水文行业通信规约测试与实践

来源：爱玩科技网

第 1 期 2013 年 2 月水利信息化

Water Resources Informatization

NO.1 Feb.,2013

水文行业通信规约测试与实践

赵越，李晓辉

（水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心，江苏南京 210012）

摘　要：规约的测试分为规约测试和规约符合性测试 2 类，以《水文数据传输规约》规约测试情况为例，分析和讨论规约测试的目的和内容，测试系统的组成；规约符合性测试内容和方法，测试步骤，以及测试中注意事项。通过对规约实现的测试，有利于标准的推广及 RTU 设备间的互换和互操作。关键词：水文行业；通信规约；规约测试；符合性测试

中图分类号：TN915.04　　　　　文献标识码：A　　　　　　文章编号：1674-9405(2013)01-0061-03

0 引言

为确保水文数据采集、传输、处理各组成单元之间，以及子系统间实现高度的信息共享，标准化工作对于水文、水资源自动监测系统的成功建设非常关键。近年来我国水文系统已充分认识到水文、水资源通信规约的重要性。四川、江苏 2 省的水文水资源勘测局先后编写了《水文测报系统技术规约和协议》、《江苏省水文自动测报系统数据传输规约》等地方标准。在行业标准层面，2012 年《水资源监测数据传输规约》已经颁布施行，《水文监测数据通信规约》（报批稿）完成了编制工作并通过审查。

这些规约的编制对规范水文监测数据传输设备互相兼容、资源共享提供了坚实的技术支撑，同时也对规约的测试工作提出新的要求。

规约的测试工作分为规约测试和规约符合性测试。

阶段进行的规约测试。

1.1 测试目的

通过规约测试达到以下目的：1）是否完全涵盖水文、水资源的所有功能要求；2）固定数据正文内容临界拆包或拆包状态的执行策略；3）数据自报、查询、控制和响应的功能；4）测试规约报文结构是否准确。

1.2 测试系统组成

测试系统由中心站、信道设备和 RTU 设备共同组成，结构如图 1 所示。

北斗信道

GPRS 信道

RTU 设备

GSM 信道

图 1 测试系统示意图

接收机

中心站

1 规约测试

测试规约即对规约本身技术内容的测试。规约作为标准，其技术内容的准确性、完整性和可用性在编制过程中必须经过严格测试。

在规约标准编制送审稿、报批稿阶段应进行规约测试，以验证其是否完整、准确。以《水文监测数据通信规约》为例，介绍在征求意见稿、送审稿

为了尽可能反映水文水资源监测系统硬件的实际情况，规约测试时，若采用一般常用的计算机软件模拟 RTU 是不能反映水文水资源监控设备实际能力的，为此采用实际系统中应用的 RTU 设备进行必要升级改造，通过实际信道（GPRS，GSM，北斗卫星）参与测试。

1）中心站。包括计算机及相应软件，应具有数

收稿日期：2012-10-26

作者简介：赵越（1978－），男，吉林永吉人，工程师，从事质检标准工作。

据收发、查询、控制功能，对发送、接收的信息帧实时显示和分析。可提取信息帧的分层信息，如链路层标志和功能码、应用层信息对象标识等，便于直观判断信息交换的正确性。

2）RTU 设备。应具备以下能力：能连接规约所规定的全部采集参数所对应的传感器，并能完成数据采集功能，或置入有效数据，模拟采集功能；按照规约要求处理、发送相关数据；接收中心站指令并做出相应动作。

3）信道设备。为模拟实际链路环境下的规约运行情况，测试信道为 GPRS（CDMA），GSM，北斗卫星。各信道设备的型号、版本号如表 1 所示。

表 1 信道设备

设备名称

GPRS 模块GSM 模块

型号H7118H6221

版本号硬件版本：3.5 —

报批稿的标准审查，正式上报待批，在国家水资源能力建设和甘肃省中小河流治理中，该规约和《水资源监测数据传输规约》被广泛应用。

2 规约符合性测试

规约符合性测试即对被测设备规约符合性进行测试。依据有关通信规约标准（如《水资源监测数据传输规约》、《水文监测数据通信》等），根据制造企业或用户委托要求，进行标准一致性或系统设备兼容性的测试。

2.1 测试内容

1）物理层的检验项目，包括字节格式和传输速率是否正确。

2）链路层的检验项目，有帧格式是否正确，传输规则是否满足规约要求等项目。

3）基本应用功能检验，包括：测站参数设置，自报、召测，时钟同步等。

4）数据正确性的检验，包括：测量数据、固态存储、内存下载数据是否正确，实时数据是否正确。

同时测试要求 RTU 设备具有物理层功能，即数据（模拟数据）采集、发送，RTU 系统参数和数据的贮存。规约符合性测试内容包括传感器（模拟传感器）数据采集、传输，以及 RTU 设置。

