王 胡田 笛黎 楚

（1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430205）（2.文華學(xué)院 武漢 430074）

1 引言

隨著船用通信系統(tǒng)的發(fā)展，其設(shè)備繁多、集成度高、組成復(fù)雜等特性使維護(hù)人員的工作量和難度急劇增加。而缺乏針對通信系統(tǒng)的自動化測試手段，使得采用傳統(tǒng)測試方法，操作繁瑣、耗時費力、專業(yè)性強；導(dǎo)致適航準(zhǔn)備期間功能性能檢測時間較長，效率不高；并缺乏有效的手段收集無線信道設(shè)備性能指標(biāo)等信息。這樣，維護(hù)人員無法及時詳細(xì)了解通信系統(tǒng)設(shè)備的性能變化情況和健康狀態(tài)，因此需要設(shè)計一套船用通信綜合檢測系統(tǒng)，對現(xiàn)有維護(hù)方式升級。

2 ATS技術(shù)背景

2.1 ATS技術(shù)介紹

ATS是一套能夠調(diào)配自動測試設(shè)備按照預(yù)定義的測試方式對被測設(shè)備進(jìn)行檢測、故障診斷，對檢測和診斷的結(jié)果進(jìn)行處理，并以適當(dāng)?shù)姆绞捷敵龅南到y(tǒng)；一般以計算機為系統(tǒng)核心［1］，其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計需注意開放性和通用性的考慮［2］。

2.2 通用ATS系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)通常由自動測試設(shè)備（Automatic Test Equipment，ATE）、測試程序集（Test Program Set，TPS）以及測試環(huán)境（Test Environment，TE）三部分組成。如圖1所示。

圖1 自動測試系統(tǒng)組成

ATE主要由測試硬件和相應(yīng)的OS資源構(gòu)成。各種總線式測量虛擬儀器是ATE硬件系統(tǒng)的核心（如PXI射頻發(fā)生器、PXI開關(guān)組件、PXI頻譜分析儀等），而各類總線是組成ATE的基礎(chǔ)。計算機通過軟件實現(xiàn)對總線上的各類硬件資源（如信號源、開關(guān)、測量模塊、被測設(shè)備等）進(jìn)行控制，使這些ATE能夠輸出激勵信號、測量被測對象的響應(yīng)輸出、切換信號通路等［1］。

TPS與被測對象以及測試要求密切相關(guān)的。典型的TPS由測試程序、測試接口適配器以及測試程序集三部分組成［3］。測試程序一般用成熟通用的語言編寫，用于控制硬件設(shè)備進(jìn)行各種測試模式和參數(shù)的切換，并直接接收和處理的硬件響應(yīng)信息；測試接口適配器是被測對象與ATE進(jìn)行通信相關(guān)的接口設(shè)備，主要包括對通路的切換、對負(fù)載的控制、對控制信號的轉(zhuǎn)換等。測試文檔主要包括對測試程序的說明和一些輔助資料，如測試過程中不方便提及的信息、設(shè)備的連接信息及版本信息、操作人員的注意事項等［4］。

TE是開發(fā)測試程序等軟件、描述儀器功能、控制儀器等相關(guān)內(nèi)容的集成環(huán)境，也包含系統(tǒng)初期校準(zhǔn)相關(guān)軟硬件環(huán)境和提供流程圖、源代碼管理等編程輔助工具。

各種不同類型自動測試系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和具體功能各不相同，且系統(tǒng)的規(guī)模和構(gòu)建方法也有所差異；通過對各種不用應(yīng)用類型的自動測試系統(tǒng)的研究，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，可以大致給出一個自動測試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示［5］。

圖2 ATS體系結(jié)構(gòu)圖

3 綜合檢測系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)需求

船用通信綜合檢測系統(tǒng)需采用分級檢測體制，提供對通信設(shè)備和系統(tǒng)的綜合檢測手段，實現(xiàn)日常維護(hù)中的快速巡檢；并根據(jù)檢測結(jié)果，生成自定義的檢測報告。同時能對整個系統(tǒng)在某中連接方式下所能開展的業(yè)務(wù)功能及性能等方面進(jìn)行驗證性檢測；能自定義檢測的內(nèi)容和方式，形成一套檢測計劃并存儲，可以用于以后重復(fù)檢測，同時檢測結(jié)果也能完整記錄，并以一定的有效方式呈現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)組成及功能流程

船用通信綜合檢測系統(tǒng)由綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器（綜合檢測系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫軟件）、綜合檢測管理終端、業(yè)務(wù)自動測試模塊等設(shè)備組成，系統(tǒng)組成關(guān)系如圖3所示。

