水文水资源数据安全采集系统数据传输测试大纲20140701

1、特殊区域水文、水资源数据安全采集系统RTU追加测试大纲水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心2014年6月2目 录1主要内容与适用范围22依据标准23产品类型24检测环境条件35检测仪器与设备36硬件测试内容与方法47通信测试内容与方法108测试地点及工作安排279测试成果文件2710 费用测算271 主要内容与适用范围本测试大纲针对的测试范围为已经全项通过水资源监控数据传输规约或水文监测数据通信规约的遥测终端机（以下简称：RTU）。本测试大纲规定了用于特殊区域水文、水资源数据安全采集系统的RTU追加检测的测试方法和测试成果。2 依据标准u 产品技术与质量规范：SZY 203-201

2、2水资源监测设备技术要求；SZY 205-2012水资源监测设备质量检验。u 产品通过的数据通信规约：SZY 206-2012水资源监控数据传输规约；SL 651-2013水文监测数据通信规约。u 本次追加测试规约：国家水资源监控能力建设项目特殊区域水文、水资源数据安全采集系统接口规范V1.18； 加密传输规约V1.2。3 产品类型适用于已经全项通过水资源监控数据传输规约或水文监测数据通信规约规约符合性测试的RTU。RTU的检测样品应采用在水资源监控数据传输规约和水文监测数据通信规约检测时在水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心（以下简称：质检中心）留样的RTU，RTU厂家无需另外提

3、供检测样品。申请进行特殊区域水文、水资源数据安全采集系统追加测试的RTU生产厂家应出具保密协议或证明文件（由涉及特殊区域的相关省水资源项目办签署）、检测委托函。4 检测环境条件硬件测试环境：温度:1822；相对湿度:60%80%;大气压力:86kPa 106kPa。通信测试环境：水文水资源数据安全采集系统。5 检测仪器与设备（1）雨量传感器及雨量滴定试验装置；（2）水位传感器；（3）流量传感器或模拟流量传感器；（4）标准信号发生器；（5）可调直流稳压电源；（6）恒温恒湿试验箱；（7）数字万用表；（8）工频磁场发生器；（9）雷击浪涌发生器；（10）示波器；（11）计算机；（12）专用TSM模块；

4、（13）已通过规约符合性测试的数据采集软件平台。6 硬件测试内容与方法6.1 测试内容根据国家水资源监控能力建设项目特殊区域水文、水资源数据安全采集系统接口规范，在特殊区域水文水资源数据安全采集系统中RTU为TSM供电，并作为组合体共同在野外环境下工作。参考SZY 203-2012水资源监测设备技术要求，对RTU与TSM组合体的功耗、气候环境适应性、电磁抗扰度等性能均与单纯RTU情况不同。因此需对组合体进行电压拉偏测试、静态功耗测试、工作功耗测试、气候环境适应性测试、电磁抗扰度性能测试。6.2测试系统硬件测试中被测RTU与终端安全模块（TSM）、RTU（RTU-MS）管理系统共同组成试验数据采

5、集系统。测试中判读RTU本地报文、RTU-MS上行报文结构、数据域及校验值是否符合相应标准。此部分测试工作拟在质检中心完成。图6-1测试系统结构图6.3 测试方法6.3.1 电压拉偏测试用可调直流稳压电源将电压分别调至上、下限值，改变受试RTU所连接传感器数据，RTU采集数据传输到中心站，在中心站检查接收报文是否准确。上、下限电压分别取标准规定值。电压拉偏记录见表6-1。表6-1 电压拉偏测试记录表RTU标称上限工作电压（V）RTU标称下限工作电压（V）测试上限工作电压上行报文（V）符合 不符合（V）符合 不符合（V）符合 不符合测试下限工作电压上行报文数据域结果（V）符合 不符合（V）符合

6、不符合（V）符合 不符合测试结论测试时间测试人6.2.2值守功耗测试用直流稳压电源给RTU供电。RTU与TSM组合体待机状态下（包括TSM，但不包括通信模块、有源传感器），在直流稳压电源和RTU电源端之间串接一个标准电阻（电阻不能大，要保证电路能提供远大于RTU所需的工作电流），调整直流稳压电源使RTU电源端电压为标称电压（12VDC）。用示波器测量该标准电阻两端电压波形，待图形稳定后(可以保留此图形，待查），取其电压大小及时间的加权平均值，此数据除以电阻值即为值守电流。必要时，也可采用万用表测量。此电流值乘以电压值为RTU值守功耗。值守功耗记录表见表6-2。RTU分别工作在自报式、兼容式。检

