本发明涉及故障注入技术领域，尤其涉及一种故障注入装置及故障注入方法。
背景技术：
目前，针对以太网中的系统或设备的可靠性进行充分的检测往往需要模拟各种异常的情况，如模拟出通信线路的物理层、电气层、协议层等故障，以此来检测被测设备对于异常情况的处理能力。
现有的故障注入通过将信号引入端子板、手动通断线路来模拟通信线路的开路，采用专用的仿真板卡对数据的信息流和控制时序的变化进行故障注入。
发明人对现有的故障注入方式进行研究发现，现有的故障注入的方式每次故障注入只能注入一种故障，不能模拟在电磁环境比较复杂的情况下，以太网总线可能发生的故障，如信号的缩放，共模噪声、组合叠加频率量等故障或者几种故障的同时发生的情况，注入故障形式单一。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种故障注入装置及故障注入方法，用以解决现有技术中故障注入形式单一的问题。具体方案如下：
一种故障注入装置，包括：上位机和故障注入设备；所述上位机与所述故障注入设备连接，所述上位机通过所述故障注入设备与目标网络中的被测设备和总线连接；
所述上位机将故障类型传递到所述故障注入设备；
所述故障注入设备依据所述故障类型，控制所述故障注入设备中各个开关的开关状态，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，通过所述故障注入回路将产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备中。
上述的装置，可选的，所述故障注入设备包括：fpga模块、差分信号的缩放和/或共模噪声模块、单端信号缩放模块、直流分量叠加模块、外部信号叠加模块、开关组；
所述fpga模块程控所述开关组中的各个开关的开关状态，分别接入所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块、所述单端信号缩放模块、所述直流分量叠加模块、所述外部信号叠加模块中的至少一个组成故障注入回路；
通过所述故障注入回路，将所述故障注入设备产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备中。
上述的装置，可选的，当所述上位机传递的故障类型为电气层的差分信号的缩放和/或共模噪声故障时，所述fpga模块程控所述开关组中与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块相连接的开关导通，与所述单端信号缩放模块、所述直流分量叠加模块和所述外部信号叠加模块相连接的开关均断开；
所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块对以太网信号进行差分信号缩放和/或共模噪声注入。
上述的装置，可选的，当所述上位机传递的故障类型为电气层的单端信号缩放故障时，所述开关控制模块控制所述开关组中与所述单端信号缩放模块相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块、所述直流分量叠加模块和所述外部信号叠加模块相连接的开关均断开，对以太网信号进行单端信号缩放。
上述的装置，可选的，当所述上位机传递的故障类型为电气层的直流分量叠加故障时，所述开关控制模块控制所述开关组中与所述直流分量叠加模块相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块、所述单端信号缩放模块和所述外部信号叠加模块相连接的开关均断开，对以太网信号进行直流分量叠加。
上述的装置，可选的，当所述上位机传递的故障类型为电气层的外部信号叠加故障时，所述开关控制模块控制所述开关组中与所述外部信号叠加模块相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块、所述单端信号缩放模块和所述直流分量叠加模块相连接的开关均断开，实现外部信号叠加信号注入。
上述的装置，可选的，还包括：初始化设备，所述初始化模块与所述开关控制模块和所述故障注入设备连接；
当所述故障注入设备完成故障信号注入时，将注入完成指令传递到所述初始化模块，控制所述开关控制模块令所述开关组中的各个开关恢复初始状态。
一种故障注入方法，应用于故障注入装置，所述故障注入装置包括：上位机和故障注入设备；所述上位机与所述故障注入设备连接，所述上位机通过所述故障注入设备与目标网络中的被测设备和总线连接；
所述方法包括：
所述上位机将故障类型传递到所述故障注入设备；
所述故障注入设备依据所述故障类型，控制所述故障注入设备中各个开关的开关状态，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，通过所述故障注入回路将产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备中。
上述的方法，可选的，所述故障注入设备包括：fpga模块、差分信号的缩放和/或共模噪声模块、单端信号缩放模块、直流分量叠加模块、外部信号叠加模块、开关组；
所述故障注入设备依据所述故障类型，控制所述故障注入设备中各个开关的通断，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，通过所述故障注入回路将所述故障设备产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备中，包括：
所述fpga模块程控所述开关组中的各个开关，分别接入所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块、所述单端信号缩放模块、所述直流分量叠加模块、所述外部信号叠加模块中的至少一个组成故障注入回路；
通过所述故障注入回路，将所述故障注入设备产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备中。
上述的方法，可选的，当所述上位机传递的故障类型为差分信号的缩放和/或共模噪声故障时，所述fpga模块程控所述开关组中与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块相连接的开关导通，与所述单端信号缩放模块、所述直流分量叠加模块和所述外部信号叠加模块相连接的开关均断开；
