針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核電站安全級網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備性能測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對核 電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)全面國產(chǎn)化工作的展開，核安全級儀控系統(tǒng)中通信子 系統(tǒng)可靠性測試活動的重要性不言而喻。最大限度滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)要求，并盡 量提高測試的準(zhǔn)確性和可信度，成為相關(guān)從業(yè)人員面臨的重要課題。
[0003] 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測試方法通常采用將網(wǎng)絡(luò)測試儀表直接串入被測網(wǎng)絡(luò)的方式對其進(jìn) 行測試。應(yīng)用于核安全網(wǎng)絡(luò)測試中則會存在以下問題。
[0004] 首先，核安全級通信網(wǎng)絡(luò)為滿足一定的信息安全要求，網(wǎng)絡(luò)中無法串入其他多余 的設(shè)備（如網(wǎng)絡(luò)狀況與下裝時的配置情況不同，系統(tǒng)會自動報警，測試活動也因此無法進(jìn) 行）。其次，其通信協(xié)議通常不會完全引用現(xiàn)成的商用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此現(xiàn)有的商用網(wǎng)絡(luò)測試 設(shè)備很難直接應(yīng)用于核安全級網(wǎng)絡(luò)的測試。再次，對于核安全級設(shè)備的測試（考慮環(huán)境，電 磁，SEU，溫濕度變化，人為因素等），由于測試設(shè)備本身也存在發(fā)生隨機性丟包的可能，采用 單一測試手段直接得出的測試結(jié)果很難具備較高的說服力。無法達(dá)到有效提高測量精度和 測試可信度的目的。
[0005] 在實際測量活動過程中除要求拿出準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)外，還需要對測試設(shè)備或測量 數(shù)據(jù)本身的可信性進(jìn)行證明。因此為達(dá)到萬無一失，使測量結(jié)果更具有說服力的目的，需要 找到一套行之有效的方法，提高測試設(shè)備對非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)測試的可信性。
[0006] 目前，核電站安全級網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備都是自行開發(fā)的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為了網(wǎng)絡(luò)的安 全性，普遍使用自定義的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，雖然采用通用的IS0/0SI標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)模型，但協(xié)議 是專有的，無法使用通用的網(wǎng)絡(luò)測試工具對其進(jìn)行性能測試。因此必須單獨開發(fā)針對核電 站安全級網(wǎng)絡(luò)的專用測試工具。
[0007] 圖3的左圖為核電站安全級網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的軟件架構(gòu)，圖3的右圖為相應(yīng)的專用 測試工具，充分利用核電站安全級網(wǎng)絡(luò)中通信實現(xiàn)設(shè)備，編寫針對性的測試代碼，實現(xiàn)測 試功能，并輸出測試結(jié)果。測試工具的引入無需修改被測設(shè)備，能自動生成測試數(shù)據(jù)，以及 對測試數(shù)據(jù)的判斷，將判斷結(jié)果輸出。能很方便的測試網(wǎng)絡(luò)的重包率、丟包率、誤碼率等性 能指標(biāo)。
[0008] 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測試方法通常采用SmartBit等市場上常見的網(wǎng)絡(luò)測試儀，對被測網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送給定長度，速率，時間間隔的數(shù)據(jù)包，通過觀察被測網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)對其性能指標(biāo)做出判 斷。
[0009] 但由于前面提到的受網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和核電站安全級設(shè)備相關(guān)法律法規(guī)對通信網(wǎng) 絡(luò)特殊要求的限制，通過以上傳統(tǒng)測試方法無法有效測量出核電站安全級網(wǎng)絡(luò)的性能。
[0010] 綜上可知，有必要對現(xiàn)有技術(shù)作進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對以上問題，本發(fā)明提供了一種能實現(xiàn)對核電站安全級網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的性能進(jìn) 行有效測試，達(dá)到有效提高測量精度和可行性的目的，可有效測量出核電站安全級網(wǎng)絡(luò)性 能的針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法及其系統(tǒng)。
