当您通过无线传感器网络对数据收集协议执行一致性测试时，生成的测试序列通常不够简单或有效。此，提出了一种基于FSM模型的无线传感器网络数据采集协议测试方法。FSM模型用于描述数据收集协议的规范，并且使用基于FSM模型的UIO算法生成测试序列。究表明，UIO算法生成的测试序列很长，现有的基于IQO的增强算法生成一个简短的测试序列，但不适用于所有协议，但已经过优化。了更好的适用性。了阐明该方法的有效性，对WM2RP工业无线抄表数据采集协议进行了建模和测试，并将测试环境配置为实际测试。线传感器网络;数据收集协议; FSM模型;测试序列生成; UIO算法DOI：10.11907 / rjdk.171437分类号：TP306文献代码：A文章编号：1672-7800（2017）009-0014-05Résumé：在用于网络数据采集协议的一致性测试无线传感器，生成的测试序列通常既不简单也不有效。此，我们提出了一种基于FSM模型测试WSN数据收集协议的方法。们使用FSM模型来描述数据。于UIO的改进算法生成一个短测试序列，但不适用于所有协议，然后基于现有的改进算法优化算法，使这个优化算法有一个更好的适用性。过建模和执行为无线网络生成的测试序列，已经证明了该方法的有效性。键词：无线传感器网络，数据采集协议，FSM模型，测试序列生成，UIO算法简介无线传感器网络广泛应用于各个领域。据采集系统，可靠数据采集协议的设计和实施，以确保此类系统的正常运行已成为最紧迫的问题之一[1]。议测试是验证协议可靠性和准确性的有效方法，包括一致性测试，互操作性测试，可靠性测试和稳健性测试。致性测试是协议测试的基础，其功能是检测协议的实现是否符合协议规范。试序列是一致性测试的基本部分：良好的测试序列可以提高准确性并提高一致性测试的有效性[2]。何生成适当的测试序列是一个关键问题，需要在一致性测试中解决。试序列可以从协议模型中获得，协议模型主要包括Petri网，过程代数和有限状态机。常用的是有限状态机的FSM模型[3]，并且在[4，5]的基础上处理了许多测试序列生成算法。
许多基于FSM模型生成测试序列的方法，最常用的是UIO方法[6，7]。
前，许多研究成果都是基于基于UIO的测试序列生成方法[8-10]。管UIO方法已应用于一致性测试序列的生成[11，12]，但相应的研究工作仍处于理论探讨阶段，尚未在工业中得到广泛应用。文研究了UIO方法在实际数据采集协议测试中的应用，并优化了[10]中基于UIO的增强算法，使得优化算法具有更好的适用性。WM2RP数据采集协议概述WM2RP数据采集协议已成功应用于无线抄表系统，用于收集住宅燃气表数据。用WM2RP协议的信元计数器读取系统的体系结构如图1所示。议节点分为四类。务器。
务器通常部署在燃气公司中作为远程管理中心，以通过GPRS与集线器通信以收集集线器发送的数据。
于它与集线器的通信不属于WSN路由协议类别，因此本文不将其视为搜索内容。毂。线器也称为基站，只有一个小区，它从整个小区收集数据并通过GPRS将其发送到远程服务器。放站。节点的无线传播范围是有限的如果表节点和集线器之间的距离超过了表的节点的传播距离，则转发器必须将信号发送到集线器。发器与表的节点相同，但转发器仅具有路由功能，其安装位置是任意的。节点。节点安装在用户的厨房或其他适当的位置，并且表节点具有监视气体的使用和路由的功能。用户的燃气表上收集数据时，系统管理员必须先在服务器上设置一些参数，然后服务器通过GPRS与基站通信，发送电表读取命令。接收到计数器读命令后，基站开始收集数据并向顶级表节点发送命令。命令沿协议链路从第一级表节点传递到最后一个表节点（叶节点）。节点检测到这是最后一个表节点，并将收集的数据返回到顶级表节点。据沿着相反方向沿着协议链路从叶节点返回到顶级表节点，并且数据由顶级表节点返回到基站。
