CN109981390B - 一种基于opcua报文特征的网络质量判断系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统和方法，所述系统包括：客户机，每当发送OPCUA请求报文时，将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数，响应于OPCUA应答报文，将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并将OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中；服务器，响应于OPCUA请求报文，将辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，向客户机发送OPCUA应答报文，并记录发送OPCUA应答报文的次数；控制器，响应于预定时间，计算RequestHandle参数的第一网络丢包率和辅助整型变量的第二网络丢包率，并基于第一网络丢包率和第二网络丢包率判断所述预定时间内的网络质量。

Description

一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统和方法
技术领域
本发明涉及网络技术，更具体地，涉及一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统和方法。
背景技术
随着风电场机组的规模越来越大，风电场机组中的设备(诸如，风力发电机组控制器和其它相关外围保障、监测、采集设备等)也越来越多，并且设备与设备之间的通信也越来越多、越来越复杂。为了保证设备之间通信的稳定性及系统的健壮性，就要求控制系统能及时发现网络的异常状态，随时可以判断当前网络质量状况。但目前还没有一种很好的适用于风电场机组设备的网络质量判断方法和系统。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统，其特征在于，所述系统包括：客户机，每当发送OPCUA请求报文时，将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数，以及响应于OPCUA应答报文，将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并将OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中；服务器，响应于所述OPCUA请求报文，向所述客户机发送OPCUA应答报文，将所述OPCUA应答报文的辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，并记录发送OPCUA应答报文的次数；控制器，响应于预定时间，基于所述客户机发送OPCUA请求报文的次数和所述RequestHandle参数列表计算RequestHandle参数的第一网络丢包率，基于所述服务器发送OPCUA应答报文的次数和所述辅助整型变量列表计算辅助整型变量的第二网络丢包率，并基于所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率来判断所述预定时间内的网络质量。
所述客户机可将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数定义为整型变量。
响应于所述预定时间，所述控制器可通过使用所述预定时间内缺少的RequestHandle参数的数量除以所述客户机发送OPCUA请求报文的次数计算所述第一网络丢包率，以及通过使用所述预定时间内缺少的辅助整型变量的数量除以所述服务器发送OPCUA应答报文的次数计算所述第二网络丢包率。
所述控制器可通过计算所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率的平均值判断所述预定时间内的网络质量。
当所述平均值为0时，所述预定时间内的网络质量可正常。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法，其特征在于，所述方法包括：每当发送OPCUA请求报文时，客户机将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数；响应于所述OPCUA请求报文，所述服务器向所述客户机发送OPCUA应答报文，将所述OPCUA应答报文的辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，并记录发送OPCUA应答报文的次数；响应于所述OPCUA应答报文，所述客户机将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并将所述OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中；响应于预定时间，控制器基于所述客户机发送OPCUA请求报文的次数和所述RequestHandle参数列表计算RequestHandle参数的第一网络丢包率，并基于所述服务器发送OPCUA应答报文的次数和所述辅助整型变量列表计算辅助整型变量的第二网络丢包率；基于所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率判断所述预定时间内的网络质量。
所述控制器计算第一网络丢包率和第二网络丢包率的步骤可包括：响应于所述预定时间，所述控制器通过使用所述预定时间内缺少的RequestHandle参数的数量除以所述客户机发送OPCUA请求报文的次数计算所述第一网络丢包率，以及通过使用所述预定时间内缺少的辅助整型变量的数量除以所述服务器发送OPCUA应答报文的次数计算所述第二网络丢包率。
所述基于所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率来判断所述预定时间内的网络质量的步骤可包括：通过计算所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率的平均值判断所述预定时间内的网络质量。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序包括执行如上述方法的代码。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机，包括存储有计算机程序的可读介质，其特征在于，所述计算机程序包括执行如上述方法的代码。
根据本发明的示例性实施例，通过采用基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法和系统，在发送OPCUA报文时，基于OPCUA报文的特性，可以记录客户端的接收到的报文的数量，而服务端则通过自定义的辅助整形变量记录接收的报文，无需通过额外的网络请求，无需增加负载来检测网络质量，对网络无任何干扰。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法的流程图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统的框图。
