РЕФЕРАТ 2
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ СВЯЗИ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ 10
1.1 Сети LPWAN 10
1.1.1 Стандарт NB-IoT 11
1.1.2 Стандарт LoRaWAN 13
1.2 Другие стандарты связи 19
1.3 Особенности протокола MQTT 21
2 ПОДХОДЫ К ТЕСТИРОВАНИЮ УСТРОЙСТВ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ .. 24
2.1 Подходы к тестированию 24
2.2 Процесс тестирования приборов на предприятии НПО «Карат» 25
3 МЕТОДОЛОГИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ВСТРОЕННОГО
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 27
3.1 Этапы и принципы тестирования 27
3.1 YAML-файлы 27
3.2 Платформа автоматизированного тестирования 29
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЯДРА ТЕСТИРОВАНИЯ 31
4.1 Требования к ядру тестирования 31
4.2 Выбор технологий 36
4.2.1 .Net 5 37
4.2.2 Entity Framework 37
4.2.3 YamlDotNet 38
4.2.4 MQTTnet 38
4.2.5 StackExchange.Redis 38
4.2.6 NLog 39
5 РАЗРАБОТКА ЯДРА ТЕСТИРОВАНИЯ 40
5.1 Формат сценария 40
5.2 Подсистема управления испытаниями 42
5.3 Подсистема анализа сценариев тестирования 42
5.4 Подсистема тестирования 43
5.5 Подсистема записи результатов в БД 44
5.6 Журналирование событий 45
5.7 Запуск ядра тестирования в Воскег-контейнере 45
6 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ЯДРА ТЕСТИРОВАНИЯ 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 57
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Актуальность темы исследования. Тестирование устройств Интернета вещей является важной задачей еще на этапе разработки. Тестирование позволяет выявить соответствие между реальным и ожидаемым поведением программы или устройства, провести валидацию с целью выпустить на рынок качественный продукт.
Чем раньше происходит выявление ошибок в программном обеспечении, тем ниже расходы на их исправление. Особенно это касается предприятий, занимающихся массовыми производством электронных устройств и при-боров, например, «умных» счетчиков, измеряющих потребление энергоресурсов в квартирах, домах, промышленных помещениях.
На данный момент на рынке нет подходящего инструмента, позволяющего проводить тестирование встроенного программного обеспечения автоматически. Эмуляция микроконтроллера для исполнения программ не является эффективным решением, потому что есть непредсказуемое влияние погрешностей эмуляции на результат работы программы [1]. Поэтому, чаще всего, тестирование таких устройств проводится вручную.
Анализ актуальности обусловил выбор темы исследования: разработка методологии тестирования устройств Интернета вещей с применением автоматизированной платформы.
Гипотеза исследования. Предполагается, что проведение тестирования устройств Интернета вещей по разработанной методологии в автоматическом режиме позволит выявлять больше ошибок и ускорит тестирование новых версий встроенного программного обеспечения.
Целью исследования является разработка методологии тестирования «умных» устройств, которую можно будет внедрить в автоматизированную платформу тестирования Интернета вещей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- рассмотреть коммуникационные технологии, применяемые в Интернете вещей;
- исследовать подходы к тестированию 1оТ-устройств;
- сделать обоснованный выбор методов для тестирования встроенного программного обеспечения устройств Интернета вещей;
- выполнить постановку задачи и выбрать технологии для реализации системы тестирования;
- разработать ядро тестирования;
- провести испытание разработанной системы для тестирования встроенного ПО приборов учета энергоресурсов;
- оценить дальнейший путь развития системы.
Объектом исследования являются технологии тестирования устройств Интернета вещей.
Предметом исследования является методология проведения испытаний для универсальной автоматизированной платформы тестирования устройств Интернета вещей
Методы исследования включают в себя:
1) изучение источников информации об актуальных технологиях Интернета вещей;
2) анализ, систематизация и обобщение полученных сведений о разных подходах к тестированию;
3) апробация и анализ эффективности работы ядра тестирования в реальных условиях.
Теоретической основой исследования стали:
- отечественные и зарубежные исследования по автоматизации тестирования аппаратно-программных устройств;
- подходы к тестированию, применяемые на предприятии НПО «Карат»;
- современные концепции и технологии разработки веб-приложений.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в полученной методологии тестирования устройств Интернета вещей, а также реализованной системе тестирования, позволяющей ускорить процесс и повысить качество разработки встроенного программного обеспечения.
