專利名稱：過程層網絡測試方法
技術領域：
本發明涉及一種過程層網絡測試方法，具體來說涉及一種數字化變電站過程層 網絡具體測試方法及其測試內容。
背景技術：
隨著光電技術在傳感器應用領域研究的突破，IEC 61850標準的頒布實施，以太 網通信技術的應用，數字化變電站已經成為變電站自動化技術一個必然的發展方向。近 年來國內對IEC 61850標準的研究不斷深入，以太網通信技術在變電站自動化系統廣泛應 用，電子式互感器使用逐步推廣。數字化變電站工程中開始進入以過程層網絡共享采集 量、開關量及控制命令替代原有二次回路的時代。
通信網絡是數字化變電站自動化系統各部分數據交換的樞紐，其可靠性與信息 傳輸的快速性決定了系統的可用性。數字化變電站自動化系統中信息的采集、保護算 法與控制命令的形式是由網絡上多個智能裝置協同完成的。保護測量采樣值、跳合閘命 令、遙控合分命令、開關量狀態等都以網絡報文形式通過以太網構建的過程層網絡進行 發布，網絡連接的可靠性、數據傳輸的實時性直接關系到保護動作行為及性能。其中采 樣值按照IEC 61850標準SMV服務，跳合閘、遙控命令和開關量狀態按照IEC61850標準 GOOSE服務進行發布。負責傳輸GOOSE、SMV數據的交換機變得和常規變電站里傳統 跳合閘回路的重要性一樣，必須可靠，對于過程層的網絡測試就變得非常重要。除了測 試交換機單機性能，還需對實際業務在過程層網絡上的傳輸性能進行相關測試。發明內容
本發明的目的在于提供一種對數字化變電站的過程層網絡測試及評估方法，提 出了測試的方法、步驟及評估標準。根據測試結果可判斷被測網絡對相應數據業務傳輸 的可靠性和實時性，網絡剩余可接入容量等性能及狀態。
本發明的目的可通過以下的技術措施來實現
一種過程層網絡測試方法，包括以下步驟先對單個交換機的性能進行測試， 再對已經接入所述交換機的過程層網絡在實際網絡環境下的業務傳輸性能進行測試，用 于判斷所述網絡是否滿足運行要求；最后對所述過程層網絡在異常情況下的業務傳輸性 能進行測試，并判定所述過程層網絡可承受的最大異常數據量，用于獲得該網絡的臨界 狀態。
所述對單個交換機的測試過程為使交換機處于空載狀態下，使用網絡測試儀 對各個端口進行吞吐量、平均時延、時延分布、丟幀率測試。
對過程層網絡在實際網絡環境下的相應業務傳輸性能的測試過程為
(al)使用經過單個性能進行測試后的交換機，并按使用要求進行配置及連接方 式組建過程層網絡，所有應接入該網絡的設備正常運行；
(a2)使用網絡測試儀對步驟(al)所述過程層網絡模擬正常業務數據，并測試所述模擬的正常業務數據在所述過程層網絡中的丟幀率、平均時延和時延分布，根據測試 結果判斷所述過程層網絡是否滿足運行要求。
所述步驟(C)中對模擬的正常業務數據在傳輸路徑為網絡中經過最多數據轉發 設備的路徑上進行測試。
所述步驟(a2)中所述模擬的正常業務數據包括GOOSE數據和SMV數據；所 述GOOSE數據為突發數據，測試模擬總數至少10000幀的GOOSE數據在不同發送速率 下的丟幀率、平均時延和時延分布；所述SMV數據為穩定頻率數據，模擬合并單元發出 數據時按采樣值發送頻率對模擬數據進行設置，所述采樣值發送頻率與所述合并單元輸 出數據一致，值為4000幀/秒，測試模擬SMV數據的丟幀率、平均時延和時延分布。
對所述過程層網絡合格性判斷的過程為當模擬GOOSE數據進行測試時，所 述GOOSE數據傳輸平均時延在500yS以內則所述過程層網絡為合格，若出現最大時延 超過4000 μ s或出現丟幀則所述過程層網絡為不合格；當模擬SMV數據進行測試時，所 述SMV數據傳輸時延在300μ s以內則所述過程層網絡為合格，若時延抖動范圍出現超過 100 μ s或出現丟幀現象，則所述過程層網絡為不合格；如果出現模擬GOOSE數據或者 SMV數據丟幀現象則所述過程層網絡為不合格。
對所述過程層網絡在異常情況下的業務傳輸性能進行測試的過程為