后，基站通过GPRS方法[1]将数据发送到服务器。UIO方法的不足和优化由于UIO方法基于有限状态FSM模型测试序列生成方法，首先介绍FSM模型，然后是UIO序列生成方法。UIO方法，以及优化的测试序列生成方法。限状态模型FSM模型主要用于表示有限数量的状态和这些状态之间的输入和输出。些有限状态机是一种米利机初始化，并且确定，其被正式定义为6元组M =（S，I，O，δ，λ，S0）[3]，其中：S = {S0， s1，…，sn}是一组有限的非空状态; I = {i0，i1，…，im}是非空的有限输入符号集; O = {o0，o1，…，或}是非空的有限输出符号集; δ：S×I，S是状态转移函数; λ：S×I，O是输出函数，s0 S是初始状态。FSM可以由有向图G =（V，E）表示。中V = {v1，v2，…，vn}是一组对应于FSM的非空有限状态S的非空顶点; E = {（vi，vk; il / om）| vi，vk∈V，il∈I，om∈O}是一组有向边，对应于FSM迁移集; （vi，vk; il / om）E表示在FSM上从状态vi到状态vk的转换，il和om分别是该迁移的输入和输出事件。2是FSM的定向图。列生成方法的UIO UIO方法的思想是首先产生用于FSM的每个状态的识别序列，能够区分每个状态，称为UIO序列（输入/输出）独特的输入和退出，然后根据认可。工试验顺序。UIO序列生成方法如下：建立所有边和输入和输出集之间的关系。FSM模型中查找每个状态长度等于1的输入和输出序列。于未找到UIO序列的状态，继续根据长度为K的输入和输出序列搜索长度为K 1的输入和输出序列，并检查它们是否为在每个状态下找到UIO序列或长度超过2n2之前，它们是唯一的。n表示模型中的状态数。如实施例的图2的FSM，表1是用于图2所示。UIO UIO方法的方法中的FSM的每个状态一个UIO序列，之前测试每个迁移，有必要重新设置将设备置于初始状态的信息，这将导致一些冗余。外，FSM的每个状态可以具有最courtes.Une一旦UIO方法发现一个符合要求几个序列UIO，它继续搜索UIO序列的另一个状态，从而使UIO序列获得随机只是一个最优的本地解决方案。不是最佳的整体解决方案，导致测试序列太长。献[10]基于上述缺点改进了算法，缩短了测试序列的长度，但不适用于本文讨论的WM2RP协议。中，在生成伪图像之后，仅验证了伪图的对称性。果不扩展对称性，则伪对称图不一定具有欧拉环和伪图。称且强连通的图必须具有欧拉环。于算法[10]，基于上述缺陷优化优化的测试序列生成方法。
了对称性之外，还需要检查伪卡的强连接性。化的测试序列生成算法的步骤如下：首先，获得FSM模型的每个状态的所有最短UIO序列。用上面的UIO序列生成方法，找到每个状态的所有最短UIO序列。| vi，vj，vl∈V，ik∈I，om∈O}。于每个状态使用多个UIO序列的确定何时对每个迁移产生的伪迁移中使用的UIO序列，从而使生成的伪映射也是对称的扩展之前连接且对称地。图论中，欧拉过程指定了一个穿过图的每个边的序列，欧拉循环是从顶点开始并最终返回到该顶点的欧拉过程。关定理如下：定理1 [13]在定向图G中存在欧拉环的一个充要条件是图G是强连通和对称的。查G’是否对称。果G’总是不对称的，则它是对称扩展的，并且从E中绘制出几个边缘以使G’对称。查G’是否连接牢固。果没有强连接，则将其展开以添加从E获取的多个边缘以将G’变换为Euler G *。初始状态开始的Euler遍历是从G *映射构造的，并且得到的序列是最后生成的测试序列。WM2RP协议建模根据WM2RP协议的上述概述，作者建立了依赖于不同类型的spécification.En更多的转发器的行为，行为的节点的行为不同节点的FSM模型计算机和中间表节点基本相同。
