胡婷 霍雪松 李芹 黃鑫 何曉陽(yáng)

摘? ?要：電力數(shù)據(jù)網(wǎng)對(duì)其硬件資源的安全性和可靠性有著很高的要求。而隨著電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的飛速發(fā)展，其對(duì)硬件資源的需求量也不斷增加。為保障電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，需要通過(guò)對(duì)硬件資源進(jìn)行測(cè)試篩選出合格的硬件設(shè)備。然而，傳統(tǒng)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)測(cè)試，采用完全人工方式，存在測(cè)試效率低、儀器資源調(diào)度困難等問(wèn)題，在時(shí)間效率上無(wú)法滿(mǎn)足電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展需求。為此，提出了一種針對(duì)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)資源的統(tǒng)一自動(dòng)化測(cè)試方法。通過(guò)對(duì)實(shí)際試驗(yàn)資源及測(cè)試業(yè)務(wù)進(jìn)行抽象，將虛擬化技術(shù)與自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)和軟件質(zhì)量管理融合，設(shè)計(jì)了一個(gè)可對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度的數(shù)據(jù)網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試框架。以路由震蕩為典型測(cè)試案例，對(duì)所提出的自動(dòng)化測(cè)試方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該測(cè)試方法的性能達(dá)到了預(yù)期并具有良好的可行性。

關(guān)鍵詞：電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng);自動(dòng)化測(cè)試;虛擬化;云計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design and Implementation of an Automated Test Framework for

Electric Power Data Network Based on Unified Scheduling of Resources

HU Ting1，2?，HUO Xue-song3，LI Qin1，2，HUANG Xin1，2，HE Xiao-yang1，2

（1. Nari Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing，Jiangsu 210061，China;

2. State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control（Nari Group Corporation），Nanjing，Jiangsu 210061，China;

3. State Grid Jiangsu Electric Power Company，Nanjing，Jiangsu 210024，China）

Abstract：It is known that the electric power dispatching data network（EPDDN） has high safety and reliability requirements on its hardwares. Meanwhile，along with the rapid growth of EPDDN，more hardwares are always demanded. For the stable and efficient operation of EPDDN，hardware testing is needed to select the qualified equipments from candidate ones. However，traditional EPDDN testing is operated in manual way which is of low efficiency and bad management of device resources，making it hard to satisfy requirement of current EPDDN on time efficiency. Towards this end，a novel automated test framework with unified resources scheduling for EPDDN is proposed. The related knowledge from data of real world experimental resources and testing business is abstracted，based on the extracted knowledge，by combining the virtualization technology，automated testing technology and the software quality management，and proposes an automated test framework with unified scheduling of testing resources. The proposed framework is evaluated with the task of route flapping testing. The test results prove the effectiveness and the feasibility of the proposed method.

Key words：electric dispatching power data network;automated test;virtualization;cloud computing

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是電力生產(chǎn)服務(wù)的專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其安全性直接關(guān)系到電力生產(chǎn)的安全運(yùn)行，在國(guó)家建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的背景下，對(duì)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全性和可靠性提出了更高要求[1-3]。

在國(guó)內(nèi)外無(wú)成熟案例借鑒條件下，總結(jié)了國(guó)家

電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中的研究成果及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提煉了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)維護(hù)過(guò)程中所面臨的難題和曾出現(xiàn)過(guò)的主要重大問(wèn)題，針對(duì)性設(shè)計(jì)應(yīng)用案例，搭建了一套適用于電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備檢測(cè)的試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境。與相關(guān)國(guó)際或國(guó)內(nèi)測(cè)試側(cè)重于通用方法學(xué)或聚焦于產(chǎn)品本體特性不同，從電力實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，從面到點(diǎn)，覆蓋電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)全生命周期，更能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)應(yīng)用需求，保障入網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備測(cè)試涵蓋近200項(xiàng)測(cè)試用例，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備測(cè)試采用純手工測(cè)試方法，對(duì)人力及儀器設(shè)備資源有著極大的消耗，測(cè)試靈活性差、管理效率低。因此，在測(cè)試任務(wù)愈加繁重的趨勢(shì)下，如何提高測(cè)試效率、提升儀器資源利用率對(duì)于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)測(cè)試工作有著重要的意義。

隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，云計(jì)算相關(guān)的虛擬化、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等在企業(yè)中得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。包括資源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的IaaS云基礎(chǔ)架構(gòu)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)調(diào)度、安全、資源的彈性管理和分配[4]。同時(shí)，自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)得到國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多通信企業(yè)的重視，像國(guó)內(nèi)外的電信設(shè)備商，華為、中興、思科等，通信產(chǎn)品都有自己對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)?？梢栽诂F(xiàn)實(shí)中看到，企業(yè)使用自動(dòng)化技術(shù)，極大的減少了人力成本的消耗。