(bl)使用經過實際網絡環境下的相應業務傳輸性能測試且為合格的過程層網
(b2)保持模擬正常業務數據的同時，使用網絡測試儀對所述過程層網絡模擬網 絡異常數據，逐步調整并增加所述網絡異常數據量，進而得到所述過程層網絡的最大異 常數據量；所述最大異常數據量是指所述過程層網為合格情況下的可承受的最大異常 數據量。
所述模擬網絡異常數據包括廣播風暴數據和未知單播數據；模擬所述廣播風 暴數據時，將目的MAC地址設置為廣播地址、幀長設置為64字節，測試時調整數據發送 速率參數，作為廣播風暴背景流量；模擬所述未知單播數據時，將MAC地址設置為一個 與所述過程層網絡中不沖突的單播地址，測試時調整數據幀長度、優先級和發送速率參 數，作為異常單播數據背景流量。
所述過程層網絡測試方法還包括對所述過程層網絡的剩余可接入容量的測試過 程
(Cl)使用經過實際網絡環境下的相應業務傳輸性能測試且為合格的過程層網
(C2)使用網絡測試儀模擬合并單元的SMV數據，所述每個模擬的合并單元配置 一個模擬的正常業務數據的測試數據流，測試各數據流在所述過程層網絡的丟幀率、平 均時延和時延分布；依次增加模擬合并單元的個數，則所述過程層網絡的剩余按入容量 為所述過程層網絡合格的前提下最多模擬合并單元的個數。
所述吞吐量為沒有丟幀的情況下被測鏈路所能轉發的最大數據轉發速率；所述 平均延時為數據包從發送端口到接收端口經歷的平均時間；所述時延分布為對各數據包 時延按照設定的時間區間進行統計，所述時延分布的設定的時間區間為50、100、200、 300、400、500、1000、2000、4000ys區間；所述丟幀率為由于網絡性能問題造成部分數據包不能被轉發的比例。
本發明的過程層網絡測試方法具有以下有益效果
1、本發明的測試方法不只對交換機單機進行測試，而側重于對實際網絡環境進 行測試，實施測試的網絡結構與最終實際使用的網絡配置一致。測試結果更貼近該網絡 實際使用的具體業務數據的傳輸性能，對運行可靠性更有參考意義。
2、本發明的測試方法對網絡最大路徑的數據轉發性能進行測試，可測試出網絡 最大路徑下的數據傳輸性能以及體現被測網絡有可能發生的最大幀丟失率和最大時延， 同時可檢查交換機之間連接是否完好、交換機配置是否正確、是否存在瓶頸、虛擬局域 網劃分配置是否正確。
3、本發明的測試方法提出在測試中使用具有相同特征的數據進行模擬從而得到 真正的業務數據的傳輸性能。使測試數據具有與不同業務數據的特征數據幀長度、 VLAN ID、MAC地址、發送頻率等；測試該業務在被測網絡上的傳輸性能，同時給出了 對GOOSE及SMV數據時延的相應要求。
4、本發明的測試方法提出了對網絡異常情況下的數據轉發性能測試，模擬網絡 上出現異常的網絡數據，同時進行數據傳輸性能測試。通過該測試可了解被測網絡在怎 樣的干擾數據影響下，傳輸性能開始出現問題。直接體現了被測網絡能承受多大的網絡 數據干擾而不影響正常數據。
5、本發明的測試方法提出了對測試數據時延分布進行測試統計，還提出了合理 的時延分布的統計區間。由于網絡時延是不穩定的，其中時延分布結果可以體現測試數 據流時延在不同區間內的分布，從該結果能分析獲得數據傳輸的臨界狀態。可以更好地 對網絡進行控制、規劃和預測。


圖1是本發明過程層網絡測試方法對交換機單機的測試結構示意圖2是本發明過程層網絡測試方法對整個過程層網絡的測試結構示意圖3是本發明過程層網絡測試方法模擬網絡背景流量測試結構示意圖。
具體實施方式
圖1至圖3示出了本發明過程層網絡測試方法的具體測試結構。該過程層網絡 測試方法，包括對單個交換機的性能測試、對過程層網絡實際網絡環境下對相應業務傳 輸性能測試、模擬網絡異常情況下的業務傳輸性能測試。
本發明過程層網絡測試方法的測試原理如下
對于交換機單機的測試，交換機處于空載狀態下，如圖1所示，使用網絡測試 儀對多個端口進行吞吐量、平均時延、時延分布、丟幀率測試。測試單機性能保證交換 機本身能完成端口標稱最大傳輸速度的吞吐量，也能獲得單臺交換機轉發平均時延和時 延抖動范圍。
