基于業(yè)務(wù)承載的配網(wǎng)通信網(wǎng)ICT測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

屈 剛

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

1 ICT一體化測(cè)試平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試功能設(shè)計(jì)

配網(wǎng)通信網(wǎng)在線測(cè)試平臺(tái)的重要功能是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)承載能力測(cè)試，其中廣域工業(yè)控制網(wǎng)的關(guān)鍵指標(biāo)有兩個(gè)，一是可靠性，二是實(shí)時(shí)性。通信過程中，測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)由主控站點(diǎn)或被控站點(diǎn)向ICT測(cè)試平臺(tái)的子系統(tǒng)傳送，在幀結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)的支持下完成傳輸數(shù)目分析、字節(jié)數(shù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而控制業(yè)務(wù)傳送過程中的時(shí)延率、丟包率，并對(duì)傳輸數(shù)據(jù)包的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的對(duì)比分析，可以進(jìn)一步得出系統(tǒng)業(yè)務(wù)傳輸是否可靠與及時(shí)[1]。

（1）丟包率計(jì)算。獲取數(shù)據(jù)包總數(shù)、接收數(shù)據(jù)包總數(shù)以及發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)，然后利用這3個(gè)數(shù)據(jù)得出具體的丟包率數(shù)為

（2）吞吐率計(jì)算。根據(jù)成功接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量及其中所包括的字節(jié)數(shù)目，結(jié)合業(yè)務(wù)秒數(shù)得出具體吞吐率。在相應(yīng)延遲時(shí)間內(nèi)，接收包的數(shù)據(jù)量與最終得到的吞吐率成正比關(guān)系，計(jì)算公式為

（3）傳輸時(shí)延計(jì)算。將時(shí)間戳標(biāo)簽添加到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包中，通過主控站及被控站的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包接收。將接收時(shí)的時(shí)間與數(shù)據(jù)所攜帶的時(shí)間戳進(jìn)行對(duì)比分析，從而計(jì)算出目前的時(shí)延為

1.2 業(yè)務(wù)源模型設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)突發(fā)性強(qiáng)，可以隨機(jī)產(chǎn)生，同時(shí)具有周期性特征。為了方便現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)室條件下快捷、高效地完成通信性能測(cè)試，需要采取業(yè)務(wù)流建模仿真方法，在配網(wǎng)通信網(wǎng)建成后對(duì)無現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)情況下的業(yè)務(wù)生成情況進(jìn)行仿真。

1.2.1 關(guān)鍵突發(fā)業(yè)務(wù)流仿真

對(duì)于關(guān)鍵突發(fā)業(yè)務(wù)流，其生成仿真需要利用ONOFF模型。作為一般調(diào)制確定過程的特殊模型，ONOFF模型有開、關(guān)兩種狀態(tài)。離散時(shí)間系統(tǒng)采用排隊(duì)調(diào)度系統(tǒng)，而基本時(shí)間單位設(shè)定為固定間隔時(shí)隙[2]。開啟狀態(tài)與閉合狀態(tài)下的關(guān)鍵參數(shù)持續(xù)時(shí)間是突發(fā)性業(yè)務(wù)流傳輸時(shí)間長短、報(bào)文長度的確定依據(jù)，開啟及閉合狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于期望值的幾何分布及指數(shù)分布情況。關(guān)鍵突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流生成模型如圖1所示。

圖1 關(guān)鍵突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流生成模型

1.2.2 隨機(jī)性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流仿真

Design and Implementation of Distributed Purifier Simulator Panel …

在時(shí)序方面，任意時(shí)段的業(yè)務(wù)均具有一定的信息單元出現(xiàn)概率，并且此單元與之前或之后到達(dá)的業(yè)務(wù)無任何關(guān)聯(lián)。通過對(duì)隨機(jī)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)構(gòu)建仿真模型發(fā)現(xiàn)，以泊松過程代表隨機(jī)性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與到達(dá)，結(jié)合泊松流的可加性原理，多個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)源疊加后得出的仍是泊松流[3]。參數(shù)為λ的泊松分布決定數(shù)據(jù)報(bào)文的到達(dá)概率，參數(shù)為1/λ的負(fù)指數(shù)分布決定著報(bào)文到達(dá)時(shí)間間隔，由此可求出分布密度，并進(jìn)一步計(jì)算出報(bào)文到達(dá)的時(shí)間間隔，之后便可完成隨機(jī)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建。