[0012] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0013] 上述的針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法，其具體包括以下步驟：（1) 首先利用虛擬節(jié)點方法，將測試設(shè)備串入被測網(wǎng)段；（2)利用自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備對網(wǎng) 絡(luò)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送、接收、過程控制和數(shù)據(jù)分析；(3)利用第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備負(fù)責(zé)對發(fā) 送和接收的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行同步冗余檢測；(4)將第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備與自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試 設(shè)備產(chǎn)生的測試結(jié)果互為參考，以防止共因故障；（5)利用無源光耦合器對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行 無損一分二處理，以保證第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備與自開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備得到的數(shù)據(jù)完全一 致；(6)將第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備與自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同時通過光纖輸出給 計算機，通過計算機對測量結(jié)果進(jìn)行比較、分析和存儲；(7)利用自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備對 發(fā)出的每一個測試幀進(jìn)行唯一性編碼，數(shù)據(jù)回讀后定位每一幀；同時，將第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè) 備與自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備采集的測量結(jié)果通過計算機進(jìn)行合理性比對，如不符合一致性 將自動報警并終止測試。
[0014] 所述針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法，其中：所述步驟（1)的具體方 法是，在配置過程將測試設(shè)備配置為網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個節(jié)點，實際運行過程中所述節(jié)點 不參與實際業(yè)務(wù)，只發(fā)送和接收一些預(yù)先定義好的測試幀。
[0015] 所述針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法，其中：所述第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè) 備為基于嵌入式處理器的第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備。
[0016] 所述針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法，其中：所述自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試 設(shè)備采用FPGA作為主處理單元。
[0017] -種針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)，包括基于FPGA技術(shù)的自開發(fā) 網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備、基于嵌入式處理器的網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備和基于計算機的測試結(jié)果比較單元；所 述基于FPGA技術(shù)的自開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備用于發(fā)送和接收測試數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 數(shù)據(jù)識別和處理，反饋結(jié)果給所述基于計算機的測試結(jié)果比較單元；所述基于嵌入式處理 器的網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備用于識別和比較所述基于FPGA技術(shù)的自開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備的發(fā)送和接 收數(shù)據(jù)，反饋結(jié)果給所述基于計算機的測試結(jié)果比較單元；所述基于計算機的測試結(jié)果比 較單元用于比較所述基于FPGA技術(shù)的自開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備和基于嵌入式處理器的網(wǎng)絡(luò)檢 測設(shè)備的結(jié)論是否一致，若不一致，說明其中一個設(shè)備出現(xiàn)了隨機故障，本次測量結(jié)果無 效，此時可結(jié)束測試，或重新開始新一輪測試。
[0018] 所述針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)，其中：所述基于FPGA技術(shù)的自 開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備內(nèi)部由數(shù)據(jù)發(fā)送單元、數(shù)據(jù)采集單元、過程控制單元和數(shù)據(jù)處理單元組 成；所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元用于在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中測試幀的幀頭、幀尾、校驗部分與通信協(xié)議一 致，數(shù)據(jù)段通過編碼器給出唯一的編號，作為幀序號，用于對每一個發(fā)出的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行唯一 性標(biāo)志；所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集回收識別測試儀器發(fā)出并經(jīng)過被測設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù) 幀，統(tǒng)計接收數(shù)據(jù)幀數(shù)量，統(tǒng)計丟幀數(shù)量，記錄丟失幀序號，記錄時延等；所述過程控制單元 用于建立反饋機制，采用二分法控制測試包的發(fā)送頻率、包長，幀類型等（如：進(jìn)行吞入量 測試過程中，過程控制單元會根據(jù)丟包情況采用二分法的方式動態(tài)調(diào)整發(fā)包頻率以提高測 試精度和效率），通過幀序號和時間戳方式對數(shù)據(jù)包進(jìn)行識別，確保對每一個接收的和丟失 的數(shù)據(jù)包進(jìn)行唯一性追蹤，且時延、系統(tǒng)建立時間、恢復(fù)時間測試采用時間戳方式；所述數(shù) 據(jù)處理單元用于對被測設(shè)備反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理（例如：進(jìn)行吞吐量測試的 過程中，數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)比較從被測設(shè)備接收的數(shù)據(jù)幀與發(fā)出的數(shù)據(jù)幀是否一致，若接 收到的數(shù)據(jù)幀少于發(fā)出的數(shù)據(jù)幀，則說明有丟幀，并將具體的測試數(shù)據(jù)記錄和上傳）。
