工业互联网边缘计算 课件 任务5.4 边缘网关测试

——工业互联网边缘计算——模块5项目测试目录CONTENTS项目测试的整体设计任务5.1传输网络测试任务5.2边缘与云中心服务器测试任务5.3边缘网关测试任务5.4应用集成测试任务5.5边缘计算网络安全技术与安全测试任务5.6任务5.4边缘网关测试5.4.1边缘网关测试需求工业智能网关在边缘计算项目中作为边缘网关，不仅负责工业场景下的网络连接和协议转换，而且负责终端采集数据的实时分析，与云服务器之间进行资源、服务、应用的全面协同。对边缘网关进行测试是保证边缘正常运行的关键环节。工业互联网产业联盟标准AII/008-2021《工业互联网边缘计算边缘网关技术要求及测试方法》中对工业场景下边缘网关的技术要求及测试方法进行了详细说明，包括：边缘网关硬件的测试方法，边缘网关网络的测试方法，边缘网关控制转换、数据采集、数据分析、断网续传等能力的测试方法，边缘网关二次开发、智能作业、运维管理、日志管理等能力的测试方法，边缘网关相互之间协同运行、与云服务器协同运行、独立运行等多种运行方式的测试方法，边缘网关安全功能的测试方法。基于边缘网关在边缘计算项目中的常用角色和作用，本模块重点介绍以下四方面内容：（1）边缘网关硬件的测试方法；（2）边缘网关网络的测试方法；（3）边缘网关数据采集、数据分析、断网续传、智能作业等业务能力的测试方法；（4）边缘网关相互之间协同运行、与云服务器协同运行、独立运行等运行方式的测试方法；其中，对边缘网关断网续传能力的测试其实是从边缘网关的角度对系统高可用性的测试。5.4.2边缘网关测试方法1.边缘网关硬件的测试方法1）用户侧和网络侧接口的测试：在边缘网关的用户侧接入PLC或者其它现场设备，现场设备使用MQTT、HTTP、OPCUA等方式向边缘网关发送数据，查看边缘网关是否能够接收到正确的数据；在边缘网关的网络侧配置转发方式，如以太网或者WIFI等方式，让边缘网关将数据转发至云服务器，查看云服务器是否能够接收到正确的数据；如果数据上报正确、稳定、连续，判定边缘网关中用户侧和网络侧接口通过测试，否则判定不通过。2）计算存储等基础能力的测试：测试边缘网关中flash闪存能够连续写入的最大数据量，记录最大值；测试向边缘网关中写入256字节数据所需要的时间，计算边缘网关单条记录的写速度；测试从边缘网关中读出256字节数据所需要的时间，计算边缘网关单条记录的读速度；测试从边缘网关中循环读出多条记录的所需要的时间，计算边缘网关循环读取的读速度；如果上述测量值在业务要求的范围内，判定边缘网关计算存储等基础能力通过测试，否则判定不通过。3）稳定性的测试：建立边缘网关与PLC设备或者数据模拟系统的连接；在PLC设备或者数据模拟系统中配置大量持续发送的数据；让边缘网关连续运行7×24小时，验证边缘网关中有无数据丢失、进程挂死等现象，观察测试期间的系统负载情况；如果边缘网关能够稳定运行7×24小时以上，期间无异常发生（数据无丢失、错乱，进程无挂死、重启，CPU和内存均平稳），判定边缘网关稳定性通过测试，否则判定不通过。4）并发性的测试：通过测试系统模拟出200个PLC设备，使这些设备同时与边缘网关建立连接；让模拟出的PLC设备向边缘网关发送数据；逐量增加接入的PLC设备的数量直至达到最大值，验证边缘网关中有无数据丢失、进程挂死等现象，观察测试期间的系统负载情况；如果正常并发情况下无异常发生（数据无丢失、错乱，进程无挂死、重启，CPU和内存均平稳）并且边缘网关允许接入的最大PLC数量在业务要求的范围内，判定边缘网关并发性通过测试，否则判定不通过。5.4.2边缘网关测试方法2.