摘  要： 討論了LoadRunner在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用。無線傳感器節(jié)點(diǎn)和簇節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理節(jié)點(diǎn)，需要向后臺系統(tǒng)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。首次將LoadRunner引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)過程，對傳感器節(jié)點(diǎn)與后臺系統(tǒng)的通信進(jìn)行仿真，并提出了運(yùn)用LoadRunner進(jìn)行測試和仿真的工作流程。有效地對后臺系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試，同時節(jié)約了硬件系統(tǒng)的研發(fā)成本，縮短了項目工期。
關(guān)鍵詞： LoadRunner；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；性能測試

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)是由部署在觀測環(huán)境中的大量微型廉價低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)以無線多跳通信方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。根據(jù)信息獲取和處理技術(shù)，可以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和多媒體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[2]。
    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與真實的物理世界融合在一起，深刻地改變了人與自然的交互方式[3]。可廣泛地應(yīng)用于軍事、工農(nóng)業(yè)控制、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域[4-7]。美國《商業(yè)周刊》認(rèn)為，WSN是全球未來四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，是21世紀(jì)世界最具有影響力的21項技術(shù)之一。MIT新技術(shù)評論認(rèn)為,WSN是改變世界的十大新技術(shù)之一[6]。
    目前國內(nèi)外研究人員對傳統(tǒng)WSN的研究主要集中于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、中間件、傳感器節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)管理、嵌入式軟件系統(tǒng)等方面[6]。對于多媒體WSN，北京郵電大學(xué)智能通信軟件與多媒體北京市重點(diǎn)實驗室、中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)已開始對該領(lǐng)域的探索。但是這些研究成果尚處于起步階段，距離實際應(yīng)用還相差甚遠(yuǎn)[2]。目前關(guān)于WSN嵌入式軟件系統(tǒng)方面的研究成果主要是嵌入式操作系統(tǒng)，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研究開發(fā)了一個傳感器節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)TinyOS，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校研究了傳感器節(jié)點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)SOS。而對WSN應(yīng)用軟件的研究開發(fā)工作則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他方面的研究,還有大量的工作需要完成, 諸多新問題尚待發(fā)現(xiàn)，全新的應(yīng)用尚待開發(fā)，任重而道遠(yuǎn)[6]。
    LoadRunner目前已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)軟件項目的性能測試[8-11]，也有研究人員將其運(yùn)用于網(wǎng)絡(luò)可信性評測的仿真研究當(dāng)中[12]。本文首次將其引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，提出了LoadRunner在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)中的測試和仿真流程，有效解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)中存在的開發(fā)成本高、開發(fā)周期長、沒有性能測試或者性能測試不充分等問題，取得了良好的效果。
2 將LoadRunner引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)
2.1 LoadRunner
    LoadRunner是一種預(yù)測系統(tǒng)行為和性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級負(fù)載測試工具。通過模擬上千萬用戶實施并發(fā)負(fù)載及實時性能監(jiān)測來確認(rèn)和查找問題，它能夠?qū)φ麄€企業(yè)的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行測試，最大限度地縮短測試時間，優(yōu)化性能并加速應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)布周期。
