一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統與流程

2023-05-20 11:36:41

本發明涉及電力系統檢測技術領域，更具體的說是涉及一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統。

背景技術：
電力通信網採用先進的有線、無線接入及其演進技術，呈現一種融合多種組網技術的混合組網結構，通信技術及電力業務向多樣化發展演進，同時，實際電力通信網建設工程驗收階段，對基於電力業務承載能力的電力業務通信性能具有明確的指標要求，但是電力系統中沒有一種明確的測試方法體系對電力通信網進行驗收測試，以及在系統運維階段需要對電力通信網進行不斷的監測、優化及維護，提高系統綜合業務傳輸的實時性、可靠性等，為此，需要研究實現綜合業務和通信網絡融合的信息通信融合一體化測試平臺，完成對電力通信網的建成驗收、評價、運行維護以及優化等。現有的與電力系統網絡業務承載能力相關的專利文件，有中國發明專利公開號為CN103326901A的發明「一種電力系統寬帶網絡性能測試測試方法及系統」，採用基於電力業務多樣性並根據幀格式要求封裝，作為業務流對電力系統寬帶網絡性能進行測試，該方法雖然能滿足電力業務多樣性，能夠測試電力系統寬帶網絡性能，但是不能滿足電力通信網不同接入層次時的電力業務特徵，同時不能夠接入現場終端設備電力業務數據，不能對電力通信網進行仿真測試，以及不能滿足對電力通信網混合組網情況下不同網絡結構的多樣性。

技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統，能夠完成對電力通信網網絡仿真、實現仿真電力業務接入以及現場電力業務接入，並可以對現場多種網絡結構的通信業務承載性能測試。進一步的，在上述測試系統及方法中，解決了現有測試技術方法中的：電力通信業務數據流多樣但缺乏不同接入層次下的業務特徵、現場測試環境下不能接入現場電力業務終端的局限性、電力通信網業務承載性能的仿真測試、測試系統只能對單一網絡測試的局限性。進一步的，在上述解決現有測試方法不足的方法特點包括：根據現場電力通信網利用模擬網絡仿真器承載仿真業務源時，依據現場網絡的特徵進行流量整形、接納控制；根據電力業務規約以及終端設備的多樣性形成業務查找二維表；對不同接入層次中不同網絡設備對業務數據包處理之後的特徵添加；適用於多種網絡結構下的電力業務承載能力測試。所述的測試內容主要包括：可靠性測試、業務完成率測試、時延測試、帶寬測試、傳輸速率測試、網絡業務承載量的極限測試、丟包率測試。為了實現上述測試系統的功能和目的，本發明具體的技術方案如下所述：一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統，其特徵在於包括以下組成部分：電力通信業務發生器、流量成形器、網絡仿真器，還包括流量探針和綜合管理平臺。所述的電力通信業務發生器包括：電力通信業務數據生成及電力通信業務數據處理，所述的電力通信業務數據生成中包括：根據IEC61850、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104電力業務規約以及終端設備的多樣性形成電力業務查找二維表，對所要測試的電力通信網承載的電力業務種類查找二維表生成符合規約標準的電力業務數據，並對進入網絡的業務流量打上測試標識，和現場終端設備的業務數據以區分，同時對輸出的流量採用令牌桶進行流量整形。根據所述業務數據生成方法，結合電力通信網不同的接入層次，對電力業務數據具有不同的封裝結構。在接入層接入測試系統平臺，則直接產生仿真電力業務數據或者接入業務終端設備產生現場實測數據；在匯聚層接入測試平臺，則產生的電力業務數據通過數據包頭的重新自定義封裝，根據網絡設備傳輸處理特徵在相應的封裝包頭中添加特徵標識。所述的流量成形器包括：仿真電力業務數據生成並接入網絡仿真器，進行業務流量整形使其更適合在接入側終端用戶通過信令建立連接，基於業務終端的業務產生類型、數據量以及周期性，提交網絡對業務終端的流量劃分以進行流量控制，按照已提供的流量劃分和連接進行流量整形。