淺談故障注入技術在繫留氣球中的應用論文

　　故障注入技術一般分為：基於硬體的故障注入、基於軟體的故障注入以及基於模擬的故障注入。它是一種可靠性驗證技術，通過受控實驗向系統中刻意引入故障，並觀察系統中存在故障時的行為。以下是小編今天為大家精心準備的：淺談故障注入技術在繫留氣球中的應用相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　淺談故障注入技術在繫留氣球中的應用全文如下：

　　繫留氣球在常規測試中，大多隻是針對目標系統各項功能進行測試，很少針對各種異常狀態進行的測試。故障注入技術可有效模擬各種異常行為，通過故障注入能夠強制性地使系統進入到某種特定狀態，而這些狀態是採用常規測試技術很難達到的。本文根據繫留氣球使用過程中遇到的常見問題，結合故障注入方法，提出對應的注入方式和注入流程，併成功進行了檢測，具有很好的推廣應用價值。

　　1 故障注入技術

　　故障注入技術是一種測試技術，可按照特定的故障模型，用人為的方式產生故障，並施加於目標系統中，用以加速該系統的錯誤和失效的產生，同時觀測系統對所注入故障的響應資訊，通過分析後對系統進行驗證和評價的過程。

　　***1***故障注入原理

　　a*** 由試驗者分析故障範圍後，選擇故障注入方式、包括故障注入的時間、位置和故障持續時間等資訊;

　　b*** 根據試驗者選擇的故障注入方式執行故障注入;

　　c*** 故障注入完成後，執行目標系統，並監控系統狀態，獲取試驗結果;

　　d*** 根據目標系統相關特性、故障分析資料以及專家經驗對試驗結果進行評估。

　　***2***故障注入分類

　　故障注入技術一般分為：基於硬體的故障注入、基於軟體的故障注入以及基於模擬的故障注入：

　　基於硬體的故障注入是在物理級完成的，通過改變環境引數*** 如溫度，電磁干擾，電源干擾等*** 干擾硬體或者通過改變線束針腳輸入來模擬硬體在實際執行過程中發生的故障。例如球載測控計算機採集的某個硬體訊號發生變化。硬體故障可分為如下幾類，模擬量、離散量、數字量、電源等方面。例如在模擬量方面，有感測器故障;數字量方面，有通訊故障等。基於硬體的故障注入優點如下：

　　a*** 注入的故障接近實際情況，能夠較好的模擬實際的硬體故障;

　　b*** 試驗過程中無需專門開發故障注入模型;

　　c*** 可控制故障注入位置，注入時間等引數;

　　d*** 可以使故障注入過程重現。

　　其不足是試驗對目標系統硬體容易造成損傷。

　　基於軟體的故障注入是通過軟體方法來模擬硬體或軟體故障的發生。模擬硬體的軟體故障注入主要通過修改記憶體或暫存器的內容來實現，模擬軟體的軟體故障注入主要通過在編譯前修改程式結構或在軟體執行過程中破壞程式狀態來實現的。基於軟體的故障注入優點如下：

　　a*** 可以注入到應用程式和作業系統;

　　b*** 靈活方便，應用成本低;

　　c*** 不會對目標系統的硬體造成損壞;

　　d*** 可涵蓋硬體和軟體設計中絕大多數可能存在的設計故障。

　　其不足是不能將故障注入到軟體不可訪問的位置。

　　基於模擬的故障注入是首先需要建立一個目標系統的模擬模型，然後在該模型內部插入故障注入單元來實現故障注入，主要運用於開關級、邏輯級、功能級等不同抽象層次上。此方法需要在系統設計階段就開始建立模擬模型，雖然能及時為系統設計者提供反饋，但其開發工作量大。

