СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНО УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF TESTING TERRITORIALLY DISTANT OBJECTS

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано для построения информационно-измерительных и измерительно-управляющих систем или систем автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом.
Известен способ многопользовательского сетевого тестирования территориально удаленных объектов, используемый в системах автоматизированного лабораторного практикума (Арбузов Ю. В., Маслов С.И., Воронков Э.Н. и др. Автоматизированный лабораторный практикум в системе открытого технического образования. Образовательная среда сегодня и завтра. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Москва. 29.09 - 02.10.2004. - РГИОО. - М.: Рособразование, 2004. - 272 с.), включающий передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы (сервер лабораторного стенда), сопряженный с объектом, запись его в очередь заданий других пользователей, выбор очередного задания, измерение под управлением сетевого сервера значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения на персональную ЭВМ пользователя.
Недостатком данного способа является большое время обслуживания пользователей и низкая пропускная способность системы за счет совмещения сетевым сервером функции управления измерением.
Наиболее близким к заявляемому является способ многопользовательского сетевого тестирования территориально удаленных объектов, реализуемый в системе автоматизированного лабораторного практикума (см. A.M.Зимин. Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом в техническом университете: Информационные технологии, 2002, №2, с.39-43), который включает передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя.
Недостатком этого способа является большое время обслуживания пользователей, которое пропорционально (без учета транспортных задержек по сети) числу заданий в очереди, ввиду присущей этому способу практической независимости времени измерения от числа поступающих на сетевой сервер заданий и числа пользователей.
В основу изобретения положена задача уменьшения времени обслуживания пользователей и повышения пропускной способности системы.
Поставленная задача решается тем, что в способе тестирования территориально удаленных объектов, включающем передачу задания на тестирование объекта с персональной ЭВМ пользователя через компьютерную сеть на сетевой сервер системы, запись его в очередь заданий других пользователей, передачу очередного задания с сетевого сервера на измерительный сервер, сопряженный с объектом, измерение под его управлением значений откликов объекта на выводимое тестовое воздействие и передачу результатов измерения через сетевой сервер на персональную ЭВМ пользователя, согласно изобретению дополнительно с очередным заданием с сетевого сервера на измерительный передают текущее значение числа заданий в очереди и вычисляют адаптивное к нему число измерительных циклов, определяющих время измерения для данного задания.
На чертеже приведена возможная структура системы, реализующей заявляемый способ.
1
2 …
m
Система содержит персональные ЭВМ пользователей 1, 1, 1, соединенные через компьютерную сеть с сетевым сервером 2, к которому подключены последовательно соединенные измерительный сервер 3, устройство сопряжения 4 и объект 5.
Тестирование по предлагаемому способу выполняется следующим образом.
1
2 …
m
С персональной ЭВМ пользователя 1, 1, 1 (m - число пользователей системы) через компьютерную сеть на сетевой сервер 2 передается представленное в цифровом виде задание на тестирование объекта 5, которое в порядке поступления записывается им в очередь заданий других пользователей. Очередное задание (первое в очереди) и текущее значение числа заданий в очереди с сетевого сервера 2 передаются на измерительный сервер 3, который сопряжен с объектом 5 через устройство сопряжения 4.
H
Задание на тестирование объекта включает вид тестового воздействия (сигнала) (например, гармоническое, полигармоническое, импульсное, радиоимпульсное и др.), его параметры (амплитуда, частота, начальная фаза, число гармоник, длительность и скважность или период повторения воздействий при их выводе и др.), точки приложения тестового воздействия, точки съема откликов (сигналов) объекта; дополнительно может задаваться также и число начальных измерительных циклов L, соответствующих априорно неизвестному или известному времени переходного процесса в объекте, вызванного приложением тестового воздействия.
Задание может предусматривать также управление режимом работы и конфигурацией объекта, однако в данном способе рассматриваются только измерительные аспекты тестирования, заключающиеся в измерении откликов объекта на задаваемые тестовые воздействия, несущие информацию о его параметрах и характеристиках.