對(duì)資源調(diào)度管理及自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了研究;第一節(jié)分析了當(dāng)前數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備測(cè)試資源調(diào)度的問(wèn)題，提出了一種資源統(tǒng)一調(diào)度的試驗(yàn)系統(tǒng);第二節(jié)研究了自定義拓?fù)溆成浼夹g(shù)，構(gòu)建了一套適用于電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信設(shè)備檢測(cè)的自動(dòng)化測(cè)試框架。第三節(jié)通過(guò)典型案例分析，對(duì)自動(dòng)化測(cè)試框架進(jìn)行了有效性評(píng)估。第四節(jié)討論了電力數(shù)據(jù)網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)值得進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

1? ?資源統(tǒng)一調(diào)度的試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1? ?試驗(yàn)云系統(tǒng)

目前數(shù)據(jù)網(wǎng)檢測(cè)工作中，測(cè)試儀器處于分散運(yùn)行狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果也是分散存儲(chǔ)，隨著檢測(cè)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，原分散運(yùn)行的儀器資源在測(cè)試過(guò)程中逐漸出現(xiàn)了調(diào)度困難、緊缺和試驗(yàn)結(jié)果查找困難等問(wèn)題。部分老舊服務(wù)器故障率高，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障將導(dǎo)致檢測(cè)過(guò)程中斷、反復(fù)。

針對(duì)上述問(wèn)題，構(gòu)建了一套資源統(tǒng)一調(diào)度的試驗(yàn)云系統(tǒng)。如圖1所示，試驗(yàn)云系統(tǒng)通過(guò)虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器資源池化為計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、應(yīng)用資源池。同時(shí)，通過(guò)交換機(jī)搭建統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)化調(diào)度和分配。試驗(yàn)云系統(tǒng)通過(guò)接口1接收申請(qǐng)指令和下發(fā)控制命令;試驗(yàn)儀器資源池通過(guò)接口2接收控制命令，執(zhí)行儀器操作并上送測(cè)試結(jié)果;被測(cè)設(shè)備通過(guò)接口3接收配置命令，返回狀態(tài)信息;個(gè)人云桌面通過(guò)接口4申請(qǐng)?jiān)囼?yàn)儀器資源、存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的控制和操作;SVN軟件版本控制系統(tǒng)通過(guò)接口5實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)版本代碼，實(shí)現(xiàn)協(xié)同開(kāi)發(fā)，軟件生命周期內(nèi)可有效跟蹤回溯[5-6]。

1.2? ?資源調(diào)度流程

如圖2所示，試驗(yàn)云系統(tǒng)對(duì)個(gè)人資源申請(qǐng)進(jìn)行審核，若當(dāng)前資源滿(mǎn)足申請(qǐng)要求，則按申請(qǐng)的資源進(jìn)行分配，反之，則拒絕相關(guān)的申請(qǐng);檢測(cè)人員資源申請(qǐng)獲批后，可通過(guò)試驗(yàn)儀器管理軟件控制自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的執(zhí)行;試驗(yàn)完成后，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行處理并釋放所申請(qǐng)的資源。

通過(guò)試驗(yàn)云系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)室的所有儀器資源、計(jì)算資源等進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和控制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，實(shí)現(xiàn)了資源的合理分配和試驗(yàn)結(jié)果的長(zhǎng)期可溯源，有效提高了試驗(yàn)資源的利用率。

2? ?自動(dòng)化測(cè)試框架

在電力通信廠(chǎng)家越來(lái)越多，產(chǎn)品類(lèi)型不斷推陳出新且升級(jí)的頻率也越來(lái)越快的同時(shí)，如仍然按照傳統(tǒng)的手工測(cè)試方法，人員的緊缺使得送檢設(shè)備很難在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)完成。網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備也已經(jīng)從單一功能的設(shè)備發(fā)展為多功能和智能型的設(shè)備，需要進(jìn)行更多更復(fù)雜的測(cè)試用例來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性和安全性，傳統(tǒng)的手工測(cè)試很難保證復(fù)雜用例自定義執(zhí)行的靈活性和效率。

2.1? ?自定義拓?fù)溆成浼夹g(shù)

