CN101557325A - Epa实时性综合指标测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EPA实时性综合指标测试方法，属于以太网通信技术领域，用以检验基于EPA标准的仪表及控制器等产品的实时性能是否达到规定的技术指标。其特征是定义了一组评价EPA网络和设备实时性能的指标，包括时钟同步精度测试、递交时间测试、时间偏离量反应精度测试、带宽实际利用率测试、网络吞吐量测试和周期报文连续发送耗时测试，并给出了测试方法。测试系统由测试计算机和微网段测试系统两部分组成，微网段测试系统由测试设备和被测设备组成。本发明的测试结果有效地反映了EPA终端设备和EPA网络的信息传输实时处理能力，对评估EPA分布式控制系统的实时性能具有重要意义。

Description

EPA实时性综合指标测试方法

技术领域

本发明属于以太网通信技术领域，涉及到一种EPA(Ethernet for PlantAutomation)系统的实时性综合指标测试方法。

背景技术

随着新技术的发展和实时以太网协议的产生，工业以太网逐步成为工业控制网络的主流技术。工业控制网络实时性测试是对网络控制系统信息传输能力的一种实时性能综合评判，通过给出网络传输能力综合指标，为控制网络系统设计提供依据。

EPA是一种用于工业测量与控制系统的系统结构和通信标准的简称，是实时以太网标准。EPA网络是基于ISO/IEC 8802-3与TCP/IP协议的通信网络。普通以太网由于采用CSMA/CD介质访问控制方法和二进制指数退避(BinaryExponential Backoff，BEB)算法处理报文冲突，导致了网络传输延时和通信响应的不确定性。EPA通过微网段划分和确定性调度策略解决了以太网的非确定性问题，实现了信息的实时传输。EPA实时性能指标是在给定网络拓扑、网络节点数、交换机级联级数情况下，测试网络时钟同步精度、递交时间、时间偏移量反应精度、带宽实际利用率、网络吞吐量等指标参数。

由于实时性能指标间相互影响，因此在测试EPA系统的实时性能时，需要采用一组EPA实时性能指标集来指明网络实时通信的要求，并根据相应的测试方法测试EPA系统网络通信能力和信息传输的实时处理能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出EPA实时性综合指标测试方法，用以检验基于EPA标准的仪表及控制器等产品的实时性能是否达到规定的技术指标。

本发明的技术方案如下：

整个测试系统可分为测试计算机和微网段测试系统两部分。

测试计算机与系统各部分配合，实现了各项实时性指标的测试方法。EPA实时性测试中，运行于PC机中的测试软件称为下测试器LT(Lower Tester)，由分析处理模块、组态模块、通信模块和人机界面组成。LT是在测试执行期间，通过下层服务提供者对实时性能指标测试进行控制和观察的手段。

微网段测试系统由测试设备TE(Test Equipment)和被测设备DUT(DeviceUnder Test)组成。其中，测试设备TE为一个EPA设备，运行EPA协议栈，接收测试计算机的指令，对微网段进行各项实时性指标测试。被测设备DUT包括上测试器UT(Upper Tester)和被测实现IUT(Implementation Under Test)。上测试器UT是在测试执行期间用于提供在IUT上服务边界进行控制和观察的手段，实则为实现各项测试功能的用户程序，通过接收相应的命令与测试设备配合对被测设备实时性进行测试。被测实现IUT是具有相邻用户/提供者关系的一个或多个OSI协议的一种实现，实时性测试中，IUT即为EPA通信协议栈。

在一个EPA微网段内，所有EPA设备通信均按周期进行，完成一个通信周期所需的时间T称为一个通信宏周期。通信宏周期T分为周期报文传输阶段T_p和非周期报文传输阶段T_n。T_p阶段，每个EPA设备按预先组态的时间片向网络上发送周期数据报文，随后按需要广播非周期数据声明报文；T_n阶段，需要发送非周期数据的EPA设备向网络上发送报文并在发送完毕时广播非周期结束声明报文通知其他设备竞争发送。周期报文首次发送时刻与周期时间片起始时刻的偏差称为周期报文发送时间偏离量；非周期报文首次发送时刻与非周期时间片起始时刻的偏差称为非周期报文发送时间偏离量；确定周期报文发送时间偏离量和非周期报文发送时间偏离量的过程称为时间偏离量组态。

