CN105025522B - 基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统，用于配电自动化系统终端设备的现场验收上，实现无线通信通道的定量测试以及主站IP地址、发送数据包次数、数据包大小、测试循环次数、测试时间间隔等参数的灵活设置。本发明可实现无线通信通道测试数据的发送、接收和分析，根据对Matlab中Ping命令返回结果的收集，采取关键字符辨识的方法，自动提取测试返回数据并构建相关矩阵利用Matlab程序提取各项测试内容的测试数据；本发明采取间隔时间多次检测的方式，将各次测试结果中的平均延时和最大延时的平均值作为对该配电自动化终端测试的总体平均延时和总体最大延时，保障了测试结果的科学性和准确性。

Description

基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统

一、技术领域：

本发明涉及一种电力系统中配电自动化系统无线通信的测试，尤其是涉及一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统。

二、背景技术：

随着我国经济的发展，对电力系统配电网运行可靠性的要求越来越高。配电自动化是提高配网可靠性的重要手段之一，其以一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，综合利用多种通信方式，实现对配电系统的监测与控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理。

配网自动化系统由主站系统和分布在各开闭所、配电房、箱式变电站等位置的DTU、FTU等单元构成，受通道限制，目前主站与终端之间的通信方式多为2G无线通信两类。终端与主站的有效通信是保障整个配电自动化系统正常运行的基础。通信畅通是配网自动化系统正常工作的重要保障，是实现配网远动“三遥”的基础，调度中心需要定期采集各线路、配变等设备的电压、电流量以及开关位置，并实现对设备的远程操作，严重情况下，通信延迟过大甚至通信中断将导致配网的瘫痪，严重影响供电可靠性。

大部分配电自动化终端安装在位于地下室的开闭所、配电房中，由于物业管理等因素的限制，这些场所中移动信号覆盖并不完善，信号也不稳定。因此，需在设备接入验收时对设备所处位置的移动网络通信畅通性进行检测，以保障配电自动化系统的可靠运行。

目前，针对配电自动化无线通信通道的测试方法主要有以下几种：

（1）普通手机可以采用肉眼观察手机信号强度的方法，手机信号最大值一般分为3～5格，格数多少与信号强度成正比，这种方法虽然简便，但缺乏严谨性，无法实现定量观测。此外，手机显示信号强度代表语音与数据流量两部分，因此存在手机信号显示较强且电话拨打、接听顺畅但不能进行数据传输的情况，也就是说且信号强度与数据传输速度并不完全对应。

（2）部分手机在拨号界面拨“*#*#4636#*#*”可以进入工程调试界面，在“手机信息”界面可以获取IMEI、手机号、当前模式，信号强度等等一些底层硬件状态信息，其中，信号强度是以dB为单位。

虽然，采取进入工程模式显示手机信号数值，但该数值的大小与手机数据传输速度快慢也无完全对应关系，虽然该模式下可以运行Ping命令，但无法对返回数据进行统计分析，因此本方法缺乏科学性。

（3）基站测试仪是对基站日常性能监测与维护的理想工具，主要用于现代通信系统各种基站的安装和维护。它包含了频谱分析，天馈线系统测试，功率计的供应商和调制/解调分析，T1/E1分析等功能，支持现代所有主流的通信系统和制式测试频率范围为10k～4GHz。支持GSM的供应商、GSMR、PCS/DCS、CDMA、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMA2000等。测试结果可以Windows兼容的格式存储，并调入仪表进行分析。用户可以自定义间隔监测发射机频谱的时间特性，内置功率计以0.75dB的精度测试基站峰值与平均功率的比值。此外，基站测试仪还可以非常简便地对多种无线环境的通道功率及频率误差进行测试。

基站测试仪的测量结果虽然准确可靠，但对测试人员的专业水平要求较高，需经过长时间专业培训的人员才能熟练使用，因而限制了其在配电自动化系统中的应用。

三、发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统，同时也提供了一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道测试结果自动提取方法、以及一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道测试报告自动生成方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统，包括以下几部分：

A、测试系统功能模块：

依据配电自动化终端验收规范、结合现场验收实际，包括以下功能模块：

①数据通信检验功能模块；

②测试数据可视化显示功能模块；

③测试结果自动统计功能模块；

④测试报告自动生成功能模块；

B、测试流程设计模块：

根据配电自动化系统无线通道测试需要，设置相关参数，包括移动APN名称、移动公司分配给配电自动化系统主站的IP地址；根据所设置参数进行无线通道测试，测试包括发收包测试、信号时延测试；测试完成后首先生成由当前测试结果形成的图表，以便测试人员在现场对测试结果进行判断，最终生成Word版的测试报告，经测试人员签字后生效；

