СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНО УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2010 года по МПК G06G7/48 G01R31/00 G06F19/00 

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано для построения информационно-измерительных и измерительно-управляющих систем или систем автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом.

Известен способ многопользовательского сетевого тестирования территориально удаленных объектов, используемый в системах автоматизированного лабораторного практикума (Арбузов Ю. В., Маслов С.И., Воронков Э.Н. и др. Автоматизированный лабораторный практикум в системе открытого технического образования. Образовательная среда сегодня и завтра. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Москва. 29.09 - 02.10.2004. - РГИОО. - М.: Рособразование, 2004. - 272 с.), включающий передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы (сервер лабораторного стенда), сопряженный с объектом, запись его в очередь заданий других пользователей, выбор очередного задания, измерение под управлением сетевого сервера значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения на персональную ЭВМ пользователя.

Недостатком данного способа является большое время обслуживания пользователей и низкая пропускная способность системы за счет совмещения сетевым сервером функции управления измерением.

Наиболее близким к заявляемому является способ многопользовательского сетевого тестирования территориально удаленных объектов, реализуемый в системе автоматизированного лабораторного практикума (см. A.M.Зимин. Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом в техническом университете: Информационные технологии, 2002, №2, с.39-43), который включает передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя.

Недостатком этого способа является большое время обслуживания пользователей, которое пропорционально (без учета транспортных задержек по сети) числу заданий в очереди, ввиду присущей этому способу практической независимости времени измерения от числа поступающих на сетевой сервер заданий и числа пользователей.

В основу изобретения положена задача уменьшения времени обслуживания пользователей и повышения пропускной способности системы.

Поставленная задача решается тем, что в способе тестирования территориально удаленных объектов, включающем передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя, согласно изобретению дополнительно с очередным заданием с сетевого сервера на измерительный передают текущее значение числа заданий в очереди и вычисляют адаптивное к нему число измерительных циклов, определяющих время измерения для данного задания.

На чертеже приведена возможная структура системы, реализующей заявляемый способ.

Система содержит персональные ЭВМ пользователей 1₁, 1_{2 …}, 1_m, соединенные через компьютерную сеть с сетевым сервером 2, к которому подключены последовательно соединенные измерительный сервер 3, устройство сопряжения 4 и объект 5.

Тестирование по предлагаемому способу выполняется следующим образом.

С персональной ЭВМ пользователя 1₁, 1_{2 …}, 1_m (m - число пользователей системы) через компьютерную сеть на сетевой сервер 2 передается представленное в цифровом виде задание на тестирование объекта 5, которое в порядке поступления записывается им в очередь заданий других пользователей. Очередное задание (первое в очереди) и текущее значение числа заданий в очереди с сетевого сервера 2 передаются на измерительный сервер 3, который сопряжен с объектом 5 через устройство сопряжения 4.

Задание на тестирование объекта включает вид тестового воздействия (сигнала) (например, гармоническое, полигармоническое, импульсное, радиоимпульсное и др.), его параметры (амплитуда, частота, начальная фаза, число гармоник, длительность и скважность или период повторения воздействий при их выводе и др.), точки приложения тестового воздействия, точки съема откликов (сигналов) объекта; дополнительно может задаваться также и число начальных измерительных циклов L_H, соответствующих априорно неизвестному или известному времени переходного процесса в объекте, вызванного приложением тестового воздействия.

Задание может предусматривать также управление режимом работы и конфигурацией объекта, однако в данном способе рассматриваются только измерительные аспекты тестирования, заключающиеся в измерении откликов объекта на задаваемые тестовые воздействия, несущие информацию о его параметрах и характеристиках.

Под управлением измерительного сервера синтезируется в цифровом виде заданное тестовое воздействие, длительностью которого и скважностью определяется период тестирования объекта и длительность одного цикла измерения Т_ц. Необходимое число циклов измерения (тестирования объекта) L_и и общее время измерения Т_ц=L_и·Т_ц вычисляются в измерительном сервере в соответствии с переданным числом заданий в очереди Z и наложенными на их значения системными ограничениями. Цифровое тестовое воздействие циклически выводится L_и раз на устройство сопряжения 4, преобразующее его с помощью встроенного цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в последовательность L_и аналоговых тестовых сигналов x_l(t), воздействующих на объект 5, где l=1, 2, …, L_и.

