（检测技术与自动化装置专业论文）广域监控系统功能测试平台的设计与开发.pdf

硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 摘要 随着计算机技术的飞速发展，广域监控系统已经得到较为广泛的应用。分布式广域 监控系统的显著特征是被控对象广域分布、现场控制器与监控服务中心通过广域网络通 信协议实现了对被控对象的监控功能。用户在应用分布式广域监控系统的同时，对所开 发的广域监控系统的质量要求极为苛刻，尤其要求所开发的广域监控系统的功能必须符 合用户的需求，因此如何衡量广域监控系统的功能是否与软件需求规格说明书中所规定 的功能相符合，成为软件工程的一个重要研究课题。 在监控系统的质量监督中，黑盒测试起着重要的、不可替代的作用。黑盒测试也称 功能测试，是软件测试的重要方法之一，它是通过测试来检测每个功能是否都与预 期的结果相符合。本文利用黑盒测试方法，针对广域监控系统的结构特点，提出了一 套用于分析和测试广域监控系统功能性需求的解决方案。在方案的设计过程中，主要包 括终端测试桩、测试系统管理、测试用例和测试驱动的设计。终端测试桩的设计，解决 了监控系统在软件开发过程中缺少调试环境的问题，加快了软件开发速度，同时也为监 控系统的功能测试提供了测试环境；测试系统管理的设计，实现了对测试流程的监督和 管理，有效地提高了测试效率；测试用例的设计，优化选择了测试用例，并解决了测试 数据难以重复使用的问题：测试驱动的设计，实现了功能测试的执行过程中所设计测试 用例到符合数据通信协议内容的测试用例的转换。通过执行功能测试，测试人员可以较 早地发现监控系统中的缺陷错误，进而保障广域监控系统具有相对较高的软件质量。 关键词：广域监控系统，黑盒测试，终端测试桩，测试系统管理，测试数据，测试驱 动 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h ew i d e a r e am o n i t o r i n gs y s t e m t w a m s ) h a sb e e na p p l i e dw i d e l y t h er e m a r k a b l ec h a r a c t e ro f t h ed i s t r i b u t i o n a lw a m si s 廿1 a tm ec o n t r o l l e do b j e c t sa r ew i d e l yd i s t r i b u t e d ，t h ef i e l dc o n t r o l l e ra n dt h em o n i t o r i n g s e r v i c ec e n t e rh 嬲r e a l i z e dt h es u r v e i l l a n c ea n dt h ec o n t r o lo ft h ec o n t r o l l e do b j e c t si nt h e f o u n d a t i o no ft h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 w h i l et h eu s e ra p p l i e st h ed i s t r i b u t i o n a lw a m s ， t h eq u a l i t yr e q u i r e m e n to ft h ed e v e l o p e dw a m si se x t r e m e l yh a r s h e s p e c i a l l yh er e q u e s t s i a f i ef u n c t i o n so ft h ed e v e l o p e dw a m sm u s tm e e tu s e r sr e q u i r e m e n t ，s oh o w t ow e i g ht h e 劬c t i o n so ft h ew a m sw i t ht h ec a s es t i p u l a t e db y t h es o f t w a r er e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o no r n o t ，i tb e c o m e sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hs u b j e c to f t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g h 1m ef u n c t i o n so fm o n i t o r i n gs y s t e m ，t h eb l a c kb o xt e s t i n gp l a y sa ni m p o r t a n ta n d u n r e p l a c e a b l er o l e t h eb l a c kb o xt e s t i n gi s a l s ok n o w na st h ef u n c t i o n a