北斗 1 号数传型用户机XDP220YX底层版本号：120625

中心站 GPRS 接入方式为固定 IP。

1.3 测试内容

1.3.1 规约功能码遍历

对《水文监测数据通信》进行规约测试，通过遍历规约的所有功能码检查报文结构是否合理，功能是否完整。1.3.2 场景测试用例

按照数据流向，可将水文水资源监测系统划分为以下 3 类场景：1）传感器到 RTU；2）RTU 到中心站；3）中心站到 RTU。规约测试重点为 RTU 至中心站之间的通讯功能检查，即场景 2 和 3，在场景 2 和 3 下设置了 RTU-中心站的自报、应答，中心站-RTU 的查询，中心站-RTU 的控制及响应等 4 大类场景。

2.2 测试方法

基于规约测试阶段的经验，为确保测试软件的准确、公正，相关单位编制了“水资源数据传输规约测试软件”和“水文数据传输规约测试软件”。在软件编制过程中先后安排了数种 RTU 与其交叉测试，以《水文监测数据通信》为例，该软件先后与 3 种 RTU 交叉测试。通过交叉测试和文档校核，确保测试软件符合《水文监测数据通信》的规定。

为了更贴近水文、水资源监测工作实际需要，本次测试信道选用 GPRS（CDMA），同时兼容北斗卫星等其他信道。

规约测试主要依靠设备的规约实现文档和测试系统进行。规约实现文档应逐项列出该规约所实现的应用功能、选项和报文类型等；测试系统可以是安装了测试软件的计算机，通过 GPRS 等信道与被测设备相连。测试软件应完全遵循相应标准，有以下几方面功能：

[1]

1）工作模式（自报、兼容、查询\\应答）的选择。

1.4 测试结果

在《水文监测数据通信》规约编制过程中，共进行了 2 次规约测试。通过测试确定该规约报文结构合理，基本满足水文监测数据传输的要求。但在测试中仍发现以下一些问题：

1）文字错误，导致上下文表述不一致；2）帧结构不准确；

3）报文功能码不能满足水文、水资源测控系统需要。

根据测试结果对《水文监测数据通信》文本进行修订使之完整、准确，并于 2012 年 9 月26 日通过

2）信息的构造。可灵活构造信息帧, 选择帧格

赵越等：水文行业通信规约测试与实践

式、命令、状态标志和数据等。

3）信息的实时分析、捕捉和存储。对发送、接收的信息帧实时显示和分析，实时提取信息帧的分层信息，如链路层标志和功能码、应用层信息对象标识等。

4）错误显示和统计。初步具备对通信中发生的错误如应答、标志错误的显示和统计。

报文需要考虑使用不同的正文开始符和结束符（主要针对分包传输），报文上行和下行的方向标识符不一样，需要注意。

所有召测回应报文，都不再发送确认。如果回应报文为多包传输，也不再发送确认，只进行接收。2.4.4 正文结构

在 ASCII 报文中，各要素、数据、要素和数据、要素和其他元素、数据和其他元素之间都需要用空格分隔，其他元素包括测站分类码、正文结束符等。协议中明确规定不需要增加的部分除外。

在 HEX 报文中，标识符采用 2 字节 HEX 码，第 1 个字节为引导符，第 2 个字节为数据定义字节，按照规约实现文档附录 C [2] 41-46 的规定进行。对于附录中规定固定用 F0 之类的，应把 F0 作为数据定义字节，例如测站标识符为“F1 F1”。 2.5.5 要素无数据情况

数据组中的数据应与要素标识符组中编列的要素标识符一一对应。当某个要素某个时间点没有数据时，对于 ASCⅡ 编码报文应在数据组相应位置上填列字符“M”，对于 HEX/BCD 编码报文应在数据组相应位置上填列与其他数据位数一样的“A”。此类 HEX/BCD 编码报文中标识符规定的数据长度定义适用于每组数据，即每组数据长度应一致。

2.3 测试步骤

1）测试前根据测试内容制作详细的测试大纲，列出测试项目。

2）链路测试。测试系统根据测试大纲发送单个或 1 组信息帧。当测试特定内容（如数据格式）时，可发送数据召唤命令，检查响应的数据报文。

3）按测试大纲逐一进行测试。主要测试通信过程中发送、接收的信息帧是否正确，包括帧格式、状态标志和数据类型等；接收传感器数据是否准确，并进行记录；对接收的报文作简单判断，遇到错误时此项测试中断。

