有線通信設備的自動測試技術

祝紅祥，周益青，施 群

(上海無線電設備研究所，上海 201109)

0 引言

有線通信是利用光纖、金屬導線等媒質實現光信號或電信號傳輸的通信方式。有線通信具有導向性傳輸的特征，可以通過有線網絡實現文字、聲音以及圖像信息的遠距離傳播[1]。有線通信還具有通信安全性高、傳播范圍廣、抗干擾性強等優點，可以充分滿足大眾對信息獲取的需求，在一定時間內取得了較快的發展[2]。

有線通信設備作為有線通信的載體，可用于點到點的透明傳輸，具有被覆線信號遠傳、光纖信號遠傳、被覆線信號與網絡信號轉換、光信號與網絡信號轉換等功能。本文提及的有線通信設備具有多個被覆線及光纖通道，若采用人工測試，則存在步驟多、耗時長、測試結果不準確等弊端。同時測試結果需要手動記錄，不便于數據管理及分析。本文提出一種有線通信設備自動化測試方案，可以實現有線通信設備組件及整機的自動化測試，提高測試的效率、精度和覆蓋性。

1 測試設備組成

1.1 手動測試設備

手動測試設備組成如圖1所示。測試時，被覆線連接、光纖衰減及對應的網口連接都需要手動完成。測試完所有通道需要耗費大量時間，而且進行同步時間測試，需要反復切斷連接通道來統計設備信道建立時間，手動測試難免產生人為誤差。此外測試結果需要人工記錄，測試效率偏低。

圖1 手動測試設備組成

1.2 自動測試設備

自動測試設備組成如圖2所示。測試時將被測試的兩個被覆線通道通過雙絞線連接，然后將兩個通道對應的局域網(Local Area Network，LAN)網口分別與工控機LAN1、LAN2連接，工控機通過網口發送和接收數據。管理網口與工控機網口LAN3連接，可用于查詢當前設備狀態。光纖通道測試原理與被覆線通道測試原理相同。

圖2 自動測試設備組成

將被覆線通道1與被覆線通道2～通道8分別連接進行測試，可完成所有被覆線通道的測試。

將光纖通道1與光纖通道2連接、光纖通道3與光纖通道4連接、光纖通道5與光纖通道6連接、光纖通道7與光纖通道8連接，分別進行測試，即可完成所有光纖通道的測試。

各通道對應的LAN網口只有通道連接時有效。上述過程中，被覆線及光纖的連接可分別通過繼電器及光衰減器實現，進而實現產品的自動測試功能。

在測試過程中，工控機通過管理網口LAN3查詢通道連接狀態及歷史狀態，測試產品開機時間、鏈路狀態、以及產品同步時間等指標。

2 硬件設計

自動測試設備主要由工控機、串口卡、網卡、網絡交換機、程控繼電器、掃碼器、程控電源、光衰減器等組成，硬件框圖如圖3所示。

圖3 自動測試設備硬件框圖

工控機用于運行上位機軟件完成對外圍設備的控制及產品的信息采集。串口卡安裝在工控機中，擴展4路串口，分別用于產品狀態查詢、電源輸出控制、繼電器模塊通斷控制及光衰減器控制。網卡用于擴展3路網口，其中兩路通過交換機與產品進行數據傳輸，剩余一路用于產品日志查詢。程控繼電器用于被覆線通道切換。掃碼器用于產品信息錄入。兩臺網絡交換機用于產品與測試設備的網絡信號橋接。程控電源用于產品測試過程供電，輸出電壓范圍(0～36)V，最大功率140 W。光衰減器用于模擬光信號在光纖中傳輸的衰減效應，衰減值可通過外部串口控制，可調衰減值范圍(0～60)dB，有效精度0.1 d B。

3 軟件設計

測試軟件開發環境為Lab VIEW2013，采用虛擬儀器技術[3-5]實現自動測試過程控制、數據采集與處理、數據存儲與顯示以及自動生成報表等功能。

測試軟件的開發應充分考慮通用化、系列化、模塊化的設計原則，滿足軟件可重用性、儀器可互換性、功能可擴展性等要求。首先軟件要與硬件系統結構相適應，根據硬件系統結構的特點制定軟件設計所涉及的數據結構，最后考慮軟件結構，實現測試軟件的各種功能[6-7]。測試軟件包括有線通信設備性能測試及數據處理相關模塊。

