【某视频监控产品基于RFC2544的网络测试改进分析案例6700字】

某视频监控产品基于RFC2544的网络测试改进分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u14343某视频监控产品基于RFC2544的网络测试改进分析案例 125421.1已有测试项目分析 1301111.1.1PD协议测试 137901.1.2高低温环境测试 3279531.1.3电磁兼容测试 5225661.2网络测试改进 8146181.2.1交换机产品的RFC2544测试 8215601.2.2摄像机产品的RFC2544测试可行性分析 1378411.2.3摄像机产品的RFC2544测试验证 15某视频监控产品在发布前经过了PD协议测试、高低温环境测试、电磁兼容测试，均测试通过，但是在实际现场使用中出现，网络传输丢包的问题。针对此问题，分析当前的测试项目，发现缺少网络数据传输相关的测试项，因此考虑将用于交换机类产品数据传输测试的RFC2544测试，引入到摄像机产品测试中来。但是由于摄像机产品与交换机类产品存在差异，测试项目无法完全复制，需要进行差异分析和改进。本章节将具体分析RFC2544的测试要求及摄像机产品的传输原理，将RFC2544测试方法引入到摄像机产品测试，并从实际测试结果中分析验证方法的可行性。1.1已有测试项目分析1.1.1PD协议测试在网络摄像机的实际应用中，为了省去设备等AC变压器，简化综合布线工程，降低成本，会使用网线进行供电。通过网线给其他设备供电的设备，如交换机，称为PSE设备；本身通过网线受电的设备，如网络摄像机，成为PD设备。网线供电的可以实现的理论基础是：一则因为网络摄像机的功率较小，网线供电已经可以足够满足摄像机的实际需求，也不会影响网络数据的传输；二则标准以太网有4对线，而在数据传输中只使用了2对，剩余的2对刚好可以考虑用作他用REF_Ref9458\r\h[4]。使用POE供电系统的设备需要具备以下特性：电压最大不超过48V；电流最大不超过550mA；最大功率不超过13W；无负载的情况下，电流最大不超过5mA；典型工作电流为10-350mA。POE供电的工作过程：当PSE设备开始输出很小的电压时就开始不停的进行检测，直到检测到受电设备为标准设备。当确认对方是标准受电设备后，供电设备会根据其功耗大小对其进行分类。分类完毕后，开始供电，但是最大电压不会超过48V。之后，供电设备持续为受电设备进行稳定供电。当受电设备从网络上断开时，供电也会断开，但是隔一段时间后，会再次检测是否有新的受电设备接入。一则可以保护其他非受电设备受到损害，二则可以确保供电的稳定性和连续性。当受电设备电流消耗下降到最低值以下，PSE会断开电源并再次启动检测过程。过程如图1.1所示。图1.1PSE供电过程PD协议测试：分级测试将设备分为三级，分别是3W，7W和13W，与之对应的是1.3V，5.0V和12V变压器。当前的PD测试是在测试前根据摄像机的实际功耗确定受试摄像机属于哪个等级。之后借助安捷伦的测试仪器，模拟供电设备，向摄像机供电，检测在整个供电过程中，摄像机的各个受电指标是否达到要求。比如启动电流和电压是否过高，稳定供电过程中是否出现电流或电压的跳变，返回给测试仪器的应答值是否准确等。1.1.2高低温环境测试如图1.2所示为常用的高低温试验箱。图1.2高低温试验箱1、低温环境测试：《GB/T2421.1环境试验低温》中规定电子电工产品在低温环境下的运行、运输和存储的要求。标准中将产品分为散热类产品和非散热类产品。网络摄像机产品属于标准规定中的散热类产品，即允许在设备内部通过散热片或风扇等辅助设备对产品进行散热。待测产品在整个实验中通电或加电负载，检测测试产品的功能是否满足相关规定的要求。同时需要在测试中或测试结束后对产品进行功能确认。试验中应使用温度传感器来测量实验箱中的空气温度，温度传感器的位置应确保其受热扩散的影响可忽略不计。测试结束后，测试产品应在温度上升前断电或卸掉负载，部分产品要求在整个升温期间保持通电运行状态。在恢复的过程中，应按要求去除水滴，同时不能损害测试产品。恢复时间至少要1个小时，确保产品达到了稳定的状态。低温测试的严酷等级如表1.1所示。表1.1低温测试的严酷等级温度要求-65℃，-55℃，-50℃，-40℃，-35℃，-25℃，-20℃，-10℃，-5℃，+5℃试验时间2h，16h，72h，96h结合上述标准的要求，在摄像机产品的实际测试中，我们是按照产品的标称温度下限作为试验温度，持续时间选择标准中规定的16个小时。摄像机在测试前上电，且稳定运行在典型配置下，整个测试过程中，摄像机产品不能出现花图、重启、网络断开等异常情况。2、高温环境测试：《GB/T2421.2环境试验高温》中规定了元件、设备或其他产品在高温环境条件下使用或贮存的要求。对于网络摄像机产品，标准中规定要在无强迫空气循环的情况下进行试验。对于一般实验室来说，试验箱太小，没有强迫空气循环的话很难达到温度均匀的要求，因此标准中也规定如果实际操作很难达到这一要求，待测产品也可以在有强迫空气循环时进行测试。