——工業互聯網邊緣計算——模塊5項目測試目錄CONTENTS項目測試的整體設計任務5.1傳輸網絡測試任務5.2邊緣與云中心服務器測試任務5.3邊緣網關測試任務5.4應用集成測試任務5.5邊緣計算網絡安全技術與安全測試任務5.6章節簡介項目在交付給使用者之前，或者說項目在驗收時，非常重要的一項工作就是測試。測試可以保證項目正常、有效、可靠地運行。除對項目的最終結果需要測試以外，在項目實施的各個階段，項目工程師針對不同模塊將采用不同的測試方法和測試手段，使運行結果接近預期值。通過測試可以盡可能早地發現問題、解決問題，從而保證項目達到預定的目標。本模塊針對傳輸網絡測試、邊緣與云中心服務器測試、邊緣網關測試、應用集成測試、安全技術與安全測試幾個方面，使用不同測試方法和測試手段對邊緣計算項目實施測試。學習目標1.知識目標1）掌握測試的作用和分類。2）掌握傳輸網絡測試的指標和方法。3）掌握云服務器測試的指標和方法，重點掌握云服務器高可用性與高并發性測試的方法并能熟練操作。4）掌握邊緣網關測試的方法。5）理解邊緣計算中常見的安全威脅和常用的安全技術，熟悉邊緣計算安全測試的方法。2.技能目標1）具備對項目不同模塊實施正確測試的能力。2）具備合理設計和規劃測試步驟的能力。3）具備不同場景下靈活采取合理測試方法和手段的能力。3.素質目標1）具有大國工匠精益求精、嚴謹細致的職業素養；2）具有整合和綜合運用，把握大局正確做出判斷的能力；3）具有較強的團隊決策能力、應變能力、創新能力；4）具有尊重企業規范、誠信、保密的素質。學習導圖任務5.1項目測試的整體設計5.1.1項目測試背景工業互聯網是連接工業全系統、全產業鏈、全價值鏈，支撐工業智能化發展的關鍵基礎設施，是OT（OperationTechnology）和IT（InformationTechnology）深度融合的產物，其核心是讓互聯網深度參與到制造業和工業生產過程中，實現工業企業及其相關要素之間的萬物互聯。將邊緣計算與工業互聯網進行深度融合，讓云計算直接在網絡邊緣實現計算，可以有效降低工業網絡的傳輸負擔和傳輸時延，處理工業環境下對實時性有嚴格要求的海量數據，拓展工業互聯網收集和管理數據的能力。工業互聯網邊緣計算中的設備和應用整體上可以分為五層：設備層、邊緣控制器層、邊緣網關層、邊緣云層、云中心層（或工業互聯網云平臺層），如圖所示。實際部署時，根據項目需求和項目特點，項目的架構體系既可以由上述五層的全部結構組成，也可以由上述五層的部分結構組成。5.1.1項目測試背景比如，隨著人工智能的發展，機器視覺被越來越多地應用到工業場景中，既包括在產品質量檢測方面的應用，也包括在園區人員管理方面的應用，邊緣計算的加入可以將機器視覺中訓練后的模型由云中心層下沉到邊緣云層，模型的訓練通常在云中心層完成，由此可以部署基于邊緣云層和視覺檢測模塊的“邊-端”架構或者基于云中心層、邊緣云層和視覺檢測模塊的“云-邊-端”架構。再如，工業現場終端設備產生海量數據實時處理需求，工業網關也在傳統路由轉發功能的基礎上延伸出了對工業數據進行初步處理和存儲的功能，此類工業網關又稱為工業智能網關或者邊緣網關，邊緣網關處理后的數據會進一步上傳工業互聯網邊緣計算中的邊緣云層或者云中心層進行深度分析，由此可以部署加入了邊緣網關層和數據采集設備的“邊-端”架構或者“云-邊-端”架構。多種項目架構與應用場景的結合可以基于邊緣計算的優勢賦能工業生產。但是工業生產的特殊性決定了相比消費互聯網而言，工業互聯網在實時性、穩定性、可靠性、安全性等方面有更高的技術要求。因此需要選擇合理方法進行項目測試，驗證部署的邊緣計算系統能夠滿足工業互聯網在實時性、穩定性、可靠性、安全性等方面的技術要求，保證邊緣計算在工業互聯網中的應用價值，讓邊緣計算與工業互聯網能夠深度融合、賦能工業生產。5.1.2測試的概念和分類測試是認識客觀世界的手段之一，是科學研究的基礎方法，在各個領域都具有重要的作用，對于工業生產亦不可或缺，工程研究、產品開發、生產監督、質量控制、性能試驗等眾多環節都離不開測試技術。可以說，測試技術是推動工業發展、保障生產運行的重要技術，是工程技術人員必須掌握的一門實踐性很強的技術。測試是指通過人工或者自動的手段，對被測試對象進行檢測的活動，目的在于檢測被測試對象是否實現了用戶需求，或者弄清楚實際結果與預期結果之間的差異。從不同的角度出發，可以對測試進行不同的分類，常見的測試分類包括：（1）單元測試和集成測試開發人員在項目開發的過程中，針對用戶需求，把項目內容劃分成多個模塊單元，然后逐一開發。因此，在項目開發過程中或者項目驗收時，對每個模塊單元進行的測試即為單元測試，對模塊單元和模塊單元之間相互關聯的測試即為集成測試。（2）接口測試、功能測試、性能測試和安全測試從測試人員的角度出發，往往會把項目看作一個整體，針對項目的不同測試面，對測試內容進行分類。5.1.2測試的概念和分類1）接口測試：對系統提供的所有接口進行測試。2）功能測試：根據產品特性、操作描述和用戶方案，測試一個系統的特性和可操作行為，對其所有功能進行測試，以確定它們是否滿足設計的前期需求。功能測試又稱為黑盒測試，即把系統看成一個黑色的盒子，不關心內部邏輯結構是怎樣的，只關心輸入和輸出的結果是否達到預期目標。3）性能測試：通過自動化的測試工具模擬多種正常、峰值、異常的負載條件來對系統的各項性能指標進行測試。性能測試又分為基準測試、負載測試、壓力測試、穩定性測試、并發測試等。①基準測試：給系統施加較低壓力，查看系統的運行狀況并記錄相關數據作為參考。②負載測試：給系統不斷增加壓力或者讓系統在加載一定壓力的情況下持續運行一段時間，直到系統的某項或者多項性能指標達到安全臨界值，例如某種資源已經達到飽和狀態，查看系統的運行狀況并記錄相關數據作為參考。③壓力測試：讓系統在峰值負載或者超負載的情況下運行，查看系統在峰值負載或者超負載的情況下的處理能力。④穩定性測試：讓系統在加載一定壓力的情況下持續運行一段時間（通常為N×24小時），查看系統是否能夠穩定運行。⑤并發測試：讓多個用戶同時訪問同一個系統中的同一個應用或者同一個模塊，查看是否存在死鎖或者其它性能問題。4）安全測試：針對系統中可能存在的安全漏洞進行探測和發現。5.1.2測試的概念和分類值得注意的是，單元測試和集成測試是從開發順序的角度出發對測試進行的分類，接口測試、功能測試、性能測試、安全測試是從不同測試面的角度出發對測試進行的分類。在實際的企業項目測試中，往往兩種分類方法中的測試都會使用，兩者是可共存的。如，可以在單元測試和集成測試的過程中采用接口測試、功能測試、性能測試、安全測試等方法，在接口測試時可以針對不同單元的不同接口來測試。因此，兩種測試方法在實際應用中往往是相互交叉、相互補充的。5.1.3項目測試的具體流程基于模塊1到模塊4的學習，已經具備部署工業互聯網邊緣計算項目的能力，但作為一名工程技術人員，要保證項目能夠實際應用到工業生產領域、賦能工業生產，測試是必不可少的關鍵環節。基于不同角度對測試進行的分類，本模塊提出如下測試流程：整體上基于單元測試和集成測試的思想，先對項目各組成部分進行獨立測試，獨立測試完成以后再結合應用場景對項目進行集成測試；獨立測試和集成測試過程中進一步根據實際情況，從不同測試面的角度出發，選擇接口測試、功能測試、性能測試、安全測試中的一種或者多種方法完成測試。