吞吐量是指在沒有丟幀的情況下被測鏈路所能轉發的最大數據轉發速率；平均 延時指數據包從發送端口到接收端口經歷的平均時間；時延分布是對各數據包時延按照 設定的時間區間進行統計；丟幀率是指由于網絡性能問題造成部分數據包不能被轉發的比例。統計不同測試數據流在不同幀長度、不同流量、不同網絡環境下的吞吐量、幀丟 失率、平均時延和時延分布幾個結果，其中時延分布可參考50、100、200、300、400、 500、1000、2000、4000 μ s區間進行統計(可按照相應需求對統計區間作設置)。
對實際網絡傳輸性能的測試，各交換機應已按照實際使用的連接方式組網及配 置，需接入網絡的各設備全部接入該網絡并且正常運行。過程層網絡中存在實際運行狀 態下的數據，通過網絡測試儀器模擬正常或異常的數據流量，測試在不同情況下，不同 類型數據的傳輸性能(測試結構如圖2，以星形網絡結構為例)。GOOSE數據傳輸平均 時延應在500 μ s以內，最大時延超過1000 μ s應引起注意，最大時延出現超過4000 μ s為 不合格；SMV數據傳輸平均時延應在300 μ S以內，時延抖動范圍應在100 μ S以內。為 保證傳輸可靠性，模擬數據幀丟失率應為0，出現丟幀現象則認為不合格。所有測試數據 流都需要經過最大的網絡路徑(至少3臺交換機)，使測試結果能體現網絡上可能出現的 最大時延，并驗證交換機之間連接是否完好、是否存在瓶頸及虛擬局域網劃分配置是否 正確。
模擬GOOSE數據時，VLANID、數據優先級、應與實際報文一致，根據接入網絡端口配置對模擬數據進行配置，測試過程中對不同幀長度的模擬數據進行測試。模擬 SMV數據時，VLAN ID、數據優先級、數據幀長度、數據發送頻率應與實際報文一致， 根據接入網絡端口配置對模擬數據進行配置，測試該模擬數據在網絡上的傳輸性能。模 擬廣播風暴數據時，需將目的MAC地址設置為廣播地址、幀長設置為64字節，作為廣播 風暴背景流量；模擬未知單播數據時，將MAC地址設置為一個與所述過程層網絡中不沖 突的單播地址，測試時調整數據幀長度、優先級和發送速率參數，作為異常單播數據背 景流量。
根據上述原理，本方法的具體的測試過程如下
一、交換機單機測試
使交換機處于空載狀態下，按照被測交換機端口速率及設置，使用網絡測試儀 以單播數據流測試交換機各端口吞吐量、平均時延、時延分布、丟幀率。
二、對過程層網絡實際網絡環境下對相應業務傳輸性能的測試
(1)按照實際環境組建過程層網絡包括交換機組網結構、交換機按使用要求 正確進行配置及連接、接入過程層網絡的各裝置正確接入并正常工作。
(2)在交換機承載正常運行時網絡數據量情況下，用網絡測試儀模擬總數不少于 10000幀GOOSE數據在不同發送速率下的丟幀率、平均時延和時延分布。在過程層網絡 數據正常速率和模擬數據測試速率小于網絡端口速率時，傳輸時延及幀丟失率不應超出 原理中建議的范圍。
C3)在交換機承載正常運行時網絡數據量情況下，將某一個或多個合并單元 退出運行，使用網絡測試儀模擬退出運行的合并單元發出的SMV數據，數據幀長度、 VLANID,數據優先級、數據發送頻率需與實際一致，測試模擬數據在該網絡環境下的 丟幀率、平均時延、時延分布。
(4)在交換機承載正常運行時網絡數據量情況下，更改模擬數據的同優先級設 置，重新進行測試丟幀率、平均時延、時延分布，比較不同優先級設置的傳輸性能差 異，可以給工程實施應用設置提供依據和解決方案。
三、模擬網絡異常情況下的業務傳輸性能的測試
(1)按照二(1)組建過程層網絡。
(2)使用網絡測試儀模擬網絡產生廣播風暴數據施加至過程層網絡。同時用網絡 測試儀模擬GOOSE數據按照二 O)中方法測試模擬數據的平均時延、時延分布及幀丟失 率，調整施加廣播風暴數據量，找出模擬數據受廣播數據流量影響出現丟幀和時延超標 的臨界點。沒有出現丟幀和時延超標的最大廣播風暴速率則可認為被測GOOSE數據在 實際網絡運行中可承受的最大廣播風暴數據量。