一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統，該方法包括：網絡仿真器，對建成的現場配網通信網利用交換機、路由器等網絡設備仿真，利用測試系統平臺仿真業務數據源接入，根據終端業務特徵進行流量劃分，並採用接納控制方法對輸入網絡的電力業務流進行流量管理。所述的流量探針模塊包括：將流量探針串接到交換機埠，開啟埠映射功能，將各個埠的流量映射到安裝了流量探針的埠，用於僅通過對一個埠的監測就可以收集到多個埠源IP位址、目的IP位址、包個數、字節數等流量信息。將電力通信業務數據按照傳輸規則從電力通信業務生成器經過流量整形器，通過現場電力通信網或者網絡仿真器傳輸到測試系統的綜合管理平臺。所述綜合管理平臺包括：業務終結器模塊、業務分析器模塊、業務控制器模塊、業務數據轉換及轉發器模塊。根據測試需求完成：管理測試系統的啟停、測試系統平臺運行時的參數配置、現場實際終端數據與仿真業務源測試數據的區分、業務數據傳輸過程中的傳輸包數目統計、測試指標的計算分析、測試業務的信息流解析、仿真業務流程的終結。所述測試系統平臺運行時的參數配置通過業務控制器完成，參數配置包括：電力通信網業務類型、測試系統的埠及地址、業務終端節點數、電力通信業務數據產生的周期性間隔、業務通信持續時間、背景流量值大小。根據測試系統平臺的參數配置，利用業務查找二維表及通信規約標準格式配置電力業務數據的幀結構及內容。更進一步的，根據所測業務類型，對電力通信業務發生器產生業務數據的周期性、突發性、隨機性特徵進行配置，配置業務數據產生的時間間隔、隨機性特徵及突發性特徵。根據測試業務特徵與配置，綜合管理平臺同時包括：業務終結器、業務分析器。業務終結器，接收承載的業務數據，並根據測試業務數據標識區分測試業務數據與現場終端業務數據，終結測試業務數據流，並保證現場電力通信業務數據流正常發送與處理。業務分析器，接收業務終結器收到的測試業務數據，解析測試業務數據內容，統計接收的業務數據包，並分析所測試的網絡業務承載性能。進一步的，在上述測試系統中的業務承載性能指標測試方法包括：確定所要承載的業務類型，設置相應業務數據幀結構、大小以及業務發生類型，並對測試的電力通信業務數據添加測試標識，同時可以接入現場終端設備，完成實際業務數據傳輸，統計分析現場業務終端在線率、業務完成率、時延、帶寬、傳輸速率、網絡業務承載量的極限、丟包率指標。根據所述電力通信業務測試為業務終端在線率測試，所述現場終端接入測試系統平臺，從接入時刻開始計時，以驗收標準規範時間為周期，根據終端與主站信息交互，得到測試結果的過程包括：分別獲取業務終端測試總時間t1與故障離線時所有終端無報文交互的累計時間t2，統計現場業務終端個數n；獲得現場業務終端在線率η1＝(n×t1-t2)/(n×t1)×100％，得到測試結果。進一步的，所述測試業務完成率的過程包括：分析電力通信網承載的業務測試種類，對每一種業務流程進行分析，測試時統計對應業務完成次數、未完成次數；進一步的，根據業務查找二維表形成的業務遵循的規約標準，以及業務報文交互流程，將未完成規定報文流程或者報文出錯規定為一次業務失敗，統計未完成次數n1；將完成業務報文交互流程定為業務完成，統計完成次數n2；獲得業務完成率統計η2＝n2/(n1+n2)×100％，得到測試結果。進一步的，所述測試時延的過程包括：完成主站與業務終端之間的同步對時，在業務實現過程中，對交互的報文添加時標表示業務數據從終端或者主站開始發送的時間信息；統計每一次電力通信業務數據從發送端發出到接收端接收的時間標識差，根據業務次數分析得到網絡業務承載一次業務報文傳輸的平均時延；進一步的，測試網絡業務承載量的極限的測試過程包括：在電力通信網接入層接入測試系統平臺，模擬加載多個業務源終端，業務終端的添加個數策略採取加法遞增乘法遞減的方式；當模擬業務源終端遞增至出現延時統計值超出驗收標準限定值，通過加法遞減終端個數至業務時延滿足驗收標準值；獲得所測試網絡的業務承載量極限值；所述的測試系統平臺基於Client/Server模型進行業務測試，分別在控制埠用於接收客戶端發送的控制指令,數據埠用於伺服器與客戶端傳輸數據；進一步的，服務端通過接收到客戶端發送的指令後對指令進行解析,並執行相應數據傳輸等操作。對傳輸的數據量進行統計並獲取帶寬、傳輸速率。