测试计算机、测试设备及被测设备相配合，完成EPA系统的实时性测试。各项指标的测试方法及步骤如下所述：

1.时钟同步精度测试。时钟同步精度指的是EPA网络中任意节点与主时钟节点内部时钟的最大偏差。PC机以广播形式发送测试请求命令报文至EPA测试微网段中，网段中的主时钟和被测设备DUT1～DUTn接收到测试报文后，分别在数据链路层记录接收该报文的本地时间Tr₀和Tr₁～Tr_n。由于主时钟和被测设备DUT1～DUTn处于同一网段，因此认为测试请求报文到达主时钟和各个被测设备的网络延时相等。将测试请求命令的发送时刻记为Ts，网络传输延时记为Td，而被测设备DUT1～DUTn与主时钟的时间偏差记为To₁～To_n，则有：

Tr₀＝Ts+Td，Tr₁＝Ts+Td+To₁，……，Tr_n＝Ts+Td+To_n    (1)

由式(1)可得

To₁＝Tr₁-Tr₀，To₂＝Tr₂-Tr₀，……，To_n＝Tr_n-Tr₀    (2)

To₁～To_n中取最大值即为网络时钟同步精度。

测试步骤如下：

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，包括，设定通信宏周期时间长度，各设备周期数据发送时间长度，各设备周期报文发送时间偏离量和非周期报文发送时间偏离量。

步骤2：PC机向网段内广播时钟同步精度测试请求报文。

步骤3：主时钟和被测设备DUT1～DUTn接收到时钟同步精度测试请求报文后，分别在数据链路层记录接收报文的本地时间Tr₀和Tr₁～Tr_n，并将其作为接收报文时间戳，和请求报文一起传递至用户层UT程序。

步骤4：主时钟和被测设备中的UT接收到时钟同步精度测试报文后，将数据链路层传递来的接收报文时间戳封装在时钟同步精度测试响应报文中，回复给PC机；

步骤5：PC机测试程序从收到的各个节点响应报文中提取时间戳，计算时间偏差，给出测试结果并显示。

2.递交时间测试。递交时间是指从源节点将应用协议数据单元APDU(Application Protocol Data Unit)传递到目的节点所需的时间。递交时间的测试要求预先确定通信宏周期和时间偏离量组态，并且要求设备间进行时钟同步。

发送设备DUT1中的UT调用EPA信息分发服务发送数据，该设备用户层的应用进程AP(application process)将数据传递给应用层应用实体AE(applicationentity)的时刻记为T₁。数据自上而下经过UDP层、IP层、数据链路层，并经物理链路传送到DUTn。接收设备DUTn的AE将数据递交给用户层AP的时刻记为T₂。则两设备间的递交时间T_d可由式(3)计算得到。

T_d＝T₂-T₁    (3)

测试步骤如下：

步骤1：PC机对各被测设备及主时钟设备进行调度组态。通过写服务将UT程序所需要的两个链接对象分别下载至发送设备和接收设备，两者的UT程序之间能够通过信息分发服务传递数据。

步骤2：PC机向发送设备发送递交时间测试请求报文。

步骤3：发送设备的UT接收到递交时间测试请求报文，在递交时间测试报文中封装PC机IP地址，测试组号等数据，并将该报文通过一条信息分发服务传递至接收设备。UT记录测试报文离开用户层AP的时间T₁，并将T₁封装入递交时间测试响应报文中，发送给PC机。

步骤4：接收设备中的UT通过接收信息分发服务获得递交时间测试报文并记录服务数据到达用户层AP的时刻T₂。UT从数据中获得PC机IP地址，测试组号等数据，将T₂封装入递交时间测试响应报文中，发送给PC机。

步骤5：PC机接收来自发送设备和接收设备的递交时间测试响应报文，从中获得T₁和T₂，计算出递交时间T_d并显示。

3.时间偏离量反应精度测试。时间偏离量反应精度是指设备周期数据发送开始时间和非周期数据发送开始时间的实际偏离量值与组态偏离量之间的最大偏差，即设备报文发送的实际开始时间跟期望值的最大偏差。时间偏离量反应精度测试要求预先确定时间偏离量组态，并且要求设备间进行时钟同步。