l i t yt e s t ，a n di ti s o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tw a y so ft h es o f t w a r et e s t i n g i ti su s e dt ov a l i d a t ee v e r yf u n c t i o n w h e t h e rc a na g r e ew i t ht h ee x p e c t e dr e s u l tt h r o u g ht h et e s t i nv i e wo f t h ew a m s ss t r u c t u r e f - e a h e as e to fs o l u t i o ni sp r o p o s e di nt h i sp a p e r t h es o l u t i o ni su s e dt oa n a l y z ea n d t e s tt 1 1 e 向n c t i o n so f 【f m sw i t ht h em e t h o do ft h eb l a c kb o xt e s t i n g i nt h ep r o c e s so f t h ed e s i g no f t h es o l u t i o n , i tm a i n l yc o n s i s t so ft h ed e s i g no fr t u ( r e m o t e t e r m i n a lu n i t ) t e s t s t u b ，t e s t i n g s v s t e mm a n a g e m e n t , t e s tc a s ea n dt e s t 缸v e r t h er t u t e s t - s t u bi sd e s i g n e dt or e s o l v et h e i s s u et h a tt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n to fm o n i t o r i n gs y s t e m ( m s ) l a c k sd e b u g g i n g e n v i r o n m e n t a n ds p e e du pt h es o 脚a r ed e v e l o p m e n t ，a n da tt h es a m et i m ea l s op r o v i d et h e t e s t i n ge n v i r o n m e n ti n t h ef u n c t i o n a l i t y t e s to fm s t h et e s t i n gs y s t e mm a n a g e m e n ti s d e s i g n e dt ot e s te f f e c t i v e l yi nt h ep r o c e s so ft e s t i n g t h et e s tc a s ei so p t i m i z e d ，a n d t h ed e s i g n o ft e s tc a s ea l s or e s o l v e st h ei s s u eo fr e u s i n gt e s td a t a t h et e s td r i v e ra c h i e v e st h a tt e s tc a s e d e s i 霉皿e di st r a n s f o r m e da st h et e s tc a s ei nt h ep r o c e s so ff u n c t i o n a l i t yt e s t ，w h i c hs a t i s f i e s w i t ht h ec o n t e n to fd a t ac o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 t h r o u g he x e c u t i n gf u n c t i o n a l i t yt e s t ，t h e t e s t e rc a l le a r l yf i n dt h ef a u l tw h i c hh a sa l r e a d yb e e ni nt h em s ，a n dt h e ng u a r a n t e et h a tt h e m s p o s s e s s e sh i g hq u a l i t yo f t h es o f t w a r e k e yw o r d s ：w a m s ，b l a c k b o xt e s t i n g ，r t ut e s t - s t u b ，t e s t i n gs y s t e mm a n a g e m e n t ，t e s t d a t a , t e s td r i v e r i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名： 文川年，月罗9 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 茎幽 及硎年。