具體流程如圖所示。5.1.3項目測試的具體流程首先，傳輸網絡不僅是邊緣計算項目中連接云、邊、端三部分的重要載體，而且是邊緣計算項目中實現信息傳輸、資源共享、模型訓練、數據處理等一切智能操作的基礎，所以傳輸網絡的部署和測試是項目順利運行的首要保證。故本模塊首先對邊緣計算項目中的傳輸網絡進行測試，測試時從傳輸網絡的性能指標出發，對傳輸網絡進行性能測試。傳輸網絡測試完成以后就可以對邊緣計算項目中的其它組成部分進行測試。由前述可知，邊緣計算項目的體系架構包括云平臺層、邊緣云層、邊緣網關層、邊緣控制層和設備層等五大組成部分。本模塊重點聚焦其中的云平臺層、邊緣云層、邊緣網關層，分別對這三個組成部分進行測試。其中的云平臺層和邊緣云層，因為這兩層的核心都是服務器，所以本模塊將其合并敘述，測試時從服務器的性能指標出發，對服務器進行性能測試。云平臺層、邊緣云層、邊緣網關層等三個組成部分測試完成以后，本模塊結合應用場景對邊緣計算項目進行集成測試，測試時以應用服務的功能測試為主，重點考察部署的應用服務是否能夠承載業務需要。最后本模塊對邊緣計算項目中常見的安全威脅和常用的安全技術進行分析，提出對邊緣計算項目進行安全測試的方案。任務5.2傳輸網絡測試5.2.1傳輸網絡測試需求傳輸網絡不僅是邊緣計算項目中連接云、邊、端三部分的重要載體，而且是邊緣計算項目中實現信息傳輸、資源共享、模型訓練、數據處理等一切智能操作的基礎，所以傳輸網絡的部署和測試是項目順利運行的首要保證。作為新一代移動通信技術，5G網絡與工業互聯網和邊緣計算之間，都是相互促進、彼此成就的關系。在工業生產領域，一方面，5G網絡可以替代傳統的現場總線、工業以太網、工業WiFi，為現場海量設備提供低時延、高帶寬、安全、可靠的網絡接入，另一方面，多接入邊緣計算（Muti-accessEdgeComputing，MEC）已經成為5G網絡架構的重要組成部分，5GMEC中的邊緣計算為工業互聯網邊緣計算體系架構中的邊緣云層提供了新的部署模式，也為企業和運營商提供了新的商業模式與合作模式。新模式中，企業既可以租用運營商的5G網絡，也可以委托運營商在企業園區內部署5G混合專網，還可以自己在企業園區內部署5G獨立專網。5G網絡部署完成后，企業需要從5G網絡的性能指標出發，對5G網絡進行性能測試，為項目其它部分順利部署提供首要保證。5.2.2傳輸網絡測試方式導入傳輸網絡測試要從最基本的網絡指標入手，比如，網絡的速率、帶寬、吞吐量、時延等等。那么，計算機網絡有哪些性能指標，無線網絡又有哪些性能指標，這些性能指標是進行傳輸網絡測試的基本內容。5.2.2傳輸網絡測試方式1.計算機網絡性能指標（1）速率速率是指連接在計算機網絡上的主機或者路由器每秒在信道上傳送數據的位數，也稱為比特率或者數據率，單位為位/秒（bit/s，b/s），也可以寫作bps。（2）帶寬帶寬是指單位時間內從網絡中的某一端到另外一端所能通過的最大數據量，即信道上傳送數據的能力。（3）吞吐量吞吐量是指單位時間內從網絡中的某一端到另外一端所能通過的實際數據量，當前網絡的吞吐量/網絡帶寬=網絡負載。（4）時延時延是指數據從網絡中的某一端傳送到另外一端所花費的時間，包括四種類型：處理時延、排隊時延、發送時延、傳播時延。1）處理時延：處理時延是指主機或者路由器收到數據以后進行處理所花費的時間，通常為微秒級或者更少。2）排隊時延：排隊時延是指數據在主機或者路由器中排隊等待發送所花費的時間，通常為毫秒級到微秒級。3）發送時延：發送時延又稱為傳輸時延，是指主機或者路由器發送數據所花費的時間，即：從發送第一個比特開始，到最后一個比特發送完畢所花費的時間。4）傳播時延：傳播時延是指數據在信道中傳播所花費的時間。5.2.2傳輸網絡測試方式1.計算機網絡性能指標（5）時延帶寬積時延帶寬積是指信道上所能承載的最大數據量，時延帶寬積=傳播時延×帶寬。（6）往返時間往返時間是指從發送方發送數據開始到發送方收到接收方確認為止所需要的時間。（7）利用率利用率包括信道利用率和網絡利用率。1）信道利用率=有數據通過時間/（有+無）數據通過時間。2）網絡利用率=信道利用率加權平均值。（8）丟包率丟包率是指在一定的時間范圍內，傳輸過程中丟失的分組數量與總分組數量的比率。5.2.2傳輸網絡測試方式2.無線網絡性能指標（1）輻射功率輻射功率全稱為有效全向輻射功率（EffectiveIsotropicRadiatedPower，EIRP），是指天線發射出去的信號強度，即射頻發射功率+天線增益-線路損耗。（2）信號強度無線網絡信號強度有以下四個重要的衡量指標：接收信號強度指示（ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI）、參考信號接收功率（ReferenceSignalReceivingPower，RSRP）、參考信號接收質量（ReferenceSignalReceivingQuality，RSRQ）、信號與干擾加噪聲比（SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，SINR）。1）RSSI：RSSI是指EIRP經過一段傳輸路徑損耗和障礙物衰減以后達到無線網絡覆蓋范圍內某處的實際信號強度。該值通常為負值，越接近零說明信號強度越高。該值若持續過低，說明收到的信號強度太弱，可能導致解調失敗；該值若持續過高，說明收到的信號強度太強，相互之間的干擾也可能影響解調結果。2）RSRP：由于RSSI表示的是某處接收到的所有信號的強度，包括導頻信號（ReferenceSignal，RS）、數據信號、干擾信號、噪聲信號，所以還有另外一個參數專門用來表示某處接收到的RS的功率，即RSRP，該值越高越好。3）RSRQ：RSRQ=RSRP/RSSI×N，N表示載波帶寬中攜帶的資源塊的個數，該值越高越好。4）SINR：SINR是指某處接收到的有用信號的強度與接收到的無用信號（干擾信號和噪聲信號）的強度的比值，可以簡單地理解為信噪比，該值越高越好。5.2.2傳輸網絡測試方式2.無線網絡性能指標上述指標在4G網絡中通過小區特定參考信號（Cell-SpecificReferenceSignal，CRS）進行定義。5G網絡中沒有CRS，所以上述指標在5G網絡中通過其它物理信號進行定義，兩種最常用的物理信號是：同步信號和PBCH塊（SynchronizationSignalandPBCHblock,SSB）、信道狀態信息參考信號（ChannelStateInformationReferenceSignal，CSI-RS）。基于上述兩種最常用的物理信號，5G網絡的RSSI、RSRP、RSRQ、SINR又分為：SSRSSI、SSRSRP、SSRSRQ、SSSINR和CSIRSSI、CSIRSRP、CSIRSRQ、CSISINR。其中，RSRP和SINR的配合使用是衡量4G網絡信號強度的常用方式，SSRSRP和SSSINR的配合使用是衡量5G網絡信號強度的常用方式。（3）覆蓋率覆蓋率是指無線網絡的覆蓋范圍，無線網絡覆蓋范圍內的各點通常需要滿足一定的信號強度的要求。（4）移動性移動性是指無線網絡對用戶終端（UserEquipment，UE）物理位置不斷變化的支持能力。