样的。继器和中间节点表被建模为相同类型的节点，最后，三种类型的模型被建立基站模型（MBS），节点间模型（MIN）和叶节点模型（模型的叶节点，Mln）。站的模型FSM总结了基于协议基站行为FSM模型（参见图3）：Mbs的=（S，I，O，δ，λ，S0）其中：S = {s0，s1，s2}：s0是初始值表示此时基站正在等待唤醒或初始化;在等待接收更高级别节点的ACK确认响应状态的同时，恒温阀芯基站已经接收到服务器发送的计数器读取命令，并将该副本发送到下一级节点。table命令正在等待来自顶级节点的ACK确认响应; s2等待接收下一级节点发送的数据状态，并且基站已经接收到下一级节点发送的ACK确认响应，并且正在等待接收下一级。点发送的数据。I = {I0，I1，I2} I0为米从服务器读取命令，I1是由下一级节点和i2发送的ACK应答确认被发送到下一级节点。据。O = {o0，o1}：o0向下一级节点发送计数器读命令; o1是响应接收数据的ACK并将数据发送到服务器。δ：S×I，S =s0λ：S×I，O = 0; s0是初始状态。
被测器件作为基站工作时，它在上述三种状态之间转换：有三种状态转换，每种状态转换具有触发条件或相应的输入和输出。述如下：T0（I0 / O0）：服务器发送一个仪表读取命令，经由GPRS的测试装置，其接收抄表命令并发送计数器读取控制下一级节点。一级节点地址，被测试设备将从初始状态转换为等待上级节点发送接收到的计数器读取命令的ACK确认响应状态; T1（i1 / – ）：下一级节点发送给被测设备从仪表读取命令收到ACK确认响应后，被测设备收到响应。时，被测设备等待确认更高级节点的ACK以确认响应的状态并转换为等待接收由更高级节点发送的数据状态; T2（I2 / O1）：上级节点所收集的数据发送到测试设备，该设备通过GPRS接收数据来响应所接收的数据到下一级节点的ACK，并发送所接收到的数据发送到服务器。时，通过下一级节点等待接收的数据的状态将被测试的设备转换为初始状态。间节点的FSM模型基于由中间节点以Min =（S，I，O，δ，λ，s0）的形式汇总的FSM模型，如图4所示。4.当被测器件作为中间节点时，它在上述四种状态之间转换。4个状态转换。个状态转换与触发条件或输入和输出相关联，如下所示：T0（i0 / o0）：测试设备的顶级节点向当前设备发送计数器读取命令试验。者接收计数器读命令。高级节点以接收到的命令的ACK响应，并向下一级节点发送计数器读命令。息在消息中。果下一级节点的地址必须具有该地址，则被测设备将从初始状态转换为等待下一级节点发送ACK确认响应状态收到柜台; T1（i1 / – ）：下一级节点。测设备向仪表读命令发送ACK确认响应并接收响应，此时它等待顶级节点的ACK模块确认响应的状态，然后将其转换为收集数据并正在等待接收下一级节点。送数据的状态; T2（i2 / o1）：顶级节点将收集的数据发送到接收数据的被测设备，下一级节点用接收数据的ACK响应并接收ACK。据与自身收集的数据相结合并发送到第一级节点，此时被测设备等待接收更高级节点的数据发送状态并执行转换。
待接收上级节点接收的数据的ACK确认响应状态; T3（i3 / – ）：顶级节点接收发送到被测设备的数据将接收数据的ACK返回给被测设备，被测设备接收响应。时，ACK确认由更高级节点接收的数据的响应状态并转换为初始状态。节点FSM模型基于从叶节点提取的FSM模型，其形式为Mln =（S，I，O，δ，λ，s0），如图4所示。5.当被测设备作为叶节点运行时，它在图5所示的三种状态之间转换。三种状态转换，每种都有触发条件或相应的输入和输出，如下所示：T0（I0 / O0）的试验装置的相邻节点发送读计数器接收读命令，并响应于该相邻节点接收到所述命令的确认被测testé.Le外围设备的控制仪表。测设备处于初始状态。换为收集数据并等待数据发送到顶级节点; T1（ – / o1）：被测设备将收集的数据发送到顶级节点。时，恒温阀芯被测设备收集数据并等待顶级节点。
