26、IoT测试环境与架构：全面解析与实践指南

IoT测试环境与架构：全面解析与实践指南

1. IoT系统测试概述

在进行IoT系统测试时，需要考虑多个方面，以确保系统的稳定性和可靠性。以下是系统测试的主要内容：
- 系统实验室测试 ：尽可能将系统的大部分组件置于实验室环境中进行测试，同时需要考虑与外部物联网世界的接口，可采用混沌工程的方法。
- 提供必要工具 ：参考后续的测试工具条款，为测试提供支持。
- 其他支持 ：包括规划、风险评估、成本控制、进度安排、系统增长、硬件和软件部件老化处理、报告生成、专业测试以及用户测试等。

测试类别	具体内容
系统实验室测试	系统组件置于实验室，考虑外部接口（混沌工程）
提供必要工具	参考后续测试工具条款
其他支持	规划、风险、成本、进度、增长、部件老化、报告、专业测试、用户测试

2. 复杂IoT系统的理想测试环境

在复杂IoT系统的测试中，开发团队和测试工程团队应并行工作。测试工程团队创建测试系统、硬件、软件和模型，两个团队在项目的不同阶段比较开发和测试模型或信息，有助于早期发现IoT质量和集成问题。

在这个过程中，测试环境应随着IoT设备、硬件和软件的成熟而准备就绪，包括构建测试模型、数据、案例、实验室工具和使用程序。并行开发和测试工作有助于将测试设计工作提前，当IoT产品和测试环境准备好后，能够支持快速测试执行。

同时，在设计测试环境时应考虑测试自动化。在理想情况下，IoT设备和测试环境并行使用和测试，当IoT产品准备好时，测试周期几乎完成，以便将IoT系统、测试结果和报告提供给利益相关者。

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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(开发团队开发):::process --> B(测试工程团队创建测试系统):::process
    B --> C(不同阶段比较信息):::process
    C --> D(发现质量和集成问题):::process
    A --> E(IoT设备、硬件、软件成熟):::process
    B --> E
    E --> F(准备测试环境):::process
    F --> G(构建测试模型等):::process
    G --> H(支持快速测试执行):::process
    H --> I(完成测试周期):::process
    I --> J(提供系统、结果和报告):::process

3. 测试与概念验证的预合同阶段

不同团队之间的协作对任何生命周期和项目中的IoT都有益。测试人员与硬件、软件和系统工程师通过并行开发和交互式反馈周期，能够获得更好的IoT产品。

测试工具、自动化和数据捕获应作为持续的工程工作。由于IoT可能产生大量数据，需要进行数据分析，并从记录测试结果的云中隔离重要信息。此外，由于并非所有IoT信息和问题都能立即显现，测试后隔离也是必要的。

4. 现场测试环境、分析与SIL协同工作

随着测试数据量和速度的增加，持续的测试/分析、混沌工程、云的使用、实时数据反馈和AI监控等活动使IoT系统变得更大、更复杂。当IoT设备进入现实世界后，实验室外的测试和分析应继续进行。

运营部门将与测试人员共享数据，以保持接口的活跃。数据共享可能需要向利益相关者展示好处，共享的信息包括用户数据、测试人员对数据的看法、媒体、测量结果等。大量用户产生的数据将推动AI和智能数据分析的发展。

开发和测试团队应平等使用现实世界的数据，部分数据可用于实时分析，改变IoT系统的使用方式和可能出现故障的位置，更多数据则用于长期分析，以寻找趋势、问题等信息，改进未来的IoT系统。

测试人员应关注以下方面：
- 改进用例
- 发现问题/漏洞
- 将遗漏的测试用例引入测试实验室
- 改进测试实验室
- 为测试实验室提供更好的输入数据流
- 更改风险或风险列表
- 改进测试设计

5. 深入探讨测试环境成本和进度

在规划、估算和安排IoT测试环境时，可以采用自上而下的估算方法。首先，根据开发工作分配努力的百分比，由于实际估算工作中数字和分配几乎每天都有变化，需要相应调整测试数字。

然后，列出各项努力和任务，并为每个任务分配V&V/测试努力的百分比。对于创建实验室和SIL，可先假设SIL成本占开发成本的30%，根据实际情况进行调整。这种方法可以快速重新计算SIL成本和进度，为更详细的自下而上估算提供合理性检查。

自下而上的估算则需要为每个详细选项创建单项成本、任务和进度，包括单个硬件、软件、工具、人员、支持系统、培训、维护以及测试项目的测试等。

6. IoT测试工具介绍

一套完整的IoT测试工具集通常是多种工具的组合，其功能涵盖多个方面：
- 规划、风险和团队管理 ：协助团队进行项目规划、风险评估和团队协作。
- 成本和进度支持 ：帮助控制项目成本和进度。
- 测试云、架构和SIL环境 ：提供测试环境，并配备支持测试数据库记录所有测试结果。
- 结果分析和长期数据保留 ：对测试结果进行分析，并长期保留数据。
- AI/数据分析系统 ：覆盖SIL测试数据和外部“现实世界”的数据。
- 提供处理后的数据 ：为测试人员、管理层和其他利益相关者提供用于未来测试的数据。