在被测现场设备的协议栈中增加部分代码，在测试过程中，当检测到周期数据发送时间和非周期数据发送时间到时，打下时间戳T₁和T₂分别记录这两个时刻。用户层UT程序通过特定接口函数获得这两个时间戳，封装在时间偏离量反应精度测试响应报文中，传送到PC机进行分析。各个设备周期数据和非周期数据发送时间偏离量的偏差可由式(4)和(5)得出。

E_p＝MOD(T₁，T)-T_p    (4)

E_n＝MOD(T₂，T)-T_n    (5)

其中，E_p是周期数据发送时间偏离量精度；T_p是周期数据发送时间偏离量；E_n是非周期数据发送时间偏离量精度；T_n是非周期数据发送时间偏离量。

测试步骤如下：

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送数据。

步骤2：被测设备在组态时间到达时发送周期/非周期数据报文，并在发送过程中，在数据链路层记录首次发送周期/非周期数据报文的本地时间戳T₁和T₂。

步骤3：PC机向被测设备发送时间偏离量反应精度测试请求报文，被测设备用户层UT程序收到请求时，通过特定的接口函数获得步骤2中记录的两个时间戳，并将其封装在时间偏离量反应精度测试响应报文中，回复给PC机。

步骤4：PC机从响应报文中提取T₁和T₂两个时间戳，计算出偏离量反应精度并显示。

4.带宽实际利用率测试。带宽实际利用率是指一个微网段中设备在周期数据发送阶段和非周期数据发送阶段实际利用带宽与组态带宽的比率。带宽实际利用率测试要求预先确定时间偏离量组态，并且要求设备间进行时钟同步。

周期数据发送带宽实际利用率的测试：当测试设备监测到各个被测设备的非周期数据发送声明报文发送完毕时，记录当前时间T₁，则该被测设备在当前宏周期的实际带宽利用率见式(6)。

$R_{\mathrm{pi}}=\frac{\mathrm{MOD}(T_1,T)-T_P}{B_{\mathrm{pi}}}---\left(6\right)$

其中，R_pi是周期数据发送带宽实际利用率；B_pi是测试微网段中被测设备周期数据发送划分带宽；T_p是周期数据发送时间偏离量。

非周期数据发送带宽实际利用率的测试：当测试设备收到被测设备发来的非周期数据发送结束声明报文时，在链路层接收完毕后打时间戳，用该时间戳更新变量T₂，在一个宏周期中被最后一个非周期数据发送结束声明报文的时间戳更新后的变量T₂就是该宏周期非周期数据发送的结束时间。则该宏周期非周期发送带宽利用率可由式(7)计算得到。

$R_n=\frac{\mathrm{MOD}(T_2,T)-T_n}{B_n}---\left(7\right)$

其中，R_n是非周期数据发送带宽实际利用率；B_n是测试微网段中非周期数据发送划分带宽；T_n是非周期数据发送时间偏离量。

测试步骤如下：

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据。

步骤2：PC机向网段内广播带宽实际利用率测试请求报文。

步骤3：被测设备用户层的UT程序收到带宽实际利用率测试请求报文后，根据报文中封装的测试所需周期/非周期报文数目和长度，产生指定长度和数目的周期/非周期报文向测试设备发送。测试设备接收网段内各被测设备发送的非周期数据声明报文和非周期数据发送结束声明报文，并记录接收到这些报文的时间T₁和T₂。

步骤4：测试设备将T₁和T₂封装在带宽实际利用率测试响应报文中发送给PC机。

步骤5：PC机将T₁和T₂从响应报文中取出，计算实际带宽利用率并显示。

5.网络吞吐量测试。网络吞吐量指被测设备每个宏周期内发送APDU数据的字节数总量。网络吞吐量测试要求预先确定时间偏离量组态，并且要求设备间进行时钟同步。

被测设备的UT程序产生足够的等长APDU信息，分别封装成周期数据报文和非周期数据报文，使之能够完全占用组态的周期数据发送带宽和非周期数据发送带宽。由测试设备监测微网段中各被测设备报文的发送，统计在不同长度报文的情况下，一个宏周期中被测设备在周期数据发送阶段发送的周期报文和非周期数据发送阶段发送的非周期报文总数。网络吞吐量T_H可由式(8)确定。