Одновременно с выводом последовательности тестовых воздействий осуществляется синхронизированный ввод в измерительный сервер 3 L_и откликов объекта 5 y_l(nT_s) с одной или нескольких точек съема, оцифрованных аналого-цифровым преобразователем (АЦП), встроенным в устройство сопряжения 4. Они соответствуют N измеренным мгновенным значениям аналоговых откликов y_l(t) в моменты времени t=nT_s, определяемые частотой выборок АЦП f_s=1/T_s (периодом T_s) и номером выборки n, n=0, 1, …, N-1.

Путем усреднения откликов y_l(nT_s) на измерительном сервере в соответствии с алгоритмом:

,

находятся значения усредненного отклика , имеющие случайную погрешность, примерно в раз меньшую погрешности измерения мгновенных значений откликов y_l(nT_s) в отдельных измерительных циклах, т.е. имеющие более высокую точность.

Число циклов усреднения L_y может быть как равно числу измерительных циклов L_и(L_y=Z_и), так и быть меньше его на число начальных (неусредняемых) циклов L_н(L_y=L_и-L_н), что зависит от вида задаваемого тестового воздействия.

В первом случае (L_y=L_и) период вывода тестового воздействия на объект превышает его длительность, т.е. тестовое воздействие включает паузу, достаточную для затухания вызываемого его выключением переходного процесса в объекте. Усреднением откликов в этом случае достигается повышение точности измерения параметров как установившегося, так и переходного режима работы объекта.

Во втором случае (L_y<L_и) выводимые тестовые воздействия являются непрерывными (период вывода равен длительности воздействия), при этом отклик на первое из них или отклики на L_н первых воздействий искажены переходными процессами в объекте, вызванными включением первого воздействия, и не используются в дальнейшем для усреднения. В результате усреднения L_y=L_и-L_н откликов повышается точность измерения параметров установившегося режима работы объекта.

Полученные N значений усредненного отклика объекта являются результатами измерений, проводимых под управлением измерительного сервера, которые через сетевой сервер передаются на персональную ЭВМ пользователя и несут информацию о параметрах и характеристиках объекта (коэффициенте передачи, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристиках, линейных и нелинейных искажениях, динамическом диапазоне и др.).

Время измерения на измерительном сервере с учетом неусредняемых и усредняемых циклов измерения находится как:

Т_и=L_и·Т_ц=L_н·Т_ц+L_у·T_ц=Т_н+Т_у.

Оно соответствует (без учета времени на управление и конфигурирование) времени монопольного захвата объекта пользователем и определяет обратно пропорциональную ему (без учета транспортных задержек данных в сети) пропускную способность системы V_пр=1/Т_и (число обслуживаемых пользователей в единицу времени, например в секунду) и время обслуживания пользователя Т_о, выражаемое через него (без учета транспортных задержек в сети) как:

Т_о=Z·Т_и.

Расчетные адаптивные значения числа циклов усреднения и времени измерения L_y.расч и Т_и.расч, вычисляемые измерительным сервером с учетом их возможных максимальных значений L_y.max, Т_и.max и максимального числа заданий в очереди Z_max, находятся как:

Т_и.расч=L_у.расчТ_ц+L_н·Т_ц,

где индекс «ц.ч.окр» означает операцию взятия целой части числа с округлением.

Если Т_и.расч>Т_и.max, то Т_и=Т_и.max, а L_y=[Т_и.max/Т_ц]_ц.ч.окр-L_н.

Иначе L_y.расч, Т_и=Т_и.расч.

При Z=Z_max (максимальном числе заданий в очереди) число циклов усреднения и время измерения минимальны: L_y=L_y.min=1, Т_и.Zmax=Т_ц+L_н·Т_ц. При минимальном числе заданий в очереди Z=Z_min=1 число циклов усреднения максимально L_y=Z_y.max, а время измерения является наибольшим для заданного значения Т_ц: Т_и.Zmin=L_y.max·Т_ц+L_н·Т_ц. Если Т_и.Zmin превысит допустимое значение Т_и.max, то время измерения ограничивается значением Т_и.max, которому соответствует значение L_y<L_y.max.

Фактическое значение числа циклов усреднения L_y на измерительном сервере передается вместе с данными на персональную ЭВМ пользователя; по нему пользователь может судить о степени загрузки сервера и точности проведенного измерения.

Благодаря автоматической адаптации числа циклов усреднения L_y к числу заданий в очереди Z (увеличения при его уменьшении и уменьшения при увеличении) уменьшается среднее время измерения Т_и.ср и среднее время обслуживания Т_о.ср, а также возрастает средняя пропускная способность системы V_пр.ср.