База исследования:
Данное исследование базируется на опыте использования и тестирования встроенного программного обеспечения приборов учета энергоресурсов компании НПО «Карат».
На защиту выносятся следующие положения:
1. Методы и технологии для проведения тестовых испытаний. Рассматриваются разные подходы к тестированию IoT-устройств и определяются наиболее эффективные.
2. Разработанное ядро системы тестирования. Описывается структура созданной системы, а также приводится сравнение эффективности автоматизированного и ручного тестирования.
3. Оценка развития системы. Рассматриваются варианты совершенствования ядра тестирования с целью приблизиться к универсальному решению.
Апробация результатов исследования и публикации. Основные результаты исследования были отражены в публикации:
Папуловская Н.В., Изотов И.Н., Блиничкин Д.Ю., Катаев А.Ю. Разработка ядра платформы автоматизированного тестирования устройств Интернета вещей // International Journal of Open Information Technologies. 2021. Т. 9, № 6. С. 38-45.
Структура и объём работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 50 страницах, а также списка литературы и приложений. В работе имеется 24 рисунка. Список литературы содержит 36 наименований.
Тестирование является важным этапом при разработке программного обеспечения, особенно при создании приборов и электронных модулей Интернета вещей. Очень важно на ранних этапах разработки выявить все критические места системы, поскольку на более поздних этапах на исправление этих ошибок уходит, как правило, больше ресурсов.
Данная работа проводилась для создания методологии тестирования «умных» устройств, которую можно применить для тестирования «умных» устройств, а впоследствии внедрить в автоматизированную платформу тестирования устройств Интернета вещей.
Для этого были рассмотрены современные технологии, применяемые в Интернете вещей. Рассмотрены сети LPWAN - NB-IoT и LoRaWAN. На данный момент для работы с NB-IoT сетью можно использовать оператора МТС, который также предлагает свою платформу «IoT.Платформа». Сеть LoRaWAN можно развернуть самостоятельно, например, используя открытое решение ChirpStack Network Server.
Классические стандарты связи удобно применять для разворачивания локальных решений, например, для создания «умных домов». Приборы, работающие на данных технологиях, можно тестировать аналогично сетям LPWAN.
Для взаимодействия с устройствами активно применяется протокол MQTT благодаря его «легковесности»: низкое потребление трафика, отсутствие задержек и удобная система подписок на топики.
По итогам проведенного обзора была разработана методология тестирования устройств Интернета вещей. Ключевыми особенностями являются:
• использование протокола MQTT в качестве основной коммуникационной платформы;
• задание сценариев в YAML-формате;
• модульная архитектура системы, позволяющая расширить возможности системы.
Был разработан сервис - ядро тестирования, - в котором реализована описанная методология. Для этого были выработаны технические требования к ядру тестирования и его подсистемам, а также выбраны технологии для реализации. Платформа .Net является хорошим вариантом для создания ядра тестирования и платформы в целом, так как обладает большим набором библиотек. Например, Entity Framework упрощает взаимодействие с базой данных.
Разработка ядра тестирования началась с определения формата сценария. Каждый тест обязательно содержит название и список команд. С помощью модулей функционал ядра можно расширить. Реализованные подсистемы отвечают требованиям технического задания. События, происходящие в ядре тестирования выводятся на консоль и сохраняются в лог-файл. Исходный код ядра тестирования доступен на странице проекта в Gitlab [35].
Для проверки гипотезы проведено исследование. Для этого было выполнено ручное и автоматизированное испытание модуля Карат-941Е'^ установленного в электросчетчик Милур 307. Процесс ручного тестирования занял 3 часа 13 минут рабочего времени тестировщика. Автоматизированное тестирование было выполнено за 27 минуты, а затраты на составления сценариев составили около 30 минут.
Таким образом, ядро тестирования позволяет уменьшить временные затраты на испытания новых версий встроенного ПО, а также увеличить количество тестов для исследования поведения устройства при разной конфигурации.
Работа над ядром тестирования будет продолжена. Планируется расширять список поддерживаемых IoT-платформ и протоколов коммуникационного обмена данными. На данный момент реализован модуль расширения функционала ядра для поддержки работы с устройствами НПО «Карат».
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
