戴邵武，王朕，张文广，章尧卿，康宇航
（海军航空工程学院，山东烟台264001）
摘要：随着网络化技术、自动化技术、计算机技术、传感器技术以及总线技术的日益发展，通过网络将测试仪器连接起来组成测试系统进行远程检测、测试、诊断成为可能，这一技术不仅成为了热点，而且愈发成熟。首先介绍了几种现代测试系统，在此基础上分析了测试系统的时间不确定性、信息完整性、协同测试、网络安全等关键技术，最后对网络化测试系统的发展前景进行展望。
关键词：测试系统；时间不确定性；信息完整性；网络安全
中图分类号：TP206 文献标志码：A 文章编号：1006 - 2394( 2015) 09 - 0044 - 03
0引言
测试泛指生产和科学实验过程中进行的测验和测量的全过程，既包括定量的，也包括定性的测量和试验。测试出现的开始阶段，基本都是纯手工形式的测试，而当自动化技术发展到一定阶段，人工手动参与的程度越来越低，自动测试逐渐成为了测试的主流。
世界上所有的新技术的需求、出现、发展、成熟的最初原因无一例外都是军事上的需求，自动测试也一样。20世纪50年代中期，由于美国新一代的高精尖武器在保养、维护、检测与修理方面面临诸多难题，基于此美国军方提出了构建多用途“万能”自动测试系统的概念。自动测试技术发展到一定程度之后，从军事运用逐渐进入民用。20世纪60年代，自动测试技术开始应用于工业，由于早期军事应用上存在追求“万能”测试这一重大缺陷，在工业应用方面自动测试的方向瞄准了“专业”方面。
1971年微处理器出现后，很快就将计算机技术应用于测试领域。与传统的测试仪器相比，含有微处理器的测试仪器不仅能够进行基本的测试，还能够进行数据分析、数据处理、数据存储、自动检测、自动故障诊断等，这一阶段的测试仪器已算是智能测试仪器的雏形。
随着测试仪器智能化水平的提高，现代测试系统具备的功能更加强大。但是一方面单台测试仪器或单个测试系统所能完成的任务还是有限，现实生活中一些测量任务需要分布在不同地域的多台仪器或数个测试系统共同来完成，而目前各种测试仪器不具有开放的体系结构，测试信息无法同步且不完整。另一方面不同地域的环境、气候等因素可能对测试仪器产生不同的影响，使得测试仪器的检测结果不够全面、及时，资源无法实现共享，产生信息资源的浪费。为了解决以上面临的问题，网络化测试系统应运而生。
网络技术的出现为测试系统的不足开辟了一条新的道路，是现代测试系统未来发展不可或缺的一部分。网络化测试系统的发展不仅可以最大限度地利用信息资源、降低仪器成本，还能提高测试系统的性能。不同地域的测试仪器或测试系统可以通过网络连接起来协同工作。
1 国内外测试系统
测试系统自20世纪50年代发展至今已有六十多年的历史，其测试精度、测试距离、测试范围等性能指标都已有了质的飞跃，目前的测试系统应用面更广、测试任务更加复杂、测试环境更加多变、测试要求也更加严格。总的来说，现在测试系统可以分为积木式测试系统、智能化仪器测试系统、模块式测试系统和虚拟仪器测试系统，如图1所示。
1.1积木式测试系统
基于GPIB可程控测试设备数字接口总线组建的测试系统，称为积木式测试系统。
在积木式测试系统中，所有的GPIB测试仪器主要通过GPIB总线连接起来，测试仪器是完整独立的个体，含有统一的GPIB标准接口。根据任务需求的不同，可以选择不同的GPIB仪器组建，当测试任务完成后，测试系统将被拆除，GPIB设备可以用于其他测试任务中。由于组建测试系统时，GPIB测试设备就像“积木”一样一块一块地堆叠在一起，所以将其称之为“积木式测试系统”。
积木式测试系统的优点是组建方便，设备利用率高；但是由于GPIB总线自身性能的限制，单个测试系统含有的GPIB设备不能超过15台，且系统传输速率较低。