在对无线通道进行测试时，总体采取间隔时间多次检测的方式，将各次测试结果中的平均延时和最大延时的平均值作为对该配电自动化终端测试的总体平均延时和总体最大延时；测试结果一方面保证总体平均延时和总体最大延时这两个指标满足要求，另外还要求测试中所有最大延时在限定范围内；

C、系统界面设计参数模块：

测试所需参数需要在界面进行自由设置，根据测试系统的功能要求，需要进行设置的参数包括：

①主站IP地址：

即移动公司分配给配电自动化系统主站前置机的IP地址，移动公司将所有配电自动化无线终端SIM卡加入同一个APN专网，所有被加入这个APN的终端都能将数据发送给同处于这个APN的主站前置机，这个IP就是测试系统中所设置的主站IP地址；

②发送数据包次数：

即每次测试中向主站IP地址发送数据包的次数，设置为10次；

③数据包大小：

即每次测试中向主站IP地址发送数据包的大小，为保证数据传输的有效性，并考虑配电自动化终端的日常数据发送情况，设置为64字节；

④测试循环次数：

表示整体测试中各分次测试的次数，也是多次测试求取平均值的次数，设置为10次；

⑤测试时间间隔：

即分次测试中各次的时间间隔，因测试SIM卡属于专用APN，不存在其他数据包，故测试时间间隔设置为30秒；

D、测试程序编写语言模块：

选定MATLAB语言作为自动测试系统的程序编写语言，MATLAB的基本数据单位是矩阵；

E、自动测试系统程序模块：

①Ping命令返回结果分析提取模块：

在MATLAB中运行Ping命令，主站IP发送数据包次数为10次，发送数据包的大小为64字节，测试循环次数为10次，测试间隔时间为30秒；

在MATLAB中Ping命令的返回结果是以字符串的形式给出的，采用关键字符辨识法，提取出所需要的数值；

②数据统计分析模块：

在对Ping命令返回信息进行分析并提取有效数据后，需要对各次测试数据进行统计分析；统计信息包括9大类，分别包括：测试序号、测试是否完成、已发送数据包数量、已接收数据包数量、丢失数据包数量、丢包率、数据包最短往返时间、数据包最长往返时间和数据包平均往返时间，上述9类信息在MATLAB中构成summary矩阵，利用summary矩阵涵括的9类数据，计算出检测配电自动化终端无线通信通道所需的指标数据；

③测试报告生成模块：

在完成测试数据的统计分析、并构建summary数据矩阵后，需要将统计数据按照特定要求输出为Word文档，并经测试人员签字后成为正式的测试记录；

测试报告主体分为3部分：数据表格部分、数据图示部分、测试人员签字部分；数据表格部分采取summary表格带表头输出功能，表格输出采用MATLAB自带的uitable命令来实现，并设置表格的长、宽、表格左下角起始位置坐标、各列宽度和各行高度。

本发明的积极有益效果如下：

1、本发明可用于电力系统中配电自动化系统终端设备的现场验收上，实现无线通信通道的定量测试，为验收工作提供科学依据，提高配电自动化系统的运行可靠性能。

2、本发明可实现主站IP地址、发送数据包次数、数据包大小、测试循环次数、测试时间间隔等参数的灵活设置，并可利用上述参数控制测试程序进程。

3、本发明可实现无线通信通道测试数据的发送、接收和分析，根据对Matlab中Ping命令返回结果的收集，采取关键字符辨识的方法，自动提取测试返回数据并构建相关矩阵，在此基础上对矩阵数据进行计算分析，利用Matlab程序提取各项测试内容的测试数据，实现测试结果的自动收集功能。

4、本发明总体采取间隔时间多次检测的方式，将各次测试结果中的平均延时和最大延时的平均值作为对该配电自动化终端测试的总体平均延时和总体最大延时，保障了测试结果的科学性。

5、本发明可以按照要求输出规定格式的测试报告，并能将测试结果分别以表格和柱状图的形式给出，现场验收人员可以直接打印签字。

6、本发明可将特定格式的测试报告的Word模板分解为多个子部分并分别获取各部分的格式参数，将相关参数导入Matlab自带格式化输出函数中并进行组合，实现测试报告的格式化输出功能。

四、附图说明：

图1为本发明配电自动化系统无线通信通道自动测试系统结构示意图；

图2为本发明总体测试流程图；

图3为本发明测试系统软件界面图；

图4为本发明测试系统软件流程图。

五、具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释和说明（参见图1～图4）：

实施例1、一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统，包括以下几部分：

A、测试系统功能模块：

依据配电自动化终端验收规范、结合现场验收实际，包括以下功能模块：

①数据通信检验功能模块；

②测试数据可视化显示功能模块；

③测试结果自动统计功能模块；

④测试报告自动生成功能模块；

B、测试流程设计模块：

根据配电自动化系统无线通道测试需要，设置相关参数，包括移动APN名称、移动公司分配给配电自动化系统主站的IP地址；根据所设置参数进行无线通道测试，测试包括发收包测试、信号时延测试；测试完成后首先生成由当前测试结果形成的图表，以便测试人员在现场对测试结果进行判断，最终生成Word版的测试报告，经测试人员签字后生效；