具体实施方式
现在，详细描述本发明的示例性实施例，其示例在附图中表示，其中，相同的标号始终表示相同的部件。
通常，风电场网络中的设备均可支持OPCUA(OPCUA被设计为在不同系统间交换数据，典型的是运行在不同的网络节点上或者不同的进程中)。OPCUA的每个服务均可包括请求报文头和应答报文头，请求报文头的参数在下表1中示出，应答报文头的参数在下表2中示出。
表1
Figure BDA0001530053510000031
Figure BDA0001530053510000041
表2
Figure BDA0001530053510000042
根据表1和表2，RequestHandle参数是包括在客户机发送给服务器的请求报文的请求报文头中的整数标识，在服务器接收到客户机的请求报文后，可将RequestHandle参数照其原样回发到客户机。根据OPCUA服务的这个报文特征，本发明提供了一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法。
图1是示出根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法的流程图。
参照图1，在步骤S110，每当发送OPCUA请求报文时，客户机可将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数。这里，客户机可将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数定义为整型变量。仅作为示例，客户机可将RequestHandle参数初始化为0。
在步骤S120，响应于OPCUA请求报文，服务器可将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数照其原样放置在OPCUA应答报文头中，向客户机发送OPCUA应答报文，将OPCUA应答报文的辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，并记录发送OPCUA应答报文的次数。这里，服务器可定义一个辅助整型变量。仅作为示例，服务器可将辅助整型变量初始化为0。
在步骤S130，响应于OPCUA应答报文，客户机可将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并可将OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中。
在步骤S140，响应于预定时间，控制器可基于客户机发送OPCUA请求报文的次数和RequestHandle参数列表计算RequestHandle参数的第一网络丢包率，另外，控制器还可基于服务器发送OPCUA应答报文的次数和辅助整型变量列表计算辅助整型变量的第二网络丢包率。更具体地，控制器可通过使用所述预定时间内缺少的RequestHandle参数的数量除以客户机发送OPCUA请求报文的次数计算第一网络丢包率。控制器还可通过使用所述预定时间内缺少的辅助整型变量的数量除以服务器发送OPCUA应答报文的次数来计算第二网络丢包率。这里，在客户机没有接收到OPCUA应答报文，即，发生丢包的情况下，在下次发送请求报文时，仍然将上次发送的RequestHandle参数的值加1进行发送，从而由于丢包而在RequestHandle参数列表中没有记录当前请求报文返回的响应报文中的RequestHandle参数的值并不影响下次发送报文时将RequestHandle参数的值加1；同理，服务器下次发送应答报文时也仍然将上次发送的辅助整型变量的值加1进行发送。这里，仅作为示例而非限制，诸如，在记录30秒之后，客户机发送OPCUA请求报文的次数是100次，RequestHandle参数列表中第1个RequestHandle参数的值是1，第100个RequestHandle参数的值是100，由于网络原因，RequestHandle参数列表中并未记录15、49、78这三个值，那么第一网络丢包率＝3/100×100％＝3％，服务器发送OPCUA应答报文的次数是100次，辅助整型变量列表中第1个值为1，第100个值为100，由于网络原因，辅助整型变量列表中并未记录18、39、80、89这四个值，那么第二网络丢包率＝4/100×100％＝4％。
在步骤S150，控制器可基于第一网络丢包率和第二网络丢包率判断所述预定时间内的网络质量。更具体地，控制器可通过计算第一网络丢包率和第二网络丢包率的平均值判断所述预定时间内的网络质量，平均值越小网络质量越好，平均值越大网络质量越差。这里，仅作为示例而非限制，当第一网络丢包率和第二网络丢包率均为0而得到平均值为0时网络质量正常，当平均值小于等于10％时网络质量不稳定，当平均值大于10％小于等于20％时网络质量差，当平均值大于20％时网络质量极差，这里，除了值为0可以确定网络状况正常外，其它值均为相对的参考值。此外，除了上述通过计算第一网络丢包率和第二网络丢包率的平均值来判断网络质量之外，本发明完全还可采用其它方式来判断网络质量，诸如但不限于，计算第一网络丢包率和第二网络丢包率的方差等。
根据本发明的上述示例性实施例，通过采用基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法和系统，在发送OPCUA报文时，基于OPCUA报文的特性，可以记录客户端的接收到的报文的数量，而服务端则通过自定义的辅助整形变量记录接收的报文，无需通过额外的网络请求，无需增加负载来检测网络质量，对网络无任何干扰。
图2是示出根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统的框图。
参照图1，基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统可包括客户机210、服务器220和控制器230。
客户机210每当发送OPCUA请求报文时，可将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器220发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数，以及响应于OPCUA应答报文，将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并将OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中。
服务器220响应于OPCUA请求报文，可将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数照其原样放置在OPCUA应答报文头中，向客户机210发送OPCUA应答报文，将OPCUA应答报文的辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，并记录发送OPCUA应答报文的次数。