　　2 繫留氣球在使用過程中出現的常見問題

　　***1***感測器故障導致的採集資料不可信

　　在繫留氣球中各種訊號的測量主要是通過各類感測器來完成，如風速和風向資訊通過風速風向感測器測量、溫度和溼度通過溫溼度感測器測量、氣球姿態通過傾角感測器測量、纜繩拉力資訊通過拉力感測器測量等，感測器輸出形式均採用***4 ～ 20***mA。正常情況下時，感測器可以穩定的輸出***4 ～ 20***mA 的訊號，然而當某個感測器故障時，其輸出的訊號有可能低於4mA 或高於20mA，訊號經過測控計算機採集轉化後向地面監控計算機發送表現正常的錯誤的測量資料。例如壓差感測器輸出的***4 ～ 20***mA 訊號對應***0 ～ 1000***Pa，當感測器故障時，其測量的訊號為25mA，此時經過球上測控計算機採集處理後，下傳給地面監控軟體的資料可能是45201Pa，也有可能為400Pa，而當其顯示400pa 時，地面監控人員則無法判斷感測器是否故障。

　　***2***串列埠故障導致的地面監控軟體卡死

　　由於繫留氣球裝置的連線採用“端對端”方式，裝置連線單一，通訊方式主要採用的是串列埠通訊，如RS232、RS422、RS485 等串列埠。當通訊串列埠被佔用或計算機串列埠故障時，地面監控軟體出現卡死現象。

　　***3***非常規操作導致異常故障

　　地面監控軟體在執行過程中會實時的記錄相關裝置資料和操作人員的指令資訊。為了方便任務過程中操作人員可實時檢視相關歷史記錄，地面監控軟體配置有查詢功能。查詢功能中可以對歷史資料進行篩選，而篩選過程則需要人為的手動輸入查詢時間和日期資訊。當人為的輸入非法字元時，地面監控軟體出現異常報故。

　　以上問題均是在常規測試中未發現的，雖然問題發現後進行了相應的更改，比如更換感測器、對測控計算機軟體增加感測器異常的判斷等，但是更改完成後，如感測器故障、串列埠故障之類的硬體故障問題卻無法通過常規手段進行驗證。此時通過故障注入，直接模擬異常行為針對性的進行檢測就顯得尤為重要。

　　3 針對以上問題的故障注入方法

　　針對以上問題，經初步分析後，可在測試過程中新增故障注入.

　　***1***感測器裝置故障注入

　　由於這些感測器訊號輸出形式均採用***4 ～ 20***mA，測試過程中可採用如訊號發生器模擬感測器訊號輸出。

　　採用訊號發生器可模擬輸出低於4mA 或高於20mA 的訊號時，測試球上測控計算機的資料採集和處理是否出現異常現象，可有效檢測測控計算機在應對異常訊號輸入時的執行狀態。

　　***2***串列埠故障注入

　　串列埠故障注入既可依據硬體來實現，也可依據軟體來實現，串列埠故障注入方式如下：

　　依據硬體實現，可通過取出計算機內串列埠卡的方式來模擬串列埠故障;依據軟體實現，可通過解除安裝串列埠卡驅動，或通過作業系統的裝置管理器對地面監控軟體所用的串列埠號進行修改的方式模擬串列埠故障。

　　***3***非常規操作故障注入

　　根據繫留氣球的特點，非常規操作主要體現在對裝置的異常操作以及對軟體的異常操控，針對非常規輸入引起的故障，可通過輸入“@”、“+”、“9.3.9”等特殊字元或組合字元進行檢測。

　　***4***試驗結果

　　通過故障注入進行的相關試驗，結果如下：

　　a*** 感測器故障時，通過球上測控計算機新增對超出***4 ～ 20***mA 監控功能後，地面人員可有效判別資料是否正常;

　　b*** 整個計算機串列埠卡故障時，地面監控軟體還是無法執行;另外，當某一路串列埠故障時，地面監控軟體也失去了保持其他串列埠繼續通訊的能力。結果表明地面監控軟體有待進一步優化;

　　c*** 針對以上非常規操作引起的故障，軟體經修改完善後，已成功修復。

　　4 結論

　　繫留氣球常規測試方法中，我們通常在系統硬體線路設計完成後，通過搭建起硬體平臺，採用現場摸底的方式來進行檢測，雖然可以直觀的反映系統的執行狀態，但是某些可能存在的故障點卻無法通過這種傳統的測試手段進行檢測。故障注入技術可以有效模擬各種異常行為，能夠針對系統的特定狀態進行檢測，卻無法針對系統進行全面的測試。通過常規測試結合故障注入測試的方式，有利於產品的進一步優化設計，對產品型號的研製與發展也具有積極的作用。