jié)論

通過實(shí)際測試使用性能對(duì)比，本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)測試設(shè)備能夠有效提升有線通信設(shè)備的測試效率及性能測試準(zhǔn)確度，在實(shí)際使用中可縮減測試時(shí)間，有利于縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低人力成本。