7、测结果也可以用值守电流表示。表6-2 值守功耗测试记录表自报模式检测电流周期波形图计算统计电流1值时间权重1电流2值时间权重2电流3值时间权重3加权平均功耗 mA(12VDC)兼容模式检测电流周期波形图计算统计电流1值时间权重1电流2值时间权重2电流3值时间权重3加权平均功耗 mA(12VDC)测试结论测试时间测试人6.2.3工作功耗测试用直流稳压电源给RTU供电，RTU与TSM组合体待机状态下（包括TSM、但不包括通信模块，接无源传感器，例如翻斗雨量计等），在直流稳压电源和RTU电源端之间串接数字万用表（电流档），在通信模块供电线路中串接数字万用表（电流档）。通过改变传感器数据触发RTU工作

8、，并发送数据，读出RTU电源电流值和通信模块电源电流值。用前者减去后者，即为RTU与TSM组合体的工作电流值（不含通信模块），用此工作电流值乘以标称电压（12V），即为RTU工作功耗。以上检测应不少于3次，结果取其平均值。检测结果也可以用工作电流表示。工作功耗记录见表6-3。表6-3 工作功耗测试记录表电源电流通信模块电流RTU与TSM组合体工作电流备注 (mA) (mA) (mA)12VDC (mA) (mA) (mA)12VDC (mA) (mA) (mA)12VDC平均工作电流 (mA)测试结论测试时间测试人6.2.4 气候环境适应性测试将处于通电工作状态下的被测RTU与TSM组合体放置

9、于恒温恒湿试验箱内，在规定的低温、高温高湿、高温三种工作环境中，恒温时间不少于4h。在各个工作环境保持超过4h后，RTU采集数据传输到中心站，在中心站检查接收报文是否准确。气候环境适应性试验记录见表6-4。表6-4 气候环境适应性试验记录表工作环境（规范要求值）温度/湿度上行报文数据域备注常温（ / %RH） / %RH符合 不符合低温（ ） 符合 不符合高温（ ） 符合 不符合高温高湿（ / %RH） / %RH符合 不符合测试结论测试时间测试人6.2.5电磁抗扰度测试a） 工频磁场用工频磁场发生器对被测RTU与TSM组合体进行测试，选择试验等级为3级。在工作状态下，将被测终端机放置于绝缘支

10、座上，将感应线圈旋转至水平，使被测终端机暴露在不同方向的试验磁场中，用工频磁场发生器对被测终端机进行磁场抗干扰试验，同时改变传感器数据，检查被测终端机是否能正常工作，采集到的传感器数值经加密后传至上位机，经解密后是否与原数据一致。此检测为3组。抗电磁干扰试验记录见表6-5。表6-5 抗电磁干扰试验记录表上行报文数据域结果符合 不符合符合 不符合符合 不符合测试结论测试时间测试人b） 雷击浪涌在待机状态下，选择试验等级为3级，用雷击浪涌发生器在被测终端机电源线和地线间，施加2.0kV电压，测试次数为5次。试验结束后，将被测RTU与TSM组合体与传感器重新联机测试，检查被测终端机采集数据是否准确无

11、误，RTU采集数据传输到中心站，在中心站检查接收报文是否准确。防雷击功能检测记录见表6-6。表6-6 防雷击功能检测记录表被测部位实验时长结果正常 不正常正常 不正常正常 不正常正常 不正常正常 不正常检测后检查上行报文数据域结果符合 不符合符合 不符合符合 不符合测试结论测试时间测试人7 通信测试内容与方法7.1概述特殊区域水文水资源数据安全采集系统的通信和结构框架，如图7-1所示。过程A、B、C中的通信方式和报文格式在特殊区域水文水资源数据安全采集系统接口技术规范中已规定；过程D中的报文格式在加密数据传输规约中已规定；过程E、F为加密、解密内部过程，报文结构已约定，不对外公开。本测试大纲的

12、测试内容是在对图1中涉及到的系统设备（除RTU以外）及软件平台均被测试通过并认可的基础上，针对RTU进行的通信测试。图7-1 特殊区域水文水资源数据安全采集系统示意图TSM与RTU之间的处理包括本地控制报文、数据报文及TSM与TSM-MS间的远程控制报文。TSM与TSM-MS之间的远程控制报文只需由RTU转发，无需RTU进行任何处理；本地控制报文包括：RTU唤醒TSM、RTU向TSM授时、RTU查询TSM状态、RTU通知TSM转发开始、TSM通知RTU转发结束、RTU通知TSM休眠等；数据报文包括RTU发送给TSM的明文数据报文和TSM返回给RTU的加密数据报文。RTU与TSM之间的本地控制报