Относительные изменения числа циклов измерения L_и=L_н+L_y, времени измерения Т_и=L_и·Т_ц и времени обслуживания Т_о=Z·Т_и при Z=Z_max и Z=Z_min=1 определяются как:

где L_и.min=L_н+1; L_и.max=RL_и.min.

Известному (неадаптивному) способу тестирования объектов соответствует постоянное для заданного значения Т_ц время измерения, равное при максимальном числе циклов измерения Т_и.max(на)=L_и.max·Т_ц, и, соответственно, максимальное время обслуживания Т_о.max(на)=Z_max·T_и.max(на)=Z_max·L_и.max·Т_ц.

При адаптивном тестировании максимальное время обслуживания при

Z=Z_max составляет T_o.max(a)=L_и.min·Z_max·Т_ц.

Отношение максимального времени обслуживания при неадаптивном и адаптивном тестировании равно:

Таким образом, параметр R определяет степень уменьшения времени обслуживания и характеризует эффективность предлагаемого способа.

Пусть L_y.max=100. Тогда при L_н=0 R=L_y.max=100; при L_н=1 при L_н≈L_н.max=4 R≈20. Уменьшение времени обслуживания в 20-100 раз в зависимости от числа неусредняемых циклов L_н (которое обычно находится в пределах 0-4) является достаточно существенным. В число раз, равное R, возрастает и пропускная способность системы. Например, при адаптивном тестировании радиоэлектронных средств приемлемым является максимальное время обслуживания пользователя, не превышающее 10 с. При неадаптивном тестировании это время в самом неблагоприятном случае могло бы составить до (200-1000) с в зависимости от значения L_н, что эквивалентно «зависанию» системы. Реально с учетом случайного характера числа заданий в очереди и соответствующих им значений длительности цикла измерения Т_ц среднестатистическое значение времени обслуживания получается меньше предельного, имеющего достаточно малую вероятность, но соотношения между его значениями при адаптивном и неадаптивном тестировании при этом также сохраняются, что относится и к пропускной способности системы, а следовательно - и к эффективности предлагаемого способа.

Уменьшение времени обслуживания за счет снижения точности измерения наиболее обосновано при проведении пробных измерений, доля которых является достаточно большой при априорно неизвестных свойствах объекта.

Для повышения точности измерения при найденных экспериментально с помощью пробных измерений нужных параметрах тестового воздействия и/или числа циклов L_н, соответствующих длительности переходного процесса в объекте, можно провести либо одно «длинное» измерение при отключенном режиме адаптации с заданным достаточно большим числом циклов усреднения на измерительном сервере, либо несколько «коротких» адаптивных измерений с использованием накопления их результатов на персональной ЭВМ пользователя.

При практической реализации способа возможны и другие варианты как алгоритма адаптации, так и распределения измерительных функций между измерительным сервером 3 и устройством сопряжения 4, которое может включать в себя собственный процессор или микроконтроллер, реализующий функции управления, генерации сигналов и первичной цифровой обработки (усреднения) сигналов. Параметры синтеза тестового сигнала или даже его цифровые значения (отсчеты) могут вычисляться на персональной ЭВМ пользователя и передаваться в виде задания на измерительный сервер. Однако эти и другие особенности реализации не влияют на сущность предлагаемого способа и его эффективность.

Объектами тестирования данным способом могут быть как электрические и электронные аналоговые устройства (фильтры, усилители и др.), так и устройства не электрической природы, сопрягаемые со средствами измерения с помощью соответствующих измерительных датчиков и исполнительных элементов.

Эффективность предлагаемого способа проверена в системах автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом «Схемотехника аналоговых электронных устройств» и «Основы теории цепей», которые разработаны в Сибирском федеральном университете.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано для построения информационно-измерительных и измерительно-управляющих систем или систем автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом. Технический результат - уменьшение времени обслуживания пользователей и повышение пропускной способности системы. Уменьшение времени обслуживания пользователей и повышение пропускной способности системы достигаются за счет того, что в способе тестирования территориально удаленных объектов, включающем передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с тестируемым объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя, дополнительно с очередным заданием с сетевого сервера на измерительный передают текущее значение числа заданий в очереди и вычисляют адаптивное к нему число измерительных циклов, определяющих время измерения для данного задания. 1 ил.

Способ тестирования территориально удаленных объектов, включающий передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с тестируемым объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя, отличающийся тем, что дополнительно с очередным заданием с сетевого сервера на измерительный передают текущее значение числа заданий в очереди и вычисляют адаптивное к нему число измерительных циклов, определяющих время измерения для данного задания.