    LoadRunner包含Virtual User Generator、Controller和Analysis[11]三個部件。Virtual User Generator可以在Windows、UNIX或Linux機(jī)器上同時產(chǎn)生成千上萬個用戶訪問，極大地減少負(fù)載測試所需的硬件和人力資源。Controller可以設(shè)定負(fù)載方案、業(yè)務(wù)流程組合和虛擬用戶數(shù)量。通過Controller的Rendezvous功能既能建立起持續(xù)且循環(huán)的負(fù)載，又能管理和驅(qū)動負(fù)載測試方案。同時，還可以利用它的日程計劃服務(wù)來定義用戶在什么時候訪問系統(tǒng)以產(chǎn)生負(fù)載，從而將測試過程自動化。Analysis負(fù)責(zé)收集匯總所有的測試數(shù)據(jù)，并提供高級的分析和報告工具，以便迅速查找到性能問題并追溯原由。使用LoadRunner的Web交易細(xì)節(jié)監(jiān)測器，可以查看所有的圖象、框架和文本下載所需的時間。另外，Web交易細(xì)節(jié)監(jiān)測器能夠分解用于客戶端、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器上端到端的反應(yīng)時間，便于確認(rèn)問題，定位查找真正出錯的組件。例如可以將網(wǎng)絡(luò)延時進(jìn)行分解，以判斷DNS解析時間、連接服務(wù)器或SSL認(rèn)證所花費(fèi)的時間。通過使用LoadRunner的分析工具，可以很快地查找到出錯的位置和原因并作出相應(yīng)的調(diào)整。
    LoadRunner內(nèi)含集成的實時監(jiān)測器，在負(fù)載測試過程中，可以隨時觀察到應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行性能。性能監(jiān)測器可以實時顯示交易性能數(shù)據(jù)，也可以顯示其他系統(tǒng)組件如application server、web server、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫的實時性能，從而更快地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)瓶頸和其他問題所在。LoadRunner還通過可以無限精確重復(fù)進(jìn)行的回歸測試保證系統(tǒng)發(fā)布的高性能。
2.2 運(yùn)用LoadRunner進(jìn)行測試和仿真的工作流程
    運(yùn)用LoadRunner進(jìn)行測試和仿真的工作流程如圖1所示。

2.2.1 制定負(fù)載測試和仿真計劃
    在任何類型的測試和仿真中，計劃都是必要的步驟。充分而詳盡的計劃是成功測試和仿真的關(guān)鍵。確定系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)的組成圖。組成圖主要包括系統(tǒng)中所有的組件(如傳感器節(jié)點(diǎn)和簇節(jié)點(diǎn))的數(shù)目，組件部署的方式以及相互之間的通信方式，傳感器節(jié)點(diǎn)、簇節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、系統(tǒng)服務(wù)器的配置。
2.2.2 開發(fā)測試和仿真腳本
    可以使用LoadRunner中虛擬用戶的活動來模擬傳感器節(jié)點(diǎn)和簇節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)的通信，而虛擬用戶的活動就包含在測試腳本中，因此測試腳本對系統(tǒng)測試和仿真而言非常重要。
    開發(fā)測試腳本要使用Virtual User Generator組件。按照測試和仿真計劃定義每一個虛擬用戶的活動、結(jié)合點(diǎn)和事務(wù)。
    Virtual User Generator中的腳本分為vuser_init、vuser_end和Action三部分。其中vuser_init和vuser_end都只能存在一個，不能再分割，而Action還可以分成無數(shù)多個部分。
    對于傳感器節(jié)點(diǎn)和簇節(jié)點(diǎn)需要登陸的系統(tǒng)，可以把登陸部分放到vuser_init中，登陸后的通信過程放到Action中，注銷登陸部分放到vuser_end中。如果登陸操作需要放置集合點(diǎn)，那么登陸操作也要放到Action中，因為對于LoadRunner，vuser_init中不能添加集合點(diǎn)。在其他情況下，只要把操作部分放到Action中即可。在重復(fù)回放測試腳本時，vuser_init和vuser_end中的內(nèi)容只會執(zhí)行一次，重復(fù)執(zhí)行的只是Action中的部分。
    如果傳感器節(jié)點(diǎn)和簇節(jié)點(diǎn)在與系統(tǒng)通信過程中，提交了一些數(shù)據(jù)(例如要增加數(shù)據(jù)庫記錄)。這些操作都被記錄到了腳本中。當(dāng)多個虛擬用戶運(yùn)行腳本時，都會提交相同的記錄，這不僅不符合實際運(yùn)行情況，而且有可能引起沖突。為了更加真實地模擬實際環(huán)境，需要各種各樣的輸入。LoadRunner提供了參數(shù)化輸入方式。用參數(shù)表示用戶的腳本可以大大縮短腳本的長度，同時還可以使用不同的數(shù)值對腳本進(jìn)行測試。
    參數(shù)化主要包含兩項任務(wù)：(1)在腳本中用參數(shù)取代常量值；(2)設(shè)置參數(shù)的屬性以及數(shù)據(jù)源。LoadRunner中支持的參數(shù)類型有DateTime、Group Name、Load Generator Name、Iteration Number、Random Number、Unique Number、Vuser ID、File、User Defined Function等。
2.2.3 創(chuàng)建運(yùn)行場景
    運(yùn)行場景描述在測試和仿真活動中發(fā)生的各種事件。一個運(yùn)行場景包括一個運(yùn)行虛擬用戶活動的Load Generator機(jī)器列表，一個測試腳本的列表以及大量的虛擬用戶和虛擬用戶組。
2.2.4 運(yùn)行測試
    只需按照預(yù)定的場景，執(zhí)行測試和仿真即可。
2.2.5 監(jiān)視場景
    在運(yùn)行過程中，可以監(jiān)視各個服務(wù)器的運(yùn)行情況(Database Server、Web Server等)。監(jiān)視場景可通過添加性能計數(shù)器來實現(xiàn)。
2.2.6 分析測試和仿真結(jié)果
    在這一步中，需要分析大量的數(shù)據(jù)和圖表，生成各種不同的報告，最后得出結(jié)論。
2.3 運(yùn)用LoadRunner對無線傳感器應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行測試和仿真
    無線傳感器節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)之間基于GPRS通過TCP協(xié)議進(jìn)行通信，系統(tǒng)開發(fā)過程中，為了縮短項目周期，硬件研發(fā)與軟件研發(fā)同步進(jìn)行。在項目初期即確定了傳感器節(jié)點(diǎn)和后臺系統(tǒng)之間的接口、交換數(shù)據(jù)的格式。硬件研發(fā)中選取了幾種方案，但是沒有定型，計劃在項目進(jìn)行中根據(jù)軟硬件之間的銜接情況做出最后的決定，然而系統(tǒng)對性能的要求比較苛刻，如果根據(jù)項目預(yù)定的規(guī)模分別按照幾種方案制出所有的傳感器節(jié)點(diǎn)，其研發(fā)成本會相當(dāng)高，經(jīng)討論決定引入LoadRunner來進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的仿真，以壓縮研發(fā)成本，同時，又可以測試后臺系統(tǒng)的性能是否能夠滿足用戶需求。