送数据状态并转换为将数据完成状态发送到顶级节点; T2（I1 / – ）：上位节点接收所述测试装置发送的数据并响应被测器件与接收到的数据的确认，和被测装置接收到的状态的响应数据的完成由顶级节点发送并转换为初始状态。试序列生成每个WM2RP协议节点类型的FSM模型，每个WM2RP协议节点类型的测试序列可以根据优化的测试序列生成算法获得。骤如下：首先，获得WM2RP协议的每个节点类型的FSM模型中的每个状态的所有最短UIO。2显示了WM2RP协议FSM模型的每个状态的UIO序列。每个状态使用多个UIO序列为每次迁移生成伪迁移。2显示WM2RP协议中FSM模型的每个状态只有一个UIO序列。需要其他UIO序列。3显示了WM2RP协议FSM模型中每次迁移的伪迁移。如实施例的中间节点的FSM模型，根据表3的伪迁移，伪地图G“的中间节点可以被获得，并且图6是伪地图G”的中间节点的。查中间节点的伪映射G’是否对称。图6中可以看出，G’是对称的，不需要对称扩展。查中间节点的伪映射G’是否强连接。图6中可以看出G’没有强连接。此，需要对其进行开发以添加图4中所示的多个边缘。7是在图6的扩展之后生成的中间节点的欧拉G *图。7表示图4中的侧面，并且所示的数值表示对称扩展中的侧面的使用次数。初始状态SO的Euler遍历由图7的中间节点模型的Euler G *图构成，并且所获得的序列是中间节点的测试序列。终的测试序列中的中间节点是：I0 / O0，I 1 / – I2 / O1，I 3 / – ，I0 / O0，I 1 / – I2 / O1，I 3 / – ，I0 / O0，I / – ，i2 / O1，i3 / – 。以看出的是，测试序列的长度为12。似地，根据该算法，可以如下产生的在基站的测试序列：I0 / O0，I 1 / – I2 / O1， i0 / o0，i1 / – ，i2 / o1。试序列的长度是6的叶节点的测试顺序是：I 0 / O0， – / O1，I 1 / – I0 / O0， – / O1，I 1 / – 。试序列的长度为6.测试运行测试平台构建在校园实验室中，没有测试路由协议本身所需的硬件。成测试用例以测试协议的具体实施，合作社有一个燃气表读数系统。经开发了包含集线器程序和表节点程序的测试程序。内置测试环境中，公司的燃气表读数系统是服务器。为远程管理中心，它可以向集线器发送抄表命令。线器程序可以与服务器程序和表节点通信。线器程序通过设置服务器地址和服务器端口号建立与服务器的连接，而表节点程序通过设置数字连接到集线器或其他表节点。和端口号。个表节点程序都是一个进程，所需的表节点数以及要打开的表节点程序数。行测试并分析结果在上文中，已配置测试环境并已建立连接。后，自动燃气表读数系统将被记录在远程民用计数器读取界面中。击“发送”命令，服务器开始向集线器发送仪表读取命令以进行数据收集。生成的测试序列的输入应用于协议的实现产生实际输出，该输出与测试序列中的预期输出一致。获得了不同类型节点的测试序列，以基站为例，基站模型得到的输入序列为：，o0， – ，o1，实际输出序列可以从对应于相应序列的测试序列获得：o0， – ，o1，o0， – ，o1。站的预期输出与实际输出一致，这证明基站的实现符合规范。间节点程序和叶节点程序以相同的方式进行测试，它们的实现和它们的规范也是一致的。4显示了每种节点程序的测试结果。论本文将UIO方法应用于WM2RP无线数据采集协议一致性测试，并在现有的基于UIO的算法中对应用过程进行了优化，使其更加合适。
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