T_H＝L_A·n    (8)

其中，L_A是报文APDU长度；n是被测设备在周期数据发送阶段发送的周期报文和非周期数据发送阶段发送的非周期报文总数。

测试步骤如下：

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据。

步骤2：PC机向网段内广播网络吞吐量测试请求报文。

步骤3：被测设备用户层中的UT程序收到网络吞吐量测试请求报文后，根据报文中封装的测试所需的周期/非周期报文数目和长度，产生指定长度和数目的周期/非周期报文向测试设备发送。测试设备接收网段内各被测设备发送的周期/非周期数据，记录每个通信宏周期内接收到的APDU字节数。

步骤4：测试设备将接收到的APDU字节数封装在网络吞吐量测试响应报文中发送给PC机。

步骤5：PC机将APDU字节数从响应报文中取出，显示测试结果。

6.周期报文连续发送耗时测试。进行EPA设备组态时，周期报文连续发送耗时这一测试指标可以为用户有效划分通信调度时间片提供参考依据。

在一个通信宏周期内，当设备的周期报文发送组态时间偏移量到达时，周期报文发送队列中的报文应连续发送至网络中。此过程总的时间损耗包括：①从组态时间到达起到第一个报文发送至物理网卡的协议栈代码执行耗时T_A；②网卡将报文发送至网络中的物理耗时T_B；③报文发送完毕引发中断，协议栈获取下一个待发送报文并再次传递至物理网卡的代码执行耗时T_C。④重复②～③步骤，直至全部周期报文发送完毕，发送非周期数据声明报文耗时T_D。其中，①、③采用DMA传送方式，耗时只与协议栈代码执行有关，与报文长度无关；②只与物理网卡发送速率有关，可近似认为与报文长度呈线性关系。

在一个测试微网段内，一台被测设备向测试设备连续发送数目为N，长度固定为L(包含前同步码、报文头和CRC校验)的周期报文，测试设备记录N个报文的接收时间戳T₁～T_N。不考虑报文在传输媒质上的传输时间，可近似认为测试设备接收到报文的时间T₁～T_N即为被测设备物理网卡将报文发送完毕的时间。则被测设备发送一个周期报文的时间可按式(9)计算。随后将被测设备发送的周期报文长度设定为2×L，重新按照上述方式测试，则物理设备发送报文时间变为2×T_B，而T_A和T_C为相同的协议栈代码执行时间，其值近似不变。此时测试设备接收到报文的时间为T′₁～T′_N。则被测设备发送一个周期报文的时间可由式(10)计算。

$\frac{(T_2-T_1)+(T_3-T_2)+L+(T_N-T_{N-1})}{N-1}=\frac{T_N-T_1}{N-1}=T_C+T_B---\left(9\right)$

$\frac{(T_2^{\′}-T_1^{\′})+(T_3^{\′}-T_2^{\′})+L+(T_N^{\′}-T_{N-1}^{\′})}{N-1}=\frac{T_N^{\′}-T_1^{\′}}{N-1}=T_C+2\×T_B---\left(10\right)$

