一种手持式交换机报文传输延时测试装置及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种手持式交换机报文传输延时测试装置及测试方法，它包括FPGA模块，FPGA模块与流量仿真口、报文输出口和报文接收口连接，FPGA模块通过同步总线与ARM+DSP处理器连接，ARM+DSP处理器与人机操作终端连接；解决了有技术中对交换机传输报文的延时时间没有专门适用于工程现场调试的针对交换机传输延时时间的便携测试系统，交换机报文延时时间无法进行精确的测试等技术问题。
【专利说明】
一种手持式交换机报文传输延时测试装置及测试方法
技术领域
[0001] 本发明属于智能电网工业交换机的检测及测试技术领域，尤其涉及一种手持式交 换机报文传输延时测试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002] 目前智能变电站工程大量建设，电子式互感器、智能终端大量采用，电子式互感器 输出的SMV (采样值)报文、智能终端收发的GOOSE (面向通用对象的变电站事件，Gener i c Object Oriented Substation Event)报文是过程层报文的主要组成部分，为了实现信息 的共享，发挥数字化的优势，过程层通过交换机组网传输是必然的发展方向。
[0003] 交换机传输延迟时间△ T主要包含了数据接收和转发的处理时间Tp，数据帧队列 等待时间Tq，以及数据帧发送时间Tt。采样值报文数据帧长的改变、网络负载的变化、广播 风暴的影响、以及交换机自身任务处理的快慢都会造成数据帧网络交换延迟时间的变化。 但是，目前工程中过程层报文中涉及到继电保护的对实时性和可靠性有严格要求的地方， 是以点对点传输。其他对实时性要求略低的故障录波信息、间隔装置间联系的状态信息等 才是以交换机组网的方式传输。这实际并未发挥信息组网共享传输的优势，是一个阶段性 的过渡方案，重要的原因对交换机传输的可靠性和性能指标的不确定性造成的。提高交换 机传输报文的可靠性和传输快速性，最终将过程层报文全部组网传输是智能变电站信息化 的最终方向和目标。
[0004] 交换机传输报文的延时时间直接关系到实时性继电保护和控制设备的反应时间， 关系到其动作行为的快慢和系统的安全，因而，检测该指标有着重要意义。但是没有专门适 用于工程现场调试的针对交换机传输延时时间的便携测试系统，交换机报文延时时间无法 进行精确的测试。
【发明内容】
：
[0005] 本发明要解决的技术问题:提供一种手持式交换机报文传输延时测试装置及测试 方法，以解决现有技术中对交换机传输报文的延时时间没有专门适用于工程现场调试的针 对交换机传输延时时间的便携测试系统，交换机报文延时时间无法进行精确的测试等技术 问题。
[0006] 本发明技术方案：
[0007] 一种手持式交换机报文传输延时测试装置，它包括FPGA模块，FPGA模块与流量仿 真口、报文输出口和报文接收口连接，FPGA模块通过同步总线与ARM+DSP处理器连接，ARM+ DSP处理器与人机操作终端连接。
[0008] 所述人机操作终端为IXD和键盘。
[0009] ARM+DSP处理器采用锂电池组提供电源。
[0010] 恒温晶振与FPGA模块连接。
[0011] 所述流量仿真口、报文输出口和报文接收口分别为第一光纤以太网模块、第二光 纤以太网模块和第三光纤以太网模块。
[0012] 所述的手持式交换机报文传输延时测试装置的测试方法，它包括：
[0013] 步骤1、测试交换机报文传输延时，首先由报文输出口输出以太网报文，通过LCD和 键盘设置报文格式为IEC61850-9-1或IEC61850-9-2,设置采样率为每周波80帧或256帧报 文;发送的报文连续输出到被测交换机的某个网口，经过交换机的传输从另一个交换机网 口输出，将该口接回到测试系统的报文输入口，形成一个闭环；
[0014]步骤2、测试装置连续发送报文，并记录每帧发送报文的时刻和采样序号；报文接 收口实时接收报文，并记录报文接收时刻；
[0015] 步骤3、测试装置接收到一帧报文后，记录接收时刻为tl，解析报文的采样序号，根 据采样序号，索引到本帧报文从"报文输出口"发送的时刻t2,计算出本帧报文的交换机帧 延时 ATAT = tl_t2;
[0016] 步骤4、连续接收并计算每帧的帧延时，得到一定时间内交换机帧延时的波动幅 度：
[0017] Amp = Δ T_max- Δ T_min ；
[0018] 步骤5、计算帧延时稳定度
[0020] 式中:N为统计时间段内样本总个数;藤为N个样本的均值。
[0021] 它还包括从流量仿真口输出设定流量的报文到交换机，以测试仿真交换机在不同 的网络流量下的工作状态。
[0022]本发明的有益效果：
[0023] 本发明通过ARM+DSP+FPGA模式加三个输出口，对交换机报文延时进行测试，具有 结构简单，操作方便等优点，本发明通过FPGA在高精度恒温晶振模块的时钟下运行，完成报 文发送接收的精确时序控制，以及时刻的精确标定;本发明设计上以低功耗为目标，采用锂 电池供电;所有测试数据和结果，均在LCD上波形化显示，并实时刷新和统计，简单明了易操 作;解决了有技术中对交换机传输报文的延时时间没有专门适用于工程现场调试的针对交 换机传输延时时间的便携测试系统，交换机报文延时时间无法进行精确的测试等技术问 题。