5.2.2傳輸網絡測試方式3.無線網絡選點原則（1）4G網絡選點原則根據中國移動某測試報告，4G網絡選點原則可以通過RSRP與SINR進行定義，具體為：1）極好點：RSRP>-85dBm；SINR>25。2）好點：RSRP：-85～-95dBm；SINR：16-25。3）中點：RSRP：-95～-105dBm；SINR：11-15。4）差點：RSRP：-105～-115dBm；SINR：3-10。5）極差點：RSRP<-115dB；SINR<3。（2）5G網絡選點原則根據中國移動某測試報告，5G網絡選點原則可以在4G網絡選點原則的基礎上進一步通過SSRSRP與SSSINR進行定義，但是5G網絡選點原則通常不像4G網絡選點原則一樣有一個統一的標準，5G網絡選點原則在定義時通常還會參考不同應用場景對5G網絡的不同要求，根據應用場景和業務需求進行定義。5.2.2傳輸網絡測試方式4.無線網絡測試方法（1）ping通信測試測試UE向基站發起ping通信測試，測試ping通信時延，50ms以內視為正常的網絡延遲，如果偶爾出現幾個稍微較大的延遲數值也屬于正常現象，因為無線網絡連接會受到信號強度、干擾、噪聲等因素的影響。（2）tcp業務測試測試UE向基站發起tcp業務測試，包括tcp上行業務（測試UE向基站發送數據）和tcp下行業務（測試UE從基站接受數據），有時上述業務需要在滿buffer情況下進行，分別測試tcp上行業務速率和tcp下行業務速率。（3）ftp業務測試測試UE向基站發起ftp業務測試，包括ftp上行業務（測試UE向基站上傳文件）和ftp下行業務（測試UE從基站下載文件），有時上述業務需要在滿buffer情況下進行，分別測試ftp上行業務速率和ftp下行業務速率。（4）信號強度測試通過專門的測試設備，或者在測試UE上安裝專門的測試軟件，對所在位置的RSRP和SINR等指標進行測試，5G網絡中是對SSRSRP和SSSINR等指標進行測試。（5）拉網測試在一定的區域內，按照所需的路線，或者隨機跑幾條路線，進行語音的長呼測試、短呼測試，或者進行數據業務的測試。5.2.2傳輸網絡測試方式4.無線網絡測試方法（6）覆蓋率測試常用流程為：1）測試UE從極好點出發，向基站發起滿buffer情況下的下行業務。2）選擇與基站天線陣列法線成60度的方向，以勻速徑向拉遠至下行業務中斷點，記錄此過程中信號強度、吞吐量、時延等指標，記錄此過程在電子地圖上的GPS坐標等參數。3）測試該點的上行業務運行情況：如果不能正常運行，以均速徑向拉近至連續三次上行業務接入成功，記錄該點的拉遠距離和信號強度等指標；如果可以正常運行，以均速徑向拉遠至連續三次上行業務接入失敗，記錄該點的拉遠距離和信號強度等指標。4）重復兩次步驟3。5）更換測試路線，重復步驟1~4。（7）移動性測試常用流程為：1）兩臺測試UE放置在測試車上，一臺向基站發起滿buffer情況下的下行業務，一臺向基站發起滿buffer情況下的上行業務。2）測試車以不同速率遍歷事先選擇的行駛路線，測試時長1小時以上。3）記錄不同情況下的業務中斷時間。5.2.3信號強度測試下面使用Cellular-Z軟件對5G網絡的信號強度進行測試。Cellular-Z軟件是一款專業的網絡測試工具，可以對當前網絡的服務小區信息、信道狀態、信號強度、網速進行測試，該軟件在測試UE上的運行結果如圖所示。圖中展示了5G網絡信號強度的三個重要指標：SS-RSRP、SS-RSRQ、SS-SINR。其中：SS-RSRP值為-98dBm，SS-RSRQ值為-15dB。圖中“數據網”和“小區類型”后面的“NR”表示測試UE現在接入的是5G網絡，4G網絡的話應該顯示“LTE”，如圖所示。5.2.4拉網測試下面委托運營商在企業廠房和企業園區內進行兩級拉網測試，確保5G網絡的覆蓋率和各項性能指標能夠承載業務需要。拉網測試時以SSRSRP為測試指標，根據SSRSRP的值將各測試點用不同顏色標注出來，標注時將SSRSRP劃分為五個區間：[-85，-31]為第一區間，此區間的測試點用深綠色表示；[-95，-85)為第二區間，此區間的測試點用淺綠色表示；[-105，-95)為第三區間，此區間的測試點用黃色表示；[-115，-105)為第四區間，此區間的測試點用橙色表示；[-157，-115)為第五區間，此區間的測試點用紅色表示。不同測試過程中測試指標的選擇、區間的劃分、顏色的取用都可以有所不同。5.2.4拉網測試（a）是運營商在企業廠房內根據終端設備和邊緣網關的位置選點，對5G網絡的SSRSRP進行拉網測試的結果，由SSRSRP拉網測試的結果可知，該廠房內大部分測量點的SSRSRP在[-85，-31]范圍內，均屬于SSRSRP的“極好點”。在此基礎上，選擇SSRSRP在[-85，-31]范圍內的某點進行32bytes數據的ping通信測試，由（b）中ping通信測試的結果可知，該點的平均ping通信時延為34.12ms，在正常范圍內。（a）（b）5.2.4拉網測試（a）和（b）是運營商在企業園區內根據工業廠房的位置選點，對5G網絡的SSRSRP進行拉網測試的結果，由SSRSRP拉網測試的結果可知，該園區內1號、2號、3號、4號、8號、10號廠房所屬測量點的SSRSRP在[-95，-31]范圍內，屬于SSRSRP的“極好點”或者“好點”，5號、6號、7號、9號廠房所屬測量點的SSRSRP在[-105，-95)范圍內，屬于SSRSRP的“中點”。在此基礎上，選擇SSRSRP在[-85，-31]范圍內的某點進行32bytes數據的ping通信測試，由（c）中ping通信測試的結果可知，該點的平均ping通信時延為60.36ms，略高于正常范圍。（a）（b）（b）5.2.55G基站驗證測試5G基站是5G網絡的核心設備，提供無線覆蓋功能，實現有線通信網絡與無線移動終端之間的無線信號傳輸。5G基站的架構、形態直接影響5G網絡的部署方式。5G基站的重要性決定了需要對其進行定期的測試和維護。如圖所示，工作人員正在對5G基站進行維修。對5G基站進行驗證測試，該過程需要網絡優化工程師根據不同基站設備商的測試軟件配合授權進行操作，通常企業提出需求，由運營商完成并出具報告。報告中既包括很多專業指標的測試結果，也包括拉網測試、ping通信測試、ftp業務測試等常用測試方法的測試結果。下面為報告中的部分內容（敏感信息和道路信息均已隱藏）。5.2.55G基站驗證測試圖中，拉網測試時，將SSRSRP劃分為[-85，-40)、[-95，-85)、[-105，-95)、[-115，-105)、[-140，-115)五個區間，將SSSINR劃分為[25，50)、[16，25)、[10，16)、[3，10)、[-20，3)五個區間，依次用深綠色、淺綠色、深黃色、淺黃色、紅色進行表示。根據圖中SSRSRP拉網測試和SSSINR拉網測試的結果可知，大部分測量點的SSRSRP在[-85，-40)范圍內、SSSINR在[10，25)范圍內。（a）（b）5.2.55G基站驗證測試首先選擇SSRSRP在[-85，-40)范圍內、SSSINR在[25，50)范圍內的點進行32bytes數據和128bytes數據的ping通信測試，如圖所示為兩次測試結果，32bytes數據的ping通信時延為10.68ms，128bytes數據的ping通信時延為25.55ms。