(3)使用網絡測試儀模擬網絡產生廣播風暴數據施加至過程層網絡。同時用網絡 測試儀模擬合并單元的SMV報文按照二(3)中方法測試模擬SMV數據的平均時延、時 延分布及幀丟失率，調整施加廣播風暴數據的發送速率，找出模擬數據受廣播數據流量 影響出現丟幀和時延超標的臨界點。沒有出現丟幀和時延超標的最大廣播風暴速率則可 認為被測SMV數據在實際網絡運行環境中可承受的最大廣播風暴數據量。
(4)使用網絡測試儀模擬網絡產生不同帶寬、不同優先級的異常單播數據施加至 過程層網絡。同時用網絡測試儀模擬GOOSE數據按照二( 中方法測試模擬數據的平均 時延、時延分布及幀丟失率，調整施加異常單播據量及優先級，找出模擬數據受異常單 播數據流量影響出現丟幀和時延超標的臨界點。沒有出現丟幀和時延超標的最大異常單 播數據速率則可認為被測GOOSE數據在實際網絡運行中可承受的最大異常單播數據量。
(5)使用網絡測試儀模擬網絡產生不同帶寬、不同優先級的異常單播數據施加至 過程層網絡。同時用網絡測試儀模擬SMV數據按照二 C3)中方法測試模擬數據的平均時 延、時延分布及幀丟失率，調整施加異常單播數據發送速率及優先級，找出模擬數據受 異常單播數據流量影響出現丟幀和時延超標的臨界點。沒有出現丟幀和時延超標的最大 異常單播數據速率則可認為被測SMV數據在實際網絡運行中可承受的最大異常單播數據 量。
四、此外，本測試方法還包括測試網絡剩余容量，具體測試過程如下
(1)按照二(1)組建過程層網絡。
(2)使用網絡測試儀模擬一個或多個合并單元的SMV數據(對每個模擬的合并 單元配置一個測試數據流)，每個模擬的合并單元配置一個模擬的正常業務數據的測試數 據流，測試各數據流在過程層網絡的丟幀率、平均時延和時延分布。
(3)若步驟⑵測試結果符合SMV傳輸要求，則增加模擬合并單元的個數，重 復步驟0)，直到模擬數據丟幀或時延超出建議范圍。測試結果符合傳輸要求的最多合并 單元的測試中模擬合并單元的個數即為過程層網絡剩余接入容量。
本發明的實施方式不限于此，在本發明上述基本技術思想前提下，按照本領域 的普通技術知識和慣用手段對本發明內容所做出其它多種形式的修改、替換或變更，均 落在本發明權利保護范圍之內。
權利要求
1.一種過程層網絡測試方法，其特征在于包括以下步驟先對單個交換機的性能進 行測試，再對已經接入所述交換機的過程層網絡在實際網絡環境下的業務傳輸性能進行 測試，用于判斷所述網絡是否滿足運行要求；最后對所述過程層網絡在異常情況下的業 務傳輸性能進行測試，并判定所述過程層網絡可承受的最大異常數據量，用于獲得該網 絡的臨界狀態。
2.根據權利要求1所述的過程層網絡測試方法，其特征在于所述對單個交換機的 測試過程為使交換機處于空載狀態下，使用網絡測試儀對各個端口進行吞吐量、平均 時延、時延分布、丟幀率測試。
3.根據權利要求1所述的過程層網絡測試方法，其特征在于對過程層網絡在實際 網絡環境下的相應業務傳輸性能的測試過程為(al)使用經過單個性能進行測試后的交換機，并按使用要求進行配置及連接方式組 建過程層網絡，所有應接入該網絡的設備正常運行；(a2)使用網絡測試儀對步驟(al)所述過程層網絡模擬正常業務數據，并測試所述模 擬的正常業務數據在所述過程層網絡中的丟幀率、平均時延和時延分布，根據測試結果 判斷所述過程層網絡是否滿足運行要求。
4.根據權利要求3所述的過程層網絡測試方法，其特征在于所述步驟(a2)中對模 擬的正常業務數據在傳輸路徑為網絡中經過最多數據轉發設備的路徑上進行測試。
5.根據權利要求3所述的過程層網絡測試方法，其特征在于所述步驟(a2)中所述 模擬的正常業務數據包括GOOSE數據和SMV數據；所述GOOSE數據為突發數據，測 試模擬總數至少10000幀的GOOSE數據在不同發送速率下的丟幀率、平均時延和時延分 布；所述SMV數據為穩定頻率數據，模擬合并單元發出數據時按采樣值發送頻率對模擬 數據進行設置，所述采樣值發送頻率與所述合并單元輸出數據一致，值為4000幀/秒， 測試模擬SMV數據的丟幀率、平均時延和時延分布。
