物联网框中软件架构稳定性测试系统设计

张锦盛

摘 要： 针对传统的稳定性测试系统一直存在测试不准确、误差大的问题，提出并设计了基于信息认证的物联网框中软件架构稳定性测试系统。在分析物联网软件框架特征及需求的基础上，引入认证处理程序，对物联网信息进行安全认证；在通过使用Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片进行物联网信息发送，采用Virtex?5系列芯片的16 bit移位寄存器，对信息进行接收，分析其稳定性能。实验结果表明，采用改进系统对物联网软件架构稳定性进行测试时，其准确度及效率均要优于传统测试系统，具有一定的优势。

关键词： 物联网； 软件架构； 稳定性测试； 移位寄存器； Cyclone Ⅲ 3C25F32； 认证处理程序

中图分类号： TN806?34； TP399 文献标识码： A 文章编号： 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

物联网的快速发展，技术条件的不成熟，使得物联网的使用受到多种挑战。当前，很多国家都提出了自己的物联网框架，但是在全球范围内并没有找到最优的物联网框架，也就是说物联网技术还需要进行优化处理[1]。随着物联网产品的不断开发，给人们的生活带来了众多便利条件。当大家在使用物联网架构时，稳定性出现问题，而导致信息泄密或者是操作失败，均会使人们日常生活出现不便。物联网应用领域的不断变大，物联网终端设备种类和数量逐渐增加，物联网终端设备的智能性受到广泛关注，且其可执行原有终端的认证协议，但是由于物联网终端设备功能及结构的不同，使得有些终端设备性能简单。添加智能传输开关信号，不能保证物联网的安全、稳定，给整体系统造成严重的隐患[2]。对物联网软件架构稳定性进行测试，当作物联网整体结构安全的关键，对其进行系统设计具有重要意义。如何对这些智能设备稳定性进行快速有效测试，使这些物联网设备可安全接入到物联网中是该领域急需解决的问题。

1 物联网软件框架特征及需求分析

物联网架构有众多与传统互联网、移动通信网络不相同的特点，物联网相关技术亦是针对物联网特点或对现有网络技术进行改进、重新开发。其特点为：

1） 物联网终端模式增加及规模庞大。物联网的发展会导致众多的网络终端设备链接到物联网中，应用系统的不同，将形成更多模式的物联网终端[3]，大数量、多性能的物联网终端怎样与物联网进行衔接，是物联网软件架构急需解决的问题。

2） 数据量庞大。物联网感知层终端多是对物联网信息进行及时收集，则对多数终端进行及时信息收集，会导致多个数据发生变化，对物联网框架软件的运行带来一定的负担[4]，如数据存储、数据处理、数据安全保护等均会造成影响。物联网在应用中主要对大规模数据处理的解决方法，多为海量数据的挖掘、并行计算、存储等。

3） 终端环境复杂。物联网是在人人通信的基础上，进行通信终端保护，受到的物理攻击较少，信息丢失状况很少发生。因此，物联网终端常分布在十分复杂的地区，如人迹罕至、自然环境恶劣、军事战斗时敌占区等[5]。

对此，物联网框中软件架构的稳定与否直接影响了其使用情况，因此，稳定性测试是物联网框中软件架构运行的一个重要环节。但这部分也是最难明确具体性能的[6]，多数情况只在需求中进行“系统稳定运行”或“應用稳定运行”之类的概括说明，此时会给工程师设计带来一定的测试烦恼。经过归纳总结，稳定性需求关键为：

1） 单一使用的稳定性。单一使用时通过反复测试，确定其是否可以正常运行，且不易受到任何异常行为影响。多次使用并发，即多个物联网软件应用程序同时运行。随着物联网终端的智能化，其运行软件也趋于多样化，此时，稳定性测试不能对其进行全部检测，重点是对于物联网终端用户及终端设备特性，包括高并发可能性的事件[7]。