13、文及数据报文的交互流程如图7-2所示：图72 TSM与RTU之间交互流程TSM与RTU的交互分为三个阶段：u 会话建立阶段：RTU串口唤醒TSM后，TSM在1s内返回唤醒响应报文，RTU收到报文后需要进行授时和状态查询的操作；u 远程控制阶段：TSM初始化和每天第一次唤醒时需要与TSM-MS进行远程交互，RTU负责转发远程控制报文；u 数据加密阶段：TSM可为RTU加密数据。TSM与RTU之间的具体交互步骤：1. 唤醒：TSM处于休眠状态时，RTU通过串口唤醒TSM ；2. 授时：RTU在每次唤醒TSM或者重新上电时，RTU应发送授时报文；3. 状态查询：RTU向TSM发送数据报文前，应查询T

14、SM状态，如果TSM返回有任务：RTU准备转发TSM与TSM-MS远程控制报文；如果TSM返回无任务，RTU可向TSM发送数据报文；4. 转发开始：RTU若查询到TSM有远程任务，则向TSM发送转发开始报文；5. 转发结束：TSM与TSM-MS间的远程控制结束后，TSM向RTU发送转发结束报文，若转发结束报文中返回的状态码为0x00，则RTU可向TSM发送数据报文进行数据加密；如果转发结束报文中返回的状态码为0x01，说明TSM与TSM-MS的连续7天以上交互不成功，TSM此时不可加密，RTU应等待通信链路正常后再次向TSM提供远程转发功能；6. 数据报文：RTU向TSM发送明文数据报文，TS

15、M向RTU返回加密数据报文；7. 休眠：数据加密结束后，RTU可以向TSM发送休眠报文，让TSM处于休眠状态。根据系统流程和特殊区域水文水资源数据安全采集系统RTU的功能，拟进行如下测试：本地控制报文测试、数据报文测试、通用控制指令报文测试、故障通信测试、全系统联调测试。7.2本地控制报文测试7.2.1 测试内容本地控制报文测试主要包括：TSM唤醒测试、RTU向TSM授时测试、RTU查询TSM状态测试、RTU通知TSM转发开始、TSM通知RTU转发结束、RTU通知TSM休眠测试等。7.2.2 测试方法7.2.2.1 TSM唤醒测试TSM处于休眠状态时可使用串口唤醒。RTU串口发送0x5A，TS

16、M在一定时间内返回响应报文0x4F 0x4B（OK），说明唤醒成功；当使用串口唤醒TSM处于休眠状态时，通过改变传感器数据和通过上位机下发指令，令被测RTU改变通信状态，测试其通信控制能力。TSM唤醒测试用例记录见表7-1。表7-1 TSM唤醒测试记录表用例名称TSM唤醒测试测试点当使用串口唤醒时，RTU串口发送0x5A，TSM在一定时间内返回响应报文0x4F 0x4B（OK），说明唤醒成功。测试项目测试内容报文下行控制RTU通过串口向TSM发送报文0x5A。上行反馈TSM在一定时间内返回响应报文0x4F 0x4B，说明唤醒成功。TSM被唤醒，电源灯亮。测试结论符合 不符合测试时间测试人7.2

17、.2.2 授时测试RTU在每次唤醒TSM或者重新上电时，RTU应发送授时报文。RTU向TSM授时测试用例记录见表7-2。表7-2 TSM授时测试记录表用例名称RTU向TSM授时测试测试点当RTU唤醒TSM或者重新上电后，RTU向TSM发送授时报文测试项目测试内容功能码报文下行控制RTU通过串口向TSM发送授时报文A0H上行反馈TSM返回授时成功报文20H测试结论符合 不符合测试时间测试人7.2.2.3 RTU查询TSM状态测试RTU查询TSM的任务状态，如果TSM返回无远程任务，则RTU可以发送数据报文进行加密；如果TSM有远程任务，则TSM返回有远程任务报文，RTU准备发送转发开始报文。RT