同时，测试工具还包括中心测试台和IoT系统集成实验室（SIL），其组成部分如下：
- 关键字/工具和测试自动化框架工具 ：支持测试自动化。
- 本地SIL测试数据库记录系统 ：记录测试数据。
- 支持硬件和软件 ：为测试提供硬件和软件支持。
- 记录器和示波器 ：支持IoT硬件，如探头、定时等。
- AI/数据分析工具 ：用于分析测试数据。
- 沟通和协作 ：为团队提供分析信息。
- 文档 ：包括计划、程序、输入、输出、数据流、分析、视图、问题等。
- 现实世界支持 ：根据需要提供现实世界的支持。

在测试过程中，实时沟通和协作至关重要，涉及的利益相关者包括测试团队、管理层、客户、开发人员、运营人员、支持人员、实验室设备和远程实验室等。

AI和数据分析工具可用于动态测试中的测试覆盖分析、质量覆盖评估、AI和数据分析以及图形和数字显示等。技术和方法工具包括测试自动化和执行、MBT工具、模拟器、思维导图、模糊测试和组合测试工具等。硬件支持包括商业工具和专业工具，如示波器、信号发生器、硬件模拟器等。

7. 支持混沌工程的SIL测试硬件设置

使用ZIF连接器的SIL测试工具集可支持IoT评估和混沌测试。该架构与现实世界之间需要快速断开连接，连接到SIL时可通过防火墙防止回流。混沌测试配置应在SIL和IoT黑盒测试足够成熟后进行。

在SIL结构内部，工具、硬件和软件支持在IoT系统测试生命周期内进行快速、敏捷的配置。测试从IoT黑盒开始，将被测软件加载到黑盒中，性能监控工具可检查黑盒内部的性能定时和内存使用情况。

特别值得注意的是，采用ZIF连接器的补丁“接口机架 - 交换机”面板允许在不损坏设备的情况下，在多个时间配置中快速切换硬件和软件，有助于早期配置IoT设备并支持软件。通过补丁面板可以连接各种工具，如模拟测试计算机，运行模拟、MBT关键字自动化、测试设置监控工具和测试模型等。

8. IoT架构对项目成功的关键作用

IoT属于网络物理世界的系统，通常复杂且涉及风险。随着系统和软件使用的增加，对架构的需求也日益增长，例如“智能”城市和“智能”房屋等系统，其中众多IoT设备、计算机以及边缘和云系统相互交互，可能产生意想不到的结果，包括好的和坏的（故障）情况。

常见的网络物理系统包括：
- 物联网（IoT）
- 工业物联网（IIoT）
- 智能城市（由IoT和IIoT组成）
- 智能电网（IoT和IIoT）
- 各种“智能”设备（汽车、建筑、家庭、制造、医院、电器、个人设备等）

由于这些系统大多是大型复杂系统或系统的集合，并且在现实世界中运行，涉及软件和各种网络，测试人员需要在小型软件实验室之外进行测试工程工作。

许多开发组织可能会制定测试策略和计划，以限制或消除某些测试拓扑的关联方面，这在明确告知IoT设备的拓扑限制时是可以接受的。随着IoT/IIoT的成熟，披露此类信息可能会变得常见，例如一些可穿戴设备会声明不用于医疗或安全系统。

这些免责声明也允许用户和利益相关者决定在何处进行测试和验证活动。在大型企业IT领域，内部IT团队在将系统推向企业用户之前进行测试和评估是常见做法，随着IT - IoT组对安全性和可靠性质量因素的重视增加，这种做法将变得更加重要。

9. IoT测试环境和架构面临的挑战

目前，IoT测试人员和公司往往将测试考虑局限于IoT设备和可能的边缘部分，这种浅层次的关注可能导致大规模IoT系统的某些区域测试不足。由于IoT设备预计将无处不在、应用于各种场景并在不同架构规模下使用，测试组织面临的问题是如何定义一个足够全面的软件测试架构和相关测试环境，以支持不同层面的测试。

由于团队没有充分了解设备使用的全貌、互联网以及超出本地测试计划的更大范围，许多风险未得到测试。此外，由于测试行业对测试架构的理解不充分，工程师在定义IoT环境时会遇到困难。缺乏对正确IoT世界测试的了解可能导致意外后果，增加安全、可靠性、互操作性、安全性、功能性、使用等方面的失败和挑战，这些挑战对最终利益相关者 - 用户的满意度至关重要。

综上所述，IoT测试环境和架构的设计与实施是一个复杂而关键的过程，需要综合考虑多个因素，以确保IoT系统的质量和可靠性，满足用户和利益相关者的需求。在实际操作中，应根据具体项目的特点和需求，灵活运用各种测试方法和工具，不断优化测试环境和架构，以应对不断变化的IoT技术和市场需求。