6.根據權利要求3所述的過程層網絡測試方法，其特征在于對所述過程層網絡合 格性判斷的過程為當模擬GOOSE數據進行測試時，所述GOOSE數據傳輸平均時延在 500 μ s以內則所述過程層網絡為合格，若出現最大時延超過4000 μ s或出現丟幀則所述過 程層網絡為不合格；當模擬SMV數據進行測試時，所述SMV數據傳輸時延在300μ s以 內則所述過程層網絡為合格，若時延抖動范圍出現超過100 μ s或出現丟幀現象，則所述 過程層網絡為不合格；如果出現模擬GOOSE數據或者SMV數據丟幀現象則所述過程層 網絡為不合格。
7.根據權利要求1和3所述的過程層網絡測試方法，其特征在于對所述過程層網絡 在異常情況下的業務傳輸性能進行測試的過程為(bl)使用經過實際網絡環境下的相應業務傳輸性能測試且為合格的過程層網絡；(b2)保持模擬正常業務數據的同時，使用網絡測試儀對所述過程層網絡模擬網絡異 常數據，逐步調整并增加所述網絡異常數據量，進而得到所述過程層網絡的最大異常數 據量；所述最大異常數據量是指所述過程層網為合格情況下的可承受的最大異常數據 量。
8.根據權利要求7所述的過程層網絡測試方法，其特征在于所述模擬網絡異常數 據包括廣播風暴數據和未知單播數據；模擬所述廣播風暴數據時，將目的MAC地址設置為廣播地址、幀長設置為64字節，測試時調整數據發送速率參數，作為廣播風暴背景 流量；模擬所述未知單播數據時，將MAC地址設置為一個與所述過程層網絡中不沖突的 單播地址，測試時調整數據幀長度、優先級和發送速率參數，作為異常單播數據背景流量。
9.根據權利要求1所述的過程層網絡測試方法，其特征在于所述過程層網絡測試 方法還包括對所述過程層網絡的剩余可接入容量的測試過程(Cl)使用經過實際網絡環境下的相應業務傳輸性能測試且為合格的過程層網絡； (c2)使用網絡測試儀模擬合并單元的SMV數據，所述每個模擬的合并單元配置一個 模擬的正常業務數據的測試數據流，測試各數據流在所述過程層網絡的丟幀率、平均時 延和時延分布；依次增加模擬合并單元的個數，則所述過程層網絡的剩余接入容量為所 述過程層網絡合格的前提下最多模擬合并單元的個數。
10.根據權利要求2或3或5或9所述的過程層網絡測試方法，其特征在于所述吞 吐量為沒有丟幀的情況下被測鏈路所能轉發的最大數據轉發速率；所述平均延時為數據 包從發送端口到接收端口經歷的平均時間；所述時延分布為對各數據包時延按照設定的 時間區間進行統計，所述時延分布的設定的時間區間為50、100、200、300、400、500、 1000、2000、4000yS區間；所述丟幀率為由于網絡性能問題造成部分數據包不能被轉發 的比例。
全文摘要
本發明公開了一種過程層網絡測試方法，包括以下步驟先對單個交換機的性能進行測試，再對已經接入所述交換機的過程層網絡在實際網絡環境下的業務傳輸性能進行測試，用于判斷所述網絡是否滿足運行要求；最后對所述過程層網絡在異常情況下的業務傳輸性能進行測試，并判定所述過程層網絡可承受的最大異常數據量，用于獲得該網絡的臨界狀態。本方法針對數字化變電站的過程層網絡測試方法進行研究，提出對數字化變電站過程層網絡測試的方法，側重于在實際網絡環境下對相應數據傳輸性能進行測試，并測試在不同網絡狀態數據的傳輸性能。根據測試結果可判斷當前網絡傳輸可靠性、實時性和網絡剩余可接入容量等性能及狀態。
文檔編號H04L1/00GK102025560SQ201010546359
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者余南華, 曹麗娟, 楊穎安, 梁曉兵, 胡巨, 陳炯聰, 馬凱, 黃曙 申請人:廣東電網公司電力科學研究院