（a）（b）5.2.55G基站驗證測試繼續選擇SSRSRP在[-85，-40)范圍內、SSSINR在[25，50)范圍內的點進行ftp下行業務和ftp上行業務的速率測試，如圖所示為兩次測試結果，ftp下行業務的速率為1.18Gbps，ftp上行業務的速率為107.56Mbps。（a）（b）任務5.3邊緣與云中心服務器測試5.3.1邊緣與云中心服務器測試需求大中型企業在部署邊緣計算項目時，從安全和控制的角度出發，常常在公司總部搭建云中心服務平臺，在各分公司與當地工廠搭建邊緣云服務平臺，即大中型企業邊緣計算項目中的云平臺通常包括云中心與邊緣云兩級部署方式，提供對邊緣網關或者智能設備的控制與管理，與邊緣網關或者智能設備之間進行資源、服務、應用的全面協同。因此，邊緣與云中心服務器的配置和管理是整個邊緣計算項目的核心任務，邊緣與云中心服務器的測試更是保證企業業務穩定運行的關鍵環節。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式導入以云服務器為例，基于虛擬化技術的發展，云服務器上的物理資源虛擬化成邏輯資源池或者資源共享池以后，由資源池負責資源的統一管理和對外服務，此模式下，基于資源池創建的虛擬機取代實體物理機成為新的網絡節點，依托網絡環境進行信息傳輸和資源共享，并與項目其它部分協同作業，共同助力邊緣計算對工業互聯網的賦能價值。傳輸網絡不僅是整個邊緣計算項目的基礎架構，而且是云服務器虛擬化后各節點協同作業的重要依托，所以在完成傳輸網絡測試以后，對云服務器或者各虛擬節點接入網絡后的實際情況也應進行測試，為云服務器或者各虛擬節點上的業務運行提供首要保證。網絡測試完成以后，在云服務器或者各虛擬節點上部署一到兩個簡單的應用服務用以測試，測試過程中，首先在應用服務正常運行狀態下對云服務器或者各虛擬節點的基準性能進行測試，然后模擬多種并發情況和故障情況，對云服務器或者各虛擬節點的高并發性與高可用性進行測試。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式1.云服務器網絡通信測試方法任務5.2中已經對計算機網絡常用的八種性能指標和無線網絡常用的四種性能指標進行了敘述，在此基礎上對云服務器接入網絡后的實際情況進行測試，首先需要在云服務器中部署作為服務端的服務節點和作為客戶端的測試節點，然后借助iperf、netperf、qperf等網絡測試工具在服務端和客戶端之間進行數據傳輸測試，采用TCP傳輸和UDP傳輸等兩種不同的傳輸方式，測試TCP傳輸時的吞吐量和UDP傳輸時的丟包率等具體指標。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式2.云服務器基準性能測試方法（1）top工具top工具可以實時展示系統的運行狀態，包括CPU、內存、進程、進程資源使用量等重要信息，運維工程師時常會把top工具比作“加強版的Windows任務管理器”，該工具非常適合作為接手服務器后執行的第一條命令。top工具的運行結果如圖所示。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式2.云服務器基準性能測試方法輸出結果中：1）loadaverage顯示了系統在之前1分鐘、5分鐘、15分鐘內的平均負載。2）Tasks顯示了系統在當前時刻的進程情況：running表示運行和將要被調度運行的進程數；sleeping表示睡眠的進程數；stopped表示停止的進程數；zombie表示僵尸進程數。3）%Cpu(s)顯示了系統在當前時刻的CPU占用比：us表示用戶態的CPU占用比；sy表示內核態的CPU占用比；ni表示低優先級用戶態的CPU占用比；id表示空閑狀態的CPU占用比；wa表示等待IO的CPU占用比；hi表示處理硬中斷的CPU占用比；si表示處理軟中斷的CPU占用比；st表示用于虛擬化的CPU占用比。4）KiBMem顯示了系統在當前時刻的物理內存使用量：total表示總物理內存的大小；free表示空閑狀態的物理內存的大小；used表示使用狀態的物理內存的大小；buff/cache表示用于緩存的物理內存的大小。5）KiBSwap顯示了系統在當前時刻的交換分區使用量：total表示總交換分區的大小；free表示空閑狀態的交換分區的大小；used表示使用狀態的交換分區的大小；availMem表示在不進行交換的前提下，系統可以給新進程使用的內存總量。6）接下來是系統在當前時刻的進程詳情：PID表示進程id；USER表示哪個用戶啟動了進程；PR表示進程的優先級；NI表示進程的nice值；VIRT表示進程使用的虛擬內存的總量；RES表示進程使用的、未被換出的物理內存的總量；SHR表示進程使用的共享內存的總量；S表示進程狀態（R=運行，S=睡眠，D=不可中斷的睡眠狀態，T=跟蹤/停止，Z=僵尸進程）；%CPU表示進程的CPU占用比；%MEM表示進程的物理內存占用比；TIME+表示進程運行的時間總計；COMMAND表示進程的相關命令。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式2.云服務器基準性能測試方法（2）vmstat工具vmstat工具可以整體報告系統的運行狀態，包括CPU、內存、IO、進程等重要信息，也可以報告系統的磁盤狀態或者磁盤分區。vmstat工具的運行結果如圖所示。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式2.云服務器基準性能測試方法輸出結果中：1）procs顯示了系統在輸出時刻的進程情況：r表示運行和將要被調度運行的進程數；b表示等待IO的進程數。2）memory顯示了系統在輸出時刻的物理內存使用量：swpd表示使用的交換分區的大小；free表示空閑狀態的物理內存的大小；buff表示用于buff緩存的物理內存的大小；cache表示用于cache緩存的物理內存的大小。3）swap顯示了系統在輸出時刻的交換情況：si表示每秒由磁盤換入到交換分區的大小；so表示每秒由交換分區換出到磁盤的大小。4）io顯示了系統在輸出時刻的IO情況：bi表示每秒塊設備接收的塊數量；bo表示每秒塊設備發送的塊數量。5）system顯示了系統在輸出時刻的內核情況：in表示每秒的中斷數，包括時鐘中斷數；cs表示每秒的上下文切換數。6）cpu顯示了系統在輸出時刻的CPU占用比：us表示用戶態的CPU占用比；sy表示內核態的CPU占用比；id表示空閑狀態的CPU占用比；wa表示等待IO的CPU占用比；st表示用于虛擬化的CPU占用比。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式2.云服務器基準性能測試方法（3）CPU和內存的常用指標說明基于top命令和vmstat命令可以對CPU和內存中多數指標進行全面監控。