日 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 1 绪论 1 1 研究背景与研究意义 1 1 1 研究背景 在过去二十年中，以信息交换为基础的计算机网络和分布式系统取得了飞跃性发 展。在分布式系统中，广域监控系统是本地计算机通过网络通信系统如i n t e r n e t i n t r a n e t ， 完成对广域分布的被控对象工作状态的监控和前端设备的诊断维护等功能，通常把能够 实现广域监控的通信系统、计算机软件、现场控制器称为广域监控系统【l 】。 ( 1 ) 广域监控系统的功能 广域监控系统是对广域分布的被控对象通过远程监控可以实现现场运行数据的实 时采集和快速集中处理。通过远程监控，技术人员无须亲临现场就可以监控生产系统和 现场设备的运行状态及各种参数。广域监控系统的功能如下【2 - 3 】： 采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟量或数字量进行检测、采样和必 要的预处理，并且以一定的形式输出，如报表、显示屏和电视等，为生产人员提供详实 的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况； 监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和输入 的数据进行分析、归纳、整理等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储； 管理功能：利用己有的有效数据、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测， 并以声光电的形式对故障和突发事件报警； 控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输 出，直接作用于生产过程。 ( 2 ) 广域监控系统的特点 广域监控系统中监控服务中心与前端设备之间是基于通信协议进行通信的，在通信 协议的基础上监控系统实现了对被控对象的监视和控制功能。广域监控系统在空间上规 模大、地域广，呈现分层、分布的广域体系结构，它在时间上尺度宽，能够实现对被控 对象的实时监视及控制。它控制目标多、复杂性高，不仅能够应用在交通、城市照明亮 化等领域，而且还在水利、消防等领域得到了广泛的应用【4 】。广域监控系统体系结构图 如图1 1 所示： 1 绪论硕士论文 表 现 层 业 务 逻 辑 处 理 层 物 理 层 图1 1 广域监控系统体系结构图 随着计算机技术和网络监控技术的迅速发展，广域监控系统的应用越来越广泛。广 域监控系统具有长期运行的稳定性、实时性等特点，使得用户要求广域监控系统必须满 足软件需求规格说明书中规定的功能性需求。为此，在广域监控系统投入运行之前，需 要对开发完毕的广域监控系统的功能性需求进行测试，而广域监控系统对被控对象的监 控功能的实现，是基于监控服务中心和现场控制器之间的广域网络通信协议实现的。换 句话说，广域监控系统对被控对象运行状态的控制功能是通过监控服务中心向现场控制 器下发控制命令来实现的，而广域监控系统的监视功能是通过现场控制器采集被控对象 的运行状态，然后将采集数据信息上传到监控服务中心集中处理实现的，因此，在对广 域监控系统进行功能测试时，利用黑盒测试( b l a c k - b o xt e s t i n g ) 方法将监控服务中心看成 个黑盒子，根据监控服务中心和现场控制器之间的广域网络通信协议来设计测试用例， 将测试用例驱动到被测监控服务中心，仅仅通过观察监控服务中心的外部行为来确定监 控系统的软件实现是否达到了预期要求，而不涉及程序的内部结构【5 】。简单地说，就是 在只知道程序的输入、输出和系统的功能的情况下，对广域监控系统的功能进行测试。 2 硕士论文 广域监控系统功能测试平台的设计与开发 黑盒测试的系统模型如图1 2 所示。 被测 系统 图1 2 黑盒测试的系统模型 广域监控系统功能测试是以验证所开发的监控软件的功能是否与软件需求规格说 明书中的功能性需求相一致为目的，来进一步保证广域监控系统的质量。本文以张家港 路灯监控系统作为广域监控系统的一个案例，开展了对广域监控系统功能测试的研究工 作。 1 1 2 研究意义 软件测试是软件质量把关的重要环节，在软件开发的周期中占有相当大的比重，而 功能测试是软件测试中的重要内容之一，也是在被测系统开发完成后，必须完成的一项 测试任务。根据广域监控系统的结构特点，明确了广域监控系统的功能性需求的测试是 基于广域网络通信协议的功能测试，从而需要搭建终端测试桩，即能够模拟多个现场控 制器的功能来与监控服务中心进行通信的测试桩( t e s ts t u b ) ，然后利用黑盒测试方 法分析和测试用户对被测监控系统的功能性需求，尽早发现并修正缺陷，尽量避免最终 交付给客户使用时可能产生的系统重大缺陷，最大程度地节省由于软件缺陷所造成的人 力和物力的开支。