ц
и
ц
и
ц
и
и
l
и
Под управлением измерительного сервера синтезируется в цифровом виде заданное тестовое воздействие, длительностью которого и скважностью определяется период тестирования объекта и длительность одного цикла измерения Т. Необходимое число циклов измерения (тестирования объекта) L и общее время измерения Т=L·Т вычисляются в измерительном сервере в соответствии с переданным числом заданий в очереди Z и наложенными на их значения системными ограничениями. Цифровое тестовое воздействие циклически выводится L раз на устройство сопряжения 4, преобразующее его с помощью встроенного цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в последовательность L аналоговых тестовых сигналов x(t), воздействующих на объект 5, где l=1, 2, …, L.
и
l
s
l
s
s
s
s
Одновременно с выводом последовательности тестовых воздействий осуществляется синхронизированный ввод в измерительный сервер 3 L откликов объекта 5 y(nT) с одной или нескольких точек съема, оцифрованных аналого-цифровым преобразователем (АЦП), встроенным в устройство сопряжения 4. Они соответствуют N измеренным мгновенным значениям аналоговых откликов y(t) в моменты времени t=nT, определяемые частотой выборок АЦП f=1/T (периодом T) и номером выборки n, n=0, 1, …, N-1.
l
s
Путем усреднения откликов y(nT) на измерительном сервере в соответствии с алгоритмом:
,
l
s
находятся значения усредненного отклика , имеющие случайную погрешность, примерно в  раз меньшую погрешности измерения мгновенных значений откликов y(nT) в отдельных измерительных циклах, т.е. имеющие более высокую точность.
y
и
y
и
н
y
и
н
Число циклов усреднения L может быть как равно числу измерительных циклов L(L=Z), так и быть меньше его на число начальных (неусредняемых) циклов L(L=L-L), что зависит от вида задаваемого тестового воздействия.
y
и
В первом случае (L=L) период вывода тестового воздействия на объект превышает его длительность, т.е. тестовое воздействие включает паузу, достаточную для затухания вызываемого его выключением переходного процесса в объекте. Усреднением откликов в этом случае достигается повышение точности измерения параметров как установившегося, так и переходного режима работы объекта.
y
и
н
y
и
н
Во втором случае (L<L) выводимые тестовые воздействия являются непрерывными (период вывода равен длительности воздействия), при этом отклик на первое из них или отклики на L первых воздействий искажены переходными процессами в объекте, вызванными включением первого воздействия, и не используются в дальнейшем для усреднения. В результате усреднения L=L-L откликов повышается точность измерения параметров установившегося режима работы объекта.
Полученные N значений усредненного отклика объекта являются результатами измерений, проводимых под управлением измерительного сервера, которые через сетевой сервер передаются на персональную ЭВМ пользователя и несут информацию о параметрах и характеристиках объекта (коэффициенте передачи, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристиках, линейных и нелинейных искажениях, динамическом диапазоне и др.).
Время измерения на измерительном сервере с учетом неусредняемых и усредняемых циклов измерения находится как:
и
и
ц
н
ц
у
ц
н
у
Т=L·Т=L·Т+L·T=Т+Т.
пр
и
о
Оно соответствует (без учета времени на управление и конфигурирование) времени монопольного захвата объекта пользователем и определяет обратно пропорциональную ему (без учета транспортных задержек данных в сети) пропускную способность системы V=1/Т (число обслуживаемых пользователей в единицу времени, например в секунду) и время обслуживания пользователя Т, выражаемое через него (без учета транспортных задержек в сети) как:
о
и
Т=Z·Т.
y.расч
и.расч,
y.max
и.max
max
Расчетные адаптивные значения числа циклов усреднения и времени измерения L и Т вычисляемые измерительным сервером с учетом их возможных максимальных значений L, Т и максимального числа заданий в очереди Z, находятся как:
и.расч
у.расч
ц
н
ц
Т=LТ+L·Т,
где индекс «ц.ч.окр» означает операцию взятия целой части числа с округлением.
и.расч
и.max
и
и.max
y
и.max
ц
ц.ч.окр
н
Если Т>Т, то Т=Т, а L=[Т/Т]-L.
y.расч
и
и.расч
Иначе L, Т=Т.
max
y
y.min
и.Zmax
ц
н
ц
min
y
y.max
ц
и.Zmin
y.max
ц
н
ц
и.Zmin
и.max
и.max
y
y.max
При Z=Z (максимальном числе заданий в очереди) число циклов усреднения и время измерения минимальны: L=L=1, Т=Т+L·Т. При минимальном числе заданий в очереди Z=Z=1 число циклов усреднения максимально L=Z, а время измерения является наибольшим для заданного значения Т: Т=L·Т+L·Т. Если Т превысит допустимое значение Т, то время измерения ограничивается значением Т, которому соответствует значение L<L.
y
Фактическое значение числа циклов усреднения L на измерительном сервере передается вместе с данными на персональную ЭВМ пользователя; по нему пользователь может судить о степени загрузки сервера и точности проведенного измерения.
y
и.ср
о.ср
пр.ср
Благодаря автоматической адаптации числа циклов усреднения L к числу заданий в очереди Z (увеличения при его уменьшении и уменьшения при увеличении) уменьшается среднее время измерения Т и среднее время обслуживания Т, а также возрастает средняя пропускная способность системы V.