【附图说明】：
[0024]图1为本发明的结构图。
【具体实施方式】
[0025] 一种手持式交换机报文传输延时测试装置，它包括FPGA模块，FPGA模块与流量仿 真口、报文输出口和报文接收口连接，FPGA模块通过同步总线加DMA与ARM+DSP处理器连接， ARM+DSP处理器与人机操作终端通过串口连接。
[0026]所述人机操作终端为IXD和键盘。
[0027] ARM+DSP处理器采用锂电池组提供电源。
[0028]恒温晶振与FPGA模块连接。
[0029] 所述流量仿真口、报文输出口和报文接收口分别为第一光纤以太网模块、第二光 纤以太网模块和第三光纤以太网模块。
[0030] 所述的手持式交换机报文传输延时测试装置的测试方法，它包括：
[0031] 步骤1、测试交换机报文传输延时，首先由报文输出口输出以太网报文，通过LCD和 键盘设置报文格式为IEC61850-9-1或IEC61850-9-2,设置采样率为每周波80帧或256帧报 文;发送的报文连续输出到被测交换机的某个网口，经过交换机的传输从另一个交换机网 口输出，将该口接回到测试系统的报文输入口，形成一个闭环；
[0032] 步骤2、测试装置连续发送报文，并记录每帧发送报文的时刻和采样序号；报文接 收口实时接收报文，并记录报文接收时刻；
[0033] 步骤3、测试装置接收到一帧报文后，记录接收时刻为tl，解析报文的采样序号，根 据采样序号，索引到本帧报文从"报文输出口"发送的时刻t2,计算出本帧报文的交换机帧 延时 ΔΤ AT = tl_t2;
[0034] 步骤4、连续接收并计算每帧的帧延时，得到一定时间内交换机帧延时的波动幅 度：
[0035] Amp = Δ T_max- Δ T_min ；
[0036] 步骤5、计算帧延时稳定度
[0038] 式中:N为统计时间段内样本总个数；If为N个样本的均值。
[0039] 它还包括从流量仿真口输出设定流量的报文到交换机，以测试仿真交换机在不同 的网络流量下的工作状态。过程层交换机的延时时间不仅要在网络低流量时稳定并满足设 计指标，也要在网络高流量时同样达标，因而测试装置配置有"流量仿真口"，从该网口输出 设定流量的报文到交换机，以仿真交换机不同的网络流量条件。
[0040] 所有测试数据和结果，均在LCD上波形化显示，并实时刷新和统计，简单明了易操 作。
[0041] 本发明的优点：
[0042] 1、低功耗手持式设计，实现了过程层网络交换机传输延时的现场便捷测试；
[0043] 2、传输延时测试原理和接线简单；
[0044] 3、采用ARM+DSP+FPGA，以高精度恒温晶振提供运行时序，保证发送和接收报文时 标的准确性，保证测试的实时及快速性；
[0045] 4、准确度高，延时时间测试误差小于50nS;
[0046] 5、网络流量仿真功能，保证交换机延时测试的全面。
【主权项】
1. 一种手持式交换机报文传输延时测试装置，它包括FPGA模块，其特征在于:FPGA模块 与流量仿真口、报文输出口和报文接收口连接，FPGA模块通过同步总线与ARM+DSP处理器连 接，ARM+DSP处理器与人机操作终端连接。2. 根据权利要求1所述的一种手持式交换机报文传输延时测试装置，其特征在于:所述 人机操作终端为LCD和键盘。3. 根据权利要求1所述的一种手持式交换机报文传输延时测试装置，其特征在于:ARM+ DSP处理器采用锂电池组提供电源。4. 根据权利要求1所述的一种手持式交换机报文传输延时测试装置，其特征在于:恒温 晶振与FPGA模块连接。5. 根据权利要求1所述的一种手持式交换机报文传输延时测试装置，其特征在于:所述 流量仿真口、报文输出口和报文接收口分别为第一光纤以太网模块、第二光纤以太网模块 和第三光纤以太网模块。6. 如权利要求1-5所述的手持式交换机报文传输延时测试装置的测试方法，其特征在 于它包括： 步骤1、测试交换机报文传输延时，首先由报文输出口输出以太网报文，通过LCD和键盘 设置报文格式为IEC61850-9-1或IEC61850-9-2,设置采样率为每周波80帧或256帧报文;发 送的报文连续输出到被测交换机的某个网口，经过交换机的传输从另一个交换机网口输 出，将该口接回到测试系统的报文输入口，形成一个闭环； 步骤2、测试装置连续发送报文，并记录每帧发送报文的时刻和采样序号；报文接收口 实时接收报文，并记录报文接收时刻； 步骤3、测试装置接收到一帧报文后，记录接收时刻为tl，解析报文的采样序号，根据采 样序号，索引到本帧报文从"报文输出口"发送的时刻t2,计算出本帧报文的交换机帧延时 Δ T AT = tl-t2； 步骤4、连续接收并计算每帧的帧延时，得到一定时间内交换机帧延时的波动幅度： Amp= Λ T_max- Λ T_min ； 步驟5、计算帧延时稳定度式中:N为统计时间段内样本总个数;if为N个样本的均值。7. 根据权利要求6所述的手持式交换机报文传输延时测试装置的测试方法，其特征在 于:它还包括从流量仿真口输出设定流量的报文到交换机，以测试仿真交换机在不同的网 络流量下的工作状态。
【文档编号】H04L12/26GK106027334SQ201610517278
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】高吉普, 王宇, 张历, 孟令雯, 辛明勇
【申请人】贵州电网有限责任公司电力科学研究院