铁路电子支付平台信息技术应用创新适配测评指标体系研究

王 宁，景晓志，刘 凯，邢薇薇，冯凯亮

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；2.北京交通大学 软件学院，北京 100044）

在全球产业从工业化向数字化升级的关键时期，我国明确提出“数字中国”建设战略，其中，计算机软/硬件实现信息技术应用创新（简称：信创）是国家重要的发展规划。在信创产业中，中央处理器（CPU，Central Processing Unit）和基础软件居于我国信息化生态体系的核心地位。硬件方面，主流品牌的国产处理器经历多个版本的改进升级，性能稳步提升。近年来，国产化基础软件也取得了长足发展，操作系统、数据库、中间件等均已出现不少商用国产化产品，在各个行业得到广泛应用，计算机软/硬件信创环境已逐渐形成[1-2]。

铁路电子支付平台（简称：电子支付平台）是铁路关键信息基础设施之一，负责铁路客/货运运输收入电子支付方式的集中收缴。其应用系统与国产基础软件的集成在理论上是可行的，但由于国产软件技术与国外同类技术相比仍存在一定差异，在高并发量、高访问数据量等复杂情况下，一些应用系统在国产基础软件平台运行可能会出现问题，应用性能是否可以完全满足需求尚未得到验证。因此，需要对国产基础软件进行组合并利用运行平台上的应用系统，进行完整全面的集成适配及功能、性能测试。本文基于电子支付平台交易处理、对账结算、统计查询这3 项主要功能需求，提出该平台与信创基础软件的适配验证评价体系，实现平台的业务及主要性能指标验证。

1 电子支付平台概况

电子支付平台为铁路客/货运及延伸服务业务提供安全、稳定的电子支付服务，可根据不同场景提供多种交易渠道接入支持。平台对外连接多家银行及第三方支付机构，通过交易转接完成各类支付、结算功能。平台主要功能如下。

1.1 交易处理

交易处理是电子支付平台的核心功能之一，主要负责接收业务系统发送的交易请求，在电子支付平台中留存交易数据和报文快照记录并发往各接入机构，接收银行交易应答并返回业务系统。交易类型主要包括互联网或手机支付交易、扫码支付交易、退款交易等[3]。

1.2 对账结算

根据业务需要，在电子支付平台的接入银行开设应付款账户和收入账户，分别用于存放交易完成的收入及已经被确认的交易收入。电子支付平台接收银行对账单信息和业务对账单信息，并提供对银行对账单、业务对账单、平台交易单的信息查询[4]服务。

1.3 统计查询

业务人员可根据对账偏差及各类退款单，对各渠道交易按交易流水号、日期等进行查询，且可按日、月等方式统计交易量报表。

本文针对电子支付平台的功能需求，测评其信创适配性。由于研究范围主要为信创基础软件，参与测评的信创硬件平台仅用于配合测试，其性能指标不在测试和研究范围。

2 电子支付平台信创适配选型及环境搭建

2.1 信创基础软件适配选型

国产软件产品众多，对于不同应用系统来说，测试结果必然存在差异。考虑时间、费用等客观条件限制，本文主要依据市场占有率、匹配兼容性和行业经验等因素确定适配测试环境的软件选型方案，基础软件组合包括操作系统、数据库、中间件。

2.2 信创适配测评环境搭建

电子支付平台信创适配测试环境主要由功能测试终端、压力测试服务器、外部网络（简称：外网）应用服务器、内部网络（简称：内网）应用服务器和数据库服务器等组成，如图1所示。

图1 信创适配测评环境

（1）功能测试终端：完成功能测试中各业务功能的验证，模拟普通用户访问，对测试系统的各项访问发起功能测试。

（2）压力测试服务器：部署压力测试软件，主要用于发起压力测试。

（3）外网应用服务器：部署电子支付外网交易处理应用，具有模拟业务系统支付请求及支付界面处理、模拟接收银行支付结果等功能。

（4）内网应用服务器：部署电子支付内网交易处理应用，主要用于核心交易处理，同时部署对账结算、统计查询等子系统。

（5）数据库服务器：主要部署数据库软件，采用双机热备方式，存储电子支付平台各应用的数据。

3 信创适配测评方法及评价指标

3.1 信创适配测评方法

本文基于信创环境部署电子支付平台交易处理、对账结算、统计查询应用，进行兼容性、功能和性能测试。

（1）兼容性测试：对软件的安装、部署、启动、运行等进行基本的验证，是评价平台是否具备在该软件环境进行使用的基础条件。

（2）功能测试：根据平台功能测试需求，采用手工黑盒测试方法，分析软件系统各项功能是否正确实现，异常操作能否正确处理，客观全面地检查软件的各项功能。

（3）性能测试：包括压力测试和稳定性测试。其中，压力测试的目标是评估软件在极端负载条件下的性能和处理错误能力，确保软件在紧急情况下不会崩溃；稳定性测试是测试软件应用程序在长时间内连续运行的效率和能力，根据压力测试获得每秒事务处理数即吞吐率的峰值数据，设定稳定性测试并发用户数，使用测试工具对适配测试系统进行业务稳定性测试，通过收集测试期间事务平均响应时间和事务吞吐率，反映系统测试期间稳定性。

