物聯網框中軟件架構穩定性測試系統設計

張錦盛

摘 要： 針對傳統的穩定性測試系統一直存在測試不準確、誤差大的問題，提出并設計了基于信息認證的物聯網框中軟件架構穩定性測試系統。在分析物聯網軟件框架特征及需求的基礎上，引入認證處理程序，對物聯網信息進行安全認證；在通過使用Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片進行物聯網信息發送，采用Virtex?5系列芯片的16 bit移位寄存器，對信息進行接收，分析其穩定性能。實驗結果表明，采用改進系統對物聯網軟件架構穩定性進行測試時，其準確度及效率均要優于傳統測試系統，具有一定的優勢。

關鍵詞： 物聯網； 軟件架構； 穩定性測試； 移位寄存器； Cyclone Ⅲ 3C25F32； 認證處理程序

中圖分類號： TN806?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）20?0118?04

Abstract： As the traditional stability testing system has the long?term existing problems of inaccuracy and big error in measurement， a software architecture stability testing system in the Internet of Things （IoT） framework based on information authentication is proposed and designed. On the basis of analyzing of the features and requirements of the IoT software framework， the authentication processing program is introduced to authenticate the security of IoT information. The Cyclone Ⅲ 3C25F32 chip is used to transmit IoT information. The 16?bit shift register of the Virtex?5 series chip is used to receive information and analyze its stability performance. The experimental results show that， in comparison with the traditional testing system， the improved system has better accuracy and efficiency in IoT software architecture stability testing， which has a certain advantage.

Keywords： IoT； software architecture； stability testing； shift register； Cyclone Ⅲ 3C25F32； authentication processing program

0 引 言

物聯網的快速發展，技術條件的不成熟，使得物聯網的使用受到多種挑戰。當前，很多國家都提出了自己的物聯網框架，但是在全球范圍內并沒有找到最優的物聯網框架，也就是說物聯網技術還需要進行優化處理[1]。隨著物聯網產品的不斷開發，給人們的生活帶來了眾多便利條件。當大家在使用物聯網架構時，穩定性出現問題，而導致信息泄密或者是操作失敗，均會使人們日常生活出現不便。物聯網應用領域的不斷變大，物聯網終端設備種類和數量逐漸增加，物聯網終端設備的智能性受到廣泛關注，且其可執行原有終端的認證協議，但是由于物聯網終端設備功能及結構的不同，使得有些終端設備性能簡單。添加智能傳輸開關信號，不能保證物聯網的安全、穩定，給整體系統造成嚴重的隱患[2]。對物聯網軟件架構穩定性進行測試，當作物聯網整體結構安全的關鍵，對其進行系統設計具有重要意義。如何對這些智能設備穩定性進行快速有效測試，使這些物聯網設備可安全接入到物聯網中是該領域急需解決的問題。

1 物聯網軟件框架特征及需求分析

物聯網架構有眾多與傳統互聯網、移動通信網絡不相同的特點，物聯網相關技術亦是針對物聯網特點或對現有網絡技術進行改進、重新開發。其特點為：

1） 物聯網終端模式增加及規模龐大。物聯網的發展會導致眾多的網絡終端設備鏈接到物聯網中，應用系統的不同，將形成更多模式的物聯網終端[3]，大數量、多性能的物聯網終端怎樣與物聯網進行銜接，是物聯網軟件架構急需解決的問題。

2） 數據量龐大。物聯網感知層終端多是對物聯網信息進行及時收集，則對多數終端進行及時信息收集，會導致多個數據發生變化，對物聯網框架軟件的運行帶來一定的負擔[4]，如數據存儲、數據處理、數據安全保護等均會造成影響。物聯網在應用中主要對大規模數據處理的解決方法，多為海量數據的挖掘、并行計算、存儲等。

3） 終端環境復雜。物聯網是在人人通信的基礎上，進行通信終端保護，受到的物理攻擊較少，信息丟失狀況很少發生。因此，物聯網終端常分布在十分復雜的地區，如人跡罕至、自然環境惡劣、軍事戰斗時敵占區等[5]。

對此，物聯網框中軟件架構的穩定與否直接影響了其使用情況，因此，穩定性測試是物聯網框中軟件架構運行的一個重要環節。但這部分也是最難明確具體性能的[6]，多數情況只在需求中進行“系統穩定運行”或“應用穩定運行”之類的概括說明，此時會給工程師設計帶來一定的測試煩惱。經過歸納總結，穩定性需求關鍵為：

