近年來，一致性測試是國際上非常關(guān)注且發(fā)展較快的一個研究領(lǐng)域?，F(xiàn)有的協(xié)議一致性測試方法主要分為三類：計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試方法、移動通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試方法和工業(yè)無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試方法。計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試方法適用于有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試，移動通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試方法雖然也是無線協(xié)議，但是它的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)和通信方式與工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有較大區(qū)別，例如移動通信網(wǎng)絡(luò)對通信確定性和實時性通常沒有苛刻的要求，而工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)必須保證通信的確定性和實時性,需要系統(tǒng)模塊之間的精確時間同步。鑒于以上情況，本文提出一種新的測試方法以滿足WIA-PA 協(xié)議一致性測試需求。

1 WIA-PA協(xié)議一致性測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    WIA-PA協(xié)議一致性測試結(jié)構(gòu)由智能分析儀、被測設(shè)備和上層測試軟件組成，其中智能分析儀中包括測試代理模塊、環(huán)境模擬模塊和全信道數(shù)據(jù)捕獲控制模塊[1]。其拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。上層測試軟件由人機接口模塊和一致性測試模塊組成，其中人機接口模塊為測試人員提供控制測試過程的方法，并且用來顯示測試結(jié)果和測試界面；一致性測試模塊由說明文檔一致性檢查模塊、測試例選擇模塊、測試執(zhí)行模塊、測試結(jié)果分析模塊和測試報告生成模塊組成。被測設(shè)備中有上測試代理（UTA）和被測協(xié)議實現(xiàn)（IUT）[2]。

    該WIA-PA協(xié)議一致性測試系統(tǒng)硬件環(huán)境由測試計算機、測試代理設(shè)備、被測設(shè)備三部分構(gòu)成。測試計算機軟件由人機接口模塊、功能測試例模塊、案例調(diào)度與響應(yīng)分析模塊構(gòu)成。人機接口模塊完成以手動或者靜態(tài)文檔導(dǎo)入的方式實現(xiàn)可執(zhí)行測試集的生成、響應(yīng)分析結(jié)果的顯示以及測試報告的生成等功能；測試例庫包含了WIA-PA標準所定義的各協(xié)議層相應(yīng)功能的測試例集合，供測試時選擇；案例調(diào)度與響應(yīng)分析模塊對可執(zhí)行測試集中的測試例進行自動化調(diào)度與響應(yīng)報文分析。
    測試代理設(shè)備軟件由下測試代理模塊、標準協(xié)議實現(xiàn)內(nèi)核和協(xié)議實現(xiàn)接口構(gòu)成。測試代理模塊完成與測試計算機的交互及標準協(xié)議內(nèi)核調(diào)用的功能；標準協(xié)議實現(xiàn)內(nèi)核具有WIA-PA標準定義的較為全面的功能模塊；協(xié)議實現(xiàn)接口模塊為下測試代理和協(xié)議內(nèi)核模塊提供連接插口。
    被測設(shè)備由上測試代理模塊、被測協(xié)議實現(xiàn)接口模塊和被測協(xié)議實現(xiàn)構(gòu)成。上測試代理模塊具有較強通用性，能夠嵌入到不同的被測協(xié)議實現(xiàn)中，接收測試代理設(shè)備發(fā)送的激勵報文并進行解析,根據(jù)測試命令類型決定采取某種動作。被測協(xié)議實現(xiàn)接口模塊是被測協(xié)議實現(xiàn)提供給上測試代理調(diào)用的協(xié)議實現(xiàn)接口。
2 測試代理軟件
    為了控制和觀察WIA-PA參考協(xié)議實現(xiàn)和被測協(xié)議實現(xiàn)，需要設(shè)計和開發(fā)WIA-PA協(xié)議一致性測試代理軟件模塊。WIA-PA協(xié)議一致性測試系統(tǒng)中，測試代理軟件模塊包括下測試代理LTA(Lower Test Agent)和上測試代理UTA(Upper Test Agent)，LTA和UTA作為用戶應(yīng)用進程在測試前分別嵌入到測試設(shè)備和被測設(shè)備中，使設(shè)備支持WIA-PA協(xié)議一致性測試[3]。
    LTA是在執(zhí)行測試前嵌入到參考協(xié)議實現(xiàn)RI（Reference Implementation）中實現(xiàn)下測試代理功能的用戶應(yīng)用進程，在測試過程中代理測試計算機發(fā)送UTA命令，通過調(diào)用RI完成UTA命令的封裝與發(fā)送，并將UTA響應(yīng)報文上傳至測試計算機。LTA由協(xié)議棧轉(zhuǎn)換接口模塊和命令分析模塊構(gòu)成。
    UTA是在執(zhí)行測試前嵌入到被測協(xié)議實現(xiàn)IUT（Implementation Under Test）中實現(xiàn)特定功能的用戶應(yīng)用進程,它通過接收UTA命令對IUT進行控制觀察。UTA由協(xié)議棧轉(zhuǎn)換接口模塊、命令處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊構(gòu)成。使用LTA和UTA對WIA-PA被測實現(xiàn)進行一致性測試的通信過程如圖2所示。