另外，在终端设备未开发出来的情况下，终端测试桩除了为功能测试 提供测试环境以外，还为监控系统的开发提供了调试环境，进而加快被测监控系统的开 发速度，缩短监控系统的开发周期，同时通过调试可以验证被测监控系统开发人员对通 信协议实现的正确性，从而保障了功能测试的有效进行以及被测监控系统与终端设备之 间能够以协议规定的功能进行正确的交型6 1 。在终端测试桩开发完成后，根据软件测试 的流程，迸一步设计功能测试平台，用于分析被测监控系统的功能是否符合用户的需求。 软件测试的流程如图1 3 所示： 3 1 绪论 硕士论文 图1 3 软件测试的流程 从质量的角度来说，测试人员较早地参与到项目中来，尽可能早地发现被测监控软 件中的错误，使开发人员尽早改正缺陷错误，可以提高监控系统的相对质量；从发展的 角度来说，通过广域监控系统的功能测试来发现缺陷错误，然后反馈给软件开发人员， 可以提高软件开发人员对软件测试工作的重视程度，进而推动我国软件测试技术的发 展，因此，广域监控系统功能测试平台的设计与开发具有重要的意义。 本文针对目前正在开发的张家港路灯监控系统这个新项目，以提高所开发的监控系 统的软件质量为目的，提出了用于分析和测试路灯监控系统功能性需求的一套解决方 案。 1 2 课题现状 1 2 1 国内发展及研究现状 在我国，软件测试技术的研究起步于“六五期间，主要是随着软件工程的研究而 逐步发展起来的，但是软件测试技术和管理水平、行业规范化程度与国际水平相比，还 存在很大差距。目前国内的软件开发普遍存在“重开发，轻测试”的现象，而且国内软 4 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 件提供商的质量承诺，既没有相应机构的监督，也没有第三方来认证，承诺显得极其苍 白无力【7 】。 在软件项目的开发过程中，软件测试是一个重要步骤，它贯穿在软件开发过程的每 一个阶段，能够确保在软件开发的过程中，随时发现问题，方便开发人员及时修改，但 是往往由于对软件测试的忽视，导致在项目投入运行之后，才发现软件具有严重缺陷问 题，从而不得不全部推倒从头再来，最后导致了前期人、财、物的浪费，同时也大大增 加了软件的开发成本。在软件测试研究方面，国内的软件测试研究工作进行的比较少， 相对做的较好的有：北京大学、北京航空航天大学等研究和开发了一系列的软件分析和 测试工具【8 】；航空计算机研究所、南京大学在嵌入式系统测试方面开发了一些静态分析 工具和测试用例自动生成工具；西北工业大学在航空软件仿真测试、并行软件综合测试 平台以及c s 系统的测试方面做了许多研究工作，并取得了一系列成果；深圳、上海等 多家企业也开始有软件测试管理和缺陷跟踪管理、功能测试等商业软件上市。这些都说 明了我国已经认识到了测试行业发展的重要性，也相信我国的软件测试行业发展前景一 定很美好【9 1 。 1 2 2 国外发展及研究现状 在软件业较发达的国家，软件测试不仅早已成为软件开发的一个有机组成部分，而 且在整个软件开发的系统工程中占据着相当大的比重。微软总裁比尔盖茨曾说过一句 话：“很多人都认为微软是一家软件开发公司，而事实上，我们是一家软件测试公司。” 由此可见，软件测试对于一家软件生产企业的生存发展有着极其重要的意义【l 们。在美国 硅谷地区，凡是软件开发企业或是设有软件开发部门的公司，都有专门的软件测试单 位，其中软件测试人员的数量相当于软件开发工程师的四分之三。 在软件规模扩大和结构不断复杂的情况下，国际上已经开始建立软件测试度和规 范。美国i e e e 、美国计算机协会( a c m ) 等组织制定了一系列软件测试规范，国外的许 多研究机构( 如n a t i o n a ls o f t w a r et e s t i n gl a b 等) 和公司( 如s o f t w a r er e s e a r c h ，i n c 、l d r a ) 进行了大量软件测试的研究和应用工作。适用于黑盒测试场合的黑盒测试工具包括功能 测试工具和性能测试工具。黑盒测试工具的一般原理是利用脚本的录制( r e c o r d ) 回放 ( p l a y b a c k ) ，模拟用户的操作，然后记录被测系统的输出，并同预先给定的标准结果相 比较。国外的黑盒测试工具主要有：m e r c u r yi n t e r a c t i v e 公司的w i n r u n n e r ，m 的r a t i o n a l r o b o t ，b o r l a n d 公司的b o r l a n ds i l kt e s t2 0 0 6 等。但是在监控领域，对广域监控系统的 功能性需求进行测试时，考虑到只有具备监控服务中心与终端设备进行通信的测试环 境，才能进行监控系统的功能测试，并且为了确保功能测试工作的顺利进行，还需要对 测试信息进行有效地管理【l l j ，进而提高测试的效率，最后将测试结果反馈给被测监控系 i 绪论硕士论文 统的开发人员，便于其进行修改缺陷，因此上述的黑盒测试工具无法完成对广域监控系 统的功能性需求的测试，需要设计一套针对广域监控系统的黑盒测试工具。 1 3 本文主要研究内容及组织结构 本文结合张家港路灯监控系统项目的开发，设计和实现了张家港路灯监控系统功能 测试平台。路灯监控系统功能测试平台主要由终端测试桩、数据库、测试系统管理、测 试驱动共四部分组成。