1） 單一使用的穩定性。單一使用時通過反復測試，確定其是否可以正常運行，且不易受到任何異常行為影響。多次使用并發，即多個物聯網軟件應用程序同時運行。隨著物聯網終端的智能化，其運行軟件也趨于多樣化，此時，穩定性測試不能對其進行全部檢測，重點是對于物聯網終端用戶及終端設備特性，包括高并發可能性的事件[7]。

2） 整個層面的穩定性。該部分的需求更加模糊，其實就和眾多系統測試一樣，這個級別的穩定性很難定義。而測試的標準主要是將常見的測試按照一定比例組合并且頻繁運行，觀察整機是否出現異常。

2 物聯網框中軟件架構穩定性測試系統設計

在設計物聯網框中軟件架構穩定性測試系統時，主要對物聯網架構的信息發送、信息接收方面進行設計。其中引入認證處理模塊，增加信息傳輸的穩定性，實現穩定性測試系統方面的信息發送和接收。通信程序分為數據信息發送程序和數據信息接收程序。

2.1 認證處理程序

安全服務層收到物聯網終端用戶請求認證信息后，從物聯網終端參數中獲取SAML認證請求的各個字段，把它組合成認證模塊能辨別的SAML認證請求目標[8?9]。把獲取的簽名及時進行驗證，如驗證失敗傳輸簽名驗證失敗相關信息，同時將提取出的證書進行驗證，驗證失敗發送證書失敗信息，并生成認證成功的斷言信息[10?11]。若此用戶是第一次認證，則將用戶信息和斷言保存到數據庫，若數據庫已存在此用戶信息，則將信息和斷言更新到數據庫，然后返回認證成功的斷言信息。認證流程如圖1所示。

2.2 物聯網信息發送程序

通信卡中FPGA模塊中的Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片處于發送數據信息狀態下，發送緩沖器會關閉[12]。需傳輸近期物聯網信息時，測試系統主控制器要對狀態寄存器進行搜索驗證，確定其發送緩沖器狀態是否準確。圖2對發送數據信息流程進行描述。

發送緩沖器處于關閉狀態時，主控制器對新的數據信息生成記號后留在其存儲器內準備發送。在中斷服務程序里傳輸數據信息[10]，物聯網軟件架構運行之后發送函數，并在其末端進行程序初始化。發送緩沖器為開放情況時，新的物聯網信息被主控制器傳輸緩沖器中命令寄存器的“發送請求”下，由FPGA模塊中的Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片進行發送。CAN控制器生成一個發送中斷表示發送完成。

2.3 物聯網信息接收程序

物聯網信息接收程序采用Virtex?5系列芯片的16 bit移位寄存器，對信息進行接收。若顯示“空”，表示沒有收到數據信息，主控制器維持在搜索驗證狀態直到緩沖期接收到停止的命令；若提示“滿”，則其為物聯網信息量較大，主控制器通過置位控制寄存器向對應位傳輸開放接收緩沖器信息的請求，把從Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片發送的信息進行接收。圖3為對信息接收流程圖。

3 實驗結果分析

3.1 穩定性測試目標

物聯網軟件架構穩定性測試關鍵是對于移動終端在實際運行過程中所表現出來的特性。目前物聯網軟件框架并無最優的構建標準，有關組織及企業提出了終端物聯網框架，實驗以移動通信集團公司提出的物聯網軟件框架為驗證目標，進行穩定性測試系統設計研究。圖4為實驗采用物聯網軟件框架。

3.2 測試原理

物聯網軟件架構穩定性測試的根本原理與持續測試相似，均依據自動化測試方法，經過移動終端驅動模塊，測試軟件運行穩定性。測試過程中主要涉及執行模塊、內存監控模塊、異常監控模塊、信息記錄模塊和用戶接口層等，如圖5所示。兩者之間的關鍵區別點：整體穩定性測試是連續運行一整套測試用例，針對的是整機，而持續性測試針對的是單一應用程序。

3.3 結果分析

實驗在測試量不定的情況下，以物聯網軟件架構運行穩定性為測試指標，以文獻[6]方法為對比進行實驗分析，結果如表1所示。

由表1可知，采用傳統測試系統時，其在測試量不定的情況下，隨著測試量的增加而增加，約為117.6 s，未出現下降的趨勢；采用改進測試系統時，其測試所用耗時，隨著測試量的增加逐漸增加，但是一直低于傳統測試系統，約為49.8 s，降低了約67.8 s，具有一定的優勢。

4 結 論

針對傳統方法存在的檢測結果不準確，穩定性測試耗時長的問題，提出并設計了基于信息認證的物聯網框中軟件架構穩定性測試系統。實驗結果表明，采用改進系統進行物聯網軟件架構穩定性測試結果誤差較小，耗時短具有一定的優勢。

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