對于CPU而言，“表示用戶態的CPU占用比”的us指標和“表示內核態的CPU占用比”的sy指標是衡量云服務器CPU性能是否達到瓶頸的常用指標，參考值為80%，us+sy>80%說明云服務器可能處于CPU瓶頸；對于內存而言，“表示每秒由磁盤換入到交換分區的大小”的si指標和“表示每秒由交換分區換出到磁盤的大小”的so指標是衡量云服務器內存性能是否達到瓶頸的常用指標，si和so長期不為0說明云服務器可能處于內存瓶頸。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式3.云服務器高并發性與高可用性測試方法（1）負載均衡能力負載均衡要求集群在多個操作單元上進行負載的均攤和平衡，將負載均衡分配到多個操作單元上。多個操作單元和負載均衡協同完成整體任務。（2）穩定運行能力穩定性測試屬于負載測試的一種，讓集群在加載一定業務壓力的情況下持續運行N×24小時，檢測并記錄是系統是否能夠穩定運行。對于互聯網應用和大型企業應用而言，多數要求7×24小時不間斷運行。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式3.云服務器高并發性與高可用性測試方法（3）高并發性測試衡量系統高并發性的常用指標有：1）每秒查詢（QueriesPerSecond，QPS）與每秒事務（TransactionsPerSecond，TPS）QPS是系統每秒能夠響應的查詢次數。TPS是系統每秒能夠響應的事務次數。QPS與TPS基本類似。但是不同的是，對于一個頁面的一次訪問只會形成一個TPS，但是一次訪問既可能產生對系統的一次請求也可能產生對系統的多次請求。如果是對系統的一次請求，則一個TPS對應一個QPS。如果是對系統的多次請求，則一個TPS對應多個QPS。2）響應時間（ResponseTime，RT）RT是一個請求從產生開始到收到響應為止所花費的總體時間，即：從客戶端發起請求開始，到客戶端收到服務端響應為止，所花費的總體時間。3）并發數并發數是指系統能夠同時處理的請求數量，并發數也反映了系統的負載能力。4）吞吐量吞吐量是系統每秒能夠處理的請求數量，是一個衡量系統抗壓能力的綜合指標，可以通過前面的QPS、QTS、RT、并發數等指標進行衡量。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式3.云服務器高并發性與高可用性測試方法（4）高可用性測試衡量系統高可用性的常用指標有：1）恢復時間目標（RecoveryTimeObject，RTO）RTO是指故障或者災難發生以后，從系統宕機導致業務停頓開始，到系統恢復并且業務恢復為止，所花費的時間。業界一般基于系統在全年的宕機時間，用“幾個九”的標準來進一步衡量系統的RTO指標，如表所示：其中，宕機時間/年=(1-系統可用性%)×365天。2）恢復點目標（RecoveryPointObject，RPO）RPO是指故障或者災難發生以后，系統和業務必須恢復到的時間點的要求，是衡量此過程中數據丟失的重要指標，可以簡單描述為能夠容忍的最大數據丟失量。衡量系統的RPO指標不僅要考慮云服務器的容災備份與高可用性，而且要考慮云存儲的容災備份與高可用性，是一項綜合任務。系統可用性級別系統可用性%宕機時間/年不可用90%36.5天基本可用99%87.6小時較高可用99.9%8.76小時高可用99.99%52.56分鐘極高可用99.999%5.26分鐘5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式4.實驗環境（1）Kubernetes集群的準備工作部署的Kubernetes集群有如下特點：1）包括三個Master節點和兩個Node節點。2）各節點依次完成：CentOS764位操作系統的安裝，Docker容器引擎的安裝（以18.09.0版本為例），Kubernetes集群架構的安裝（以1.20.0版本為例）。3）三個Master節點包括一個主節點和兩個備節點；主節點的節點名稱為master，節點IP為；備節點的節點名稱為backup1和backup2，節點IP為和；基于Haproxy和Keepalived實現三個Master節點的負載均衡和容災備份，虛擬IP設置為0。4）兩個Node節點的節點名稱為node1和node2，節點IP為1和2。具體如表所示。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式4.實驗環境節點名稱節點IP節點作用節點配置master主Master節點CentOS764位Docker18.09.0Kubernetes1.20.0Haproxy+Keepalivedbackup1備Master節點backup2備Master節點

0Master節點的虛擬IPnode11Node節點CentOS764位Docker18.09.0Kubernetes1.20.0node22Node節點5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式4.實驗環境（2）測試集群的準備工作部署的測試集群有如下特點：1）包括三個測試節點，節點IP為1至3，有需要可根據實際情況拓展增加。2）各節點依次完成CentOS764位操作系統的安裝。具體如表所示。5.3.2邊緣與云中心服務器測試方式4.實驗環境節點名稱節點IP節點作用節點配置test1測試節點CentOS764位test22測試節點2test33測試節點35.3.2邊緣與云中心服務器測試方式4.實驗環境（3）遠程連接5.3.3云服務器網絡通信測試1.iperf的安裝與啟動1）在master節點和test節點上安裝iperf，命令如下：#wget/pub/iperf/iperf-3.0.6.tar.gz#tarxzvfiperf-3.0.6.tar.gz#cdiperf-3.0.6&&./configure&&make&&makeinstall&&cd~#iperf3-version其中，iperf3表示使用的是iperf發行版本3。5.3.3云服務器網絡通信測試1.iperf的安裝與啟動2）在master節點上將iperf以服務端形式啟動，命令如下：#iperf3-s其中，-s表示將iperf以服務端（server）形式啟動。結果如圖所示。5.3.3云服務器網絡通信測試1.iperf的安裝與啟動3）在test節點上將iperf以客戶端形式啟動，命令如下：#iperf3-c其中，-c表示將iperf以客戶端（client）形式啟動，為master節點的IP地址，即服務端的IP地址。結果如圖所示。5.3.3云服務器網絡通信測試2.基于iperf的通信測試（1）iperf常用參數說明前面所示結果表示在test節點上將iperf以客戶端形式啟動，啟動過程即為一次TCP通信測試的過程。分隔線以上每1秒輸出一次傳輸狀態，Transfer列表示1秒內傳輸的數據量大小，Bandwidth列表示1秒內的帶寬速率，Retr列表示1秒內的重傳次數，Cwnd列表示1秒內的擁塞窗口；分隔線以下輸出整體傳輸狀態，包括：客戶端總共發送的數據量、客戶端帶寬速率、服務端總共接收的數據量、服務端帶寬速率、數據重傳次數等。其中的帶寬速率即為客戶端和服務端之間TCP通信時的TCP吞吐量，由此可以分析客戶端和服務端之間TCP通信時的通信性能。