基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法
【專利摘要】本發明公開了基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，包括對電子式互感器一次側的信號進行采集，并進而得到第一路信號時標；對光纖分路器輸出的信號進行采集，并進而得到第二路信號時標；對網絡交換機輸出的信號進行采集，并進而得到第三路信號時標；對第三路信號時標進行消除抖動處理，并進而計算得到幀抖動時間；通過計算波形和相位，得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間；計算交換機時標誤差值和幀延時。本發明以模擬量標準源信號和數字量標準源信號作為測試的參考源，能大大提高延時測量的準確性，而且能夠精確的對每一個獲取的數據進行精確的時序控制，能有效保證了時間測試精度。本發明可廣泛應用于網絡傳輸測試領域。
【專利說明】基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及測試【技術領域】，尤其涉及一種基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法。

【背景技術】
[0002]目前的智能變電站繼電保護采樣值多數采用點對點采樣模式，但點對點采樣模式加重了電子式互感器和繼電保護設備的硬件難度和成本，嚴重制約了智能變電站網絡技術的應用，智能變電站的數字共享的效果沒有得到很好的發揮。
[0003]電子式互感器采樣值由點對點傳輸過渡到網絡化傳輸是發展趨勢，多個電子式互感器將采樣值發送到過程層傳輸網絡，需要用到采樣值的智能電子設備從傳輸網絡中接收所需要的單個或多個合并單元采樣值，實現端對端的采樣傳輸。目前電子式互感器的采樣值輸出已經可以很好的控制其輸出報文的時間特性，絕對延時時間不大于2ms，報文離散度小于10us，時間特性可以滿足現有繼電保護同步采樣的技術要求。但是網絡化采樣傳輸過程中的網絡設備即交換機設備在報文傳輸過程中的時間特性卻無法得到穩定控制，隨著采樣值報文數據幀長的改變、網絡負載的變化、廣播風暴的影響、以及交換機自身任務處理的快慢都會造成數據幀網絡交換延遲時間的變化，這是制約采樣值網絡化傳輸應用的最大技術障礙
目前有一種方案是讓發送采樣值的所有電子式互感器接收同步信號，需要接收多個電子式互感器采樣值報文的IED設備，通過的采樣計數器來實現同步，這種方案嚴格依賴于同步信號的穩定性，一旦同步信號出現異常，或個別電子式互感器同步過程出現異常，則會給IED設備的同步處理帶來問題，特別是繼電保護設備的安全穩定運行不應該依賴于外部的同步信號，因而這種方案不可取。
[0004]另一種實現方案是基于絕對延時的網絡化傳輸方案，將電子式互感器輸出的數字量在網絡傳輸各個環節的時域絕對時延進行精確測量并在報文中標定，該方案不依賴于外部的同步信號和采樣計數器，可以很好解決網絡化采樣由于時域的離散給IED設備帶來的同步采樣誤差。這種方案可靠穩定運行的關鍵在于網絡交換環節是否能夠對每幀采樣報文進行延時精確測量和標定，然而，現在一般的測試方法的誤差較大，且測試過程復雜，缺乏能針對其電子式互感器網絡化傳輸進行精確測試的方法，不能準確了解到電子式互感器的網絡化傳輸質量。


【發明內容】

[0005]為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種能保證時間測試精度，測試準確性較高的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法。
[0006]本發明所采用的技術方案是:
基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，包括以下步驟:
A、對電子式互感器的一次側的模擬信號進行采集，得到第一路標準源信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第一路信號時標；
B、對光纖分路器輸出的報文信號進行采集，得到第二路標準源信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第二路信號時標；
C、對網絡交換機輸出的報文信號進行采集，得到第三路信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第二路號時標；
D、對第三路信號時標進行消除抖動處理，得到消抖后的第三路消抖信號時標，并進而計算得到巾貞抖動時間；
E、根據第一路信號時標和第三路消抖信號時標，通過計算其波形和相位，得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間；