如圖3所示，自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行包含三個(gè)基本概念：測(cè)試床、邏輯拓?fù)?、測(cè)試腳本。其中，測(cè)試床表示設(shè)備的實(shí)際物理連接，邏輯拓?fù)涫俏锢磉B接的抽象描述，測(cè)試腳本將邏輯描述變量化。一旦物理環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，只需修改變量對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系即可，不用修改相關(guān)的測(cè)試腳本，從而最大程度地減少環(huán)境變化對(duì)測(cè)試腳本帶來(lái)的影響，增強(qiáng)自動(dòng)化腳本的靈活性和可移植性[7-8]。

2.2? ?自動(dòng)化測(cè)試框架

如圖4所示，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)自動(dòng)化測(cè)試框架采用模塊協(xié)作方式。腳本平臺(tái)運(yùn)行用戶(hù)腳本，通過(guò)GUI界面操作指令傳給調(diào)度管理模塊;調(diào)度管理模塊接收到指令后，再傳給驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，并設(shè)置等待時(shí)鐘，超時(shí)后返回異常信息;驅(qū)動(dòng)平臺(tái)收到調(diào)度管理模塊傳來(lái)的指令后進(jìn)行解析，并根據(jù)測(cè)試用例名稱(chēng)在測(cè)試用例拓?fù)鋱D中查找用例參數(shù)，通過(guò)用例參數(shù)在被測(cè)系統(tǒng)上定位界面元素，進(jìn)行相關(guān)操作，并將被測(cè)系統(tǒng)的返回值進(jìn)行分析判斷后生成執(zhí)行結(jié)果，傳給調(diào)度管理模塊，如果執(zhí)行異常則返回異常信息;調(diào)度管理模塊收到執(zhí)行結(jié)果后傳給腳本平臺(tái)，并等待時(shí)鐘歸零;腳本平臺(tái)收到返回的結(jié)果和信息后進(jìn)行日志記錄和異常處理，并執(zhí)行下一條指令。通過(guò)分布模塊協(xié)作的設(shè)計(jì)，使整個(gè)測(cè)試工程的邏輯更加清晰，可擴(kuò)展性強(qiáng)，且易維護(hù)[9-12]。

3.3? ?自動(dòng)化測(cè)試流程

如圖5所示，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)度流程主要分為以下幾個(gè)步驟：1）初始化環(huán)境，建立測(cè)試拓?fù)?2）配置測(cè)試?yán)嚓P(guān)參數(shù)，占用測(cè)試儀表接口;3）對(duì)被測(cè)設(shè)備自動(dòng)下發(fā)該項(xiàng)測(cè)試配置，執(zhí)行測(cè)試用例腳本;4）用例測(cè)試結(jié)束后，自動(dòng)清除被測(cè)設(shè)備配置并釋放測(cè)試儀端口;5）生成日志文件及測(cè)試報(bào)告。每個(gè)測(cè)試用例完成后，被測(cè)設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)為空配置模式，不影響下一個(gè)用例的執(zhí)行，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)試的目的。同時(shí)還允許在測(cè)試過(guò)程中加入過(guò)程控制，方便在測(cè)試過(guò)程中暫停、停止等操作。

4? ?典型案例驗(yàn)證

4.1? ?電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

如圖6，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)采用傳統(tǒng)MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)部署方式，省級(jí)接入網(wǎng)到骨干網(wǎng)跨域互聯(lián)方案采用Option B的方式，即單跳MP-EBGP方式。骨干網(wǎng)自治系統(tǒng)內(nèi)部IGP采用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。各省接入網(wǎng)（省級(jí)接入網(wǎng)和市級(jí)接入網(wǎng)）自治系統(tǒng)內(nèi)部采用OSPF或ISIS作為IGP動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。

4.2? ?路由震蕩分析

路由震蕩按時(shí)間長(zhǎng)短可分為兩種，一種是短時(shí)間內(nèi)的震蕩，如鏈路狀態(tài)的改變，從轉(zhuǎn)發(fā)中斷到新鏈路的切換，幾秒到幾十秒，這種問(wèn)題可通過(guò)開(kāi)啟FRR，實(shí)現(xiàn)快速收斂到次優(yōu)路由來(lái)加以保護(hù);第二種是長(zhǎng)時(shí)間路由震蕩，比如網(wǎng)絡(luò)鏈路不穩(wěn)定、設(shè)備路由算法設(shè)計(jì)的缺陷、網(wǎng)絡(luò)攻擊等導(dǎo)致的持續(xù)路由震蕩等。目前，不定期的長(zhǎng)時(shí)間路由震蕩，大部分路由器可通過(guò)基于閥值觸發(fā)的路由震蕩抑制機(jī)制來(lái)盡可能減少外部路由變化對(duì)設(shè)備帶來(lái)的壓力，但閥值相對(duì)固定，只能針對(duì)一些特定環(huán)境下的路由震蕩進(jìn)行處理，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)惡意攻擊下觸發(fā)的路由震蕩，路由器無(wú)法進(jìn)行有效抑制，存在一定的安全隱患。對(duì)于在路由震蕩測(cè)試中隨機(jī)出現(xiàn)的惡意攻擊，依靠手工方法難以及時(shí)準(zhǔn)確測(cè)知，需通過(guò)自動(dòng)化的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)廠(chǎng)家設(shè)備的性能瓶頸。