    由于篇幅所限，這里僅附上Virtual User Generator的部分用戶腳本：
    (1)在vuser_init中打開相應(yīng)的TCP連接
vuser_init()
{
    int rc;
    lrs_startup(257);        //建立連接
    rc=lrs_create_socket("userid","TCP","RemoteHost=
192.168.1.101:16688",LrsLastArg);
    if(rc==0)
        //連接成功建立
        lr_output_message("Socket  was successfully created ");
    else
        //連接建立失敗，報告錯誤碼
        lr_output_message("An error occurred while creating
the socket, Error Code: %d", rc);
    return 0;
}
    (2)在Action中對傳感器簇節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)的通信進(jìn)行仿真，為了真實模擬簇節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)的通信過程，對發(fā)送的數(shù)據(jù)databuf進(jìn)行了參數(shù)化，部分代碼如下：
    ……    //建立集合點(diǎn)
    lr_rendezvous("send")；    //事務(wù)開始
    lr_start_transaction("send");
    //模擬簇節(jié)點(diǎn)向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)
    lrs_send("userid", "databuf", LrsLastArg);
    ……
    lr_end_transaction("send");
    ……
    vuser_end中關(guān)閉TCP連接，腳本略。
    (3)在確定運(yùn)行場景時，根據(jù)系統(tǒng)需求，對集合點(diǎn)send處的用戶確定為100，可以模擬100個簇節(jié)點(diǎn)同時向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。在運(yùn)行場景的過程中，對服務(wù)器CPU、內(nèi)存和硬盤相關(guān)的計數(shù)器進(jìn)行了觀測，分別如圖2、圖3、圖4所示，同時觀測了服務(wù)器的.net、sql server相關(guān)計數(shù)器（均處于正常范圍），網(wǎng)絡(luò)接口的發(fā)包出錯情況和收包出錯情況（檢測過程中均為0），結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠很好地滿足設(shè)計要求。

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為21世紀(jì)的一項重要高新技術(shù)，已經(jīng)得到廣大工程技術(shù)人員和科研人員的廣泛關(guān)注。本文在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)中首次將LoadRunner引入開發(fā)過程，對傳感器節(jié)點(diǎn)和簇節(jié)點(diǎn)與后臺系統(tǒng)的通信進(jìn)行了模擬和仿真，有效地提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)中硬件和軟件研發(fā)的并行度，縮短了開發(fā)周期，大大降低了開發(fā)成本，取得了良好的效果。
參考文獻(xiàn)
[1] AKYILDIZ I F，SU W，SANKARASUBRAMANIAM Y，et al. Wireless sensor networks：a survey[J].Computer Networks，2002，38(4)：393-422.
[2] 馬華東，陶丹.多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報，2006，17(9)：2013-2028.
[3] 孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[4] 李建中，李金寶，石勝飛.傳感器網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)管理的概念、問題與進(jìn)展[J].軟件學(xué)報，2003，14(10)：1717-1727.
[5] 任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].軟件學(xué)報，2003，14(7)：1282-1291.
[6] 李建中，高宏.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展[J].計算機(jī)研究與發(fā)展，2008，45(1)：1-15.
[7] 李志剛，周興社.傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2004(12)：9-12.
[8] 李怡，周國祥.基于LoadRunner的一種性能測試流程方案研究與設(shè)計[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2009，26(11)：4143-4145.
[9] 赫建營，晏海華，劉超，等.一種有效的Web性能測試方法及其應(yīng)用[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24(1)：275-277.
[10] 浦云明，范明紅，許明娜.Web應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)載測試[J].計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009，26(11)：120-123.
[11] 文俊浩，桑春艷，何盼.電子政務(wù)系統(tǒng)性能測試應(yīng)用研究[J].計算機(jī)科學(xué)，2009，36(4)：179-180.
[12] 龐永剛，王慧強(qiáng)，鄭瑞娟.用于網(wǎng)絡(luò)可信性評測的事件注入技術(shù)仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20(10)：2713-2717.