在对无线通道进行测试时，总体采取间隔时间多次检测的方式，将各次测试结果中的平均延时和最大延时的平均值作为对该配电自动化终端测试的总体平均延时和总体最大延时；测试结果一方面保证总体平均延时和总体最大延时这两个指标满足要求，另外还要求测试中所有最大延时在限定范围内；

C、系统界面设计参数模块：

测试所需参数需要在界面进行自由设置，根据测试系统的功能要求，需要进行设置的参数包括：

①主站IP地址：

即移动公司分配给配电自动化系统主站前置机的IP地址，移动公司将所有配电自动化无线终端SIM卡加入同一个APN专网，APN名称为“hlxx.ha”所有被加入这个APN的终端都能将数据发送给同处于这个APN的主站前置机，该前置机的IP目就是测试系统中所设置的主站IP地址。

②发送数据包次数：

即每次测试中向主站IP地址发送数据包的次数，这个次数不宜过小也不宜过大，一般设置为5～10次为宜；根据配电自动化系统中终端与主站数据传输的情况，建议设置为10次。

③数据包大小：

即每次测试中向主站IP地址发送数据包的大小，为保证数据传输的有效性，并考虑配电自动化终端的日常数据发送情况，设置为64字节；

④测试循环次数：

表示整体测试中各分次测试的次数，也是多次测试求取平均值的次数，为了保证平均值的科学性和准确性，测试循环次数应尽量较大值；但过大的循环次数可能会使测试总时间过长，建议设置为10次。

⑤测试时间间隔：

即分次测试中各次的时间间隔，传统网络中Ping测试中时间间隔设置为4秒～12秒，主要是考虑到Ping时延不稳定是因为测试过程中出现一些其他数据包。但测试SIM卡属于专用APN，不存在其他数据包，因此建议测试时间间隔为30秒。

D、测试程序编写语言模块：

在测试系统程序编写语言确定方面考虑了两个方面的因素：第一是能实现Ping命令返回结果的获取和分析；第二是能对返回结果进行相关的统计分析。经过对C、C++、VB、Delphi、MATLAB等语言的对比，最终选定MATLAB语言作为自动测试系统的程序编写语言。

MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据；除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。

E、自动测试系统程序模块：

采取功能模块化设计，将自动测试系统程序分为3个主要模块：Ping命令返回结果分析提取模块、数据统计分析模块以及测试报告生成模块：

①返回结果分析提取模块：

在MATLAB中运行Ping命令，主站IP为170.20.21.254，发送数据包次数为10次，发送数据包的大小为64字节，测试循环次数为10次，测试间隔时间为30秒。

在MATLAB中Ping命令的返回结果是以字符串的形式给出的，但不能直接给出各种所需数据。为了获取其中的有效信息，需要对该字符串进行分析，以提取出需要进行统计的数据。采用“关键字符辨识法”的方法，以往返行程最长时间为例，返回结果为121ms，其前面的字符为“最长 =”，其后面的字符为“ms， 平均”，通过MATLAB中自带的“strfind”命令可以找到其前后两个字符的起始位置序号，由于其前面字符“最长 =”的长度已知，从而可以确定出返回值的起始位置和终止位置，将其提取出即可得到所需要的数值。

在数据提取中，一定要注意返回信息中的空格，即返回信息是以英文逗号加空格作为分隔符的，忽略空格将造成程序的错误。

②数据统计分析模块：

在对Ping命令返回信息进行分析并提取有效数据后，需要对各次测试数据进行统计分析。统计信息包括9大类，分别包括：测试序号、测试是否完成、已发送数据包数量、已接收数据包数量、丢失数据包数量、丢包率、数据包最短往返时间、数据包最长往返时间和数据包平均往返时间。上述9类信息在MATLAB中构成“summary”矩阵，利用summary矩阵涵括的9类数据，按照上文公式(1)即可计算出检测配电自动化终端无线通信通道所需的指标数据。

③测试报告生成模块：

在完成测试数据的统计分析、并构建summary数据矩阵后，需要将统计数据按照特定要求输出为Word文档，并经测试人员签字后成为正式的测试记录。虽然MATLAB自带有文件输出功能，但其默认的Word排版格式比较单一，不能满足标准测试报告的要求。因此，还需要编写相应的程序，以调整其版面格式满足要求。