F、根據第二路信號時標和第三路信號時標，計算得出交換機時標誤差值和幀延時。
[0007]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟A包括:
Al、將電子式互感器的電壓和電流轉換成額定1OO/0V和5A的模擬信號，得到第一路標準源信號；
A2、對第一步標準源信號進行信號調理，將其轉換成可供AD轉換器采集的電壓信號，并對其進行低通濾波處理；
A3、基于高精度時鐘模塊，對處理后的信號進行模數轉換，并對每一個采樣點標定時標，得到第一路信號時標。
[0008]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟B包括:
B1、對光纖分路器輸出的報文信號進行采集，得到第二路標準源信號；
B2、將第二路標準源信號由光以太網信號轉換成電以太網信號，并將轉換后的信號通過PHY模塊傳輸至FPGA ；
B3、接收傳輸的信號并對每一巾貞數據標定時標，得到第二路信號時標。
[0009]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟C包括:
Cl、對網絡交換機輸出的報文信號進行采集，得到第三路信號；
C2、將第三路信號由光以太網信號轉換成電以太網信號，并將轉換后的信號通過PHY模塊傳輸至FPGA ；
C3、接收傳輸的信號并對每一幀數據標定時標，得到第三路信號時標。
[0010]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟E包括:
E1、根據第一路信號時標和第三路消抖信號時標，在同一時間軸上分別得出第一路標準源信號波形和試品波形；
E2、在時間軸的同一時刻上提取第一步標準源信號波形和試品波形中時間窗為80ms的波形；
E3、根據加harming窗的傅氏提取出標準源基波相位和試品基波相位，并測量得出第一步標準源信號的當前頻率；
E4、第一步標準源信號的當前頻率、標準源基波相位和試品基波相位，計算得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間。
[0011]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟F包括:
F1、對第三路信號進行報文解析，提取得出交換機標定的當前幀網絡傳輸環節的額外延時時間；
F2、根據第三路信號時標和額外延時時間，得到交換機補償時標；
F3、將第二路信號時標與交換機補償時標進行比較，得出交換機時標誤差值；
F4、根據第二路信號時標和第三路信號時標，得出每一幀采樣值報文在經過網絡化傳輸后的額外帶來的幀延時。
[0012]本發明的有益效果是:
本發明基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法通過對多路信號進行采集，并且以模擬量標準源信號和數字量標準源信號作為測試的參考源，為延時測量的準確性提供了有力的保證。而且本發明中信號均基于統一的高精度時鐘模塊進行統一的時標標定，嚴格保證了三路信號的同步性，并且不依賴于任何同步信號。本發明還采用FPGA來進行控制，能夠精確的對每一個獲取的數據進行精確的時序控制，能有效保證了時間測試精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
圖1是本發明基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的步驟流程圖。

【具體實施方式】
[0014]參考圖1，本發明基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，包括以下步驟:
A、對電子式互感器的一次側的模擬信號進行采集，得到第一路標準源信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第一路信號時標；
B、對光纖分路器輸出的報文信號進行采集，得到第二路標準源信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第二路信號時標；
C、對網絡交換機輸出的報文信號進行采集，得到第三路信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第二路號時標；
D、對第三路信號時標進行消除抖動處理，得到消抖后的第三路消抖信號時標，并進而計算得到巾貞抖動時間；
E、根據第一路信號時標和第三路消抖信號時標，通過計算其波形和相位，得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間；
F、根據第二路信號時標和第三路信號時標，計算得出交換機時標誤差值和幀延時。
[0015]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟A包括:
Al、將電子式互感器的電壓和電流轉換成額定100/Vi V和5A的模擬信號，得到第一路標準源信號；
A2、對第一步標準源信號進行信號調理，將其轉換成可供AD轉換器采集的電壓信號，并對其進行低通濾波處理；
A3、基于高精度時鐘模塊，對處理后的信號進行模數轉換，并對每一個采樣點標定時標，得到第一路信號時標。
[0016]其中從電子式互感器的一次側取模擬信號，作為測試用的第一路標準源信號，是測試試品信號的參考基準。采用高精度標準電流互感器和標準電壓互感器將一次側的高電壓大電流轉換成額定100/0 V和5A的模擬小信號，標準互感器的精度可達0.01級，能夠保證信號傳變中的幅值和相位誤差足夠小。模擬小信號進入測試系統后，經過信號調理模塊，將信號轉換成可供AD采集的小電壓信號，并設置抗混疊低通濾波器，低通截止頻率設置在SkHz左右，以保證有效信號具有足夠的帶寬，利于隨后的數據分析。隨后信號進入高精度AD轉換環節，完成誤差控制在0.02%的高精度和不低于40kHz高頻的采樣。AD轉換的采樣時鐘基于高精度的時鐘模塊，由FPGA來控制ADC的轉換和數據的讀取，并由FPGA對每一個采樣點標定時標，得到第一路信號時標Trl，FPGA優良的時序控制能力可以確保數據采集和時標標定的時域精度。
[0017]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟B包括:
B1、對光纖分路器輸出的報文信號進行采集，得到第二路標準源信號；
B2、將第二路標準源信號由光以太網信號轉換成電以太網信號，并將轉換后的信號通過PHY模塊傳輸至FPGA ；
B3、接收傳輸的信號并對每一巾貞數據標定時標，得到第二路信號時標。
[0018]其中，電子式互感器輸出到網絡交換機的光纖以太網數據通過光纖分路器，將一路信號分成多路信號，其中一路接入到測試系統，構成測試系統的第二路標準源信號。該路信號是數字信號，作為測試系統的第二路標準源信號，也是測試試品的參考基準源。第二路標準源信號首先經過光纖以太網收發器，由光以太網信號轉換成電以太網信號，經過PHY模塊的控制，與FPGA相連。基于FPGA精確的時序控制能力，由FPGA完成以太網的MAC子層設計，MAC子層與PHY芯片的MII接口設計，實現精確的以太網數據時間特性。FPGA對接收到的每一巾貞數據打上時標得到第二路信號時標Tml,時標的基準來源于測試系統的同一個高精度時鐘模塊。
[0019]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟C包括:
Cl、對網絡交換機輸出的報文信號進行采集，得到第三路信號；
C2、將第三路信號由光以太網信號轉換成電以太網信號，并將轉換后的信號通過PHY模塊傳輸至FPGA ；
C3、接收傳輸的信號并對每一幀數據標定時標，得到第三路信號時標。
[0020]其中，網絡交換機最終輸出的電子式互感器采樣值報文也通過光纖接入到本測試系統，作為第三路信號，該路信號是被測試的網絡化傳輸的電子式互感器輸出信號。該路信號同樣經過光纖以太網收發模塊和PHY接口模塊的處理后，接入到FPGA，由FPGA完成以太網數據的接收，同樣基于同一個高精度時鐘模塊對每一幀采樣值報文進行精確時標標定，得到第二路號時標Tsl。
[0021]進一步，第三路信號時標Tsl經過消除抖動處理后，得到消抖后的第三路消抖信號時標Ts2，因此，計算得到幀抖動時間Tl=Ts2-Tsl。
[0022]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟E包括:
E1、根據第一路信號時標和第三路消抖信號時標，在同一時間軸上分別得出第一路標準源信號波形和試品波形；
E2、在時間軸的同一時刻上提取第一步標準源信號波形和試品波形中時間窗為80ms的波形；
E3、根據加harming窗的傅氏提取出標準源基波相位和試品基波相位，并測量得出第一步標準源信號的當前頻率；
E4、第一步標準源信號的當前頻率、標準源基波相位和試品基波相位，計算得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間。
[0023]其中，經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間T2= ( Φ 1_Φ2)/2 π f，φ I為標準源基波相位，Φ2為試品基波相位，f為第一步標準源信號的當前頻率。
[0024]作為所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法的進一步改進，所述步驟F包括:
F1、對第三路信號進行報文解析，提取得出交換機標定的當前幀網絡傳輸環節的額外延時時間；
F2、根據第三路信號時標和額外延時時間，得到交換機補償時標；