在测试前需要对产品进行外观及电气和机械性能的检查。试验箱应满足规定的严酷等级的温度要求。测试中需要产品的摆放、配置及负载大小要满足日常使用中的要求，且稳定运行一段时间后进行测试。如果产品在实际使用中需要一些特定的装置，那测试中应和这些装置一起测试。在测试中需要对产品进行功能确认，整个确认过程中，产品不能从试验箱中取出来。产品的恢复时间不能少于1h，确保产品达到稳定状态。在恢复阶段，可以对产品进行上下电等操作。最后需要根据相关规定对产品进行功能确认。对于试验箱中有多个产品时，标准规定产品不能受到其他产品或安装支架的干扰。标准中规定的温度要求如表1.2所示：表1.2高温测试的严酷等级温度要求200℃，175℃，155℃，125℃，100℃，85℃，70℃，55℃，40℃，30℃持续时间2h，16h，72h，96h在摄像机产品的实际高温测试中，采用产品标称温度上限作为试验温度，持续时间选择标准中规定的16个小时。摄像机在测试前上电，且稳定运行在典型配置下，整个测试过程中，摄像机产品不能出现花图、重启、网络断开等异常情况。3、恒定湿热测试：《GB/T2421.3环境试验恒定湿热试验方法》中规定了产品在恒定温度、无凝露、经规定时间高温环境影响的试验方法。在测试进行中需要对产品进行检测，在试验结束后，产品应该在试验箱中完成功能检测。标准中规定的严酷等级如表1.3所示：表1.3恒定湿热测试的严酷等级温度℃30304040湿度RH%93859385持续时间12h，16h，24h或2d，4d，10d，21d或56d在摄像机产品实际湿热试验中，温度值选用的是产品标称温度上限，湿度选择的是93%，持续时间选择24个小时，比标准中的规定等级要严酷，主要是考虑到产品会应用到湿热的外部场景中。摄像机在测试前上电，且稳定运行在典型配置下，整个测试过程中，摄像机产品不能出现花图、重启、网络断开等异常情况。4、温度变化试验《GB/T2421.22环境试验温度变化》要求产品需要在出厂前经过一次或多次温度变化的实验，以便满足产品在实际中可能会遇到的冷热交替情况。具体的实验次数可以由设计者自身决定。该试验的影响主要来源于：条件试验的高温值和低温值在高温或低温环境下的持续时间温度从高温到低温或从低温到高温的变化速率温度变化的循环次数测试样品吸收的热量或从测试样品传递出去的热量在测试前和测试结束后，需要对产品进行目视检查、电气和机械性能的测试。标准中规定高温和低温值可以从GB/T2421.1和GB/T2421.2中选取。一般规定测试时间是3小时。摄像机产品的实际温度循环测试，选择标称温度上限作为高温值，选择标称温度下限作为低温值，持续时间选择2个小时，循环两次。摄像机在测试前上电，且稳定运行在典型配置下，整个测试过程中，摄像机产品不能出现花图、重启、网络断开等异常情况。1.1.3电磁兼容测试1、静电测试《GB/T17626.2静电放电抗扰度试验》规定了电子产品在遭受来自操作者或操作者对邻近物体的静电放电时的产品性能要求，即接触放电和空气放电，同时规定了不同环境和安装条件下试验等级的要求。静电试验中接触放电和空气放电的测试等级如表1.4所示，静电放电发生器性能要求如表1.5所示。表1.4静电试验等级接触放电空气放电等级试验电压KV等级试验电压KV12122424363848415同时标准中也对静电放电发生器的性能进行了规定，如表1.5。表1.5静电放电发生器性能要求表参数数值接触放电模式下的输出电压1-8kV空气放电模式下的输出电压2-15kV输出电压容差0.05输出电压极性正极和负极保持时间不小于5s放电方式单次放电设备在经过静电放电测试后会出现明显的老化，MTBF将显著缩短，因此对于安装好的设备不进行现场静电放电试验。在试验中需要对设备进行功能检测，按功能丧失或性能降低进行分类。摄像机产品的实际静电测试中采用如表1.6的等级进行测试：表1.6摄像机产品静电放测试等级放电等级试验次数接触放电7kv正负各30次空气放电9kv正负各10次测试前，要求摄像机上电运行，且网络传输正常，移动侦测等常用功能开启；测试中，图像无花图，功能正常；测试结束后检查供电口和网口功能正常。2、浪涌测试：《GB/T17626.2浪涌抗扰度试验》中规定了设备对由于开关和雷电瞬变过电压引起的单极性浪涌抗扰度的要求。浪涌试验等级如表1.7所示。表1.7浪涌试验等级等级试验电压（开路）kV10.5213244对称通信线的端口使用10/700us组合波，波形参数表1.8所示；电源线或短距离信号互联线的端口应使用1.2/50us组合波，波形参数如表1.9所示。表1.810/700us-5/320us波形参数类别波前时间us半峰值时间us上升时间us持续时间us开路电压10x（1±30%）700x（1±20%）6.5x（1±30%）700x（1±20%)短路电流5x（1±20%）320x（1±20%）4x（1±20%）300x（1±20%)表1.91.2/50us-8/20us波形参数类别波前时间us半峰值时间us上升时间us持续时间us开路电压1.2x（1±30%）50x（1±20%)1x（1±30%）50x（1±20%)短路电流8x（1±20%）20x（1±20%）6.4x（1±20%）16x（1±20%）对摄像机产品的网络端口进行2kv的浪涌测试。