MATLAB输出Word文档版面设计的难点在于各项参数的设定，版面设计的主要参数为：页面上、下、左、右边距分别为60、45、45、45。测试报告标题为“国网郑州供电公司DTU无线通道测试验收报告”，测试报告本体放置于黑框内，框上沿内容依次为“测试地点（所、箱、柜等）：____”、“终端设备名称：____”。

测试报告主体分为数据表格部分、数据图示部分和测试人员签字部分。数据表格部分暂定采取summary表格带表头输出功能，表格输出是用MATLAB自带的“uitable”命令实现的，但需设置表格的长、宽、表格左下角起始位置坐标、各列宽度、各行高度等参数。

实施例2、一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道测试结果自动提取方法，根据对Matlab Ping命令返回结果的收集，采取关键字符辨识的方法，利用Matlab程序提取各项测试内容的测试数据，实现测试结果的自动收集功能。

实施例3、一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道测试报告自动生成方法，将特定格式的测试报告的Word模板分解为多个子部分并分别获取各部分的格式参数，将相关参数导入Matlab自带格式化输出函数中并进行组合，实现测试报告的格式化输出功能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于Matlab的配电自动化系统无线通信通道自动测试系统，其特征在于，包括以下几部分：

A、测试系统功能模块：

依据配电自动化终端验收规范、结合现场验收实际，包括以下功能模块：

①数据通信检验功能模块；

②测试数据可视化显示功能模块；

③测试结果自动统计功能模块；

④测试报告自动生成功能模块；

B、测试流程设计模块：

根据配电自动化系统无线通道测试需要，设置相关参数，包括移动APN名称、移动公司分配给配电自动化系统主站的IP地址；根据所设置参数进行无线通道测试，测试包括发收包测试、信号时延测试；测试完成后首先生成由当前测试结果形成的图表，以便测试人员在现场对测试结果进行判断，最终生成Word版的测试报告，经测试人员签字后生效；

在对无线通道进行测试时，总体采取间隔时间多次检测的方式，将各次测试结果中的平均延时和最大延时的平均值作为对该配电自动化终端测试的总体平均延时和总体最大延时；测试结果一方面保证总体平均延时和总体最大延时这两个指标满足要求，另外还要求测试中所有最大延时在限定范围内；

C、系统界面设计参数模块：

测试所需参数需要在界面进行自由设置，根据测试系统的功能要求，需要进行设置的参数包括：

①主站IP地址：

即移动公司分配给配电自动化系统主站前置机的IP地址，移动公司将所有配电自动化无线终端SIM卡加入同一个APN专网，所有被加入这个APN的终端都能将数据发送给同处于这个APN的主站前置机，这个IP就是测试系统中所设置的主站IP地址；

②发送数据包次数：

即每次测试中向主站IP地址发送数据包的次数，设置为10次；

③数据包大小：

即每次测试中向主站IP地址发送数据包的大小，为保证数据传输的有效性，并考虑配电自动化终端的日常数据发送情况，设置为64字节；

④测试循环次数：

表示整体测试中各分次测试的次数，也是多次测试求取平均值的次数，设置为10次；

⑤测试时间间隔：

即分次测试中各次的时间间隔，因测试SIM卡属于专用APN，不存在其他数据包，故测试时间间隔设置为30秒；

D、测试程序编写语言模块：

选定MATLAB语言作为自动测试系统的程序编写语言，MATLAB的基本数据单位是矩阵；

E、自动测试系统程序模块：

①Ping命令返回结果分析提取模块：

在MATLAB中运行Ping命令，主站IP发送数据包次数为10次，发送数据包的大小为64字节，测试循环次数为10次，测试间隔时间为30秒；

在MATLAB中Ping命令的返回结果是以字符串的形式给出的，采用关键字符辨识法，提取出所需要的数值；

②数据统计分析模块：

在对Ping命令返回信息进行分析并提取有效数据后，需要对各次测试数据进行统计分析；统计信息包括9大类，分别包括：测试序号、测试是否完成、已发送数据包数量、已接收数据包数量、丢失数据包数量、丢包率、数据包最短往返时间、数据包最长往返时间和数据包平均往返时间，上述9类信息在MATLAB中构成summary矩阵，利用summary矩阵涵括的9类数据，计算出检测配电自动化终端无线通信通道所需的指标数据；

③测试报告生成模块：

在完成测试数据的统计分析、并构建summary数据矩阵后，需要将统计数据按照特定要求输出为Word文档，并经测试人员签字后成为正式的测试记录；

测试报告主体分为3部分：数据表格部分、数据图示部分、测试人员签字部分；数据表格部分采取summary表格带表头输出功能，表格输出采用MATLAB自带的uitable命令来实现，并设置表格的长、宽、表格左下角起始位置坐标、各列宽度和各行高度。