由上述的技術方案可見，本發明提供的一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統，與現有技術方案相比，可以解決電力通信網不同接入層次時的電力業務特徵添加；形成業務查找二維表，可以產生具有隨機性、突發性、周期性流特徵的多類型業務，滿足了電力系統業務多樣化需求；可以仿真多業務終端接入，通過網絡性能分析，從而測試電力通信網建成之後能夠接入的終端數量、種類，滿足了電力系統業務終端規劃需求；可以接入現場終端設備傳輸業務數據，實現被測網絡在線運行時的性能測試，滿足了系統在線測試需求；可以對電力通信網方案進行仿真測試，實現方案性能評估；在仿真或現場配網通信網情形下，根據業務流量特徵採取流量整形及帶寬劃分，測試網絡最佳配置方法；電力通信網採用混合組網方案情況下，測試系統平臺可以完成對多樣化網絡的性能測試，解決現有的被測網絡單一化問題，滿足了接入網多樣化的測試需求。附圖說明將對本發明實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例,對於本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例公開的一種電力信息通信網絡融合測試平臺的測試流程圖。圖2是本發明實施例公開的電力信息通信網業務承載性能測試方法圖。圖3是本發明實施例公開的又一種電力信息通信網業務承載性能測試方法圖。圖4是本發明實施例公開的一種電力信息通信網絡融合測試平臺的功能結構示意圖。圖5是本發明實施例公開的一種電力信息通信網絡融合測試平臺的軟體設計實現結構示意圖。圖6是本發明實施例公開的不同接入層次下自定義電力業務標識數據格式圖。具體實施方式下面將結合發明實施例公開的附圖，對本發明的技術要點方案更為全面的描述與分析，描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對於本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，都屬於本發明的保護範圍。本發明涉及一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法與系統，其特徵在於包括以下組成部分：電力業務發生器、流量成形器、網絡仿真器，還包括流量探針和綜合管理平臺。其中，電力通信業務發生器主要包括業務查找二維表模塊、多樣化封裝模塊、路徑倒換模塊，各模塊實現：業務查找二維表模塊，通過電力生產業務需求區分列表，從電力業務規約(IEC61850、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104)和設備類型兩個維度空間形成業務二維表，用於電力通信業務生成器根據二維表查找相應業務終端及其產生的數據類型，生成符合電力規約的業務數據；多樣化封裝模塊，用於針對不同類型包採用多協議封裝。其中，VLANtag(虛擬區域網標籤)中的用戶優先級域可以被映射到MPLS(多協議標籤交換)中，實現基於服務等級的QoS保障；路徑倒換模塊，用於在通信鏈路失效後，可以迅速的提供一條恢復路徑。通過修改轉發平面，將流量切換到預先計算好的備份路徑上去，填補路由重收斂間隙，通過將流量快速切換至備份下一跳，保證電力業務不中斷，提供異網保護功能；流量成形器模塊，在仿真電力通信業務數據生成並接入網絡仿真器時對業務流進行流量管理、業務管控；網絡仿真器模塊，對所測試的電力通信網進行仿真：網絡仿真器仿真業務數據源接入，根據終端業務特徵進行虛擬區域網標籤標識，虛擬區域網標籤標識的業務報文流在仿真器入口處通過訪問控制列表進行流分類，參考802.1p優先級查找映射表獲取報文的丟棄優先級和本地優先級自動給報文分配一套服務參數，根據流的流量對報文著色處理，通過流量監管監督流量的速率，如果流量超出指定的規格，就丟棄那些超出規格的報文或重新設置它們的優先級；流量探針模塊對完成電力業務傳輸的業務流進行監測並區分測試流與實際電力業務流；綜合管理平臺主要包括：業務控制器、業務終結器、業務分析器、業務數據轉換及轉發器等四個模塊；業務控制器根據網絡承載的不同業務配置業務源與業務終結分析器參數，包括測試時長、埠、源地址或目的地址；業務終結器提取物端點仿真業務與實際業務流信息，根據測試業務流標籤區分實際業務數據與仿真業務數據並終結仿真業務；業務分析器統計分析仿真數據包得到時延、丟包等測試指標數據；業務數據轉換及轉發器主要對接收的業務數據報文進行處理，依據規約報文格式，對接收的報文解析處理，可以轉換成所需求的規約報文格式，並完成轉發；根據測試平臺的結構，結合圖1所示的測試步驟，提出一種電力信息通信網絡融合測試平臺的設計方法：步驟101、根據網絡承載的不同業務測試，通過業務控制器配置業務發生器與業務終結分析器對應參 