1.2.3 周期性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流仿真

周期性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流以時(shí)間周期為依據(jù)而生成，其報(bào)文的大小及分組長度均固定，可以結(jié)合測(cè)試需求制定周期性業(yè)務(wù)類型，也可構(gòu)建到達(dá)間隔時(shí)間存在周期性特征的業(yè)務(wù)源模型。固定間隔周期中會(huì)產(chǎn)生周期性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，模擬的業(yè)務(wù)源模型具有梳狀函數(shù)特征，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)源周期性的有效控制[4]。周期性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流模型如圖2所示。

圖2 周期性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流模型

2 基于業(yè)務(wù)承載的配網(wǎng)通信網(wǎng)ICT測(cè)試平臺(tái)實(shí)例設(shè)計(jì)

2.1 配網(wǎng)通信網(wǎng)IC測(cè)試軟件平臺(tái)

基于業(yè)務(wù)承載的配網(wǎng)通信網(wǎng)ICT測(cè)試軟件平臺(tái)采用面向服務(wù)架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA），在Windows XP系統(tǒng)上利用C語言進(jìn)行開發(fā)。通過融合模型-視圖-控制器（Model View Controller，MVC）思路，結(jié)合智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)的特征，采用分層構(gòu)建法完成了測(cè)試平臺(tái)的搭建。此平臺(tái)涵蓋兩部分框架結(jié)構(gòu)，分別是服務(wù)器和客戶端[5]。

2.1.1 測(cè)試平臺(tái)功能模塊

（1）業(yè)務(wù)規(guī)約模塊。此模塊可以構(gòu)建邏輯通信規(guī)約庫或物理通信規(guī)約庫，涵蓋多個(gè)業(yè)務(wù)通信規(guī)約，這些規(guī)約屬于系統(tǒng)規(guī)約插件，可以對(duì)業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行增、刪、改、查。

（2）指標(biāo)測(cè)試模塊。指標(biāo)測(cè)試模塊的作用是測(cè)試系統(tǒng)性能，除了可以對(duì)業(yè)務(wù)傳輸性能進(jìn)行測(cè)試外，還可用于通信性能測(cè)試。

（3）規(guī)約報(bào)文傳輸解析模塊。此模塊的主要功能是報(bào)文解析，同時(shí)還可以對(duì)解析完的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并做出響應(yīng)。解析過程中，需要以各個(gè)業(yè)務(wù)流的業(yè)務(wù)規(guī)約作為依據(jù)。

（4）規(guī)約協(xié)議測(cè)試模塊。此模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)規(guī)約協(xié)議進(jìn)行測(cè)試，可以檢測(cè)不同規(guī)約之間的互通性，同時(shí)也可以對(duì)規(guī)約的互聯(lián)性進(jìn)行測(cè)試。

2.1.2 軟件實(shí)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)

ICT測(cè)試平臺(tái)軟件屬于3層結(jié)構(gòu)模型，包含界面層、處理分析層以及數(shù)據(jù)支持層。以訪問數(shù)據(jù)庫為核心，應(yīng)用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP），以業(yè)務(wù)交互方法作為業(yè)務(wù)規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)務(wù)報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)，在模塊化平臺(tái)搭建的基礎(chǔ)上確保ICT測(cè)試方法及測(cè)試軟件系統(tǒng)均可滿足ICT技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用需求[6]。

2.2 執(zhí)行流程設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)包括主控站、通信平臺(tái)、業(yè)務(wù)終端以及ICT測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試執(zhí)行時(shí)，在業(yè)務(wù)源發(fā)生模型支持下同步完成主控站及被控站的傳輸，以測(cè)試需求為依據(jù)確定業(yè)務(wù)類型標(biāo)準(zhǔn)，明確測(cè)試時(shí)間長度，然后配置合適的輔助業(yè)務(wù)類型[7]。在業(yè)務(wù)傳輸時(shí)解析并統(tǒng)計(jì)報(bào)文，及時(shí)完成解析后報(bào)文內(nèi)容的存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)報(bào)文響應(yīng)，同時(shí)顯示得到的測(cè)試結(jié)果。