3.1 性能測試

對有線通信設備進行測試可分為整機測試及組件測試兩項內容，測試的性能指標包含同步時間、漏包率、延遲時間等。

歸納分析整機測試內容及組件測試內容，可以將測試軟件分解為多個功能模塊，通過這些模塊的組合來實現相關指標測試。

(1)初始化模塊

初始化模塊實現對繼電器、光程控衰減器、電源、局部變量、全局變量等控制軟件的初始化。

(2)電源控制模塊

電源控制模塊主要實現對程控電源的控制及狀態查詢。

(3)繼電器與程控光衰減器模塊

繼電器與程控光衰減器模塊實現對被覆線、光纖的通斷邏輯控制，根據測試階段的不同，進行鏈路通斷控制。

(4)開機時間測試及狀態查詢模塊

有線通信設備加電后，在30 s內會通過串口回告測試設備一幀開機指令，該模塊用于判斷有線通信設備的通信狀態及開機狀態是否正常。

(5)節點傳輸時延測試模塊

有線通信設備在數據傳輸過程中存在時間延時，該模塊用于統計鏈路延時時間。上位機發送數據時開始計時，收到數據后停止計時，該時間即為鏈路傳輸時延。在規定時間區間內重復執行上述過程，取最大延時作為最終結果。其中，T0、T1為計時變量，T(n)為第n個數據包的傳輸時延。設定發送數據包數最大值為30 000，時延測試程序流程如圖4所示。

圖4 時延測試程序執行流程

(6)同步時間測試模塊

同步時間是指從鏈路連接至正常通信的時間。該模塊從繼電器或光衰減器接通時刻開始計時，至狀態查詢模塊檢測到鏈路正常時刻停止計時，該時間即為同步時間。測試流程如圖5所示。

圖5 同步時間測試程序執行流程

(7)漏包測試模塊

該模塊用于統計有線通信設備在數據傳輸過程中的漏包率。上位機采用用戶數據協議方式發送包含幀序號的測試數據，經過有線設備遠傳后回到上位機，上位機根據收到的幀序號測得漏包數據個數，由漏包數除以發送總包數可得到數據傳輸漏包率，程序執行流程如圖6所示。測試時設定發送數據總包數為11 000，漏包數為L，序號差x為收到幀序號減去上一幀序號，如果x=1說明不漏包，否則漏包數為x-1。

圖6 漏包測試程序執行流程

(8)日志下載及查詢模塊

該模塊用于對有線通信設備整機日志功能及管控組件的日志功能進行測試。測試設備通過有線通信設備前面板網口發送日志查詢指令，有線通信設備回告響應設備狀態，通過回告內容判斷日志功能是否正常。

(9)復位檢測模塊

進行復位檢測時，有線通信設備物理復位后，會通過網口回告測試設備一幀狀態信息，復位檢測模塊接收到信息后進行解析判斷，檢查復位功能是否正常。

(10)數據庫模塊

數據庫模塊將測試結果傳輸至本地數據庫，本地數據庫連接信息中心，在信息中心處可調閱所有歷史測試記錄，并將測試數據生成測試報告[8-9]。

3.2 數據處理

Lab VIEW軟件能夠靈活調用電腦處理器的多核心實現多任務并行執行，因此上位機能夠同時進行數據的收發處理，并行執行流程，如圖7所示。

圖7 Lab VIEW程序并行執行流程

在實際數據接收過程中，接收緩存區的數據并不是完整的一幀數據，因此不能直接處理，需要對接收的數據進行重新組幀。組幀流程如圖8所示。其中，R為接收數據包數。

4 測試性能對比

對自動測試與手動測試效果進行對比，結果見表1。在整機測試過程中，自動測試所需時間較手動測試大幅縮短。在時間延遲測試、同步時間測試中，自動測試精度遠高于手動測試。在測試覆蓋性上，自動測試可測試產品的全部指標，而手動測試中，由于精度不足，光纖同步時間無法測試。通過對比可知，自動測試在測試效率、測試精度、測試覆蓋率上優于手動測試。

表1 產品整機測試性能對比

圖8 數據接收組幀流程

5 結論

通過實際測試使用性能對比，本文設計的自動測試設備能夠有效提升有線通信設備的測試效率及性能測試準確度，在實際使用中可縮減測試時間，有利于縮短產品生產周期，降低人力成本。