數，包括測試時長、埠、源地址及目的地址等；步驟102、根據電力通信業務測試需求，確定業務查找二維表，根據業務遵循電力通信規約及業務發生規律，查找業務二維表生成業務信號源；或者採集現場終端業務信息數據傳輸，將測試系統平臺作為傳輸平臺，同時可以對實際業務的獲取分析；根據測試系統平臺接入不同的電力通信網層次，業務發生器模擬接入層業務終端特徵產生相應業務終端數據，或可以根據步驟103中的模擬配網通信網匯聚層業務源特徵，在產生的電力業務數據的網絡層包頭添加相應的MPLS(多協議標籤交換)、VLANtag(虛擬區域網)等標識；步驟104、根據所述測試對輸入流量業務標籤標識，通過令牌桶方法對輸出業務流量整形，通過步驟105中接納控制方法對輸入流量判斷是否符合流量規則，當業務流量符合規則時進行業務測試，否則重新進行步驟102中的接入業務流；按照前述的測試步驟及測試業務通信建立原則，如步驟106中通過模擬網絡仿真器或者實際通信網進行端到端數據流傳輸，測試電力通信網性能；步驟107、完成業務配置及業務流傳輸，利用業務終結器提取物端點仿真業務與實際業務流信息，根據測試業務流標籤區分實際業務數據與仿真業務數據並終結仿真業務；將獲取的業務流傳輸至業務分析器，統計分析仿真數據包得到最大業務終端接入量等測試指標數據；下面對典型測試項的測試方法流程進行詳細介紹，首先參照圖2所示對業務終端承載量測試方法進行詳細描述：步驟201、由業務生成器模擬仿真單類型或者單個業務終端(FTU/TTU/DTU/IED等)業務數據的產生，作為測試業務終端承載量的起始數目；通過現場電力通信網進行業務傳輸，根據圖1的測試步驟，如步驟202所示利用測試系統平臺獲取一定周期內的業務延時測量值；步驟203、將測試測量值與電力通信網建設標準指標對比，即測試當前終端接入量的業務流量能否滿足系統需求，當不滿足延時指標需求時採用步驟204中乘法遞減業務終端數量，減為當前終端數量的一半，重新執行步驟202測試；當滿足時延指標值時，按照步驟204所示加法遞增業務終端數量，增加一定數量的業務終端，同時可根據現場需求添加不同種類終端，獲取延時測量值，根據步驟203進行對比；循環執行步驟203、204、202、205；直到步驟206中對比獲取的延時測量值與驗收標準中時延值，當達到標準規範值的80％或者更高或者更低的要求範圍時，測試系統平臺獲取當前終端種類、數量信息，得到電力通信網的終端承載量評估。本發明實例，參照圖3所示對業務終端在線率測試方法詳細描述：測試時測試系統平臺統計接入的終端數目n，即起始測試時的在線終端數目，以及記錄保存當前測試起始時間，測試系統平臺與終端進行業務傳輸時監測終端是否在線，對離線終端統計相應的離線時間；測試過程中統計離線的終端數目以及對應的離線終端的累計時長ti，計算測試時長t；獲得現場業務終端在線率得到終端在線率測試，由於使用了在線統計的功能，可以再配網通信網正常工作期間進行自定義測試時長的在線率測試。本發明實施例公開的又一種電力信息通信網絡融合測試平臺的系統結構設計，如圖4所示，其測試基本流程與圖1相同，本測試系統結構圖僅僅是本發明的一種實施例，對於本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些系統設計得到其他測試平臺設計圖，都屬於本發明的保護範圍。