IoT测试环境与架构：全面解析与实践指南（续）

10. IoT测试的重要性及关键要点总结

IoT测试在确保复杂系统的质量和可靠性方面起着至关重要的作用。从前面的内容可以看出，全面的测试覆盖了从系统实验室测试到现场测试，从成本进度规划到测试工具使用等多个方面。以下是对关键要点的总结：
| 关键方面 | 要点详情 |
| ---- | ---- |
| 测试环境 | 包括实验室测试和现场测试，需考虑与外部物联网世界的接口，并行开发和测试可提前发现问题 |
| 成本进度 | 可采用自上而下和自下而上的估算方法，灵活调整SIL成本和进度 |
| 测试工具 | 一套组合工具，涵盖规划、分析、自动化等功能，支持多利益相关者沟通协作 |
| 架构设计 | 对于复杂的网络物理系统至关重要，需考虑拓扑限制和风险 |

11. 未来IoT测试的发展趋势

随着IoT技术的不断发展，未来的测试工作也将面临新的挑战和机遇。以下是一些可能的发展趋势：
- 更广泛的数据利用 ：随着用户数据的不断增加，AI和数据分析将在测试中发挥更大的作用，不仅用于发现问题，还可用于预测潜在风险和优化系统性能。
- 自动化程度提高 ：测试自动化将更加普及，从简单的测试用例执行到复杂的系统级测试，都将借助自动化工具提高效率和准确性。
- 跨领域协作加强 ：IoT系统涉及多个领域，如硬件、软件、网络等，未来的测试工作将需要不同领域专业人员的更紧密协作。
- 安全测试重要性提升 ：随着IoT设备的广泛应用，安全问题日益突出，安全测试将成为未来测试工作的重点之一。

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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(数据增加):::process --> B(AI和数据分析加强):::process
    C(技术发展):::process --> D(自动化程度提高):::process
    E(跨领域特性):::process --> F(跨领域协作加强):::process
    G(安全需求):::process --> H(安全测试重要性提升):::process

12. 应对未来挑战的建议

为了应对未来IoT测试的发展趋势，测试人员和相关组织可以采取以下措施：
- 持续学习和技能提升 ：不断学习新的测试技术和方法，特别是AI和数据分析方面的知识，以适应不断变化的测试需求。
- 建立良好的沟通机制 ：加强不同团队之间的沟通和协作，确保信息的及时传递和共享，提高测试效率和质量。
- 注重安全测试 ：将安全测试纳入测试计划的重要组成部分，采用先进的安全测试工具和方法，确保IoT系统的安全性。
- 优化测试环境和架构 ：根据项目需求和发展趋势，不断优化测试环境和架构，提高测试的全面性和有效性。

13. 不同规模IoT项目的测试策略

不同规模的IoT项目在测试策略上可能会有所不同，以下是一些建议：
| 项目规模 | 测试重点 | 测试方法 |
| ---- | ---- | ---- |
| 小型项目 | 功能测试、基本性能测试 | 手动测试为主，结合简单的自动化测试工具 |
| 中型项目 | 功能、性能、安全测试 | 自动化测试和手动测试相结合，注重测试用例的覆盖率 |
| 大型项目 | 全面测试，包括系统集成、兼容性、可靠性等 | 采用专业的测试工具和框架，进行大规模的自动化测试，建立完善的测试流程和管理体系 |

14. 实际案例分析

为了更好地理解IoT测试的实际应用，以下是一个简单的案例分析。假设一个智能家居项目，包含多个智能设备和一个中央控制系统。
- 测试环境搭建 ：在实验室中模拟不同的家庭环境，包括网络状况、设备布局等，使用SIL测试工具集进行设备和系统的集成测试。
- 测试过程 ：
1. 功能测试：检查每个智能设备的基本功能是否正常，如开关控制、状态反馈等。
2. 性能测试：测试系统在不同负载下的响应时间和稳定性。
3. 安全测试：检查系统的安全性，如数据加密、用户认证等。
4. 兼容性测试：确保不同品牌和型号的智能设备能够与中央控制系统兼容。
- 测试结果与改进 ：根据测试结果，发现并修复了一些功能缺陷和性能问题，同时加强了系统的安全防护措施。通过持续的测试和改进，提高了智能家居系统的质量和用户体验。

15. 总结与展望

IoT测试环境和架构的设计是确保IoT系统质量和可靠性的关键。在实际工作中，需要综合考虑多个因素，包括测试方法、工具、成本、进度等。同时，要关注未来的发展趋势，不断提升自身的能力和技术水平，以应对不断变化的挑战。

未来，随着IoT技术的进一步发展，测试工作将变得更加复杂和重要。我们需要不断探索新的测试方法和技术，加强跨领域的协作，为用户提供更加安全、可靠、高效的IoT系统。通过合理的测试策略和有效的实施，我们可以确保IoT系统在各种场景下都能稳定运行，为人们的生活和工作带来更多的便利和价值。

希望本文能够为从事IoT测试的人员提供一些有益的参考和指导，帮助大家更好地开展测试工作，推动IoT技术的健康发展。