五分钟技术趣谈 | 物联网平台Modbus协议采样命令下发并发性能测试方法_天天时讯

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司(现在的施耐德电气 Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto)，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

采样命令

Modbus协议同样也是物联网平台的流行协议之一，采样命令作为Modbus协议的主要功能，其主要流程是设备在平台设置周期采样命令，平台会周期性主动对在线设备下发采样命令。

我们在为雄安建设物联网平台时，正好平台就有Modbus的能力，平台交付就必须要测试Modbus的采样命令并发。

(资料图)

物联网平台Modbus协议采样命令下发流程如下：

创建设备，在平台给设备设置采样命令：采样周期、功能编号、从机地址、数据长度等信息。

设备上线后，平台按照采样周期对设备进行周期性发送采样命令。

设备收到采样命令后将寄存器数据返回结果给平台，并保存采样数据。

通常情况下我们做性能测试都是客户端发起请求服务的响应客户端，而Modbus的采样命令恰好相反，以往我们常用的性能测试工具就不可行了。

要如何才能测试服务的采样命令的并发呢?

测试方法

为了测试物联网平台Modbus协议采样命令并发性能，我们研究出了一种高并发的采样命令并发性能测试方法。该方法采用异步IO的方式批量模拟设备连接服务器、接收采样命令并响应命令，并统计每秒接收的命令数量。技术实现细节如下：

1、通过API批量创建Modbus设备，并给每个设备创建n个采样命令。即无需提前创建设备和设备的采样命令;

2、批量初始化设备的socket连接，socket设置为非阻塞，生成socket列表。采用异步IO，减少多线程线程切换带来的资源消耗，提升CPU利用率;

3、同时启动以下三个线程：

①批量设备注册线程：批量上报注册报文，设备注册完成后线程退出;

②采样命令条数统计线程：所有设备注册成功后，每秒统计一次最近1秒内收到采样命令条数;

③采样命令接收处理线程：采用select批量管理设备socket列表，接收并立即响应采样命令，并实时记录采样命令条数。select模型为非阻塞式IO，能够一定程度上减少服务器瞬间的并发线程数，从而提高CPU执行效率;

Python代码示例(片段)

4、根据运行设备数量以及平均每秒接收到采样命令数量来判断平台是否满足当前的采样命令的处理性能。性能满足的条件下预期结果为

预期每秒命令接收数量 ≈ 设备数量 * n

逐步增加设备数量，当预期每秒命令接收数量 > 设备数量 * n时，即服务已达到瓶颈。则最终测试服务的采样命令最大并发量为，满足预期结果时的设备最大接入量 * n。

该测试方法优点：

1、无需单独添加创建设备和设备的采样命令，简化了Modbus协议采样命令性能测试的准备工作;

2、在设备端统计并发量，无需在服务端增加任何统计逻辑;

3、采用模拟设备，无需准备大量真实设备，降低了Modbus协议采样命令性能测试的成本;

4、通过非阻塞式IO，显著提升Modbus协议采样命令并发性能测试的设备响应速度，解决Modbus协议采样命令并发性能测试高并发状态下的资源浪费问题;

5、设备响应速度的提升，有效提高Modbus协议采样命令并发性能测试的准确度。

我们采用此种方法编写的Python代码，单个脚本可以支撑1秒内1万+次的命令处理能力。在雄安物联网平台的性能测试中起到了非常好的作用，同时运行10个脚本，完成了雄安平台Modbus协议采样命令10万并发的测试。