3.2 信创适配兼容性评价

适配兼容性以基础软件的安装、启动、运行等基础条件进行评价。通过对信创基础软件之间及其对应用系统的兼容情况分析，本文提出并建立了3个兼容性等级，明确了不同级别的适配难度及适配标准，如表1所示。

表1 信创适配兼容性评价等级

3.3 信创适配功能性评价

功能性从应用系统功能的正确性角度评价。为了评价和分析信创产品适配测试过程中出现的各类问题，在软件测试缺陷分析研究工作基础上[5]，本文结合电子支付平台应用适配功能性问题并根据其严重程度进行问题定义，如表2所示。

表2 信创适配功能性评价等级

3.4 信创适配性能评价

3.4.1 业务性能评价指标

本文对电子支付平台上层应用系统开展适配测试的业务评价主要包括以下指标。

（1）响应时间：从客户端发起一个请求开始，到客户端接收到从服务器端返回的响应结束，整个过程所耗费的时间。

（2）吞吐率：系统每秒事务处理数，用来衡量整个业务流程中系统在同一时间内能够处理业务的最大能力。

（3）事务成功率：单位时间内系统可成功完成的事务数，在一定程度上反映系统的交易处理能力。

3.4.2 基础软件性能评价指标

基础软件性能评价指标与资源的利用率、使用情况及消耗情况等直接相关[5]。本文针对电子支付平台适配测试将主要性能指标按照与不同软件紧密关联程度进行了如下划分。

（1）操作系统相关指标：操作系统作为底层硬件与上层应用软件之间的系统软件，与其密切相关的性能评价指标包括内存占用率、CPU 利用率等。

（2）数据库相关指标：主要是数据库最大连接数，此外，TPC-C 是专门针对联机交易处理（OLTP）系统的测试规范，其中，性能由每分钟事务处理数衡量[6]。

（3）中间件相关指标：主要从响应时间和资源占用上进行测试[7]。其中，中间件通用指标包括线程池、应用会话数、操作系统文件句柄等核心指标。

4 电子支付平台信创适配测评实施

4.1 兼容性测试

根据电子支付应用测试用例，由适配测试人员与信创厂商配合进行逐条测试，对适配兼容问题进行了汇总统计，并根据测试问题和评价指标得出适配兼容评价结果，如表3所示。从评价结果表可得出，电子支付应用与信创基础软件适配兼容整体为高级适配级别。

表3 适配兼容测试问题及评价结果汇总

4.2 适配功能测试

对电子支付平台进行功能测试的过程中，各模块功能问题及评价结果如表4所示。

由表4 可得出综合评价结果：交易处理模块为5 级（通过）；对账与结算模块为3 级（一般性问题）；统计查询模块为4 级（轻微性问题）。

表4 适配功能测试问题及评价结果汇总

4.3 适配性能测试

4.3.1 压力测试

本文使用LoadRunner 对适配测试系统进行压力测试[8]，模拟不同数量的并发用户进行支付业务，监控响应时间和吞吐率等指标。同时，对被测系统涉及的操作系统、数据库、中间件资源进行监控，形成测试结果数据。主要性能指标测试结果如表5所示。

从测试结果看，随着并发用户数的逐渐增加，各类事务的平均响应时间逐步增加。事务吞吐率在70 并发用户数时达到峰值，达到75 并发用户数时出现事务失败和错误率，表明已达到压力极限值。

4.3.2 稳定性测试

稳定性测试要求较长时间运行系统，并在这段时间内观察系统的出错概率、性能变化趋势等，从而大大减少系统上线后的崩溃等现象。通过表5可以看出，35 并发用户数是系统综合较稳定的参考值，因此，本文选择35 用户并发进行电子支付业务稳定性测试，持续运行8 h。结果表明，35 用户并发时，事务平均响应时间为毫秒级，事务平均吞吐率为243.171 事务/s，事务成功率为100 %。稳定性测试期间，事务平均响应时间和事务吞吐率2 项指标均保持基本平稳。

表5 主要性能指标测试结果

5 结束语

本文通过对信创基础软件适配测试的理论研究，提出了适配测试的评价等级和指标评价体系，并依据测评指标对铁路电子支付平台核心功能模块进行了信创适配测试。基于电子支付平台应用系统的兼容性和功能、性能测试结果表明，主流信创基础软件与电子支付平台核心功能模块经适配兼容改造后基本适配。同时，在性能测试中的事务平均响应时间和事务成功率等主要适配测试性能指标能够达到较稳定水平。但由于测试模拟环境与真实生产环境在网络、存储、计算能力、安全等方面存在一定的差异，且本文只进行了核心模块适配验证，后续还须作进一步研究论证，以支撑铁路电子支付平台信创改造有序推进。