测试网络端口时，摄像机需要上电运行，测试结束后网络数据传输正常，不应出现花图、网络不通等异常情况。3、脉冲群《GB/T17626.4电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》规定了电子产品对重复性脉冲群的抗扰度要求，主要是评估产品电源口、信号口、控制及接地端口在遭受重复脉冲群时的性能。脉冲群试验等级如表1.10所示。表1.10脉冲群试验等级等级电源和接地端口信号和控制端口电压峰值kV重复频率kHz电压峰值kV重复频率kHz10.55或1000.255或100215或1000.55或100325或10015或100445或10025或100测试中需要将待测端口的线缆夹在耦合钳内，辅助设备可以适当去耦。测试中和测试结束后均需要对设备进行功能和性能的确认。对摄像机的网络端口进行1kv，重复频率5kHz的脉冲群测试。4、传导抗扰度《GB/T17626.6射频电磁场传导骚扰抗扰度试验》规定了产品对150kHz-80MHz频率范围内射频发射机电磁骚扰的传导抗扰度要求，如表1.11所示。表1.11传导抗扰度试验等级等级电压V1123310测试中和测试结束后需要对产品的功能和性能进行确认。实际测试中摄像机产品的网线进行3V的传导抗扰度测试，且测试中摄像机不能出现花图等情况。通过上述的一系列测试都未发现现场反馈网络问题产品的缺陷项，因此针对这一现象计划引入新的测试项目。1.2网络测试改进1.2.1交换机产品的RFC2544测试RFC2544是网络互联设备测试的国际通用方法，主要测试三个性能指标：吞吐量、丢包率、时延。目前此项测试主要使用思博伦的testcenter进行测试，如图1.2所示。图1.2思博伦testcenter吞吐量吞吐量是指在不丢帧的情况下，设备能发送和接收的最大数据速率。对于由16个网口的交换机来说，它的吞吐量应该是16个网口各自的最大速率之和。测试中一般会测试不同帧长情况下的速率，比如64、128、256、512等，然后通过调整仪器发出的速率，监测被测设备的丢包情况，当设备不丢包时的最大速率就是该设备的吞吐量。1、需要考虑的测试条件：测试时间测试时间一般设置20秒。测试次数考虑到测试结果存在随机性，为取得平均稳定的效果，测试次数一般设定为20次。测试精度吞吐量测试一般采取二分法，精度一般定为不超过理论速度的1％。测试帧长RFC2544建议长度一般取64、128、256、512、1024、1280、1518。同一速率下，帧长越小数量越多处理事件就越长，对测试结果影响最大；反之，帧长越大，影响越小。2、计算方式：标准规定8字节前导码和12字节到最小帧间隔，计算如下：帧速＝接口速率／（发送帧长＋12+8）＊8（1.1）可以计算出10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s的不同帧长的理论吞吐量，如表1.12所示。表1.12不同接口速率下不同帧长的理论吞吐量帧长(bytes)10Mbit/s100Mbit/s1000Mbit/s6414880.95fps148809.5fps1488095fps1288445.94fps84459.4fps844594fps2564528.98fps45289.8fps452898fps5122349.62fps23496.2fps234962fps10241197.31fps11971.1fps119731fps1280961.53fps9615.3fps96153fps1518812.74fps8127.4fps81274fps3、测试结果：以8口千兆交换机为例，测试结果如表1.13所示：表1.138口千兆交换机吞吐量测试结果帧长(bytes)测试值(fps)理论值(fps)6411904762.411904761.9051286756756.86756756.7572563623188.83623188.40651218797001879699.2481024957855.2957854.4061280769231.2769230.7691518650195.2650195.059丢包率丢包率是指设备在一定负载情况下，丢掉的包的数量与理论需要转发的包的数量之比。测试时负载一般从100%开始，如果出现丢包就降低10%，直到设备不丢包即停止测试。需要考虑的条件：（1）测试次数：同吞吐量，一般测试次数设定为20次，取20次测试值的平均值。（2）测试帧长64字节、128字节、256字节、512字节、768字节、1024字节、1280字节、1518字节，均需要进行测试。计算公式：丢包率＝发送的包总数－接收的包总数／发送的包总数＊100%（1.2）测试结果：以8口千兆交换机其中一个网口为例，测试结果如表1.14所示。