本文主要研究的内容是终端测试桩的设计与实现、测试系统管理 的设计与实现、测试用例的设计与生成、数据库的设计与测试驱动的设计。在终端测试 桩的设计中，实现了对终端设备功能的模拟，解决了在终端设备未开发出来的情况下， 广域监控系统在开发过程中缺少调试环境的问题，而且终端测试桩的搭建也为成功完成 广域监控系统的功能测试创造了测试环境；在数据库的设计中，将测试数据从测试用例 中分离出来，着重解决了测试用例中测试数据难以重复使用的问题，而且数据库中测试 信息的设计体现了测试系统管理的数据模型，通过测试系统管理对整个测试流程中测试 信息的跟踪处理，有效地提高软件测试的管理水平及测试效率；在测试用例的设计与生 成中，利用黑盒测试中测试用例设计方法，优化选择测试用例中的测试数据，避免了冗 余测试数据的存在，同时，在满足给定的测试目标的前提下，达到了以尽可能少的测试 数据来组成约简的测试用例集，从而提高了测试效率，降低了测试成本：测试驱动的设 计完成了所设计测试用例到符合数据通信协议内容的测试用例的转化，为测试系统管理 中的测试执行提供了接口。 论文具体章节安排如下： 第章：绪论。本章介绍了论文相关课题的研究目的与意义、国内外发展及研究现 状以及本文主要研究内容及组织结构。 第二章：路灯监控系统及其功能测试平台的系统总体设计。本章阐述了路灯监控系 统的结构特点及被测监控系统的功能，然后分析了路灯监控系统中协议与被测监控系统 的功能之间的关系，在此基础之上，提出了路灯监控系统功能测试平台的总体结构设计 方案，并进一步介绍路灯监控系统中调试和测试的区别。 第三章：终端测试桩。本章首先分析了终端测试桩的功能，给出了数据库中终端信 息数据结构的设计，然后提出了终端测试桩的系统结构设计方案，最后实现了测试系统 中终端测试桩的搭建。 第四章：测试系统管理。本章首先对测试系统管理的功能进行分析，针对其测试功 能建立了功能测试模型，然后根据测试流程中测试信息不同，建立测试系统管理的数据 模型，并给出重要类的设计，最后实现了测试系统管理的数据访问功能。 第五章：测试用例的开发。本章首先分析测试用例中测试数据与路灯监控系统协议 之间的关系，然后细分可测试的功能项，并依据功能测试项对应测试用例中的测试输入 6 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 因素的种类异同，划分测试数据的种类，然后设计测试数据的数据结构，并结合黑盒测 试中测试用例的设计方法优化设计测试数据，最后分析t n 试驱动的逻辑原理，并给出 了测试驱动的设计思想。 第六章：总结与展望。本章总结了本文所做的主要工作和取得的成果，并提出了今 后测试系统需要研究和解决的问题。 磺士论立 广墟监控景统功能舅试平台的设计与开发 2 路灯监控系统及其功能测试平台的系统总体设计 开发功能涌试平台的目的有两个；一是与监控系统同时开发在监控系统的开发过 程中为其提供调试需求：二是，验证监控系统的功能是否符合用户的需求。其中的调试 需求是通过捂建终端测试桩模拟多个终端设备的功能来实现的，而验证监控系统的功能 是按照软件测试的基本流程逐步分析和设计实现的。在设计和实现终端滔试桩之前，必 须明确终端的功能；在设计和实现广域监控系统功能测试平台对监控系统的功能进行测 试之前，需要分析被浏监控系统的结构特点和功能。因此本章首先介绍路灯监控系统的 系统结构，以及路灯监控系统中终端设备、监控服务中心和数据通信协议的功能，然后 以验证被测监控系统的功能是否符合软件需求规格说明书为主要目的，设计了路灯监控 系统功能测试平台的系统结构，最后介绍了路灯监控系统中调试和测试的区别。 2 1 路灯监控系统的系统结构的简单介绍 2 1 i 路灯监控系统的总体结构 本文研究的背景是基于无线通信的路灯监控系统，从控制角度讲，它是“状态采集 信息处理控制干预”式的闭环控制系统，实现了对离散存在的被控对象实行集中检 测和控制，有效地降低了系统监控难度，同时提高了监控的效率和性能嗍。路灯监控系 统示意图如图2 1 所示： 踏灯亮化 现 。， 一 路灯亮 _ 茸前 图2 i 路灯监控系统示意圈 2 路灯监控系统及其功能蔫试平台的景统总体设计论文 路灯监控系统的主要组成部分有：位于监控现场的路灯终端、通讯网络、监控服务 中心。路灯监控系统中的被控对象路灯分布范围相对较广，用于监测和控制路灯运行状 态的路灯终端均位于路灯终端控制柜里，监控服务中心与路灯终端设备通过广域网络通 信协议来间接实现对路灯的监视和控制。 2 1 2 路灯终端 为了获取路灯的各种数据信息并对路灯施加控制，系统中必须有一套在监控现场能 对路灯进行检测和控制的测控系统，即终端【1 ”。终端中的各种传感器用于采集路灯实时 状态信息如三相电压、支路电流和继电器触点状态等数据信息，并将这些数据信息传送 到中心控制器，然后通过g p r s 通信网络4 1 ，将实时状态信息以一定的协议格式上传到 监控服务中心。监控服务中心对终端上传过来的数据信息，按照约定的协议格式进行解 析和处理，对处理后的重要数据信息如故障信息等保存到数据库中。另一方面终端通 过g p r s 通讯模块接收监控服务中心下发的控制命令或配置命令等命令信息，来对路灯 工作状态实施配置和控制。 基于以上功能，路灯终端主要由a d 转换模块、存储模块、中心控制模块、i 0 输 入输出模块和g p r s 通讯模块组成，其组成结构如罔2 2 所示 壁塑塑翌! 