5.3.3云服務器網絡通信測試2.基于iperf的通信測試在上述命令的基礎上，可以通過iperf的常用參數得到更多測試結果，iperf的常用參數如下：①-t：指定測試時間，默認10秒，假設改為20秒，命令為：iperf3-c-t20。②-i：指定測試間隔，默認1秒，假設改為2秒，命令為：iperf3-c-i2。③-n：指定要發送的數據大小，以字節為單位，假設要發送5G字節的隨機數據，命令為：iperf3-c-n5000000000。④-F：指定要發送的文件名稱，假設要發送文件名稱為iperf-3.0.6.tar.gz的安裝包，命令為：iperf3-c-Fiperf-3.0.6.tar.gz。⑤-P：指定并行的線程數目，不指定的話默認為1，假設要在客戶端和服務端之間建立雙線程通信，命令為：iperf3-c-P2。⑥-f：指定輸出結果中帶寬速率的顯示單位，共有四種選項，-f[kmKM]分別表示以Kbits/s、Mbits/s、Kbytes/s、MBytes/s顯示，默認以Mbits/s顯示，假設要更改為以MBytes/s顯示，命令為：iperf3-c-fM。⑦-b：指定能使用的帶寬速率，TCP模式下默認無限制，UDP模式下默認為1Mbits/s，假設要更改為100Mbits/s，命令為：iperf3-c-b100M。⑧-u：指定使用UDP模式通信，不指定的話默認使用TCP模式通信。基于上述參數在客戶端和服務端之間進行進一步測試。5.3.3云服務器網絡通信測試2.基于iperf的通信測試（2）TCP通信測試1）指定測試間隔為2秒，指定測試時間為20秒，指定要發送文件名稱為iperf-3.0.6.tar.gz的安裝包，命令如下：#iperf3-c-Fiperf-3.0.6.tar.gz-i2-t20結果如圖所示。5.3.3云服務器網絡通信測試2.基于iperf的通信測試2）指定測試間隔為2秒，指定輸出結果中帶寬速率的顯示單位為MBytes/s，指定要發送5G字節的隨機數據，命令如下：#iperf3-c-n5000000000-i2-fM結果如圖所示。5.3.3云服務器網絡通信測試2.基于iperf的通信測試3）進一步指定雙線程通信，命令如下：#iperf3-c-n5000000000-i2-fM-P2結果如圖所示。5.3.3云服務器網絡通信測試2.基于iperf的通信測試（3）UDP通信測試1）指定使用UDP模式通信，指定UDP模式下能使用的帶寬速率為100Mbits/s，命令如下：#iperf3-c-u-b100M-i2-fM結果如圖所示。圖中的Jitter表示抖動時間，或者叫傳輸時延，Lost/TotalDatagrams列表示總共丟失的數據量大小和總共傳輸的數據量大小，0.2%表示丟包率。5.3.4云服務器基準性能測試1.服務部署（1）創建hello-nginx鏡像1）創建Dockerfile文件，內容如下：FROMnginxRUNecho'<h1>Hello</h1>'>/usr/share/nginx/html/index.html5.3.4云服務器基準性能測試1.服務部署2）基于Dockerfile文件創建hello-nginx鏡像，命令如下：#dockerbuild-tdocker-hub-name/hello-nginx.--load其中，docker-hub-name為使用者在DockerHub公有倉庫中的賬戶名，也可以基于模塊3的學習完成Harbor私有倉庫的搭建，將docker-hub-name替換為Harbor私有倉庫的IP地址或者域名地址，本模塊暫且不對Harbor私有倉庫進行測試。5.3.4云服務器基準性能測試1.服務部署（2）將hello-nginx鏡像上傳到DockerHub公有倉庫1）登錄DockerHub公有倉庫，命令如下：#dockerlogin2）將hello-nginx鏡像上傳到DockerHub公有倉庫，命令如下：#dockerpushdocker-hub-name/hello-nginx5.3.4云服務器基準性能測試1.服務部署（3）部署hello-nginx服務1）創建hello-nginx.yaml文件，內容如下：apiVersion:apps/v1kind:Deploymentmetadata:labels:app:hello-nginxname:hello-nginxspec:replicas:4selector:

matchLabels:app:hello-nginxtemplate:metadata:labels:app:hello-nginxspec:containers:-image:docker-hub-name/hello-nginxname:hello-nginx

imagePullPolicy:IfNotPresent---apiVersion:v1kind:Servicemetadata:name:service-nginxspec:type:NodePortports:-name:httpport:80protocol:TCP

targetPort:80

nodePort:32697selector:app:hello-nginx5.3.4云服務器基準性能測試1.服務部署2）基于hello-nginx.yaml文件部署hello-nginx服務，命令如下：#kubectlapply-fhello-nginx.yaml5.3.4云服務器基準性能測試1.服務部署1）查看集群中的Pod信息，命令如下：#kubectlgetpod-owide結果如圖所示。可知，部署的hello-nginx服務在集群中啟動了4個Pod，均衡運行在node1節點和node2節點上。2）查看集群中的Service信息，命令如下：#kubectlgetsvc-owide結果如圖所示。可知，部署的hello-nginx服務在集群中以各節點上的32697端口為對外服務的端口號。（4）查看集群服務信息5.3.4云服務器基準性能測試2.集群基本功能測試與集群基準性能測試（1）對hello-nginx服務的基本功能進行測試1）在test節點上請求hello-nginx服務，命令如下：#curl0:32697其中，0為master節點、backup1節點、backup2節點基于Haproxy和Keepalived設置的虛擬IP，32697為hello-nginx服務在各節點上對外服務的端口號。結果如圖所示。可知，部署的hello-nginx服務可以正常響應外部請求。5.3.4云服務器基準性能測試2.集群基本功能測試與集群基準性能測試（2）對各節點的基準性能進行測試1）在各節點上運行top命令，以master節點為例，結果如圖所示。2）在各節點上運行vmstat命令，以master節點為例，結果如圖所示。可知，正常情況下，master節點上CPU指標中的us+sy為2%。可知，正常情況下，master節點上內存指標中si和so均為0，因為Docker和Kubernetes的配置過程中本身就將swap交換分區關閉掉了。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試1.