18、U查询TSM状态测试用例记录见表7-3。表7-3 查询TSM状态测试记录表用例名称RTU查询TSM状态测试测试点RTU向TSM发送查询TSM状态报文，TSM返回查询报文。测试项目测试内容功能码报文下行控制RTU通过串口向TSM发送查询TSM状态A1H上行反馈TSM返回TSM状态报文21H无任务有任务测试结论符合 不符合测试时间测试人7.2.2.4 TSM转发开始与转发结束测试当RTU查询到TSM有远程任务时，RTU向TSM发送转发开始报文；TSM与TSM-MS远程控制结束时，TSM向RTU发送转发结束报文，如果返回状态码为0x00，则TSM可进行数据加密，RTU准备向TSM发送数据报文；如果返

19、回状态码为0x01，说明TSM与TSM-MS交互未成功，RTU应等待通信链路正常后再次向TSM提供远程转发功能。RTU向TSM发送转发开始与转发结束报文测试用例记录见表7-4。表7-4 TSM转发开始与转发结束测试记录表用例名称RTU向TSM发送转发开始与转发结束报文测试测试点1.RTU向TSM发送转发开始报文；2.TSM与TSM-MS远程控制结束时，TSM向RTU发送转发结束报文。测试项目测试内容功能码报文下行控制RTU通过串口向TSM发送转发开始报文A2H上行反馈TSM返回转发结束报文22H可加密不可加密返回状态码0x01后，RTU待链路正常后应再次向TSM发送转发开始报文转发 未转发测试

20、结论符合 不符合测试时间测试人7.2.2.5 TSM休眠测试RTU需要TSM休眠时，向TSM发送休眠报文，则TSM进入休眠状态。TSM不返回休眠响应报文。RTU向TSM发送休眠报文测试用例记录见表7-5。表7-5 向TSM发送休眠报测试记录表用例名称RTU向TSM发送休眠报文测试测试点RTU向TSM发送休眠报文，TSM进入休眠状态，不返回响应报文。测试项目测试内容功能码报文下行控制RTU通过串口向TSM发送休眠报文A3H上行反馈TSM状态灯、电源灯熄灭，进入休眠状态-测试结论符合 不符合测试时间测试人7.3数据报文测试7.3.1 测试内容数据报文测试包括RTU发送给TSM的明文数据报文和TSM

21、返回给RTU并经RTU发送至RTU-MS、TSM-MS的加密数据报文。数据主要包括自报数据测试、召测数据测试、固态存储数据测试、内存自报数据测试等。7.3.2 测试方法7.3.2.1 自报数据测试通过改变传感器数值，触发RTU自报数据。RTU发送给TSM的明文数据报文经TSM加密后返回给RTU，并经RTU发送至RTU-MS、TSM-MS。经过解密后与原传感器数值做对比，检查该数据经过一番加密解密过程后是否正确无误。RTU向TSM发送休眠报文测试用例记录见表7-6。表7-6 RTU自报数据测试记录表用例名称RTU自报数据测试测试点改变传感器数值，触发RTU自报数据。RTU发送给TSM的明文数据报

22、文经TSM加密后返回给RTU，并经RTU发送至RTU-MS、TSM-MS。质检中心场内测试时，验证RTU-MS所接收加密报文，报文结构应满足标准要求。北京联机测试时，验证TSM-MS接收明文报文及数据。RTU-MSTSM-MS下行上行测试结论符合 不符合测试时间测试人7.3.2.2召测数据测试通过上位机下发召测指令， RTU接收指令后，发出加密数据报文，经解密后与原传感器数值做对比，检查报文结构是否正确无误。分析结构，判读是否符合加密传输规约要求。测试用例见表7-7。表7-7 RTU召测数据测试记录表用例名称RTU召测数据测试测试点通过上位机下发召测指令，RTU接收指令后， RTU采集传感器数

23、据，加密后发送至上位机。质检中心场内测试时，验证RTU-MS所接收加密报文，报文结构应满足标准要求。北京联机测试时，验证TSM-MS接收明文报文及数据。RTU-MSTSM-MS下行上行测试结论符合 不符合测试时间测试人7.3.2.3固态存储数据测试RTU固态存储器中贮存7日以上测试数据，通过上位机查询指定工作时段（1h的整数倍）固态存储数据，检查报文结构是否正确无误。分析结构，判读是否符合加密传输规约要求。测试用例见表7-8。表7-8 RTU固态存储数据测试记录表用例名称RTU固态存储数据测试测试点RTU固态存储器中贮存7日以上测试数据，通过上位机查询指定工作时段固态存储数据。质检中心场内测试