堕翌璺塑塑! 里 厂_ l _ _ i - 、j n d # * # 圳十i 三二割”n s m ，n # * 陲二= l = 。 i # * 模* 际d4 酵0 # i 0 ”模块* 【一l 。j 图2 2 路灯终端结构圈 以具有五条支路的三相站点和具有条支路的三相站点为例，描述终端所控站点的 电路结构以及对路灯开关灯状态的控制，终端所控站点电路图如图2 3 所示。一个继电 器可以控制多条支路，而一条支路可以被多个继电器所控制。在对支路的开关灯状态控 制中，电流互感器的变比c t 值用来保护电器设各，而继电器触点状态实施对支路开关 灯状态的控制。以五条支路的三相站点为例，该站点的一支路和三支路的电流互感器变 比都不为零的情况下，1 继电器的触点闭合，一支路和三支路的路灯开灯：如果一支路 电流互感器变比为零，而三支路的电流互感器变比不为零，j 1 继电器的触点闭合，则 一支路的路灯不开灯，而三支路的路灯开灯。 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 总开关 茵2 3 终端所控站点电路图 2 1 3 监控服务中心 监控服务中心是整个路灯监控系统的指挥和数据处理中心，主要完成各种信息和数 据的收发、整理，根据需要对各站点进行监视和控制，它由数据库、数据服务中，i i , ( d s c ) 、 业务展现服务器三部分组成，它是路灯监控系统功能测试平台测试的对象15 1 。它的主要 l l 2 路灯监控系统及其功能测试平台的系统总体设计硕士论文 功能有： 监控服务中心分析终端上传过来的工况信息包括电压、电流等，判断故障类型并 报警，进而做到异常、故障早发现早排除。 监控服务中心以当地3 6 5 天日出日落时间作为开关灯时间的基本条件，按照一定 的时间间隔向终端设备发送当天的开关灯时间，使终端设备按照开关灯时间，执行开关 灯操作。 监控服务中心接收监控人员的开关灯操作请求，将开关灯控制命令字下发到终端， 使终端执行开关灯操作。 监控服务中心能够接收监控人员的查询请求，查询站点消耗的电能，或查询站点 的当前开关灯状态，并显示站点当前实时状态如正常工况、故障等。 监控服务中心接收监控人员的配置请求，通过系统配置文件完成站点参数配置。 2 2 路灯监控系统中的协议 协议( p r o t o c 0 1 ) 是指两个或两个以上实体为了开展某项活动，经过协商后达成的 一致意见。协议主要有以下三个要素组成：语法一数据与控制信息的结构或格式；语 义确定通信双方“讲什么，定义了用于协调同步和差错处理等控制信息【1 6 】；同步 确定通信双方“讲话的次序”，定义了速度匹配和排序等。在路灯监控系统中，只 有监控服务中心和终端双方共同遵循路灯监控系统的数据通信协议，才能完成对路灯的 监视和控制的任务。在此基础上，分析路灯终端与监控服务中心之间的数据通信协议与 被测监控系统的功能之间的对应关系，对测试设计具有重要的指导意义。 路灯监控系统中监控服务中心与路灯终端之间共定义了六种相互交互的数据通信 协议。根据数据通信协议的传送方向不同，将数据通信协议分为上传信息和下传信息。 上传信息指从路灯终端发送到监控服务中心的数据信息，下传信息指从监控服务中心发 送到路灯终端的数据信息。它们的功能如下： 上传信息( 路灯终端专监控服务中心) 实时信息：由于在路灯发生故障时，路灯终端不能主动发现工作状态变化和异常 发生，所以需要路灯终端定时采集并上传路灯的实时信息，便于监控服务中心对路灯工 况进行实时检测。实时信息必须要能反映对应路灯的工作状态，特别是一些关键信息包 括：电压、各支路电流、控制柜门状态和触点状态等。 查询命令回应信息：查询命令回应信息除了查询路灯的工作状态时，路灯终端回 应的实时信息以外，还包括查询从站的电能时，从站回应的电能统计信息。 控制命令回应信息：自动开关灯控制命令和手动开关灯控制命令两种控制命令的 回应信息。 配置命令回应信息：监控服务中心给终端配置工作参数如触点的功能定义、支路 1 2 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 电流c t 值等参数信息时，终端的回应信息。 下发信息( 监控服务中心专路灯终端) 定时上传实时信息时的回应信息：监控服务中心接收到终端定时上传的实时信息 后，回应给该终端的信息，包括设置终端上传实时信息的时间间隔。 查询信息：包括查询某个终端实时采集到的工况信息和电能信息。 控制信息：从系统功能角度分析，需要能实现对终端的远程控制，此类承载控制 命令的信息定义为控制信息。终端接收到此信息时，执行相应的控制动作，如开灯和关 灯操作。 配置信息：远程终端所控的站点至多有四个继电器，可以设置继电器触点的开关 灯类型，如全夜灯、半夜灯等来控制所控支路的开关灯类型。同时也可以设置电流互感 器的变比c t 值来保护电器设备。 在上面分析的数据通信协议和功能之间的对应关系时，可知终端上传信息中仅实时 信息是终端主动上传给被测系统即监控服务中心的，其他的上传信息都是监控服务中心 下发控制命令、查询命令和配置命令的回应信息，因此，在测试系统利用黑盒测试方法 对被测监控系统进行测试时，测试系统只有基于终端上传的实时信息协议才能驱动被测 监控系统，所以确定被测监控系统的故障报警功能是可测的。