集群負載均衡能力測試（1）基于部署好的hello-nginx服務，將提供服務的對象名稱展示出來1）在node1節點和node2節點上查看提供服務的容器信息，命令如下：#dockerps2）依次進入四個容器內部，修改輸出信息，命令如下：#dockerexec-itcontainID/bin/bashecho"輸出內容">/usr/share/nginx/html/index.htmlexit其中，containID為查詢到的容器ID，將node1節點上兩個容器的輸出內容分別更改為contain1node1和contain3node1，將node2節點上兩個容器的輸出內容分別更改為contain2node2和contain4node2。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試1.集群負載均衡能力測試（2）測試端發起測試1）在test節點上循環請求多次hello-nginx服務，命令如下：#foriin{1..30};docurl0:32697;done結果如圖所示。可知，Kubernetes集群會將外部請求在Pod間均衡分配，具有天然的負載均衡能力。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試2.集群高并發性測試（1）在測試節點上安裝vegeta負載測試工具，執行單個測試節點并發請求1）在test節點上安裝vegata負載測試工具，命令如下：#wget/tsenart/vegeta/releases/download/v7.0.3/vegeta-7.0.3-linux-amd64.tar.gz#tarxzvfvegeta-7.0.3-linux-amd64.tar.gz#mvvegeta/usr/local/bin/#vegeta-version5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試2.集群高并發性測試2）在test節點上執行單個測試節點的并發請求，命令如下：#echo"GET0:32697"|\vegeta-cpus=1attack-connections=1000000-duration=1m-timeout=1h\-rate=500|teereports.bin|vegetareport可知，test節點以1秒鐘500次的請求頻率向部署好的hello-nginx服務發起請求，1分鐘內總共請求30000次，成功率為100%。其中：①-cpus=1指定使用的CPU個數為1。②-connections=1000000指定每個任務的最大連接數為1000000。③-duration=1m指定測試時間為1分鐘。④-timeout=1h指定超時時間為1小時。⑤-rate=500指定請求頻率為1秒鐘500次。結果如圖所示。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試2.集群高并發性測試（2）在測試節點上安裝pdsh并行控制工具，執行多個測試節點并發請求1）在test節點上安裝pdsh并行控制工具，命令如下：#wget/google-code-archive-downloads/v2//pdsh/pdsh-2.29.tar.bz2#tarjxvfpdsh-2.29.tar.bz2#cdpdsh-2.29&&./configure--with-ssh&&make&&makeinstall&&cd~#pdsh-V2）在test節點上生成ssh密鑰并將密鑰發送到所有測試節點中，命令如下：#ssh-keygen#cd~/.ssh/&&ls#ssh-copy-idroot@1#ssh-copy-idroot@2#ssh-copy-idroot@33）在test2節點和test3節點上也安裝vegeta負載測試工具，命令同前。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試2.集群高并發性測試4）在test節點上執行多個測試節點的并發請求，命令如下：#pdsh-wssh:192.168.200.[21-23]"echo"GET0:32697"|\vegeta-cpus=1attack-connections=1000000-duration=1m-timeout=1h\-rate=500|teereports.bin|vegetareport"其中：①-wssh:192.168.200.[21-23]表示在test節點上并行操作IP地址為1/22/23的test節點、test2節點、test3節點。②引號中的命令為基于vegeta工具的并發測試命令。結果如圖所示。可知，在test節點上并行控制三個測試節點，讓三個測試節點同步以1秒鐘500次的請求頻率向部署好的hello-nginx服務發起請求，1分鐘內總共請求90000次，成功率為100%。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試2.集群高并發性測試（3）拓展內容基于vegeta負載測試工具和pdsh并行控制工具：1）在一定并發量的基礎上，修改并發請求的測試時間，由1分鐘改為N×24小時，測試集群的穩定性。2）增加測試節點，測試集群能夠承受的并發數。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試3.集群高可用性測試（1）模擬容器故障情況1）選擇hello-nginx服務中的某個容器，在對應節點上通過dockerstop命令手動停止該容器，假設容器ID為f52e52d22c7a，命令如下：#dockerstopf52e52d22c7a2）在master節點上查看集群現有Pod情況，結果如圖所示。可知，Kubernetes中的容器停止后會由Pod自動重啟，圖中RESTARTS為1的Pod即為重啟容器的Pod。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試3.集群高可用性測試3）在test節點上循環請求多次hello-nginx服務，命令同前，因為新啟動的容器沒有修改輸出信息，所以新階段應該是三個輸出信息為“contain1node1”“contain3node1”“contain4node2”的容器和一個輸出信息為“Hello”的容器之間進行負載均衡，如圖所示。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試3.集群高可用性測試（2）模擬Pod故障情況1）選擇hello-nginx服務中的某個Pod，在master節點上通過kubectldelete命令手動刪除該Pod，假設Pod名稱為hello-nginx-7d96894dd7-x9dp4，命令如下：#kubectldeletepodhello-nginx-7d96894dd7-x9dp42）在master節點上查看集群現有Pod情況，結果如圖所示。可知，Kubernetes中的Pod刪除后會由集群自動重啟，圖中NAME為hello-nginx-7d96894dd7-8bpw9的Pod即為重啟以后的Pod。