所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块对以太网信号进行差分信号缩放和/或共模噪声注入。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明公开了一种故障注入装置及故障注入方法，通过控制各个开关的开关状态，不但可以实现一种故障的单独注入，还可以实现多种故障的组合叠加注入，避免了现有技术中，故障注入形式单一的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种故障注入装置结构框图；
图2为本发明实施例公开的一种故障注入装置的又一结构框图；
图3为本发明实施例公开的一种故障注入电路原理示意图；
图4为本发明实施例公开的一种故障注入电路原理又一示意图；
图5为本发明实施例公开的一种故障注入电路原理又一示意图；
图6为本发明实施例公开的一种故障注入方法流程图；
图7为本发明实施例公开的一种故障注入方法又一流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明提供了一种故障注入装置及故障注入方法，所述故障注入装置应用于以太网中设备物理层、电气层故障注入过程中，通过故障注入装置来检测被测设备的可靠性，所述故障注入方法应用于所述故障注入装置，所述故障注入装置的结构框图如图1所示，包括：
上位机101和故障注入设备102；所述上位机与所述故障注入设备102连接，所述上位机通过所述故障注入设备102与目标网络中的被测设备103和总线连接；
所述上位机101将故障类型传递到所述故障注入设备102；
所述故障注入设备102依据所述故障类型，控制所述故障注入设备102中各个开关的开关状态，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，通过所述故障注入回路将产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备103中。
本发明实施例中，所述目标网络中可以包含多个被测设备，所述故障类型为一种或者多种故障的组合叠加，其中所述故障注入回路产生的故障信号通过fpga进行控制。
本发明公开了一种故障注入装置，通过控制各个开关的开关状态，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，不但可以实现一种故障的单独注入，还可以实现多种故障的组合叠加注入，避免了现有技术中，故障注入形式单一的问题。
本发明实施例中，所述故障注入设备的结构框图如图2所示，所述故障注入设备102包括：fpga模块104、差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、单端信号缩放模块106、直流分量叠加模块107、外部信号叠加电路108、开关组109；
所述fpga模块104程控所述开关组109中的各个开关的开关状态，分别接入所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述单端信号缩放模块106、所述直流分量叠加模块107、所述外部信号叠加模块108中的至少一个组成故障注入回路；
通过所述故障注入回路，将所述故障注入设备102产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备103中。
本发明实施例中，所述故障注入装置还包括：初始化模块，所述初始化模块与所述fpga模块104和所述故障注入设备102连接；
当所述故障注入设备102完成故障信号注入时，将注入完成指令传递到所述初始化模块，控制所述fpga模块104令所述开关组109中的各个开关恢复初始状态。
本发明实施例中，所述故障注入设备的原理示意图如图3所示，默认开关s2和s11闭合，且s20、s21打向左侧，s18、s19打向右侧，rj45_a端与rj45_b端在物理层上构成了一条通路，其中所述rj45_a端和所述rj45_b两端分别对应被测设备两个测试端口，用于连接被测设备。当需要进行断路、周期性断路故障时，可通过fpga程控s11和s2来实现。
被测设备可以为多个，本发明实施例中，以图3所示的测试端口rj45_a和rj45_b两个为例进行说明，当进行rj45_a端故障注入时：
当所述上位机传递的故障类型为差分信号的缩放和/或共模噪声故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105相连接的开关导通，与所述单端信号缩放模块106、所述直流分量叠加模块107和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现差分信号的缩放和/或共模噪声故障信号的注入。具体的执行过程如下：
本发明实施例中，当需要进行rj45_a端的被测设备的电气层的差分信号缩放和/或共模噪声故障注入时fpga控制s21打向右侧，s18打向左侧，s3、s4打向左侧，s5、s6打向右侧，s7、s8断开。以太网信号经过rj45_b端口，经过s21和变压器后，通过s3流入差分信号的缩放和/或共模故障模块a，当接收到对所述差分信号缩放和/或共模噪声故障信号进行缩放的请求时，在fpga的配置下，调整可调电阻，实现故障信号50％、90％、100％、110％、150％、200％的缩放。所述故障信号流经开关s4、s5、s6、s7、s8、s18、s2到达rj45_a端。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为单端信号缩放故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述单端信号缩放模块106相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述直流分量叠加模块107和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现单端信号缩放故障信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_a端的被测设备的电气层的单端信号缩放故障注入时，fpga控制s21打向右侧，s18打向左侧，s3、s4打向右侧，s5、s6打向左侧，s7、s8断开。