1.2智能化仪器测试系统
智能化仪器测试系统是指将计算机技术应用于测试技术出现的测试系统。它是含有微处理器的测试仪器组成的系统，这些智能化测试仪器与传统测试仪器相比，除了具有测试功能，还有自动检测、故障诊断、数据存储、数据分析等功能。
近年来，随着微电子技术、自动化技术、超大规模集成电路技术的发展，智能化仪器技术发展更加快速。在国内，各种智能化测试仪器层出不穷，例如能进行各种频谱图分析和处理的智能频谱仪、能进行程控温度的智能温控系统、能进行户外高压输电电路电能精确测量的户外型高压电能表；在国外，智能化测试仪器更是琳琅满目，例如日本北阳公司生产的激光雷达测距仪HOKUYO美国安捷伦公司生产的新型多用途功率发生器等。
智能化仪器测试系统的优点是功能多种多样，计算速度快；但是由于智能化仪器测试系统一般都已经装配好，使用者基本不能对其进行改变，可扩展性较差。
1.3模块式测试系统
为了使得智能化仪器系统能够达到积木式测试系统那样随意装卸、扩展的要求，模块式仪器系统应运而生。将智能化仪器测试系统中的测试功能模块化，插入工控机或者机箱内槽中，可以组建出模块式测试系统。
模块式测试系统主要有基于VXI总线测试系统、基于PCI Express总线测试系统、基于PXI总线测试系统、基于LXI总线测试系统等。与后面几种测试系统相比，基于VXI总线的模块式测试系统体积大、造价昂贵，现在大多数测试系统已经不再采用，现在的主流模块式测试系统主要是基于PXI总线的测试系统，而另外两种测试系统在实用性方面还有不少技术难题，但是一定会成为未来的主导模块式测试系统。
模块式测试系统的优点是可扩展性强、资源利用率比较高，但是早期的模块式测试系统造价高，而新兴的模块式测试系统又存在诸多技术难题（模块化网络通信协议的编写、电路集成化还不够高）。
1.4虚拟仪器测试系统
虚拟仪器测试系统的出现引领了测试界的大变化，传统测试系统都是带有人机交互界面，而虚拟仪器强调“软件就是仪器，软件就是测试”，通过计算机的强大功能，建立图形化的虚拟仪器面板，完成以往需要传统测试仪器才能完成的工作，虚拟仪器测试系统多是建立在模块式测试系统的基础之上，可以说是对模块化仪器测试系统的一种升级。
虚拟仪器测试系统的优点是使用更加方便、成本更加低廉、开发周期更短；但是虚拟测试系统由于有些虚拟软件的编写比较仓促，会造成虚拟仪器测试系统不够稳定。
2关键技术
测试系统由早期的手工测试系统发展到自动测试系统再发展到现在的网络化测试系统，测试速度和精度、抗干扰性、自动化程度等性能都有了非常大的提高。21世纪后，测试工业也进入了一个新的时代，网络化测试系统成为测试系统发展的新方向，为了适应未来测试环境复杂化、测试任务多样化、测试需求严格规范化等形势，网络化测试系统有许多关键性技术（图2所示）需要突破。
时间不确定性：目前广泛应用的网络通信技术级别上都是异步的，即使是网络传输速率达到了理想的传输速率，也是存在少许延迟，更何况网络通信环境传输速率不可能达到理想传输速率，这势必造成信息不同步、延迟，延迟的时间也随着天气、环境、测试设备性能等因素而不确定，这往往给测试者带来很大的麻烦。为了保证测试结果的正确性、有效性，进一步提高网络测试系统的测试效率，研制网络通信延迟小、延迟时间确定、抗干扰能力强的网络测试系统尤为关键。
信息完整性：信息自古以来都是商场、战场的关键要素，而由于商业竞争、军事斗争等因素可能使得商业竞争者、战场敌人通过对网络通信干扰或者网络通信协议更改，带来网络通信的延迟、网络通信协议的不一致，从而造成测试系统获取到的信息不准确、不完整。保证网络测试系统中传输信息的完整性是进行快速、准确测试的前提。
