物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 將對未來的業(yè)務(wù)開展方式產(chǎn)生重大影響。通過實時捕獲和分析傳感器數(shù)據(jù)，新的商業(yè)模式將成為可能。對于許多組織而言，提供具有成本競爭力的基于使用的工業(yè)機器人合同所需的數(shù)據(jù)點數(shù)量將達到數(shù)百個。即使對于一個普通的跨國機器人制造商轉(zhuǎn)型為服務(wù)提供商而言，物聯(lián)網(wǎng)傳感器和系統(tǒng)的全球部署也將涉及數(shù)千個傳感器、網(wǎng)關(guān)和系統(tǒng)。

這些龐大的“系統(tǒng)系統(tǒng)”將對測試人員提出重大挑戰(zhàn)。確保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序已準備好進行可靠部署至關(guān)重要。真正的挑戰(zhàn)是如何現(xiàn)場測試數(shù)百或數(shù)千個地理上分散的設(shè)備的部署。將它們安裝到實驗室不僅在物理上是不可能的，而且它也無法正確測試系統(tǒng)中更多可變的元素，例如無線連接、環(huán)境條件和現(xiàn)實生活中的使用模式。唯一現(xiàn)實的選擇是通過模擬測試整個系統(tǒng)。

大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傾向于遵循類似的三層方法，如圖 1 所示。小節(jié)點組相互連接，然后通過無線網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)連接到基于云的數(shù)據(jù)存儲和分析服務(wù)器。通常，節(jié)點設(shè)備將是測量溫度、電力消耗的傳感器、光傳感器或控制執(zhí)行器，例如開關(guān)、泵和加熱控制。網(wǎng)關(guān)或集中器處理與外界的連接，并確保安全。后端服務(wù)器通常位于云中，處理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)和控制方面。

能夠測試通常在地理上分散在多個站點、安裝或設(shè)施的系統(tǒng)將需要相似數(shù)量的實驗室設(shè)置。實現(xiàn)這一點的物理模擬將比節(jié)點本身的成本更昂貴。

值得慶幸的是，使用模擬器，大型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置相對簡單。這是通過在模擬器中編寫代碼以在虛擬無線網(wǎng)絡(luò)上虛擬部署和布局節(jié)點來實現(xiàn)的。然后需要對無線網(wǎng)絡(luò)進行一些建模，以模擬節(jié)點之間無線鏈路的可變方面。單個腳本可以取代嘗試管理數(shù)百個物理項目的測試。

模擬解決方案的一個例子是 Wind River 的 Simics。使用此模擬器，您可以模擬 IoT 設(shè)計的所有方面，例如每個節(jié)點的硬件設(shè)置、處理器、層、無線網(wǎng)絡(luò)等。真正的操作系統(tǒng)和目標代碼應(yīng)用程序，使用在實際硬件上使用的相同二進制文件，運行模擬節(jié)點。

使用這種方法，您可以看到您的無線堆棧在較差的鏈路條件下和網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生時的性能，以及傳感器和執(zhí)行器發(fā)生的情況、節(jié)點的硬件睡眠模式/喚醒以及它們?nèi)绾喂?jié)省電力。您還可以測試管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的所有中間件以及軟件更新（尤其是任何 OTA 更新）如何運行。也可以通過這種方式測試安全性，確保網(wǎng)關(guān)和節(jié)點能夠正確運行，并且不會受到潛在的安全威脅或黑客攻擊。

模擬將允許測試人員輕松地動態(tài)改變無線電網(wǎng)絡(luò)條件。更改一對節(jié)點之間的信號強度并因此隨機丟棄數(shù)據(jù)包是可以在模擬規(guī)則中設(shè)置的。這種情況在現(xiàn)實世界中經(jīng)常發(fā)生，例如當火車通過兩個節(jié)點之間的視線并中斷通信一分鐘左右時。嘗試在實驗室中使用物理設(shè)置創(chuàng)建這樣的模擬將很難實現(xiàn)。

模擬也是測試物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序擴展能力的一種非常好的方法。隨著活動節(jié)點數(shù)量的增加，硬件和軟件行為會發(fā)生變化，這會影響系統(tǒng)的整體性能。有時，系統(tǒng)如何擴展的含義并不立即顯而易見，但同樣，仿真提供了一種正確測試這一點的方法。

如圖 2 所示，仿真提供了構(gòu)建任何規(guī)模的系統(tǒng)的能力，從小到大。這意味著系統(tǒng)的行為可以在整個范圍內(nèi)進行測試，從小型單元測試或子系統(tǒng)測試，一直到可以想象的最大設(shè)置。通常，每個系統(tǒng)規(guī)模都會揭示系統(tǒng)中的不同問題。這不僅關(guān)乎最大的設(shè)置，還關(guān)乎確保在中等系統(tǒng)規(guī)模下也能高效運行。

測試也可以橫向擴展，如圖 3 所示。很容易構(gòu)建許多網(wǎng)絡(luò)變體來測試軟件，以不同的方式部署相同數(shù)量的節(jié)點?？梢詼y試網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點之間的不同平衡，以及不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲。圖 3 還顯示了仿真如何讓您并行運行許多不同的測試，這使得運行一組測試的總時間低于必須在硬件上串行運行的總時間。

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計的另一個有趣方面是，盡管有數(shù)百或數(shù)千個節(jié)點，但占空比可能相當?shù)?。傳感器不會不斷地向云端報告?shù)據(jù)，這一事實極大地幫助了那些由電池供電的傳感器。因此，在被測系統(tǒng)中往往會有很多空閑時間。這段時間可以通過使用“超級模擬”來加速模擬。像 Simics 這樣的模擬解決方案不會逐個循環(huán)地播放空閑時間，而是直接跳到下一個有趣的事件，該事件將喚醒一個睡眠節(jié)點。因此，一個大部分空閑的系統(tǒng)的模擬速度可以比實時快很多倍，這是在大型物聯(lián)網(wǎng)模擬中利用的屬性。

最后，需要物理實驗室來執(zhí)行最終的系統(tǒng)測試。您必須測試您發(fā)布的內(nèi)容并發(fā)布您測試的內(nèi)容。然而，使用模擬來增強物理測試實驗室以覆蓋更多測試用例和運行更多測試變體是必要的，以確保質(zhì)量得到維持，并且系統(tǒng)在各種情況下都保持穩(wěn)健。通過仿真，您將能夠更快、更輕松地設(shè)計和構(gòu)建更好的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