表1.148口千兆交换机丢包率测试结果帧长(bytes)负载(%)发送量接收量641002380952402380952406490214285720214285720128100135135136135135136128901216216241216216245121007246377672463776512906521739265217392102410037593992375939921024903383459233834592128010019157096191570961280901724138417241384151810015384616153846161518901384616013846160三、时延时延是指数据帧进入与离开网络设备之间的时间间隔，时延越大说明设备处理帧的速度越慢。时延的定义分为两种：（1）最后一位输入帧到达输入端口的时间与第一位输出帧到达输出口的时间之间的差值。（2）第一位输入帧到达输入断开的时间与第一位输出帧到达输出端口的时间之间的差值。我们目前测试中经常使用的时第二种，因为此种方法的计算结果与包的大小无关，因此结果较稳定。根据上述定义可以得出，时延A的结果有两种计算方式：第一种：A=B-C（1.3）B:输出帧的第一位到达输出端口的时间；C：输入帧的最后一位到达输入端口的时间第二种：A=D-E（1.4）D:输出帧的第一位到达输出端口的时间；E:输入帧的第一位到达输入端口的时间。1、需要考虑的问题：测试时间一般为了得到较稳定的测试结果，会要求测试时间为120秒。测试次数测试20次，取其平均值。测试帧长建议64字节、128字节、256字节、512字节、768字节、1024字节、1280字节、1518字节。（4）仪器精度测试仪器要求可以给每一帧标示出发送时间点。七种帧长的传输时间如表1.15所示。表1.15七种帧长的传输时间帧长10MBit/s100MBit/s1000MBit/s64bytes67200ns6720ns672ns128bytes118400ns11840ns1184ns256bytes220800ns22080ns2208ns512bytes425600ns42560ns4256ns1024bytes835200ns83520ns8352ns1280bytes1040000ns104000ns10400ns1518bytes1230400ns123040ns12304ns2、测试结果如表1.16所示：表1.168口千兆交换机时延测试结果帧长(bytes)负载(%)最小时延(us)平均时延(us)最大时延(us)64101.662.0322.4164201.662.0322.4164301.662.0322.4164401.662.0322.4164501.662.0332.42512101.662.0362.42512201.662.0362.42512301.662.0322.42512401.662.0372.42512501.662.0332.421024101.662.0322.411024201.662.0332.411024301.662.0332.411024401.662.0332.431024501.662.0332.431518101.762.1222.511518201.762.1232.511518301.742.1222.521518401.752.1232.521518501.752.1222.511.2.2摄像机产品的RFC2544测试可行性分析网络摄像机产品与交换机类产品不同，只具有一个网口，无法直接实现网络之间的环回，如图1.3所示。但是通过对网络摄像机底层芯片的研究可以发现，当前网络摄像机产品可以通过测试脚本实现MAC层的网络环回，即将数据流原样返回到发送端。图1.3待测摄像机常用平台产品的环回实现情况如表1.17所示：表1.17不同平台产品的网络环回情况产品平台是否支持loopback限制条件说明平台1是MII接收时钟必须提供RMII/MII/GMII环回平台2是在GMII_EN使能条件下，才能使能loopback。全双工和半双工均配置为全双工。无平台3是端口内环回和外环回不可同时配置使能。当端口内、外环回配置改变之后需对模块进行软复位。提供端口内环回和外环回。平台4是无MAC线路侧环回对于网络摄像机产品的MAC层实现loopback的操作方法如下：进入uboot模式开启内核打印打开haneWIN服务器，放入脚本文件重启服务器执行脚本文件结合RFC2544的测试项目及网络摄像机的工作原理，能够看出可以应用到相机的网络性能测试项目有丢包率和吞吐量。1、丢包率：根据RFC2544的要求，在测试中采用负载100%和90%两种情况进行测试。因此可以得出如表1.18的要求：表1.18不同帧长及负载要求帧长(bytes)负载(%)6490641001289012810025690256100512905121001024901024100128090128010015189015181002、吞吐量：在MAC_LOOPBACK模式下测量吞吐量是否达到