协同测试：网络测试系统就是将采用不同通信协议且分布在不同地理位置的不同测试仪器与测试系统连接起来进行测试任务，怎样保证网络测试系统有条不紊的工作，这是一个协同问题。协同不是将处在网络上的各个测试仪器与测试系统进行简单的搭建与组合，协同测试需要考虑网络通信协议的转换、时间基准、网络测试流程。如果网络测试系统中的各个测试仪器与测试系统不能协调工作，测试效果甚至会出现远远不如单个测试系统的功效。如何有效地将不同性能、采用不同通信协议的网络测试系统协调起来，是网络测试的基础和前提。
网络安全：网络化测试系统的测试仪器不再像以往一样在附近或周遭，而是分布在广域范围内的各个不同结点，结点与结点之间相距较远且都是暴露在外面，如果有人通过网络测试系统的结点入侵系统将带来巨大的损失。因此如何保证测试网络安全，阻击来自各方面的安全威胁，避免出现系统软硬件损坏、传输信息错误或泄密、病毒入侵等不良现象是非常关键而不能回避的。
3未来的发展趋势
网络测试系统是在单个测试系统无法满足需求（军事与民用）的情况下发展起来的，所以未来的网络测试系统也一定是现有测试系统无法达到的。目前网络化测试系统的体系还不够完善，测试效率、测试安全性、可靠性都远远未到达要求。这样看来，未来网络化智能测试技术的发展趋势主要包括以下几点．
3.1 无线通信网络下的网络测试系统
现有的网络测试系统都是基于有线的网络通信，诚然，有线网络通信的通信效果要好于无线通信网络，但是也应该看到，目前的无线网络通信技术也日渐成熟，这就为无线通信网络下的网络测试系统提供了可能。有线网络通信毕竟是有实物线进行数据传输，对于分布在广域范围内的网络测试系统，对结点进行病毒入侵、信息截获都十分方便；另一方面，由于正常原因（网络通信的实物线老化）或者非正常原因（实物线环境突然变化、气候变化）所导致的有线网络通信故障也将给测试工作人员带来烦恼，如果使用的是无线通信网络下的网络测试系统，这些问题都不会再有。
3.2 高度集成化测试仪器组成的测试系统
网络测试系统是由分散在广域范围内的多个单测试系统组成的。现有的单测试系统测试性能优异，能完成多项测试任务，但是往往一个小小的测试任务就需要单个大型的测试系统来完成。而大型测试系统占用空间比较大，即使是可拆卸的模块式测试系统，当测试任务改变，不需要某些测试仪器或者需要更换某些测试仪器时，拆卸的任务大，拆卸花费的时间也比较长，当测试任务对时间要求比较严格时，往往不能及时完成测试任务。而随着大规模集成化与超大规模集成化技术的发展，测试仪器集成化、小型化不再困难，实现由高度集成化测试仪器组成的网络测试系统将是一个可观的发展方向。
3.3基于统一标准的网络测试系统
世界各大测试仪器生产厂家由于竞争、自我方便等诸多因素，往往都是按照自己的标准设计测试仪器，纵观测试的发展史，可以发现，VXI、SCPI、硬件机箱等软硬件都是由不统一走向了统一的标准化。基于统一标准的网络测试系统可以使得测试工作人员不必再为了协议规范的不同而花费大量时间进行协议的统一，可以使得各个仪器生产厂家生产的仪器都能达到通用，可以使得用户不必为了更换一个已经停产的仪器无处购买而烦恼，为了自然发展规律，为了方便测试人员，为了节约成本，研究基于统一标准（包括硬件与软件）的网络测试系统是必然趋势。
4结束语
随着无线网络通信技术、微电子技术、仪器技术、传感器技术和超大规模集成化技术等不断发展，测试系统的发展又进入了一个新的阶段，网络化测试技术是未来测试系统发展的必然趋势。进一步拓展测试仪器的性能、改善网络通信的质量、探测网络技术与测试系统的有机结合将加快网络测试系统的实用化、高规格化进程。