и
н
y
и
и
ц
о
и
max
min
Относительные изменения числа циклов измерения L=L+L, времени измерения Т=L·Т и времени обслуживания Т=Z·Т при Z=Z и Z=Z=1 определяются как:
и.min
н
и.max
и.min
где  L=L+1; L=RL.
ц
и.max(на)
и.max
ц
о.max(на)
max
и.max(на)
max
и.max
ц
Известному (неадаптивному) способу тестирования объектов соответствует постоянное для заданного значения Т время измерения, равное при максимальном числе циклов измерения Т=L·Т, и, соответственно, максимальное время обслуживания Т=Z·T=Z·L·Т.
При адаптивном тестировании максимальное время обслуживания при
max
o.max(a)
и.min
max
ц
Z=Z составляет T=L·Z·Т.
Отношение максимального времени обслуживания при неадаптивном и адаптивном тестировании равно:
Таким образом, параметр R определяет степень уменьшения времени обслуживания и характеризует эффективность предлагаемого способа.
y.max
н
y.max
н
н
н.max
н
н
ц
Пусть L=100. Тогда при L=0 R=L=100; при L=1  при L≈L=4 R≈20. Уменьшение времени обслуживания в 20-100 раз в зависимости от числа неусредняемых циклов L (которое обычно находится в пределах 0-4) является достаточно существенным. В число раз, равное R, возрастает и пропускная способность системы. Например, при адаптивном тестировании радиоэлектронных средств приемлемым является максимальное время обслуживания пользователя, не превышающее 10 с. При неадаптивном тестировании это время в самом неблагоприятном случае могло бы составить до (200-1000) с в зависимости от значения L, что эквивалентно «зависанию» системы. Реально с учетом случайного характера числа заданий в очереди и соответствующих им значений длительности цикла измерения Т среднестатистическое значение времени обслуживания получается меньше предельного, имеющего достаточно малую вероятность, но соотношения между его значениями при адаптивном и неадаптивном тестировании при этом также сохраняются, что относится и к пропускной способности системы, а следовательно - и к эффективности предлагаемого способа.
Уменьшение времени обслуживания за счет снижения точности измерения наиболее обосновано при проведении пробных измерений, доля которых является достаточно большой при априорно неизвестных свойствах объекта.
н
Для повышения точности измерения при найденных экспериментально с помощью пробных измерений нужных параметрах тестового воздействия и/или числа циклов L, соответствующих длительности переходного процесса в объекте, можно провести либо одно «длинное» измерение при отключенном режиме адаптации с заданным достаточно большим числом циклов усреднения на измерительном сервере, либо несколько «коротких» адаптивных измерений с использованием накопления их результатов на персональной ЭВМ пользователя.
При практической реализации способа возможны и другие варианты как алгоритма адаптации, так и распределения измерительных функций между измерительным сервером 3 и устройством сопряжения 4, которое может включать в себя собственный процессор или микроконтроллер, реализующий функции управления, генерации сигналов и первичной цифровой обработки (усреднения) сигналов. Параметры синтеза тестового сигнала или даже его цифровые значения (отсчеты) могут вычисляться на персональной ЭВМ пользователя и передаваться в виде задания на измерительный сервер. Однако эти и другие особенности реализации не влияют на сущность предлагаемого способа и его эффективность.
Объектами тестирования данным способом могут быть как электрические и электронные аналоговые устройства (фильтры, усилители и др.), так и устройства не электрической природы, сопрягаемые со средствами измерения с помощью соответствующих измерительных датчиков и исполнительных элементов.
Эффективность предлагаемого способа проверена в системах автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом «Схемотехника аналоговых электронных устройств» и «Основы теории цепей», которые разработаны в Сибирском федеральном университете.