28、IoT软件测试架构：概念与实践

最新推荐文章于 2025-09-11 08:45:00 发布

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分类专栏：物联网系统测试：从设备到边缘计算文章标签： IoT测试软件测试架构测试模型

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IoT软件测试架构：概念与实践

1. IoT测试的常见误区与挑战

在进行物联网（IoT）测试时，人们可能会倾向于采用简单的低级别软件测试方法，例如仅测试代码行，而忽略了更为重要的架构和环境问题。然而，这种做法很可能会导致许多问题在设备实际使用时才被发现，从而大幅增加成本。

各个供应商可能能够对部分测试内容进行“测试”，但对于大规模集成的物联网环境（如系统的系统、整个城市、工厂或国家）的测试，仅依靠供应商进行测试会面临挑战，这就引发了一个问题：谁来负责大规模集成物联网环境的测试？

2. IoT软件测试架构（STA）简介

一个具体的STA模型需要随着时间和迭代逐步构建。随着项目利益相关者需求的增加，STA的复杂性也会相应增加。一般来说，作为测试规划一部分的参考STA细节应包括：
- 设备上线和测试时间阶段
- 使用STA进行基于风险的测试
- 随着项目生命周期中设备固件和软件的发展和变化进行更新
- 处理和测试软件、硬件和操作系统使用的新配置
- 测试大规模远程操作，如禁用、启用或停用设备
- 安全和隐私以及利益相关者所需的其他质量
- 系统在时间和资源使用方面的性能
- 可靠性和可信度
- 特定物联网设备的功能质量（项目独特分析）

3. IoT软件测试架构（STA）详细元素

3.1 测试计划（STAp）

STAp是项目测试计划，从STA的角度来看，测试人员将其视为STA中的一个关联部分，包括STA的其他元素。

3.2 被测系统/软件（SUT）

SUT是STA创建的测试对象，间接成为STA的一部分。被测项目包括要交付给利益相关者的软件、硬件、系统和文档。每个部分都可以构建成特殊的测试项目配置以支持测试，但特殊配置可能存在功能或质量差异，影响测试结果或实际使用，因此在测试规划时需要权衡风险和收益。

为了评估物联网软件，系统和硬件必须作为SUT的一部分，包括：
- 硬件：不同版本、配置、供应商等
- 软件：不同版本、配置、供应商等
- 系统：不同版本、配置、供应商等
- 文档：包括用户指南、法规和法律声明、独特配置说明以及针对不同支持群体的设计文档等

3.3 测试环境（STAe）

测试环境包括开发、测试和现实世界。其生命周期从测试管理与开发运维和支持团队合作生成测试计划和控制测试产品开始，经过测试设计和建模过程，然后进行测试生成、设置和执行，最后通过分析评估数据并将结果记录在测试报告中。

graph LR
    A[测试管理] --> B[生成测试计划和控制产品]
    B --> C[测试设计和建模]
    C --> D[测试生成、设置和执行]
    D --> E[数据分析]
    E --> F[记录测试报告]

3.4 测试模型（STAm）

测试模型有多种配置和方面，应展示测试的设计和技术。

3.5 视图、观点和容器（STAv）

视图（View） ：是架构一个或多个结构方面（逻辑、物理、流程、开发）的概念表示，展示架构如何解决利益相关者的关注点。
关注点（Concern） ：可以是视图/观点的需求、故事、要求、风险和数据。
观点（Viewpoint） ：是用于构建一种视图的模式、信息和约定的分组，以关注特定分组。
容器（Container） ：是相关视图和观点的概念集合，用于简化总结和支持模型中的信息隐藏。

创建这些架构组件的步骤如下：
1. 从测试规划中识别问题。
2. 识别架构中的重要元素（功能、逻辑、物理、质量等）。
3. 快速创建一个表示，说明这些元素如何与世界、系统的其他部分、其他元素、用户和利益相关者进行交互。
4. 确定这些元素的哪些信息被输入、管理、存储和分析到模型元素中。
5. 将这些元素映射到硬件、软件、系统或用户。
6. 识别关注点。
7. 识别元素如何与开发、测试、运营、安全、用户等进行交互。
8. 识别环境（开发、测试、运营、安全、培训、管理等）。
9. 开始将上述项目分配到视图和观点中。

4. 架构到STA的映射

视图	观点	描述	建模工具	示例
项目流程	项目整体使用	描述系统与利益相关者、用户、其他系统和外部实体之间的关系、依赖和交互	SysML, BPM	业务流程流、接口图和建模
逻辑、功能	软件、硬件	描述系统的功能元素、职责、接口和主要交互	SysML, UML	需求、故事、需求等
物理	硬件、物理使用	描述系统的物理元素、职责、接口和主要交互，硬件是核心元素	电路图、接口图、架构模型	接口、电气图、通信通道、比例模型、图纸
逻辑、功能	质量特性	包括可靠性、安全性、安全性、可维护性、性能和并发性等质量因素	SysML, UML	ISO质量标准
逻辑	信息使用、信息流（IT内）	描述架构如何存储、操作、管理和分发信息和数据	静态数据结构的高级视图、对象模型和信息流	数据库、数据、信息
系统物理和逻辑	全硬件和软件实现的系统	描述系统元素、职责、接口和主要交互，示例模型使用SysML	SysML	整个系统、其他系统关系、元素、接口、通信通道等
开发流程	需求分析、编码和支持团队	描述支持开发过程的架构，捕获参与构建、维护和升级系统的利益相关者团队的通信	SysML, BPM	创建硬件和软件，包括开发测试和支持工作
开发流程	测试	规划、建模和设计项目内的测试活动，包括开发测试环境	UML, UTP	创建测试计划、架构、环境、设计、测试和其他文档
开发流程	部署和维护	开发、安全、测试、QA、管理和其他利益相关者	BPM	部署和维护系统/软件
项目流程	数据分析和销售	描述软件系统将部署的环境，包括时间、物流、系统缺乏升级、技术需求等，解决硬件、软件处理、网络互连和其他物流影响	SysML, BPM	审查系统 - 软件使用数据以支持分析、销售和流程改进
项目流程	运营和分析	描述系统在使用过程中的操作、管理和支持方式，包括数据处理、存储、数据分析、AI、帮助台、错误报告、反馈到运营/维护、人员管理和生命周期	SysML, BPM	审查系统 - 软件使用数据以支持测试、维护和系统升级