3 基于業(yè)務(wù)承載的配網(wǎng)通信網(wǎng)ICT在線測(cè)試平臺(tái)工程測(cè)試應(yīng)用

針對(duì)涵蓋多個(gè)組網(wǎng)方案的配網(wǎng)通信網(wǎng)試點(diǎn)工程展開測(cè)試，利用ICT一體化測(cè)試平臺(tái)測(cè)試其中的無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）與可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）混合組網(wǎng)方案。測(cè)試時(shí)，準(zhǔn)備好被測(cè)及測(cè)試設(shè)備，設(shè)置好標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源，在站控層設(shè)置客戶端，在間隔層設(shè)置服務(wù)器端。測(cè)試配置完成后，首先運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)性能計(jì)算線程，其次開啟業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)寫入線程，最后開始進(jìn)行業(yè)務(wù)背景流添加[8]。測(cè)試過程中，由模擬業(yè)務(wù)設(shè)備對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行主動(dòng)匯報(bào)，在背景流添加的同時(shí)疊加業(yè)務(wù)流量，隨后得出具體的主控站測(cè)試結(jié)果。主控站以其接收到結(jié)果為響應(yīng)依據(jù)，針對(duì)混合組網(wǎng)的通信及業(yè)務(wù)性能展開測(cè)試。

此測(cè)試平臺(tái)可以獲取到3個(gè)時(shí)延數(shù)據(jù)，分別是最大時(shí)延、最小時(shí)延以及數(shù)據(jù)包平均時(shí)延。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，時(shí)延范圍介于0.012～1.009 ms，平均時(shí)延為0.198 ms，處于工程建設(shè)所規(guī)定的小于4 s范圍，說明此混合組網(wǎng)方案的通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求與工程建設(shè)要求相符[9]。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，通信網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)共計(jì)完成了14 149個(gè)數(shù)據(jù)包的傳送，數(shù)據(jù)包丟失數(shù)量為115個(gè)，與重傳數(shù)據(jù)包結(jié)合后得出丟包率為0.81%[10]。通過與配網(wǎng)通信業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）要求相對(duì)比，丟包率及重傳率均未超出規(guī)定要求，說明PON與PLC混合組網(wǎng)方案具有可行性。除此之外，以規(guī)約模塊中預(yù)設(shè)的業(yè)務(wù)流傳輸數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)業(yè)務(wù)設(shè)備信息流傳輸情況進(jìn)行檢測(cè)。通過對(duì)配電自動(dòng)化遙測(cè)、遙信、遙控業(yè)務(wù)展開分析發(fā)現(xiàn)，業(yè)務(wù)成功率均達(dá)到了100%，并且終端未出現(xiàn)掉線情況，說明采用PON與PLC混合組網(wǎng)方案后，配網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載性能與規(guī)定要求相一致，可以有效滿足業(yè)務(wù)全流程執(zhí)行的需求[11]。

4 結(jié) 論

基于業(yè)務(wù)承載的配網(wǎng)通信網(wǎng)ICT測(cè)試平臺(tái)可以在主控站、通信平臺(tái)、業(yè)務(wù)終端以及ICT測(cè)試平臺(tái)的支持下完成多個(gè)試驗(yàn)階段的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，能夠得到精準(zhǔn)的配網(wǎng)通信網(wǎng)通信性能及業(yè)務(wù)性能檢測(cè)分析結(jié)果，為配網(wǎng)通信網(wǎng)的平穩(wěn)、高效運(yùn)行提供支持，利于降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本并減少運(yùn)行資源浪費(fèi)。此外，還可以依托此平臺(tái)為移動(dòng)語音業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的通信接入能力分析提供依據(jù)，并且能夠進(jìn)一步明確節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)容能力。