由式(9)和式(10)可得T_B和T_C，然后可由式(11)计算出T_A。

$T_A=\frac{((T_1-T_P)-T_B)+((T_1^{\′}-T_P)-2\×T_B)}{2}---\left(11\right)$

测试步骤如下：

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据。

步骤2：PC机向被测设备发送周期报文连续发送耗时测试请求报文，指定被测设备向测试设备连续发送数目为N，长度固定为L的周期报文。

步骤3：被测设备用户层中的UT收到周期报文连续发送耗时测试请求报文后，根据报文中封装的测试所需周期报文数目和长度，产生周期报文向测试设备发送。

步骤4：测试设备接收被测设备发送的周期报文，记录接收到这些报文的时间戳T₁～T_N，并将这些时间戳封装在周期报文连续发送耗时测试响应报文中，发送给PC机。

步骤5：PC机从响应报文中提取时间戳，再次向被测设备发送请求报文，指定被测设备发送数目为N，长度为2×L的周期报文。

步骤6：被测设备用户层中的UT程序收到请求报文后，根据报文中封装的测试所需周期报文数目和长度，产生周期报文向测试设备发送。

步骤7：测试设备接收被测设备发送的周期报文，记录接收到这些报文的时间戳T′₁～T′_N，并将这些时间戳封装在响应报文中发送给PC机。

步骤8：PC机从响应报文中提取时间戳，计算出T_B、T_C和T_A，并显示。

本发明的有益效果是提出了EPA系统的实时性能指标及其测试方法。测试结果反映了EPA终端设备和EPA通信网络的实时处理能力，对于评估EPA分布式控制系统的实时性能具有重要意义。这种指标定义和测试方法具有普遍性，可应用于其它现场总线系统的性能测试中。

附图说明

图1是EPA实时综合指标测试平台系统结构图。

图2是本发明实际测试系统图。

图3是EPA通信调度示意图。

图4是时钟同步精度测试原理示意图。

图5是递交时间测试原理示意图。

图6是时间偏离量反应精度测试原理示意图。

图7周期报文连续发送耗时测试原理示意图。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

如图1、图2所示。PC机处于EPA监控级，运行实时性测试软件，通过标准网桥连接EPA测试微网段。测试微网段包括嵌入了上测试器UT程序的被测设备DUT16个和测试设备TE一台，此外还需24伏直流电源一个、总线供电HUB一台、网线若干。

测试微网段使用10M/100M自适应以太网交换机连接各被测设备和测试设备，主时钟设备、测试设备和被测设备均为基于ARM7TDMI处理器的可编程以太网控制器PEC8000。被测设备的IP设为192.168.2.*，以便接入测试网段。被测设备提供一个绑定至实时性测试端口(0x8888)的套接字，用于接收测试设备发送的测试请求。

具体测试步骤如下所述：

步骤1：将测试卡件加入被测试网络，将测试计算机通过EPA网桥接入被测试网络，准备测试。

步骤2：系统上电后，对微网段内所有设备进行时钟同步。

步骤3：打开PC机测试软件RtSupervisor，启动测试。

步骤4：对微网段内设备进行调度组态，设定通信宏周期，各设备周期报文发送时间长度，各设备周期报文发送时间偏离量和非周期报文发送时间偏离量。EPA通信调度示意图如图3所示。

步骤5：选择被测设备。

步骤6：选择测试发送方与接收方。设定测试报文数量，报文长度以及测试步数。

步骤7：选择测试指标，进入测试状态。由PC机LT发起测试请求，测试请求命令通过网络传递至被测设备DUT及测试设备TE。命令经过各设备网络协议栈传递至用户层中的UT程序，由UT程序对命令进行解析，根据命令类型触发被测设备执行相关动作，如请求某种EPA服务，发送某种EPA报文。时钟同步测试原理如图4所示；递交时间测试原理如图5所示；时间偏离量反应精度测试原理如图6所示；周期报文连续发送耗时测试原理如图7所示。

步骤8：相关动作由测试设备及PC机测试软件捕获，LT提取相关信息，依据测试原理计算测试数据并显示测试结果。

其中，进行周期报文连续发送耗时测试时，微网段改用10M-base型集线器，EPA设备为基于AT91RM9200处理器和Linux2.4版内核的可编程控制器DUT5000，设定通信宏周期为40ms，周期报文发送时间20ms，连续发送周期报文数目5个，周期报文连续发送耗时测试数据如表1所示。根据测试数据可以看出，使用该方法测试得到的物理网卡发送速率约为10MB/s，与标称值吻合；周期报文首次发送协议栈耗时约为100μs，连续发送报文间隔协议栈耗时约为90μs。

表1周期报文连续发送耗时测试结果

序号	L/2L(bytes)	TN-T1/T′N-T′1(μs)	TB(μs)	Tc(μs)	TA(μs)
						1	100/200	784/1191	102	94	103
2	150/300	971/1574	151	92	106
						3	200/400	1189/2004	203	94	102
4	250/500	1387/2395	252	95	99

