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(shí)時(shí)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(jī)器人合同所需的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量將達(dá)到數(shù)百個(gè)。即使對于一個(gè)普通的跨國機(jī)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(gè)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(zhǔn)備好進(jìn)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(gè)地理上分散的設(shè)備的部署。將它們安裝到實(shí)驗(yàn)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(shí)生活中的使用模式。唯一現(xiàn)實(shí)的選擇是通過模擬測試整個(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(gè)站點(diǎn)、安裝或設(shè)施的系統(tǒng)將需要相似數(shù)量的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的物理模擬將比節(jié)點(diǎn)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(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。然后需要對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些建模，以模擬節(jié)點(diǎn)之間無線鏈路的可變方面。單個(gè)腳本可以取代嘗試管理數(shù)百個(gè)物理項(xiàng)目的測試。

模擬解決方案的一個(gè)例子是 Wind River 的 Simics。使用此模擬器，您可以模擬 IoT 設(shè)計(jì)的所有方面，例如每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(biāo)代碼應(yīng)用程序，使用在實(shí)際硬件上使用的相同二進(jìn)制文件，運(yùn)行模擬節(jié)點(diǎn)。

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(shí)的性能，以及傳感器和執(zhí)行器發(fā)生的情況、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的所有中間件以及軟件更新（尤其是任何 OTA 更新）如何運(yùn)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(diǎn)能夠正確運(yùn)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(diǎn)之間的信號強(qiáng)度并因此隨機(jī)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(shí)世界中經(jīng)常發(fā)生，例如當(dāng)火車通過兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的視線并中斷通信一分鐘左右時(shí)。嘗試在實(shí)驗(yàn)室中使用物理設(shè)置創(chuàng)建這樣的模擬將很難實(shí)現(xiàn)。

模擬也是測試物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序擴(kuò)展能力的一種非常好的方法。隨著活動節(jié)點(diǎn)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(shí)，系統(tǒng)如何擴(kuò)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(diǎn)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(gè)范圍內(nèi)進(jìn)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(gè)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(yùn)行。

測試也可以橫向擴(kuò)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(diǎn)。可以測試網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的不同平衡，以及不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹D 3 還顯示了仿真如何讓您并行運(yùn)行許多不同的測試，這使得運(yùn)行一組測試的總時(shí)間低于必須在硬件上串行運(yùn)行的總時(shí)間。

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)的另一個(gè)有趣方面是，盡管有數(shù)百或數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，但占空比可能相當(dāng)?shù)汀鞲衅鞑粫粩嗟叵蛟贫藞?bào)告數(shù)據(jù)，這一事實(shí)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(shí)間。這段時(shí)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(gè)循環(huán)地播放空閑時(shí)間，而是直接跳到下一個(gè)有趣的事件，該事件將喚醒一個(gè)睡眠節(jié)點(diǎn)。因此，一個(gè)大部分空閑的系統(tǒng)的模擬速度可以比實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)物理測試實(shí)驗(yàn)室以覆蓋更多測試用例和運(yùn)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(jì)和構(gòu)建更好的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