F3、將第二路信號時標與交換機補償時標進行比較，得出交換機時標誤差值；
F4、根據第二路信號時標和第三路信號時標，得出每一幀采樣值報文在經過網絡化傳輸后的額外帶來的幀延時。
[0025]其中，交換機補償時標Ts3=Tsl_ At，At表示交換機標定的當前幀網絡傳輸環節的額外延時時間，Ts3即為還原到網絡交換機傳輸的起始端，即電子式互感器輸出的報文時標。交換機時標誤差值T3=Ts3-Tml=Tsl-At-Tml。每一幀采樣值報文在經過網絡化傳輸后的額外帶來的幀延時T4=Tsl-Tml。
[0026]以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【權利要求】
1.基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，其特征在于:包括以下步驟: A、對電子式互感器的一次側的模擬信號進行采集，得到第一路標準源信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第一路信號時標； B、對光纖分路器輸出的報文信號進行采集，得到第二路標準源信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第二路信號時標； C、對網絡交換機輸出的報文信號進行采集，得到第三路信號，并對其進行信號處理和時標標定，得到第二路號時標； D、對第三路信號時標進行消除抖動處理，得到消抖后的第三路消抖信號時標，并進而計算得到幀抖動時間； E、根據第一路信號時標和第三路消抖信號時標，通過計算其波形和相位，得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間； F、根據第二路信號時標和第三路信號時標，計算得出交換機時標誤差值和幀延時。
2.根據權利要求1所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，其特征在于:所述步驟A包括: Al、將電子式互感器的電壓和電流轉換成額定100/0 V和5A的模擬信號，得到第一路標準源信號； A2、對第一步標準源信號 進行信號調理，將其轉換成可供AD轉換器采集的電壓信號，并對其進行低通濾波處理； A3、基于高精度時鐘模塊，對處理后的信號進行模數轉換，并對每一個采樣點標定時標，得到第一路信號時標。
3.根據權利要求1所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，其特征在于:所述步驟B包括: B1、對光纖分路器輸出的報文信號進行采集，得到第二路標準源信號； B2、將第二路標準源信號由光以太網信號轉換成電以太網信號，并將轉換后的信號通過PHY模塊傳輸至FPGA ； B3、接收傳輸的信號并對每一幀數據標定時標，得到第二路信號時標。
4.根據權利要求1所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，其特征在于:所述步驟C包括: Cl、對網絡交換機輸出的報文信號進行采集，得到第三路信號； C2、將第三路信號由光以太網信號轉換成電以太網信號，并將轉換后的信號通過PHY模塊傳輸至FPGA ； C3、接收傳輸的信號并對每一幀數據標定時標，得到第三路信號時標。
5.根據權利要求1所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，其特征在于:所述步驟E包括: El、根據第一路信號時標和第三路消抖信號時標，在同一時間軸上分別得出第一路標準源信號波形和試品波形； E2、在時間軸的同一時刻上提取第一步標準源信號波形和試品波形中時間窗為80ms的波形；E3、根據加harming窗的傅氏提取出標準源基波相位和試品基波相位，并測量得出第一步標準源信號的當前頻率； E4、第一步標準源信號的當前頻率、標準源基波相位和試品基波相位，計算得到經交換機輸出的電子式互感器的絕對延時時間。
6.根據權利要求1所述的基于交換機延時動態補償的網絡傳輸時延測試方法，其特征在于:所述步驟F包括: F1、對第三路信號進行報文解析，提取得出交換機標定的當前幀網絡傳輸環節的額外延時時間； F2、根據第三路信號時標和額外延時時間，得到交換機補償時標； F3、將第二路信號時標與交換機補償時標進行比較，得出交換機時標誤差值； F4、根據第二路信號時標和第三路信號時標，得出每一幀采樣值報文在經過網絡化傳輸后的額外帶來的幀 延時。
【文檔編號】H04L12/26GK104079449SQ201410241706
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】黃東山, 寧文輝, 周衛, 楊理才, 王曉明, 湯漢松, 羅強 申請人:廣西電網公司電力科學研究院, 江蘇凌創電氣自動化股份有限公司