以太网信号经过rj45_b端口，经过s21、变压器和s3、s4后，通过s5流入单端信号的缩放模块a，当接收到对所述故障信号进行缩放的请求时，在fpga的配置下，调整可变电阻，实现以太网信号的单端信号的50％、90％、100％、110％、150％、200％的缩放。所述以太网信号的单端信号流经开关s7、s8、s18、s2到达rj45_a端。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为直流分量叠加故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述直流分量叠加模块107相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述单端信号缩放模块106和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现以太网信号的直流分量叠加信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_a端的被测设备的电气层的直流分量叠加时，fpga控制s21打向右侧，s18打向左侧，s3、s4打向右侧，s5、s6打向右侧，s7闭合，s8断开。以太网信号经过rj45_b端口，经过s21和变压器后，再经过s3、s4、s5、s6开关，在s7处叠加直流分量后，流经s8、s18到达rj45_a端。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为外部信号叠加故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述外部信号叠加模块108相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述单端信号缩放模块106和所述直流分量叠加模块107相连接的开关均断开，实现外部信号叠加信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_a端的被测设备的电气层的外部信号叠加时，s21打向右侧，s18打向左侧，s3、s4打向右侧，s5、s6打向右侧，s7断开，s8闭合。以太网信号经过rj45_b端口，经过s21和变压器后，再经过s3、s4、s5、s6、s8开关，在s8处叠加以太网信号的外部噪声后，流经s18到达rj45_a端。
本发明实施例中，当向rj45_b端进行故障注入时：
当所述上位机传递的故障类型为差分信号的缩放和/或共模噪声故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105相连接的开关导通，与所述单端信号缩放模块106、所述直流分量叠加模块107和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现差分信号的缩放和/或共模噪声故障信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_b端的被测设备电气层的差分信号缩放和/或共模噪声故障注入时，fpga控制s19打向左侧，s20打向右侧，s12、s13打向左侧，s14、s15打向右侧，s16、s17断开。以太网信号经过rj45_a端口，经过s19和变压器后，通过s12流入差分信号的缩放和/或共模故障模块b，当接收到对所述故障信号进行缩放的请求时，在fpga的配置下，调整可调电阻，实现故障信号50％、90％、100％、110％、150％、200％的缩放。所述故障信号流经开关s13、s14、s15、s16、s17、s20、s11到达rj45_b端。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为单端信号缩放故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述单端信号缩放模块106相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述直流分量叠加模块107和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现以太网信号的单端信号缩放故障信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_b端的被测设备的电气层的单端信号缩放故障注入时，s19打向左侧，fpga控制s20打向右侧，s12、s13打向右侧，s14、s15打向左侧，s16、s17断开。以太网信号经过rj45_a端口，经过s19、变压器和s12、s13后，通过s14流入单端信号的缩放模块b，当接收到对所述故障信号进行缩放的请求时，在fpga的配置下，调整可变电阻，实现以太网信号的单端信号的50％、90％、100％、110％、150％、200％的缩放。所述以太网信号的单端信号流经开关s15、s16、s17、s20、s11到达rj45_b端。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为直流分量叠加故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述直流分量叠加模块107相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述单端信号缩放模块106和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现以太网信号的直流分量叠加信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_b端的被测设备的电气层的直流分量叠加时，fpga控制s19打向左侧，s20打向右侧，s12、s13打向右侧，s14、s15打向右侧，s16闭合，s17断开。以太网信号经过rj45_a端口，经过s19和变压器后，再经过s12、s13、s14、s15开关，在s16处叠加直流分量后，流经s17、s20到达rj45_b端。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为外部信号叠加故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述外部信号叠加模块108相连接的开关导通，与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述单端信号缩放模块106和所述直流分量叠加模块107相连接的开关均断开，实现外部信号叠加信号的注入。具体的执行过程如下：