圖3 船用通信綜合檢測系統(tǒng)組成圖

1）綜合檢測服務(wù)器

綜合檢測服務(wù)器提供綜合檢測系統(tǒng)軟件功能的運行平臺，通過管理網(wǎng)口接入船內(nèi)IP傳輸網(wǎng)，實現(xiàn)系統(tǒng)檢測、檢測結(jié)果處理及告警提示；對外提供各類數(shù)據(jù)的訪問、存儲等數(shù)據(jù)服務(wù)功能。

2）綜合檢測管理終端

為用戶提供綜合檢測系統(tǒng)管理的操作平臺和人機交互平臺，通過以太網(wǎng)口與綜合檢測系統(tǒng)軟件進(jìn)行信息的交互。用戶能在該終端上自定義檢測內(nèi)容和形式，查看檢測狀態(tài)、進(jìn)度和結(jié)果等信息。

3.3 綜合檢測功能流程

船用通信網(wǎng)綜合檢測系統(tǒng)在日常維護(hù)中，實現(xiàn)對船用綜合通信系統(tǒng)的綜合檢測，其工作流程如圖4所示。

圖4 船用通信綜合檢測系統(tǒng)工作流程

在日常維護(hù)中，船用通信綜合檢測系統(tǒng)為船用綜合通信網(wǎng)提供業(yè)務(wù)檢測，實現(xiàn)日常維護(hù)中的系統(tǒng)快速巡檢。用戶根據(jù)檢測需求，編輯檢測計劃，并將檢測計劃下載給本系統(tǒng)及通信綜合管理等分系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備。用戶通過向?qū)降姆绞絾幼詸z，船用通信綜合檢測系統(tǒng)分類進(jìn)行業(yè)務(wù)功能檢測。業(yè)務(wù)檢測完成話音、專用格式報文、數(shù)據(jù)及視頻通信業(yè)務(wù)服務(wù)狀態(tài)的檢測，并進(jìn)行自檢結(jié)果的呈現(xiàn)。檢測完成后，船用通信綜合檢測系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要生成檢測報告，實現(xiàn)對船用綜合通信系統(tǒng)設(shè)備、有線/無線通道及系統(tǒng)的綜合評估。

3.4 主要功能實現(xiàn)原理

3.4.1 檢測計劃制定和下發(fā)

船用通信綜合檢測系統(tǒng)提供檢測計劃的制定和編輯等操作平臺，供用戶編輯業(yè)務(wù)檢測計劃，并進(jìn)行檢測計劃下發(fā)。其實現(xiàn)原理如圖5所示。

圖5 檢測計劃制定和下發(fā)實現(xiàn)原理圖

用戶編輯業(yè)務(wù)檢測計劃，包括檢測業(yè)務(wù)類型和檢測對象（檢測的通信業(yè)務(wù)）；然后用戶選擇下載檢測計劃，通過綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器將檢測計劃采用SNMP協(xié)議下發(fā)給綜合測試單元，通過本船通信管理服務(wù)器將檢測計劃下發(fā)給用戶終端、業(yè)務(wù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換控制設(shè)備［7］。

3.4.2 業(yè)務(wù)級檢測

業(yè)務(wù)檢測支持對話音、報文、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)的測試功能。以話音業(yè)務(wù)、專用格式報文業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及視頻業(yè)務(wù)幾個典型業(yè)務(wù)測試為例，實現(xiàn)原理描述如圖6。

圖6 話音業(yè)務(wù)測試實現(xiàn)原理圖

以話音業(yè)務(wù)為例，綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器向話音終端發(fā)送檢測命令，話音終端收到綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)送的業(yè)務(wù)檢測命令后，依托船內(nèi)有線IP網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換控制設(shè)備和無線信道設(shè)備等建立話業(yè)務(wù)通信鏈路；業(yè)務(wù)服務(wù)器將鏈路狀態(tài)上報綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器。話音終端發(fā)出模擬業(yè)務(wù)信息，該信息除了經(jīng)過正常流程發(fā)出，還會通過船內(nèi)IP傳輸網(wǎng)給綜合檢測終端發(fā)送一份；業(yè)務(wù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換控制設(shè)備上的監(jiān)測模塊會將監(jiān)測的信號回傳一份給綜合監(jiān)測終端；然后綜合監(jiān)測系統(tǒng)會對比收到這三份信號，是否有失真現(xiàn)象來判定，本次業(yè)務(wù)測試是否成功。綜合檢測系統(tǒng)話音終端重復(fù)上述步驟，直到所有話音業(yè)務(wù)檢測完畢；最后綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器還對收到的鏈路狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析，得出檢測結(jié)果。