边缘网关网络的测试方法1）网络切换能力的测试：在边缘网关上配置两种或者两种以上的网络接入方式，如以太网或者WIFI等方式；启动边缘网关，在云服务器上检测边缘网关是否能够正确接入；在边缘网关上断开任意一种网络接入方式，在云服务器上检测边缘网关是否能够正确接入；如果在边缘网关上断开任意一种网络接入方式以后，边缘网关依旧能够正确接入云服务器或者短期中断并在指定时间内恢复，判定边缘网关网络切换能力通过测试，否则判定不通过。5.4.2边缘网关测试方法3.边缘网关业务能力的测试方法（1）边缘网关数据采集能力的测试方法1）传输时延的测试：在边缘网关中对PLC时间进行采集；将采集到的PLC时间转发至检测平台；检测平台收到数据的时间与所收到的PLC时间做差值，即为传输时延；如果传输时延在业务要求的范围内，判定通过测试，否则判定不通过。2）采样频率的测试：在边缘网关中对PLC周期变化的数据和PLC时间进行采集；将采集到的PLC周期变化的数据和PLC时间转发至检测平台；检测平台通过PLC周期变化的数据和PLC时间的双重校验计算采样频率并且检测连续性；如果采样频率在业务要求的范围内，判定通过测试，否则判定不通过。（2）边缘网关数据分析能力的测试方法1）数据预处理的测试：在边缘网关中对PLC持续发送的数据进行采集；在边缘网关中对采集到的数据进行预处理，例如将工程值转换为仪表值，设定数据筛选、过滤、抽取等规则，设定简单的函数规则；检测处理后的结果和预设是否相符；如果相符，判定通过测试，否则判定不通过。2）数据可视化的测试：在边缘网关中对PLC持续发送的数据进行采集；在边缘网关中对采集到的数据进行简单的配置，展示其历史趋势、实时值；检测可视化的结果和预设是否相符；如果相符，判定通过测试，否则判定不通过。5.4.2边缘网关测试方法3.边缘网关业务能力的测试方法（3）边缘网关断网续传能力的测试方法1）断网续传的测试：在测试平台上设置边缘网关通过MQTT或者HTTP 方式传输数据到云服务器的测试脚本，启动测试脚本；手动断开边缘网关的网络连接，30秒后结束测试脚本；观察网络连接恢复以后边缘网关中未上传云服务器的数据是否能够继续上传；如果能够继续上传，判定通过测试，否则判定不通过。2）边缘缓存的测试：类似于对断网续传的测试，观察网络连接未恢复时边缘网关中已缓存数据的完整性和连续性；如果已缓存数据完整且连续，判定通过测试，否则判定不通过。（4）边缘网关智能作业能力的测试方法1）任务编排的测试：在边缘网关中对PLC持续发送的数据进行采集；在边缘网关中设定数据处理规则，先将采集到的数据乘以2，再筛选低于某个值的数据上报云服务器；检测执行的结果和预设是否相符；如果相符，判定通过测试，否则判定不通过。2）模型部署的测试：在边缘网关中对PLC持续发送的数据进行采集；在边缘网关中调用安装好的机器学习库（sklearn）提供的top-N、Kmeans、SVM、线性回归、决策树等算法处理采集到的数据；检测执行的结果和预设是否相符；如果相符，判定通过测试，否则判定不通过。5.4.2边缘网关测试方法4.边缘网关运行方式的测试方法1）相互之间协同运行的测试：连接多个边缘网关；第一种情况，各边缘网关分别采集输入数据，通过边缘网关之间通信，使其它边缘网关获取各自采集到的输入数据；第二种情况，各边缘网关分别采集输入数据并对采集到的数据进行运算处理，通过边缘网关之间通信，使其它边缘网关获取各自处理后的输入数据；第三种情况，单一边缘网关采集输入数据并对采集到的数据进行运算处理，通过边缘网关之间通信，使其它边缘网关输出相同的处理结果；通过上述三种情况测试边缘网关相互之间协同运行的情况；如果转发数据正确、实时，数据无错码、乱码，不存在丢包现象，边缘网关之间可以协同输入、协同运算、协同输出，判定通过测试，否则判定不通过。2）与云服务器协同运行的测试：通过云服务器远程启动或者停止边缘网关，观察边缘网关是否能够正确启动或者停止；通过云服务器向边缘网关下发安装应用的命令并且启动该应用，观察边缘网关的执行结果；通过云服务器向边缘网关下发升级应用的命令并且启动该应用，观察边缘网关的执行结果；如果能从