Claims (1)

1.一种EPA实时性综合指标测试方法，其特征在于如下步骤：

(1)时钟同步精度测试

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，包括，设定通信宏周期时间长度，各设备周期数据发送时间长度，各设备周期报文发送时间偏离量和非周期报文发送时间偏离量；

步骤2：PC机向网段内广播时钟同步精度测试请求报文；

步骤3：主时钟和被测设备DUT1～DUTn接收到时钟同步精度测试请求报文后，分别在数据链路层记录接收报文的本地时间Tr₀和Tr₁～Tr_n，并将其作为接收报文时间戳，和请求报文一起传递至用户层UT程序；

步骤4：主时钟和被测设备中的UT接收到时钟同步精度测试报文后，将数据链路层传递来的接收报文时间戳封装在时钟同步精度测试响应报文中，回复给PC机；

步骤5：PC机从收到的各设备响应报文中提取时间戳Tr₀和Tr₁～Tr_n，利用下述公式(1)计算被测设备DUT1～DUTn与主时钟的时间偏差To₁～To_n，并显示；

To₁＝Tr₁-Tr₀，To₂＝Tr₂-Tr₀，……，To_n＝Tr_n-Tr₀       (1)

其中，To₁～To_n中取最大值即为网络时钟同步精度；

(2)递交时间测试

步骤1：PC机对各被测设备及主时钟设备进行调度组态；通过写服务将UT程序所需要的两个链接对象分别下载至发送设备和接收设备，两者的UT程序之间能够通过信息分发服务传递数据；

步骤2：PC机向发送设备发送递交时间测试请求报文；

步骤3：发送设备的UT接收到递交时间测试请求报文，在递交时间测试报文中封装PC机IP地址，测试组号等数据，并将该报文通过一条信息分发服务传递至接收设备；UT记录发送设备的用户层应用进程AP将测试报文传递给应用层应用实体AE的时间T₁，并将T₁封装入递交时间测试响应报文中，发送给PC机；

步骤4：接收设备中的UT通过接收信息分发服务获得递交时间测试报文，并记录AE将服务数据递交给用户层AP的时刻记为T₂；UT从数据中获得PC机IP地址，测试组号等数据，将T₂封装入递交时间测试响应报文中，发送给PC机；

步骤5：PC机接收来自发送设备和接收设备的递交时间测试响应报文，从中获得T₁和T₂，利用式(2)计算出递交时间T_d，并显示；

T_d＝T₂-T₁                     (2)

(3)时间偏离量反应精度测试

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据；

步骤2：被测设备在组态时间到达时发送周期/非周期数据报文，并在发送过程中，在数据链路层记录首次发送周期/非周期数据报文的本地时间戳T₁和T₂；

步骤3：PC机向被测设备发送时间偏离量反应精度测试请求报文，被测设备用户层UT程序收到请求时，通过特定的接口函数获得T₁和T₂，并将其封装在时间偏离量反应精度测试响应报文中，回复给PC机；

步骤4：PC机从响应报文中提取T₁和T₂两个时间戳，利用式(3)和式(4)计算出偏离量反应精度并显示；

E_p＝MOD(T₁，T)-T_p                             (3)

E_n＝MOD(T₂，T)-T_n                             (4)

其中，E_p是周期数据发送时间偏离量精度；T_p是周期数据发送时间偏离量；E_n是非周期数据发送时间偏离量精度；T_n是非周期数据发送时间偏离量；

(4)带宽实际利用率测试

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据；

步骤2：PC机向网段内广播带宽实际利用率测试请求报文；

步骤3：被测设备用户层的UT程序收到带宽实际利用率测试请求报文后，根据报文中封装的测试所需周期/非周期报文数目和长度，产生指定长度和数目的周期/非周期报文向测试设备发送；测试设备接收网段内各被测设备发送的非周期数据声明报文和非周期数据发送结束声明报文，当测试设备监测到各个被测设备的非周期数据发送声明报文发送完毕时，记录当前时间为T₁；当测试设备收到被测设备发来的非周期数据发送结束声明报文时，在链路层接收完毕后打时间戳，用该时间戳更新变量T₂，在一个宏周期中被最后一个非周期数据发送结束声明报文的时间戳更新后的变量T₂即为非周期数据发送结束时间；