2） 整个层面的稳定性。该部分的需求更加模糊，其实就和众多系统测试一样，这个级别的稳定性很难定义。而测试的标准主要是将常见的测试按照一定比例组合并且频繁运行，观察整机是否出现异常。

2 物联网框中软件架构稳定性测试系统设计

在设计物联网框中软件架构稳定性测试系统时，主要对物联网架构的信息发送、信息接收方面进行设计。其中引入认证处理模块，增加信息传输的稳定性，实现稳定性测试系统方面的信息发送和接收。通信程序分为数据信息发送程序和数据信息接收程序。

2.1 认证处理程序

安全服务层收到物联网终端用户请求认证信息后，从物联网终端参数中获取SAML认证请求的各个字段，把它组合成认证模块能辨别的SAML认证请求目标[8?9]。把获取的签名及时进行验证，如验证失败传输签名验证失败相关信息，同时将提取出的证书进行验证，验证失败发送证书失败信息，并生成认证成功的断言信息[10?11]。若此用户是第一次认证，则将用户信息和断言保存到数据库，若数据库已存在此用户信息，则将信息和断言更新到数据库，然后返回认证成功的断言信息。认证流程如图1所示。

2.2 物联网信息发送程序

通信卡中FPGA模块中的Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片处于发送数据信息状态下，发送缓冲器会关闭[12]。需传输近期物联网信息时，测试系统主控制器要对状态寄存器进行搜索验证，确定其发送缓冲器状态是否准确。图2对发送数据信息流程进行描述。

发送缓冲器处于关闭状态时，主控制器对新的数据信息生成記号后留在其存储器内准备发送。在中断服务程序里传输数据信息[10]，物联网软件架构运行之后发送函数，并在其末端进行程序初始化。发送缓冲器为开放情况时，新的物联网信息被主控制器传输缓冲器中命令寄存器的“发送请求”下，由FPGA模块中的Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片进行发送。CAN控制器生成一个发送中断表示发送完成。

2.3 物联网信息接收程序

物联网信息接收程序采用Virtex?5系列芯片的16 bit移位寄存器，对信息进行接收。若显示“空”，表示没有收到数据信息，主控制器维持在搜索验证状态直到缓冲期接收到停止的命令；若提示“满”，则其为物联网信息量较大，主控制器通过置位控制寄存器向对应位传输开放接收缓冲器信息的请求，把从Cyclone Ⅲ 3C25F32芯片发送的信息进行接收。图3为对信息接收流程图。

3 实验结果分析

3.1 稳定性测试目标

物联网软件架构稳定性测试关键是对于移动终端在实际运行过程中所表现出来的特性。目前物联网软件框架并无最优的构建标准，有关组织及企业提出了终端物联网框架，实验以移动通信集团公司提出的物联网软件框架为验证目标，进行稳定性测试系统设计研究。图4为实验采用物联网软件框架。

3.2 测试原理

物联网软件架构稳定性测试的根本原理与持续测试相似，均依据自动化测试方法，经过移动终端驱动模块，测试软件运行稳定性。测试过程中主要涉及执行模块、内存监控模块、异常监控模块、信息记录模块和用户接口层等，如图5所示。两者之间的关键区别点：整体稳定性测试是连续运行一整套测试用例，针对的是整机，而持续性测试针对的是单一应用程序。

3.3 结果分析

实验在测试量不定的情况下，以物联网软件架构运行稳定性为测试指标，以文献[6]方法为对比进行实验分析，结果如表1所示。

由表1可知，采用传统测试系统时，其在测试量不定的情况下，随着测试量的增加而增加，约为117.6 s，未出现下降的趋势；采用改进测试系统时，其测试所用耗时，随着测试量的增加逐渐增加，但是一直低于传统测试系统，约为49.8 s，降低了约67.8 s，具有一定的优势。

4 结 论

针对传统方法存在的检测结果不准确，稳定性测试耗时长的问题，提出并设计了基于信息认证的物联网框中软件架构稳定性测试系统。实验结果表明，采用改进系统进行物联网软件架构稳定性测试结果误差较小，耗时短具有一定的优势。

参考文献

[1] 李冬静，江林升，杨雁莹.公安物联网体系架构的设计与实现[J].现代电子技术，2018，41（1）：85?88.