4.3? ?路由震蕩攻擊測(cè)試

在自動(dòng)化測(cè)試框架基礎(chǔ)上，對(duì)路由震蕩攻擊開(kāi)展自動(dòng)化測(cè)試驗(yàn)證。首先，連接測(cè)試儀與被測(cè)設(shè)備，端口開(kāi)啟ISIS、OSPF、BGP路由功能，測(cè)試儀通告一定數(shù)量的路由（一部分為震蕩路由，一部分為穩(wěn)定路由）;測(cè)試儀分別構(gòu)建多條業(yè)務(wù)雙向流量，部分業(yè)務(wù)流目的IP地址為震蕩路由，允許業(yè)務(wù)流震蕩、丟包。部分發(fā)往穩(wěn)定路由的業(yè)務(wù)流量則作為背景流量，應(yīng)正常轉(zhuǎn)發(fā)，不受影響。特別的，通過(guò)自動(dòng)化的方式使發(fā)布的OSPF、ISIS、BGP震蕩路由數(shù)目分別以隨機(jī)的方式不斷變化，以模擬真實(shí)的攻擊環(huán)境。測(cè)試流程見(jiàn)圖7。

4.3? ?路由震蕩結(jié)果分析

參與測(cè)試廠(chǎng)家4家，路由器臺(tái)數(shù)24臺(tái)，測(cè)試時(shí)間8小時(shí)，震蕩路由的數(shù)目設(shè)置為100至20萬(wàn)條隨機(jī)變化，非震蕩路由數(shù)目為20萬(wàn)條。各廠(chǎng)家設(shè)備主控板CPU、內(nèi)存測(cè)試結(jié)果比對(duì)見(jiàn)表1，同檔次設(shè)備CPU、內(nèi)存測(cè)試前后上升情況比對(duì)見(jiàn)圖8、9，背景業(yè)務(wù)流量受影響情況見(jiàn)表2。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)8小時(shí)的路由震蕩，A、B、C三個(gè)廠(chǎng)家的路由設(shè)備基本都能保證正常工作，而D的的中高端設(shè)備在OSPF、ISIS、BGP路由震蕩過(guò)程中，設(shè)備的CPU、內(nèi)存資源消耗較高，并且背景業(yè)務(wù)（BGP、ISIS業(yè)務(wù)）流量轉(zhuǎn)發(fā)受到了影響，設(shè)備的抗壓能力及穩(wěn)定性較差。另外，在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，A廠(chǎng)家的接入設(shè)備對(duì)路由、ACL等需要內(nèi)存資源的情況提前進(jìn)行了劃分，在設(shè)備空載情況下內(nèi)存占用率達(dá)到了75%，但在之后的震蕩測(cè)試過(guò)程中，內(nèi)存的變化很小，避免了資源不斷動(dòng)態(tài)獲取。

通過(guò)驗(yàn)證，基于自動(dòng)化測(cè)試架構(gòu)基礎(chǔ)上的路由震蕩測(cè)試用例可有效模擬惡意攻擊下的路由震蕩，達(dá)到對(duì)設(shè)備功能、性能穩(wěn)定性的日常監(jiān)控。除此之外，通過(guò)參數(shù)傳遞，還可探測(cè)路由設(shè)備的瓶頸或不可接收的性能點(diǎn)，得到路由設(shè)備能夠提供的最大服務(wù)級(jí)別，從而有效地確保設(shè)備質(zhì)量。

5? ?結(jié)? ?論

目前，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、業(yè)務(wù)類(lèi)型也在不斷增加，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能和服務(wù)質(zhì)量也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的手工測(cè)試面臨著測(cè)試效率低，一致性、靈活性差等問(wèn)題，提出了基于虛擬化的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)為此提供了成功的解決方案。在保證測(cè)試一致性、靈活性的前提下，縮短測(cè)試周期，提高測(cè)試效率，提升試驗(yàn)資源管理水平。該自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)完善，如異常報(bào)文攻擊、MPLS安全性能等更加復(fù)雜的測(cè)試用例，仍有一定的開(kāi)發(fā)空間。在今后的工作中，將會(huì)針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入研究，使網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)在產(chǎn)品的通用性方面有所突破。

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