步骤4：测试设备将T₁和T₂封装在带宽实际利用率测试响应报文中发送给PC机；

步骤5：PC机将T₁和T₂从响应报文中取出，分别利用式(5)和式(6)计算周期数据发送带宽实际利用率和非周期数据发送带宽实际利用率并显示；

$R_{\mathrm{pi}}=\frac{\mathrm{MOD}(T_1,T)-T_P}{B_{\mathrm{pi}}}---\left(5\right)$

$R_n=\frac{\mathrm{MOD}(T_2,T)-T_n}{B_n}---\left(6\right)$

其中，R_pi是周期数据发送带宽实际利用率；B_pi是测试微网段中被测设备周期数据发送划分带宽；T_p是周期数据发送时间偏离量；R_n是非周期数据发送带宽实际利用率；B_n是测试微网段中非周期数据发送划分带宽；T_n是非周期数据发送时间偏离量；

(5)网络吞吐量测试

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据；

步骤2：PC机向网段内广播网络吞吐量测试请求报文；

步骤3：被测设备用户层中的UT程序收到网络吞吐量测试请求报文后，根据报文中封装的测试所需的周期和非周期报文数目和长度，产生相应的报文数据向测试设备发送；测试设备接收网段内各被测设备发送的周期和非周期数据，利用式(7)计算每个通信宏周期内接收到的APDU字节数，即为网络吞吐量T_H；

T_H＝L_A·n                                     (7)

其中，L_A是报文APDU长度；

步骤4：测试设备将接收到的APDU字节数封装在网络吞吐量测试响应报文中发送给PC机；

步骤5：PC机将APDU字节数从响应报文中取出，并显示；

(6)周期报文连续发送耗时测试

步骤1：PC机对测试系统进行调度组态，并通过写服务将UT程序所需要的链接对象下载至被测设备中，使被测设备UT程序能够通过信息分发服务发送周期数据；

步骤2：PC机向被测设备发送周期报文连续发送耗时测试请求报文，指定被测设备向测试设备连续发送数目为N，长度固定为L的周期报文；

步骤3：被测设备用户层中的UT收到周期报文连续发送耗时测试请求报文后，根据报文中封装的测试所需周期报文数目和长度，产生周期报文向测试设备发送；

步骤4：测试设备接收被测设备发送的周期报文，记录接收到N个报文的接收时间T₁～T_N，并将这些时间戳封装在周期报文连续发送耗时测试响应报文中，发送给PC机；

步骤5：PC机从响应报文中提取时间戳T₁～T_N，由式(8)计算出被测设备发送一个周期报文的时间；PC机再次向被测设备发送请求报文，指定被测设备发送数目为N，长度为2×L的周期报文；

$\frac{(T_2-T_1)+(T_3-T_2)+L+(T_N-T_{N-1})}{N-1}=\frac{T_N-T_1}{N-1}=T_C+T_B---\left(8\right)$

步骤6：被测设备用户层中的UT程序收到请求报文后，根据报文中封装的测试所需周期报文数目和长度，产生周期报文向测试设备发送；

步骤7：测试设备接收被测设备发送的周期报文，记录接收到这些报文的时间T′₁～T′_N，并将这些时间戳封装在响应报文中发送给PC机；

步骤8：PC机从响应报文中提取时间戳T′₁～T′_N，由式(9)计算出被测设备发送一个周期报文的时间；由式(8)和式(9)得到T_B和T_C，然后由式(10)计算T_A，并显示；

$\frac{(T_2^{\′}-T_1^{\′})+(T_3^{\′}-T_2^{\′})+L+(T_N^{\′}-T_{N-1}^{\′})}{N-1}=\frac{T_N^{\′}-T_1^{\′}}{N-1}=T_C+2\×T_B---\left(9\right)$

$T_A=\frac{((T_1-T_P)-T_B)+((T_1^{\′}-T_P)-2\×T_B)}{2}---\left(10\right)$

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