在其他的功能中，因监控 中心服务器下发自动开关灯时间是基于时序的操作，可以通过w i n d o w s 授时服务器改 变测试环境的时间，来对自动开关灯功能进行测试以外，其它的功能均不可测。 2 3 路灯监控系统功能测试平台的系统总体设计 2 3 1 系统的结构 前面介绍了被测路灯监控系统的结构，熟悉了路灯监控系统中终端的功能、监控服 务中心的功能以及监控服务中心与路灯终端的通信机制，进而明确了路灯监控系统的功 能性需求测试是一种基于数据通信协议的测试。在此基础上，结合软件测试的基本流程， 提出了路灯监控系统功能测试模型的结构框图，它主要由被测监控系统、终端测试桩、 测试驱动、测试系统管理、数据库五部分构成，其中终端测试桩、测试系统管理、测试 驱动、数据库四部分共同构成了一个测试系统，与被测监控系统相互对立。路灯监控系 统功能测试模型的结构框图如2 4 所示。 1 3 2 路灯监控系统及其功能测试平台的系统总体设计硕士论文 图2 4 路灯监控系统的功能测试模型的结构框图 在测试系统的开发过程中，首先分析项目需求规格说明书中对路灯监控系统的功能 性需求，然后开发终端测试桩来模拟多终端设备的功能，为监控系统的开发提供调试环 境，因此终端测试桩是整个测试系统开发的起点。调试环境的需求决定了测试系统的开 发与监控系统的开发同步进行，而且在被测监控系统开发完毕之前，测试系统必须开发 完毕。在终端测试桩设计完成后，根据被测系统功能性需求的可测试性，将不可测试的 功能性需求通过终端测试桩的调试来验证其可靠性，而对可测试的功能性需求，需要等 到被测监控系统开发完毕之后，利用已经开发好的测试系统对其进行测试，最后评估被 测功能是否符合软件需求规格说明书。 1 4 硕士论文 广域监控系统功能测试平台的设计与开发 2 3 2 终端测试桩 系统测试属于黑盒测试的一种，主要工作是将完成集成测试的系统放在真实的运行 环境下进行测试，用于功能确认和验证。针对广域监控系统的结构的特点，监控系统通 过监控服务中心与终端交互的数据通信协议来间接实现对被控对象的监视和控制，如果 没有终端与监控服务中心进行通讯，那么就无法实现对被控对象的监视和控制，也就是 说，监控系统的功能实现依赖于终端，因此对监控系统的功能进行测试时，必须为被测 监控系统搭建终端测试桩，即能够模拟多个终端的功能的测试桩子( t e s ts t u b ) ，通 过运行终端测试桩和监控服务中心，尽可能逼真地模拟广域监控系统实际运行的环境， 来对监控系统的功能进行测试。从结构化的角度对终端测试桩进行分析，其数据流图如 图2 5 所示： 日佰恳 舀 多终端模拟系统 匹 占息 息 查目 主 站 、 调 试 一警 窗 口 工况 2 应答唰 处 配置 理帧婺 解 析 数 据 查询拄 一新搿i 终端数据库 ( 3 ) 终端铡试桩的第二层d f d 图2 5 终端测试桩的数据流图 2 路灯监控系统及其功能测试平台的系统总体设计 硕士论文 2 3 3 测试系统管理 测试管理是指通过一定的管理方法对整个软件测试过程进行监控，从而提高软件测 试的工作的绩效。在路灯监控系统的功能测试过程中，在测试计划阶段分析被测监控系 统需求规格说明书和测试任务书，确定需要被测试的功能性需求，然后分解监控系统的 功能，将其分解成多个可以有效测试的功能测试项，然后选择测试方法，指定测试通过 的标准，规定所测试的功能测试项的优先级，并将这些测试信息存储到测试数据库中进 行管理；在测试设计阶段，针对每一个功能测试项设计测试用例，并对测试用例进行有 效地组织和管理；在测试执行过程中，按照执行的结果是否和预期的结果相匹配，进行 有效的跟踪测试用例的执行状态( 包括“未执行”、“通过和“未通过 三种状态) 也 是至关重要的，因为它是测试报告信息中的重要组成部分，它可以用于确定被测监控系 统的某个功能是否符合预期要求；在测试总结时，将测试评估信息反馈给被测监控系统 开发人员，可以更好地帮助开发人员修改错误，因此在路灯监控系统的功能测试系统中 设计测试系统管理，对测试流程进行管理，可以提高软件测试的质量，其功能图如图2 6 所示。 1 6 图2 6 测试系统管理的功能图 测试系统管理的功能除了测试计划管理、测试过程管理、评估信息管理以外，还包 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 括终端信息管理。 2 3 4 测试驱动 在路灯监控系统的功能测试模型中，由于测试系统与被测监控系统之间的通信是基 于数据通信协议的，所以设计的测试数据组合生成测试用例之后，无法将测试用例直接 驱动到被测监控系统。为了解决此问题，需要设计测试驱动将测试数据组合生成的测试 用例转换成可执行测试用例，即符合数据通信协议内容的测试用例，最后由终端测试桩 传送到被测监控系统，实现相应的测试目标。 2 4 路灯监控系统中调试和测试的区别 软件测试是为了发现错误而执行程序的过程n 7 】。测试本身的目的是尽可能多地暴 露程序中的错误，而不是证明程序无错误，但是发现错误的最终目的还是为了改正错误。 由于软件工程的根本目标是以较低的成本开发出高质量的完全符合用户要求的软件，因 此在成功测试之后，还必须利用调试来进一步诊断和改正程序中的错误。