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試3.集群高可用性測試3）在test節點上循環請求多次hello-nginx服務，命令同前，因為新啟動的容器沒有修改輸出信息，所以新階段應該是兩個輸出信息為“contain1node1”“contain3node1”的容器和兩個輸出信息為“Hello”的容器之間進行負載均衡，如圖所示。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試3.集群高可用性測試（3）模擬Node節點故障1）將node1節點所在的虛擬機或者主機人為關機。2）在master節點上查看集群現有Pod情況，結果如圖所示。可知，圖中3個node1節點上的Pod都在node2節點上進行了重啟。但該過程默認要等五分鐘左右，實際應用中可以對此時間進行修改。3）在test節點上循環請求多次hello-nginx服務，命令同前，結果應該是四個輸出信息為“Hello”的容器之間進行負載均衡。5.3.5云服務器高并發性與高可用性測試3.集群高可用性測試（4）模擬Master節點故障1）將master節點所在的虛擬機或者主機人為關機。2）在backup1節點和backup2節點上查看集群現有Pod情況和集群現有節點情況，結果如圖所示。可知，master節點宕機以后，在backup1節點和backup2節點的接管下，Kubernetes集群依舊可以正常工作。3）在test節點上循環請求多次hello-nginx服務，結果同前，可知，master節點宕機以后，在backup1節點和backup2節點的接管下，Kubernetes集群依舊可以在虛擬IP不變的情況下正常對外提供服務。任務5.4邊緣網關測試5.4.1邊緣網關測試需求工業智能網關在邊緣計算項目中作為邊緣網關，不僅負責工業場景下的網絡連接和協議轉換，而且負責終端采集數據的實時分析，與云服務器之間進行資源、服務、應用的全面協同。對邊緣網關進行測試是保證邊緣正常運行的關鍵環節。工業互聯網產業聯盟標準AII/008-2021《工業互聯網邊緣計算邊緣網關技術要求及測試方法》中對工業場景下邊緣網關的技術要求及測試方法進行了詳細說明，包括：邊緣網關硬件的測試方法，邊緣網關網絡的測試方法，邊緣網關控制轉換、數據采集、數據分析、斷網續傳等能力的測試方法，邊緣網關二次開發、智能作業、運維管理、日志管理等能力的測試方法，邊緣網關相互之間協同運行、與云服務器協同運行、獨立運行等多種運行方式的測試方法，邊緣網關安全功能的測試方法。基于邊緣網關在邊緣計算項目中的常用角色和作用，本模塊重點介紹以下四方面內容：（1）邊緣網關硬件的測試方法；（2）邊緣網關網絡的測試方法；（3）邊緣網關數據采集、數據分析、斷網續傳、智能作業等業務能力的測試方法；（4）邊緣網關相互之間協同運行、與云服務器協同運行、獨立運行等運行方式的測試方法；其中，對邊緣網關斷網續傳能力的測試其實是從邊緣網關的角度對系統高可用性的測試。5.4.2邊緣網關測試方法1.邊緣網關硬件的測試方法1）用戶側和網絡側接口的測試：在邊緣網關的用戶側接入PLC或者其它現場設備，現場設備使用MQTT、HTTP、OPCUA等方式向邊緣網關發送數據，查看邊緣網關是否能夠接收到正確的數據；在邊緣網關的網絡側配置轉發方式，如以太網或者WIFI等方式，讓邊緣網關將數據轉發至云服務器，查看云服務器是否能夠接收到正確的數據；如果數據上報正確、穩定、連續，判定邊緣網關中用戶側和網絡側接口通過測試，否則判定不通過。2）計算存儲等基礎能力的測試：測試邊緣網關中flash閃存能夠連續寫入的最大數據量，記錄最大值；測試向邊緣網關中寫入256字節數據所需要的時間，計算邊緣網關單條記錄的寫速度；測試從邊緣網關中讀出256字節數據所需要的時間，計算邊緣網關單條記錄的讀速度；測試從邊緣網關中循環讀出多條記錄的所需要的時間，計算邊緣網關循環讀取的讀速度；如果上述測量值在業務要求的范圍內，判定邊緣網關計算存儲等基礎能力通過測試，否則判定不通過。3）穩定性的測試：建立邊緣網關與PLC設備或者數據模擬系統的連接；在PLC設備或者數據模擬系統中配置大量持續發送的數據；讓邊緣網關連續運行7×24小時，驗證邊緣網關中有無數據丟失、進程掛死等現象，觀察測試期間的系統負載情況；如果邊緣網關能夠穩定運行7×24小時以上，期間無異常發生（數據無丟失、錯亂，進程無掛死、重啟，CPU和內存均平穩），判定邊緣網關穩定性通過測試，否則判定不通過。4）并發性的測試：通過測試系統模擬出200個PLC設備，使這些設備同時與邊緣網關建立連接；讓模擬出的PLC設備向邊緣網關發送數據；逐量增加接入的PLC設備的數量直至達到最大值，驗證邊緣網關中有無數據丟失、進程掛死等現象，觀察測試期間的系統負載情況；如果正常并發情況下無異常發生（數據無丟失、錯亂，進程無掛死、重啟，CPU和內存均平穩）并且邊緣網關允許接入的最大PLC數量在業務要求的范圍內，判定邊緣網關并發性通過測試，否則判定不通過。5.4.2邊緣網關測試方法2.邊緣網關網絡的測試方法1）網絡切換能力的測試：在邊緣網關上配置兩種或者兩種以上的網絡接入方式，如以太網或者WIFI等方式；啟動邊緣網關，在云服務器上檢測邊緣網關是否能夠正確接入；在邊緣網關上斷開任意一種網絡接入方式，在云服務器上檢測邊緣網關是否能夠正確接入；如果在邊緣網關上斷開任意一種網絡接入方式以后，邊緣網關依舊能夠正確接入云服務器或者短期中斷并在指定時間內恢復，判定邊緣網關網絡切換能力通過測試，否則判定不通過。5.4.2邊緣網關測試方法3.邊緣網關業務能力的測試方法（1）邊緣網關數據采集能力的測試方法1）傳輸時延的測試：在邊緣網關中對PLC時間進行采集；將采集到的PLC時間轉發至檢測平臺；檢測平臺收到數據的時間與所收到的PLC時間做差值，即為傳輸時延；如果傳輸時延在業務要求的范圍內，判定通過測試，否則判定不通過。2）采樣頻率的測試：在邊緣網關中對PLC周期變化的數據和PLC時間進行采集；將采集到的PLC周期變化的數據和PLC時間轉發至檢測平臺；檢測平臺通過PLC周期變化的數據和PLC時間的雙重校驗計算采樣頻率并且檢測連續性；如果采樣頻率在業務要求的范圍內，判定通過測試，否則判定不通過。（2）邊緣網關數據分析能力的測試方法1）數據預處理的測試：在邊緣網關中對PLC持續發送的數據進行采集；在邊緣網關中對采集到的數據進行預處理，例如將工程值轉換為儀表值，設定數據篩選、過濾、抽取等規則，設定簡單的函數規則；檢測處理后的結果和預設是否相符；如果相符，判定通過測試，否則判定不通過。2）數據可視化的測試：在邊緣網關中對PLC持續發送的數據進行采集；在邊緣網關中對采集到的數據進行簡單的配置，展示其歷史趨勢、實時值；檢測可視化的結果和預設是否相符；如果相符，判定通過測試，否則判定不通過。5.4.2邊緣網關測試方法3.邊緣網關業務能力的測試方法（3）邊緣網關斷網續傳能力的測試方法1）斷網續傳的測試：在測試平臺上設置邊緣網關通過MQTT或者HTTP 方式傳輸數據到云服務器的測試腳本，啟動測試腳本；手動斷開邊緣網關的網絡連接，30秒后結