LI Dongjing， JIANG Linsheng， YANG Yanying. Design and implementation of public security Internet of Things architecture [J]. Modern electronics technique， 2018， 41（1）： 85?88.

[2] 刘涛，朱达荣，汪方斌，等.物联网环境下的大型立磨状态监测及损伤预警系统模型[J].机械设计与制造，2017（10）：168?170.

LIU Tao， ZHU Darong， WANG Fangbin， et al. Large vertical mill condition monitoring and damage early warning system model under Internet of Things environment [J]. Machinery design & manufacture， 2017（10）： 168?170.

[3] 韩丹，张荆沙，李吴松，等.物联网中WSN网络中的节点故障快速定位模块设计与实现[J].现代电子技术，2016，39（18）：30?34.

HAN Dan， ZHANG Jingsha， LI Wusong， et al. Design and implementation of fast positioning module for node faults in WSN in Internet of Things [J]. Modern electronics technique， 2016， 39（18）： 30?34.

[4] 邓雪峰，孙瑞志，聂娟，等.基于时间自动机的温室环境监控物联网系统建模[J].农业机械学报，2016，47（7）：301?308.

DENG Xuefeng， SUN Ruizhi， NIE Juan， et al. Greenhouse environment monitoring IOT system modeling based on timed automata [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2016， 47（7）： 301?308.

[5] 黎敏.基于五层物联网架构的煤矿安全监控系统设计[J].煤炭技术，2016，35（3）：264?266.

LI Min. Design of safety monitoring system in coal mine based on five layers Internet of Things [J]. Coal technology， 2016， 35（3）： 264?266.

[6] 孙宝刚.云框架结构稳定性的检测平台设计与实现[J].现代电子技术，2017，40（4）：66?69.

SUN Baogang. Design and implementation of detection platform for cloud frame structure stability [J]. Modern electronics technique， 2017， 40（4）： 66?69.

[7] 周恩浩.高校智慧教室物联网系统设计与实现[J].现代电子技术，2018，41（2）：30?33.

ZHOU Enhao. Design and implementation of Internet of Things system for university intelligent classroom [J]. Modern electronics technique， 2018， 41（2）： 30?33.

[8] 卢军，刘杰，胡凡，等.基于Android和物联网的四轴运动平台控制系统设计与实现[J].制造技术与机床，2016（2）：64?68.

LU Jun， LIU Jie， HU Fan， et al. Design and implementation of four?axis motion platform control system based on Android and Internet of Things [J]. Manufacturing technology & machine tool， 2016（2）： 64?68.

[9] 于继武，邢远秀.基于物联网技术的油田输油管道监控系统设计[J].油气储运，2016，35（11）：1212?1215.

YU Jiwu， XING Yuanxiu. Design of oilfield pipeline monitoring system based on Internet of Things [J]. Oil & gas storage and transportation， 2016， 35（11）： 1212?1215.

[10] 阎坚，桂劲松.基于物联网技术的智慧教室设计与实现[J].中国电化教育，2016（12）：83?86.

YAN Jian， GUI Jinsong. Design and implementation of intelligent classroom based on Internet of Things technology [J]. China educational technology， 2016（12）： 83?86.

[11] 张茜，于瑞洋.基于物联网的地质资料库房智能管理系统的设计与实现[J].中国矿业，2016，25（11）：83?87.

ZHANG Qian， YU Ruiyang. The architecture and implementation of intelligent management system for a geological archives warehouse based on Internet of Things [J]. China mining magazine， 2016， 25（11）： 83?87.

[12] 陈凤.复杂网络数据信息传输稳定性检测仿真研究[J].计算机仿真，2018，35（1）：341?344.

CHEN Feng. Simulation research on stability detection of data transmission in complex networks [J]. Computer simulation， 2018， 35（1）： 341?344.