3 WIA-PA協(xié)議一致性測試抽象測試集的設(shè)計
    WIA-PA協(xié)議遵守ISO/OSI的7層結(jié)構(gòu),但只定義數(shù)據(jù)鏈路子層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，其物理層和介質(zhì)訪問控制子層則基于IEEE STD 802.15.4-2006[4]。定義了5類物理設(shè)備：主控計算機、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、路由設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備、手持設(shè)備及其相應(yīng)的功能。因此在抽象測試集的設(shè)計過程中采用分層次、分類型和分功能的基本原則[5-6]。WIA-PA抽象測試集的樹狀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 WIA-PA協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層典型測試例實現(xiàn)

    (1)一致性測試要求：為了保證設(shè)備間無沖突的通信，要求網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備與時間源進行同步。WIA-PA利用信標幀進行時間同步或應(yīng)用WIA-PA專門設(shè)計的時間同步命令幀進行時間同步。
　 (2)測試目的：驗證被測設(shè)備時間同步能力是否在WIA-PA標準所規(guī)定的最大同步誤差范圍內(nèi)。
　 (3)預(yù)置條件：被測設(shè)備為現(xiàn)場設(shè)備或路由設(shè)備，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，測試設(shè)備作為世界協(xié)調(diào)時間源，所有路由設(shè)備與測試設(shè)備進行時間同步；在星型結(jié)構(gòu)中，路由設(shè)備作為時間源。
　 (4)測試步驟：①測試計算機命令測試設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)廣播時間同步測試UTA命令報文，幀載荷中包含時間同步差采樣報文數(shù)量信息。②在所申請的通信資源內(nèi)，UTA對信標中的時間信息進行采樣，并在本地計算時間同步差值，測試設(shè)備將結(jié)果上傳至測試計算機，并對被測設(shè)備時間同步能力進行評估。③當滿足設(shè)定采樣數(shù)量時，測試計算機命令測試設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)廣播時間同步結(jié)束命令幀，或者UTA自動檢查采樣報文數(shù)量是否已滿足設(shè)定值，從而自動釋放通信資源。
　測試結(jié)果如圖4所示。圖4中，frame1為測試設(shè)備接收到測試計算機通過SComAssistant軟件發(fā)送的測試命令后,向網(wǎng)絡(luò)廣播的時間同步測試UTA命令幀。由圖可知,該命令幀的網(wǎng)絡(luò)目的地址NWK Dest.Address= 0xFFFF，為全網(wǎng)廣播，UTA命令中包含的時間同步差采樣報文數(shù)量為0x64 = 100條。被測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的UTA接收并解析該命令后，向測試設(shè)備發(fā)送采樣并計算后的時間同步差報文。frame2為源地址NWKSrc.Address = 0x0100的被測設(shè)備1發(fā)送的時間同步測試響應(yīng)幀。frame3為源地址NWKSrc.Address = 0x0101的被測設(shè)備2 發(fā)送的時間同步響應(yīng)幀。frame4為源地址NWKSrc.Address = 0x0102的被測設(shè)備3發(fā)送的時間同步測試響應(yīng)幀，測試響應(yīng)幀包含了采樣序列號和時間同步差值信息。根據(jù)采樣序列號可判斷是否達到設(shè)定的采樣報文數(shù)量，根據(jù)時間同步差值信息可計算出時間同步精度，從而評估被測設(shè)備的時間同步能力。

    測試設(shè)備在接收到網(wǎng)絡(luò)的時間同步測試響應(yīng)幀后，上傳至測試計算機進行一致性分析，如圖5所示。測試設(shè)備上傳至測試計算機的信息包括被測設(shè)備的地址和時間同步信息，測試計算機分析軟件可以依據(jù)這些信息繪制出時間同步曲線并計算出設(shè)備的時間同步精度。
    本文根據(jù)WIA-PA協(xié)議的特點和要求，給出了一種針對WIA-PA協(xié)議一致性測試的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和測試方法，并對一致性測試所需要的測試代理軟件的功能進行了闡述和實現(xiàn)，設(shè)計出了用于LTA與UTA通信的測試協(xié)調(diào)協(xié)議及其報文格式，列出了WIA-PA協(xié)議一致性測試抽象測試集并通過數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)時間同步測試例說明了WIA-PA協(xié)議一致性測試系統(tǒng)的一般測試過程。
參考文獻
[1] IEEE Standard 802.15.4-2006. Part 15.4: Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications  for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)[S].2006.
[2] 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA規(guī)范, 第1部分: 用于過程自動化的WIA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范[S]. 中華人民共和國國家
標準, 2010.
[3] ISO/IEC 9646-1 to 7,Information technology-Open systems interconnection-Conformance testing methodology and frame-work-Part 1 to Part 7[S]. 1994.
[4] Wireless HARTTM Technical Data Sheet. The official  Source for HART Communication Technology[EB/OL].www.hartcomm.org.
[5] ISA100.11a Draft Standard. Wireless systems for industrial automation: Process control and related applications [S]. ISA100.11a Working Group. 2009.
[6] 王平,易明華,王浩文,等. EPA協(xié)議一致性測試方法研究[J].自動化儀表, 2006,27(10):7-10.