不同的测试观点会导致不同的测试模型条件，例如合法用户和恶意攻击者的测试输入和输出会有所不同，在测试中都需要进行验证。

5. IoT STA系统：软件集成实验室（SIL）环境

测试环境是STA和物联网测试的主要元素之一，对于物联网来说至关重要且数量众多。物联网团队需要通过评估测试计划、风险、利益相关者需求、公司目标、完整性水平和物联网因素来考虑测试级别。建议团队与管理层和可能的其他利益相关者进行全面的决策分析，以确定环境的数量和类型，因为每个环境都需要时间和成本，但对物联网系统评估不当可能会导致更高的成本。

总之，物联网测试人员和开发人员必须理解并在测试中运用模型和架构，不能仅仅局限于代码层面的手动测试，而应具备系统和大局观的STA思维。

IoT软件测试架构：概念与实践（续）

6. SIL环境的重要性及考虑因素

在物联网测试中，软件集成实验室（SIL）环境作为测试环境的重要组成部分，有着不可忽视的地位。它涵盖了硬件、软件、系统以及操作等多方面的考虑因素。

为了更好地确定SIL环境的数量和类型，物联网团队需要综合评估多个方面：
- 测试计划 ：明确测试的目标、范围和方法，以此为基础确定所需的SIL环境。
- 风险：识别可能存在的风险，如系统故障、安全漏洞等，不同的风险可能需要不同的SIL环境来进行测试。
- 利益相关者需求 ：了解利益相关者的期望和要求，确保SIL环境能够满足他们的需求。
- 公司目标 ：与公司的战略目标相结合，例如提高产品质量、缩短上市时间等。
- 完整性水平 ：根据系统的完整性要求，确定合适的SIL环境进行测试。
- 物联网因素 ：考虑物联网系统的特点，如设备的多样性、网络的复杂性等。

7. SIL环境的构建与管理

构建和管理SIL环境是一个复杂的过程，需要遵循一定的步骤和方法。

7.1 构建步骤

需求分析 ：根据前面提到的考虑因素，明确SIL环境的需求，包括硬件、软件、网络等方面的要求。
设计规划 ：根据需求分析的结果，设计SIL环境的架构和布局，确定各个组件的配置和连接方式。
资源准备 ：准备所需的硬件设备、软件工具和网络资源，确保其符合设计要求。
环境搭建 ：按照设计规划，搭建SIL环境，进行硬件安装、软件配置和网络连接等工作。
测试验证 ：对搭建好的SIL环境进行测试验证，确保其能够正常运行，满足测试需求。

graph LR
    A[需求分析] --> B[设计规划]
    B --> C[资源准备]
    C --> D[环境搭建]
    D --> E[测试验证]

7.2 管理要点

监控与维护 ：定期对SIL环境进行监控，及时发现和解决问题，确保环境的稳定性和可靠性。
更新与升级 ：随着技术的发展和测试需求的变化，及时对SIL环境进行更新和升级，以保证其有效性。
安全管理 ：加强SIL环境的安全管理，保护测试数据的安全和隐私，防止数据泄露和恶意攻击。

8. 不同类型的SIL环境示例

不同类型的SIL环境在硬件配置、软件版本和网络环境等方面可能会有所不同，需要根据具体的测试需求进行选择和配置。

9. 总结与展望

物联网测试是一个复杂且不断发展的领域，IoT软件测试架构（STA）为我们提供了一种有效的方法来应对这些挑战。通过理解和运用STA的概念和方法，包括测试计划、被测系统、测试环境、测试模型以及视图、观点和容器等元素，我们能够更好地进行物联网测试，提高测试的效率和质量。

同时，软件集成实验室（SIL）环境作为测试环境的重要组成部分，对于物联网测试的成功至关重要。物联网团队需要认真考虑SIL环境的构建和管理，根据实际需求确定合适的环境类型和数量，以确保能够全面、准确地测试物联网系统。

未来，随着物联网技术的不断发展，测试需求也将不断变化。我们需要不断探索和创新，进一步完善STA和SIL环境的方法和技术，以适应新的挑战和需求。例如，随着人工智能和机器学习在物联网中的应用越来越广泛，如何对这些智能系统进行有效的测试将成为一个重要的研究方向。

总之，物联网测试人员和开发人员需要不断提升自己的能力，具备系统和大局观的STA思维，以更好地应对未来的挑战，推动物联网技术的健康发展。