软件测试与软 件调试是两个密切相关的过程，但有着本质的区别，其区别如表2 1 所示： 表2 1 测试和调试的区别 测试调试 以发现错误为目的以定位、分析和改正错误为目的 不一定能发现全部错误要把已发现的错误全部改正 尽量由测试人员进行尽量由被测软件开发人员去排错 测试能预期和可控调试需要想象、经验和思考 单独作为一个阶段 穿插在测试和编程的过程中 软件测试按照软件开发的过程可以分为单元测试、集成测试、系统测试等。功能测 试是系统测试的重要内容，它是在系统开发完毕后必不可少的测试工作。虽然有一些问 题必须通过功能测试才能发现，但是功能测试中发现的问题并不像单元测试和集成测试 那么容易定位。功能测试所发现的缺陷很有可能是由调用的其他模块引起的，很难通过 发现的问题直接找到问题的代码，所以需要通过调试来定位问题所在。简而言之，就是 在并非所有的问题都可以通过测试轻易地定位出来的情况下，调试仍然是必须手段【l 8 | 。 在路灯监控系统的功能测试过程中，为了保障测试系统对被测监控系统的功能测试 顺利实现，在测试执行之前，被测监控系统的开发人员和测试人员需要协同工作，通过 调试来确定测试系统和被测监控系统之间数据通信协议实现的一致性，只有通信双方正 确理解和实现数据通信协议，测试系统才能有效执行被测系统的功能测试；在测试人员 执行测试的过程中，能够为被测监控系统提供调试环境的终端测试桩又是测试环境中不 可缺少的一部分，而且利用黑盒测试方法对被测监控系统的功能进行测试时，由于被测 1 7 2 路灯监控系统及其功能测试平台的系统总体设计硕士论文 监控系统的故障报警功能可测，其它一些功能不可测，为了提高被测监控系统的质量， 必须搭建终端测试桩对不可测试的功能进行调试来验证其可靠性，然后等待测试系统开 发完毕后，对可测试功能按照软件测试的基本流程，对其执行测试来确认其正确性。因 此可以说，在测试系统中，对被测监控系统的调试工作先前于测试工作，调试为测试做 了准备，而测试是在调试的基础上的一种更高级的工作，在成功测试之后，又需要调试 来改正错误，它们之间相辅相成，甚至可以说，它们之问的组合共同把好了被测监控系 统的质量关。 2 5 小结 本章首先分析了路灯监控系统的结构特点，简单介绍了路灯终端及被测监控系统的 功能，然后分析了路灯监控系统中数据通信协议与功能的对应关系，确定了测试系统对 被测监控系统的功能测试是基于数据通信协议的测试，并在此基础上提出了路灯监控系 统功能测试平台的系统结构设计方案，最后介绍了路灯监控系统中调试和测试的区别。 硕士论文广域监控系统功能测试平台的设计与开发 3 终端测试桩 前面分析了路灯监控系统的结构框图，基于路灯监控系统结构的特点，提出了路灯 监控系统功能测试模型。在功能测试模型中，终端测试桩是测试系统中的重要组成部分， 搭建终端测试桩主要是为了解决在没有终端的条件下被测监控系统的功能测试无法执 行的问题；终端测试桩还解决了在终端未开发出来的情况下，监控系统的开发缺少调试 环境的问题，进而加快了监控系统的开发速度。 3 1 终端测试桩的功能分析 终端测试桩是被测监控系统测试环境的重要组成部分，它能够模拟多个终端的功 能，它是上行信息的源头，同时也是下行信息的执行点，因此终端测试桩的主要功能有： 模拟采集正常工况信息和故障信息，并定时将正常工况信息或故障信息上传到监控服务 中心；在接收监控服务中心下发的控制命令、查询命令和配置命令信息时，终端测试桩 不仅能够应答，而且还可以对命令信息进行数据处理，然后对终端测试桩中虚拟站点进 行电流互感器变比的配置、继电器触点状态的控制等功能。终端测试桩用例图如图3 1 图3 1 终端测试桩用例图 1 9 3 终端测试桩硕士论文 3 2 终端信息数据库的设计 在路灯监控系统的实际运行环境中，监控服务中心的数据库中存储了每个终端的终 端信息，监控服务中心在监视和控制被控对象时，需要依据终端信息向终端发送命令信 息才能达到监视和控制被控对象的目的。终端测试桩是多个虚拟终端的集合，要想实现 模拟多个终端的功能，那么在终端测试桩的初始化之前，需要获取终端信息如站点编号、 组号、总电流c t 值等信息，来搭建终端测试桩。为了使终端测试桩较有效地为被测监 控系统提供调试环境和为测试系统提供测试环境，需要保持终端测试桩的终端信息与监 控系统中的终端信息相一致，因此测试系统的数据库中需要存储终端信息。在终端测试 桩搭建过程中，针对路灯终端所控站点的电路结构特点，提出关于终端信息的数据库设 计方案，并完成方案的设计。 3 2 1 数据库设计的基本准则 测试系统中数据库是利用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 5 数据库平台进行设计的。在关 系数据库的设计中，为了更好地组织和管理数据，减少存储数据的物理需求，必须遵循 一定的规则来构造数据库，而这些用于规范化数据库的规则便是范式，范式是符合某一 种级别的关系模式的集合。一般来说，规范化删除了重复数据并最小化冗余的数据块， 关系数据库的范式设计可有效地解决数据库的异常操作问题【l9 1 。 在设计关系数据库时，关系数据库中的关系必须满足不同的范式。目前关系数据库 有六种范式：第一范式( 1 n f ) 、第二范式( 2 n f ) 、第三范式( 3 n f ) 、第四范式( 扑师) 、 第五范式( 5 n f ) 和第六范式( 6 n f ) 。满足最低要求的范式是第一范式