4 實驗驗證

針對本文中設(shè)計的綜合檢測方案，選取了業(yè)務(wù)檢測的實驗，作為驗證文中的設(shè)計方案所能達(dá)到的預(yù)期效果。

4.1 設(shè)備配置和環(huán)境配置

實驗使用通用計算機一臺（Windows 7），綜合業(yè)務(wù)終端、內(nèi)含監(jiān)測模塊的交換控制設(shè)備和業(yè)務(wù)服務(wù)器各一臺；數(shù)據(jù)庫軟件使用Oracle 11g、綜合檢測系統(tǒng)軟件v1.0、Chrome V56.0。綜合檢測系統(tǒng)服務(wù)器部署在通用計算平臺中，實現(xiàn)系統(tǒng)檢測、檢測計劃和結(jié)果存儲等功能。

4.2 測試框圖

圖7 話音業(yè)務(wù)測試連接圖

4.3 測試方法和判據(jù)

綜合檢測終端上登錄的綜合檢測系統(tǒng)管理界面如圖8所示。

圖8 綜合檢測系統(tǒng)界面圖

測試方法：

在業(yè)務(wù)檢測編輯界面，選擇要檢測的通信業(yè)務(wù)，并保存；然后將生成的檢測計劃發(fā)送至通信綜合控制管理系統(tǒng)、話音通信系統(tǒng)；待綜合檢測管理終端收到下載成功信息后，執(zhí)行檢測；待檢測完成后，根據(jù)界面能否正常顯示話音業(yè)務(wù)的狀態(tài)，來判斷話音業(yè)務(wù)檢測是否正常。

4.4 實驗結(jié)果

為減小隨機誤差，對每種業(yè)務(wù)重復(fù)十次測試，并計算其測試時間的平均值記錄在如下表中，形成對比（單位：s）

試驗序號 備注測試話音業(yè)務(wù)1話音業(yè)務(wù)2話音業(yè)務(wù)3報文業(yè)務(wù)1報文業(yè)務(wù)2數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)6數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)7視頻業(yè)務(wù)8視頻業(yè)務(wù)9視頻業(yè)務(wù)10傳統(tǒng)方法準(zhǔn)備180 172 160 162 165 176 170 190 187 179 5 6 4.5 4.7 5.1 5.9 9.7 8.5 7.5 7.7綜合檢測系統(tǒng)3.5 4.1 3.8 3.4 3.5 4.2 7.3 6 5.4 5.3

備注：傳統(tǒng)方法中準(zhǔn)備時間為技術(shù)人員設(shè)置線路和參數(shù)的時間

由表中實驗數(shù)據(jù)可以看到，傳統(tǒng)方法準(zhǔn)備階段耗時很長，而且測試中部分結(jié)果由人根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值來判定，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)方法明顯比綜合監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行檢測慢很多。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)明顯加快船用通信系統(tǒng)中的設(shè)備及系統(tǒng)的檢測速度，另外在實驗過程中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法需2～3名技術(shù)人員配合，而使用該系統(tǒng)后只需1人即可完成。

5 結(jié)語

船用綜合檢測系統(tǒng)能較好的實現(xiàn)對船上大部分通信相關(guān)設(shè)備的健康狀況自動檢測，相對傳統(tǒng)人工方法效率有了較大的提升；實現(xiàn)了對現(xiàn)有裝備系統(tǒng)的測試診斷方法進(jìn)行集成和擴(kuò)展，提供系統(tǒng)性的裝備自動檢測以及從通信終端到無線信道設(shè)備船內(nèi)鏈路的故障診斷能力。另外值得注意的是系統(tǒng)的初期準(zhǔn)備中，需要投入較多的時間去初始化并校準(zhǔn)和鑒定，保證系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備達(dá)到計量標(biāo)準(zhǔn)。其精度不低于目前系統(tǒng)校驗所用的儀表是此系統(tǒng)發(fā)揮其作用的基礎(chǔ)，所以系統(tǒng)布置后必須根據(jù)具體布置情況對無源器件引入的插損進(jìn)行校準(zhǔn)，并與設(shè)備級指標(biāo)進(jìn)行比對，保證系統(tǒng)的精度。在使用過程中，還需通過定期校準(zhǔn)的方式，保證測量結(jié)果的可信度。

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