基于闭环反馈校正的智能电能表软件开发测试模型研究.pdf

第6 0 卷第6 期2023年6 月15日电测与仪 表Electrical Measurement&InstrumentationVol.60 No.6Jun.15,2023基于闭环反馈校正的智能电能表软件开发测试模型研究胡珊珊，肖勇,王保帅,罗奕,尹家悦（南方电网科学研究院有限责任公司，广州510 6 6 3）摘要：随着智能电能表软件功能和复杂性不断增加,开发过程中对软件的测试和质量控制的要求也日益严格。文中基于智能电能表的软件可靠性要求,针对其软件系统架构、传统的软件测试模型和新兴的敏捷开发测试模型的分析,结合智能电能表的软件开发过程，提出了“闭环反馈校正”模型。该模型在严格管控研发过程中关键要素和风险控制的前提下进行高效的并行开发测试的迭代工作，达到提升软件质量和开发效率的目的。通过IR46标准智能电能表软件开发过程可靠性测试的实际应用验证了模型的可行性和高效性。关键词：智能电能表；软件质量控制；软件测试模型;IR46标准；“闭环反馈校正”模型D0I:10.19753/j.issn1001-1390.2023.06.025中图分类号：TM933Research on software development and test model of smart energy meterAbstract:With the increasing function and complexity of smart energy meter software,the requirements for software tes-ting and quality control in the development process are increasingly strict.Based on the software reliability requirements ofsmart energy meters,this paper analyzes the software system architecture,the traditional software test model and the emer-ging agile development test model,and proposes the closed-loop feedback correction model combined with the softwaredevelopment process of smart energy meters.Under the premise of strict control of key elements and risk control in theprocess of R&D,the model carries out efficient iterative work of parallel development test to achieve the purpose of impro-ving software quality and development efficiency.The feasibility and efficiency of the proposed model are verified by thepractical application of the reliability test in the development process of IR46 standard smart energy meter software.Keywords:smart energy meter,software quality control,software test model,IR46 standard,“closed-loop feedback cor-rection model 0引 言随着智能电网快速发展，融合先进的传感器测量技术、通信技术、信息技术和控制技术的现代化电网初步形成。作为智能电网中的核心部分，AMI高级量测体系在其中发挥着重要的作用。电能计量装置是高级量测体系的重要组成部分，包括智能电表与计量自动化终端等,而智能电能表作为智能电网的神经末梢,是智能电网建设的基础装备,随着IR 46标准智能电能表的理念的提出、开发和应用，其发展对电网实现信息化、自动基金项目：中国南方电网有限责任公司科技项目（ZBKJXM20180127)一17 4一文献标识码：Bbased on“closed-loop feedback correctionHu Shanshan,Xiao Yong,Wang Baoshuai,Luo Yi,Yin Jiayue(Electric Power Research Institute of CSG,Guangzhou 510663,China)文章编号：10 0 1-13 90(2 0 2 3)0 6-0 17 4-0 6化、互动化必将具有越来越重要的支撑作用 。据统计,电能表现场运行的故障率约为0.0 0 4%，其中由软件引起的故障率为2 0%左右。智能电能表软件性能是影响电表稳定性、可靠性的重要因素,软件质量的可靠性直接关系着广大电力用户和电网公司的切身利益和智能电网的健康发展2 。为了有效控制电能表软件的质量,消除电能表软件可能存在的安全隐患，需对电能表软件质量进行把控。因此，智能电能表软件在开发过程中需要进行严格的测试。软件测试模型是用于指导软件测试实施的理论模型，对软件开发测试模型的选择直接影响软件的开发第6 0 卷第6 期2023年6 月15日周期和质量。因此，软件开发测试模型的重要性不言而喻3 。目前软件开发测试模型有多种,如瀑布模型、V模型、W模型等传统模型，以及新兴的软件敏捷开发测试模型和在此基础上提出的其他模型47 。