当需要进行rj45_b的被测设备的端电气层的外部信号叠加时，fpga控制s19打向左侧，s20打向右侧，s12、s13打向右侧，s14、s15打向右侧，s16断开，s17闭合。以太网信号经过rj45_a端口，经过s19和变压器后，再经过s12、s13、s14、s15、s16开关，在s17处叠加外部噪声后，流经s20到达rj45_b端。
本发明实施例中，所述外部噪声由bnc信号源接口产生，可以为正弦波、三角波、方波以及高斯白噪声等。
其中，差分信号的缩放和/或共模故障模块的原理示意图如图4所示：
当信号需要注入缩放故障时，s31、s32、s33、s34打向左侧，s35打向右侧。组合模块a与组合模块b在上位机的控制下，通过继电器开关的打开与闭合，与r1和r2构成一定的比例关系，当接收到对所述故障信号进行缩放的请求时，实现故障信号的50％、90％、100％、110％、150％、200％按比例缩放。
当信号需要注入共模噪声时，s31、s32、s33、s34打向左侧，s35同时打向左侧。组合模块a与组合模块b在上位机的控制下，控制运放的比例为100％。da模块在上位机的控制下输出所需要叠加共模值的电压，实现了对以太网信号进行叠加共模噪声的故障注入。
本发明实施例中，所述组合模块a和所述组合模块b可以认为是可调电阻，依据所述组合模块a和所述组合模块b，实现故障信号的50％、90％、100％、110％、150％、200％按比例缩放。
其中，所述单端信号缩放模块的原理示意图如图5所示：
当信号需要注入单端信号缩放故障时，s41、s43打向左侧，s42、s44打向右侧。控制组合模块c，使所述单端信号缩放模块中的电阻与r5构成一定的比例关系，同时控制组合模块d，使其对信号不进行放大。
tx+信号流经op1和op2后，信号被放大或缩小为上位机设置的相应倍数。而tx-信号流经op3和op4，信号不进行放大，实现了单端信号的缩放故障。
当信号需要注入单端信号缩放故障时，s41、s43打向左侧，s42、s44打向右侧。控制组合模块d，使所述单端信号缩放模块中的电阻与r8构成一定的比例关系，同时控制组合模块c，使其对信号不进行放大。
tx-信号流经op3和op4后，信号被放大或缩小为相应倍数。而tx+信号流经op1和op1，信号不进行放大，实现了单根信号的缩放故障。
本发明实施例中，所述组合模块c和所述组合模块d可以认为是由开关控制的不同阻值的电阻，依据所述组合模块c和所述组合模块d控制所述单端信号缩放模块中输出的单端信号进行缩放。
本发明实施例中，与上述的故障注入装置相对应的，本发明还提供了一种故障注入放入模拟方法，所述故障注入方法应用于所述故障注入装置，所述故障注入装置包括：上位机101和故障注入设备102；所述上位机与所述故障注入设备连接，所述上位机通过所述故障注入设备与目标网络中的被测设备103和总线连接；
所述故障注入方法的执行流程如图6所示，包括步骤：
s201、所述上位机101将故障类型传递到所述故障注入设备102；
本发明实施例中，通过所述上位机选择故障类型，所述故障类型包括但不限于电气层的共模噪声、差分和单端信号的缩放、直流信号叠加等故障中的一种或者几种的组合。
s202、所述故障注入设备依据所述故障类型，控制所述故障注入设备102中各个开关的开关状态，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，通过所述故障注入回路将产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备103中。
本发明实施例中，对于每一种类型的故障都对应至少一个开关来控制对应的故障注入回路产生与所述故障类型对应的故障信号。
本发明公开了一种故障注入方法，通过控制各个开关的开关状态，不但可以实现一种故障的单独注入，还可以实现多种故障的组合叠加注入，避免了现有技术中，故障注入形式单一的问题。
所述故障注入设备102包括：fpga模块104、差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、单端信号缩放模块106、直流分量叠加模块107、外部信号叠加模块108、开关组109；
所述故障注入设备102依据所述故障类型，控制所述故障注入设备中102各个开关的通断，组成与所述故障注入类型对应的故障注入回路，通过所述故障注入回路将所述故障设备产生102的故障信号注入到所述目标网络的被测设备103中，包括：
s301、所述fpga模块104程控所述开关组中的各个开关，分别接入所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105、所述单端信号缩放模块106、所述直流分量叠加模块107、所述外部信号叠加模块108中的至少一个组成故障注入回路。
s302、通过所述故障注入回路，将所述故障注入设备产生的故障信号注入到所述目标网络的被测设备103中。
本发明实施例中，所述故障注入设备的执行方法流程与图3所示的原理示意图在所述故障注入装置中的执行流程相同，在此不再赘述。
本发明实施例中，当所述上位机传递的故障类型为差分信号的缩放和/或共模噪声故障时，所述fpga模块104控制所述开关组109中与所述差分信号的缩放和/或共模噪声模块105相连接的开关导通，与所述单端信号缩放模块106、所述直流分量叠加模块107和所述外部信号叠加模块108相连接的开关均断开，实现差分信号的缩放和/或共模噪声模块对以太网信号进行差分信号缩放和/或共模噪声注入。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。