4）测试完成后对测试记录进行分析，如各项内容均通过，可以认定此规约实现符合相应标准；如有部分内容未通过，则必须找出原因以便进行修改。

5）依据测试结果形成检测报告。

2.4 测试中注意事项

规约符合性测试过程中，发现在相同技术环节发生一些共性问题，测试时必须要注意，以下以《水文监测数据通信规约》为例进行探讨。2.4.1 规约测试的物理属性

测试要求 RTU 设备具有物理层功能，在测试过程中要求密码、地址等要素在系统掉电后不应丢失，被测要素应与 RTU 设备实际采集要素一致。2.4.2 CRC 校验

CRC 校验的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根据要传送的 k 位二进制码序列，以一定的规则产生 1 个校验用的监督码（既 CRC 码）r 位，并附在信息后边，构成 1 个新的二进制码序列数共（k + r）位，最后发送出去。在接收端，根据信息码和 CRC 码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。

《水文监测数据通信规约》采用 CRC16 校验，测试过程中应注意 CRC 校验中的几个要素：初始值为 FFFF，方向为右移，多项式为 0xA001[2] 4-14。2.4.3 帧结构部分

在《水文监测数据通信规约》中，不同类型的

3 结语

在规约测试过程中，为方便测试的进行，检测单位对密码（密钥）、存储补发等要素进行了补充约定，这些约定仅适用于规约测试，在具体项目中，建设方可根据实际情况约定相关要素。

水文、水资源通信规约有利促进了行业技术进步，同时对检测单位提出了更高的要求，检测单位需要针对规约测试投入更多的资源，以提高技术水平和检测能力。

参考文献：

[1] 国家水资源监控能力建设项目办公室. SZY206-2012 水资源监测数据传输规约[S]. 北京：国家水资源监控能力建设项目办公室，2012: 13-15.

[2] 水利部水利信息中心，水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心. 水文监测数据通信规约（送审稿）[S]. 北京：水利部水文局，2012.

（下转第 67 页）

张曼志等：山东省水利信息化进程的主要影响因素

力强劲、具备后发优势的一面，也有问题长期积累、矛盾错综复杂、制约阻力不减的一面，对全国水利信息化工作者的态度、胆识、魄力和理念、智慧、能力，是一次全面的考验和检验。通过多年从事水利信息化建设的经验，结合对全国部分省份和山东省水利信息化建设考察调研情况，总结提出山东省水利信息化进程的主要影响因素，并进行分析，提出在不同阶段各影响因素的作用，具有一定的普遍性和现实性。但由于水利信息化项目实施工程中受制因素很多，本文所列的影响因素对正在开始实施的项目还有一定的差距，如：用户方对项目的重视程度、甲乙双方投入人员对水利业务的理解能力、资源掌控方的积极性等都对项目的成败起到重要的作用 [5]。对影响水利信息化进程的探索，在信息化高速发展的今天具有一定的理论和使用价值，在以后的信息化建设中还将对该课题将继续进行深入研究。

参考文献：

[1] 陈雷. 陈雷在 2009 年全国水利信息化工作会议上的讲话[R]. 北京：中华人民共和国水利部，2009: 6-11.[2] 山东省水利信息化工作领导小组办公室. 山东省“金水工程”建设规划（2011-2013）[S]. 济南：山东省水利厅，2012: 4-6.

[3] 山东省水利科学研究院. 山东省现代水利发展战略研究[S]. 济南：山东省水利厅，2012: 18-20.

[4] 杜昌文. 杜昌文在厅理论学习中心组 2011 年读书会议上的讲话[R]. 济南：山东省水利厅，2011: 5-6.[5] 葛召华，王茜. 山东省水利信息化建设的因素思考[J]. 水利信息化，2012 (5): 58-61.

Main Inﬂuence Factors of Water Conservancy Information Process in ShandongZHANG Manzhi 1, WANG Qian 2, GE Zhaohua 2

(1. Shandong Provincial Water Resources Bureau, Jinan 250014, China;2. Shandong Provincial Water Resources Information Center, Jinan 250014, China)

Abstract: According to the driving relationship between water resources informatization and water resources modernization, integrated with the overall consideration of various factors affecting water resources informatization development, it can preferably grasp its development direction and law. Thinking of present situation of water resources informatization construction in China, it expounds that principal factors which inﬂuences water resources informatization process of Shandong province are internal, external and relevance. It introduces the content of the three factors and analyses its leverage in water resources informatization process. And it puts forward certain suggestions in order to provide helpful exploration for layout of water resources informatization construction in Shandong.

Key words: water resources informatization; process; inﬂuencing factors; water resources modernization

（上接第 63 页）

Test and Practice of Communication Protocols in Hydrological IndustryZHAO Yue, LI Xiaohui

(Inspection and Test Center for Hydrometric and Geotechnical Engineering Instrument’s Quality Supervision,

the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China)

Abstract: Protocol test consists of protocol testing and protocol conformance testing. Taking protocol test of hydrologic monitoring data transmission protocols for instance, the article analyzes and discusses testing objects and contents of protocol testing, composition of testing software platform; testing contents, methods, procedures and things to consider during protocol conformance testing. Through testing, it is useful for popularization of the standard and equipment compatibility and interoperability between RTUs.

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