24、时，验证RTU-MS所接收加密报文，报文结构应满足标准要求。北京联机测试时，验证TSM-MS接收明文报文及数据。RTU-MSTSM-MS下行上行查询时段测试时间测试人7.3.2.4内存自报数据测试断开DTU，RTU自报数据发送失败， 重新连接DTU后RTU发出加密内存自报数据报文至中心站，检查报文结构是否正确无误。分析结构，判读是否符合加密传输规约要求。测试用例见表7-9。表7-9 RTU内存自报数据测试记录表用例名称RTU内存自报数据测试测试点断开DTU，RTU自报数据发送失败， 重新连接DTU后RTU发出加密内存自报数据报文至中心站RTU-MSTSM-MS下行上行测试结论符合 不符合测试时

25、间测试人7.4通用控制指令报文测试RTU应具备执行规约中RTU查询、设置指令。查询、设置指令在信道内以非加密形式传输。7.4.1测试内容以水资源监测数据传输规约为例，RTU通用控制指令报文测试应包含表7-10所列各项功能：表7-10 RTU通用控制指令报文测试用例表序号应用功能码应用功能定义测试内容102H链路检测测试项目210H设置遥测终端、中继站地址测试项目311H设置遥测终端、中继站时钟测试项目412H设置遥测终端工作模式测试项目515H设置遥测终端本次充值量测试项目616H设置遥测终端剩余水量报警值测试项目717H设置遥测终端的水位基值、水位上下限测试项目818H设置遥测终端水压上、下

26、限测试项目919H设置遥测终端水质参数种类、上限值测试项目101AH设置遥测终端水质参数种类、下限值测试项目111BH设置终端站水量的表底（初始）值测试项目121FH设置遥测终端流量参数上限值测试项目1320H设置遥测终端检测参数启报阈值及固态存储时间段间隔测试项目1430H置遥测终端IC卡功能有效测试项目1531H取消遥测终端IC卡功能测试项目1632H定值控制投入测试项目1733H定值控制退出测试项目1834H定值量设定测试项目1950H查询遥测终端、中继站地址测试项目2051H查询遥测终端、中继站时钟测试项目2152H查询遥测终端工作模式测试项目2253H查询遥测终端的数据自报种类及时间

27、间隔测试项目2354H查询遥测终端需查询的实时数据种类测试项目2456H查询遥测终端剩余水量和报警值测试项目2557H查询遥测终端水位基值、水位上下限测试项目2658H查询遥测终端水压上、下限测试项目2759H查询遥测终端水质参数种类、上限值测试项目285AH查询遥测终端水质参数种类、下限值测试项目295DH查询遥测终端的事件记录测试项目305EH查询遥测终端状态和报警状态测试项目315FH查询水泵电机实时工作数据测试项目3261H查询遥测终端转发中继引导码长测试项目3364H查询遥测终端图像记录测试项目3490H复位遥测终端参数和状态测试项目3591H清空遥测终端历史数据单元测试项目3692

28、H遥控启动水泵或阀门/闸门测试项目3793H遥控关闭水泵或阀门/闸门测试项目3896H修改遥测终端密码测试项目39A0H设置遥测站需查询的实时数据种类测试项目40A1H设置遥测终端的数据自报种类及时间间隔测试项目7.4.2测试方法RTU通用控制指令报文测试应符合水资源监控数据传输规约符合性测试作业指导书、水文数据传输规约符合性测试作业指导书规定。7.5 故障通信测试7.5.1测试内容RTU调用TSM时，若TSM接收到RTU报文错误或者TSM本身出现故障时，TSM给RTU返回错误响应报文。在特殊区域水文水资源数据安全采集系统中因TSM错误可分为三种类型：a） 第一类：报文错误，RTU应进行三次重发；b） 第二类：流程错误，RTU应该对TSM进行重新休眠再唤醒；c） 第三类：TSM故障，RTU需将错误上报管理中心。7.5.2测试方法测试中人工模拟故障情况，考察RTU发送的报警报文检查报文结构是否正确无误。分析结构，判读是否符合加密传输规约要求。测试用例分别见表7-11、7-12、7-13。可根据被测RTU实际情况，选取测试用例。表7-11 报文错误测试记录表用例名称报文错误测试测试点人工发送错误报文，RTU应进行三次重发。RTU-MSTSM-MS下行报文上行报文RTU是否进行三次重发是 否测试结论符合 不符合测试时间