測試平臺業務測試之前，利用測試系統時鐘同步將業務發生器參數與綜合管理平臺時鐘同步；利用GPS時間接收器，分別與業務發生器側及綜合管理平臺相連，用於時間同步；同時採用業務控制器與業務發生器之間的時鐘同步報文交互進一步完成同步；業務側採用電力通信業務發生器與現場終端結合方式實現，產生仿真業務與實際業務數據，同時可以添加視頻、語音等電力輔助業務流；形成的仿真業務流可以根據接入層次不同添加多協議標籤交換的標籤、虛擬區域網標籤；通過流量成形器中的令牌桶策略、接納控制完成對輸入業務流的管控，符合配網通信網業務流特徵；傳輸管道對業務流加上標籤標識路徑，以完成路徑倒換，傳輸業務流的電力通信網平臺可以是模擬網絡仿真器、也可以是現場實際網絡；業務流探針對接收的業務流區分測試業務及現場業務，終結並傳輸測試仿真業務至業務分析器，實際現場業務按照實測流程繼續運行；利用IEC60870-5-101與IEC60870-5-104的規約定義幀格式中ASDU定義相同的特點，以及104是101規約的網絡化訪問規約實現業務數據轉換與轉發；在物理層接收的報文至應用層解析完成，通過業務數據轉換及轉發器實現報文轉換，實現以101、104或61850報文格式通過串口或者網口完成轉發，實現與其他規約平臺互通；下面對設計軟體實現測試平臺的架構進行介紹。參照圖5所示對信息通信融合測試平臺軟體架構對其中主要模塊實現要點進行詳述：步驟501中硬體支撐平臺，採用嵌入式操作精簡指令集，Windows作業系統或Linux作業系統工作在最底層對硬體平臺功能進行擴充；步驟502中通信分析平臺，以Windows作業系統或Linux作業系統為基礎，負責收集全局仿真變量,包括網絡負載率、通信鏈路利用率、報文時延,並將通信性能的評估結果顯示給用戶；步驟503中的全局仿真變量的修改和調整需要仿真建模，仿真模型在時間軸上推進仿真程序，按照信息的相關屬性(時延要求、報文大小等)，並根據網絡協議,將節點需發送的信息組成不同大小、不同優先級、不同發送時間的數據包,實現對網絡流量的精確模擬；步驟503中的仿真模型，採用程式語言C#的面向對象的設計思想對網絡拓撲結構再現,採用複合on-off數據源生成多個數據流的疊加流量，每個on-off源對應於一個會話，根據入口節點請求,動態實例化相應的數據源對象,並生成on-off流量；步驟504中網絡設備模型，實現模擬集線器、網橋、交換機、路由器，從主運行界面調用驅動程序仿真業務數據源接入，根據終端業務特徵進行虛擬區域網標籤，虛擬區域網標籤標記的業務報文流在仿真器入口處通過訪問控制列表進行流分類，將虛擬區域網標籤中的用戶優先級域映射到多協議標籤交換中，實現基於服務等級的QoS保障；步驟505中網絡協議模型，調用SQLite資料庫參數形成業務查找二維表，將主要通信協議在程式語言內直接API調用，獲得測試程序所需的測試設備和測試信號數據；步驟506中應用測試程序接口，通過多線程到達主運行界面，主運行界面在ICT測試平臺資料庫建立的基礎上，通過C#編譯的窗口向SQLite資料庫裡添加測試設備數據和測試信號數據，調用各種功能模塊和數據模塊，實現對資料庫的管理、測試任務的配置以及平臺功能的擴展，通過圖6所示的業務幀格式以及前述測試方法，測試分析終端在線率、丟包率、業務完成率等指標。本發明實施例公開的基於業務傳輸的電力信息通信網絡融合測試平臺，定義了一種業務幀格式，仿真電力業務數據同時添加10位元組作為業務標識輔助測試；圖6所示的實施例公開的一種幀格式，在數據鏈路層添加10位元組業務標識段，包括3位元組業務包序號及7位元組報文生成時標；對虛擬區域網標識段可以根據不同的接入層次、不同的虛擬區域網劃分，實現對該段內容重構，從而不同接入層次下能夠符合相應網絡特徵，完成測試平臺的業務接入；本發明不限於此，同時對多協議標籤交換、分組傳送網等相應標識段均可通過此方法進行改造，都屬於本發明保護範圍之內；添加3位元組業務包序號，測試時通過每次發包時對包序號依次遞增，並循環使用序號，輔助測試時包計數；添加7位元組報文生成時標，在報文生成封裝時添加時標標識，綜合管理平臺解析報文並讀取時標信息；輔助測試時的包傳輸時延測試；通過包序號欄位與報文生成時標段，實現數據包時延、數據包丟失、數據包重傳、丟包率等配網通信網業務承載性能測試；當然，本技術領域內的一般技術人員應當認識到，上述實施例僅是用來說明本發明，本發明根據測試系統設計方法、測試方法、測試平臺設計、業務源模型設計的順序來詳細描述，而並非用作對本發明的限定；作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上；以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。任何熟悉本技術領域的技術人員，在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。