[0019] 所述針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)，其中：當(dāng)所述基于計算機的測 試結(jié)果比較單元接收到測試數(shù)據(jù)后（如：丟幀，時延等），還會同時確認(rèn)所述基于FPGA技術(shù) 的自開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備1發(fā)出的數(shù)據(jù)是否有效，如所述基于FPGA技術(shù)的自開發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè) 備發(fā)出的數(shù)據(jù)本身存在問題，也會終止測試，結(jié)果存儲，顯示輸出。
[0020] 有益效果：
[0021] 本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法能實現(xiàn)對核電站安全級網(wǎng)絡(luò) 通信設(shè)備的性能進(jìn)行有效測試，采取虛擬站點技術(shù)和多樣性冗余測試方法，利用隨機故障 在同一個點重合概率極低的原理，通過多套基于不同工作原理的測試設(shè)備同時對被測網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行觀測，從而達(dá)到有效提高測量精度和可信性的目的。
[0022] 同時，本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，可 針對核電站安全級網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)，包括吞吐量（Throughput)、丟包率（LostRate)、時延 (Latency)、系統(tǒng)恢復(fù)時間（Systemrecovery)、系統(tǒng)復(fù)位時間（Reset)等進(jìn)行有效測試。網(wǎng) 絡(luò)測試設(shè)備的測試對象可以是網(wǎng)絡(luò)中的單個站點，也可以是一個網(wǎng)段（多個節(jié)點組成的一 段網(wǎng)絡(luò)）。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)的基于FPGA的自開發(fā) 網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法中被測設(shè)備和測試設(shè) 備的軟件架構(gòu)；
[0026] 圖4為本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送方式示 意圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試系統(tǒng)的吞吐量測試的測量 數(shù)據(jù)示意圖（隱去了具體數(shù)值）。
【具體實施方式】
[0028] 本發(fā)明針對核電廠安全級網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測試方法，具體包括以下步驟：
[0029] (1)首先利用虛擬節(jié)點方法，將測試設(shè)備串入被測網(wǎng)段；具體方法是，在配置過程 將測試設(shè)備配置為網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個節(jié)點，實際運行過程中該節(jié)點不參與實際業(yè)務(wù)，只 發(fā)送和接收一些預(yù)先定義好的測試幀；
[0030] (2)利用自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備（基于FPGA，即采用FPGA作為主處理單元）對網(wǎng) 絡(luò)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送、接收、過程控制和數(shù)據(jù)分析；
[0031] (3)利用基于嵌入式處理器的第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備負(fù)責(zé)對發(fā)送和接收的測試數(shù)據(jù) 進(jìn)行同步冗余檢測；
[0032] (4)將第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備與自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備產(chǎn)生的測試結(jié)果互為參考， 可有效防止共因故障；
[0033] (5)利用無源光耦合器對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行無損一分二處理，保證第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè) 備與自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備得到的數(shù)據(jù)完全一致；
[0034] (6)將第三方網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備與自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同時通過光纖輸 出給計算機，該計算機負(fù)責(zé)對測量結(jié)果進(jìn)行比較、分析和存儲；
[0035] (7)利用自開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備對發(fā)出的每一個測試幀進(jìn)行唯一性編碼，數(shù)據(jù)回 讀后可以輕松定位每一幀；同時，兩種測試設(shè)備采集的測量結(jié)果通過計算機進(jìn)行合理性比 對，如不符合一致性將