上述模型中，传统的软件测试模型将软件开发和测试视为两个独立的步骤,且项目实施过程中的输出物也有不同；敏捷模型侧重于快速产出，不重视开发过程的文档输出;而文献4-7 在现有的软件开发模型上提出了一些新的观点,如软件版本代，调整测试人员在新产品开发中的角色定位等，但是不能完全契合智能电能表软件开发的要求。为了研究控制智能电能表软件开发周期和质量可靠性的方法,文中基于传统的软件测试模型和新兴的敏用户层存储层处理层数据源层电测与仪表Electrical Measurement&Instrumentation捷开发测试模型的分析,结合智能电能表软件开发的行业性和特殊性，提出针对该行业软件开发全过程的测试模型“闭环反馈校正”模型。并探讨该模型在IR46标准智能电能表软件开发中的可行性和应用效果。1智能电能表软件系统架构智能电能表的硬件一般由高性能微处理器及外围接口电路组成，软件多采用分层设计的软件设计思想，包括硬件抽象层、操作系统、板级支持包、应用平台和应用程序等几部分组成8 ,有操作系统或无操作系统或无应用平台等,功能较复杂的智能电表平台依赖于嵌人式操作系统。IR46标准智能电能表的研发分为两个方向，一是直接运行微处理器裸机程序，二是运行带操作系统的应用程序。其软件系统应用架构如图1所示。显示处理报警处理读取显示数据读取报警状态数据数据、状态处理存储电量刷新测量量获取电量电能计量输出采集采集采集温电能脉冲输出电能数据采集Vol.60 No.6Jun.15,2023主站或集中器通讯处理主动上报存数据清除数据，个在获刷获获取命令存储数据新联取密文时数件测量及监测清零处理度、电池数据采集电网数据采集取数据发解密数据触发按键简据事件处理时钟处理输入时间数据冻结处理远程认证处理按键处理A输入按键键测电源检测处理输入电源检测电压采集图1智能电能表软件架构图Fig.1 Software architecture diagram of the smart energy meter数据源层与硬件电路密切相关，负责对硬件信号的检测和控制，包括对硬件模块的初始化、数据采集、控制输出等。存储层负责整个系统对数据的存取操作，操作对象为各类存储器件。处理层主要完成用户的功能需求，与硬件电路无关，如电能计量、电源监测、测量监测等功能模块，每个功能都是一个单独的模块，独立开发、测试、运行。用户层负责人机交互功能，包括显示处理、报警处理以及通讯等数据交互功能。软件各层的功能都采用模块化设计，各模块功能独立9,降低各个软件模块间的耦合性。2软件测试模型分析软件作为硬件载体的灵魂，其质量是影响电子产品质量的关键因素。而软件开发模型是控制软件开发质量的重要手段，随着产品的升级也在逐步发展，包括瀑布模型、V模型、W模型以及迭代模型等。除了上述的软件开发模型，随着互联网行业的发展，敏捷开发测试模型应运而生，并逐步扩大影响。目前智能电能表行业的软件开发多采用V模型及W模型以及迭代模型。主要开发过程包括了需求分析阶段、方案设计阶段、编码阶段、测试阶段，方案设计阶段包括概要设计和详细设计，测试阶段包括单元测试、集成测试、系统测试和验收测试10 。V模型和W模型一17 5一第6 0 卷第6 期2023年6 月15日在软件开发流程中来讲,其各个阶段也是串行的，下一阶段的工作必须在上一阶段结束后才能展开，在当前软件开发需求多变的情况下无法有效实现对软件送代和回归测试的需要。敏捷开发测试模型是在互联网行业软件开发周期短，需求多变的市场要求下出现的。敏捷开发测试模型如图2 所示。敏捷测试突出以下特点：（1）项目以生产率为目标，强调快速迭代、高质量的产出；（2)不严格区分开发和测试的角色分工和界限，全体人员共同参与产品测试，为产品质量负责；（3）密切沟通，团队之间无距离，不过多依赖文档，崇尚“一页纸”测试计划，测试人员多通过沟通方式保证产品质量符合客户预期；（4）使用持续集成、自动化测试等手段，快速反馈和验证开发成果，缩短迭代周期；（5）分化测试层次，提升底层测试（单元测试、代码评审）的重要性，促进产品内建质量 1-12 。其以上特点适应了互联网行业的特殊性。上述传统开发测试模型中未实现软件开发和测试同步,而是将测试作为开发的下一个步骤；而在敏捷测试中基本实现了方案设计和编码时同步进行测试方案的编写,实现了开发人员和测试人员工作的同步展开，但是敏捷测试模型不注重软件开发中过程文档的交测试、验证测试验证编码功能模块1编写测试试1集成测用例试1集成测编码试2回溯回溯变更需求需求芬析概要设计详细设计功能模块3编写测试试3：用例功能模编码块n编写测试试n例图3“闭环反馈校正”模型Fig.3“Closed-loop feedback correction model该模型将测试过程划分为单元测试、集成测试、系统测试和验收测试这几个不同的层级。但与V模型和W模型不同的是，虽然该模型将测试划分成多个层级，但是各个层级之间的测试并不是毫无关联，在后期编一 17 6 一电测与仪表Electrical Measurement&Instrumentation付,难以完整地实现项目产品质量控制和开发测试过程回溯。针对这些问题,论文中提出了一种新的开发测试模型一“闭环反馈校正”模型。简单需求分析开发功能分解开发发现修复问题图2 敏捷开发测试模型Fig.2Agile development and testing model3闭环反馈校正模型3.1模型设计通过对传统软件开发测试模型和敏捷开发测试模型的分析,鉴于软件测试环节中面临的设计重点偏差现象，结合实际使用场景和需求情况，对设计中心进行适当调整,明确测试流程与软件质量之间的关系 13 17 ,在现有软件开发测试模型研究的基础上，根据智能电能表的软件开发项目的项目周期和软件质量保证要求，提出一种新的软件开发测试模型“闭环反馈校正”模型，如图3 所示。测试、验证测试、验证单元测功能模单元测块2编写测试用例编码单元测码与测试的并行阶段，通过逐个添加单元模块的方法进行产品软件的集成测试和系统测试，极大地方便测试人员进行软件测试，输出测试现象和初步故障分析。在测试结