控制器230响应于预定时间，基于客户机210发送OPCUA请求报文的次数和RequestHandle参数列表计算RequestHandle参数的第一网络丢包率，基于服务器220发送OPCUA应答报文的次数和辅助整型变量列表计算辅助整型变量的第二网络丢包率，并基于第一网络丢包率和第二网络丢包率判断所述预定时间内的网络质量。
这里，本发明的上述实施例将控制器230实现为单独的部件，但应该了解，控制器230可同样被实现在客户机210或服务器220中，或者由客户机210或服务器220来执行相应的处理。
根据示例性实施例，可提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序可包括执行根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法的代码。根据另一示例性实施例，可提供一种包括存储有计算机程序的可读介质的计算机，所述计算机程序包括执行根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法的代码。
计算机可读存储介质包括程序命令、数据文件、数据结构等或它们的组合。被记录在计算机可读存储介质中的程序可被设计或被配置以符合本发明，或者可以是本领域的普通技术人员已知的软件。计算机可读存储介质包括用于存储并执行程序命令的硬件系统。硬件系统的示例有磁介质(诸如硬盘、软盘、磁带)、光介质(诸如CD-ROM和DVD)、磁光介质(诸如软光盘、ROM、RAM、闪存等)。程序包括由编译器编译的汇编语言或机器代码和由解释器解释的高级语言。硬件系统可利用至少一个软件模块或单元来实施以符合本发明。
可使用一个或多个通用或专用计算机(诸如，例如，处理器、控制器、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够运行软件或执行指令的任何其它装置)来实施根据本发明示例性实施例的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统的至少一个组成部分。所述至少一个组成部分可运行在操作系统中或可运行在操作系统下操作的一个或多个软件应用中。所述至少一个组成部分可在运行软件或执行指令时访问、存储、操作、处理和创建数据。
虽然已经参照特定示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离范围由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下可作出形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统，其特征在于，所述系统包括：
客户机，每当发送OPCUA请求报文时，将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数，以及响应于OPCUA应答报文，将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并将OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中；
服务器，响应于所述OPCUA请求报文，向所述客户机发送OPCUA应答报文，将所述OPCUA应答报文的由所述服务器自定义的辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，并记录发送OPCUA应答报文的次数；
控制器，响应于预定时间，基于所述客户机发送OPCUA请求报文的次数和所述RequestHandle参数列表计算RequestHandle参数的第一网络丢包率，基于所述服务器发送OPCUA应答报文的次数和所述辅助整型变量列表计算辅助整型变量的第二网络丢包率，并基于所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率来判断所述预定时间内的网络质量。
2.如权利要求1所述的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统，其特征在于，所述客户机将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数定义为整型变量。
3.如权利要求1所述的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统，其特征在于：
响应于所述预定时间，所述控制器通过使用所述预定时间内缺少的RequestHandle参数的数量除以所述客户机发送OPCUA请求报文的次数计算所述第一网络丢包率，以及通过使用所述预定时间内缺少的辅助整型变量的数量除以所述服务器发送OPCUA应答报文的次数计算所述第二网络丢包率。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统，其特征在于：
所述控制器通过计算所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率的平均值判断所述预定时间内的网络质量。
5.如权利要求4所述的基于OPCUA报文特征的网络质量判断系统，其特征在于，当所述平均值为0时，所述预定时间内的网络质量正常。
6.一种基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法，其特征在于，所述方法包括：
每当发送OPCUA请求报文时，客户机将OPCUA请求报文头中的RequestHandle参数的值增加1，向服务器发送OPCUA请求报文，并记录发送OPCUA请求报文的次数；
响应于所述OPCUA请求报文，所述服务器向所述客户机发送OPCUA应答报文，将所述OPCUA应答报文的由所述服务器自定义的辅助整型变量的值增加1放置在OPCUA应答报文体中，并记录发送OPCUA应答报文的次数；
响应于所述OPCUA应答报文，所述客户机将OPCUA应答报文头中的RequestHandle参数的值记录到RequestHandle参数列表中，并将OPCUA应答报文体中的辅助整型变量记录到辅助整型变量列表中；
响应于预定时间，控制器基于所述客户机发送OPCUA请求报文的次数和所述RequestHandle参数列表计算RequestHandle参数的第一网络丢包率，并基于所述服务器发送OPCUA应答报文的次数和所述辅助整型变量列表计算辅助整型变量的第二网络丢包率；
基于所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率判断所述预定时间内的网络质量。
7.如权利要求6所述的基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法，其特征在于，所述控制器计算第一网络丢包率和第二网络丢包率的步骤包括：
响应于所述预定时间，所述控制器通过使用所述预定时间内缺少的RequestHandle参数的数量除以所述客户机发送OPCUA请求报文的次数计算所述第一网络丢包率，以及通过使用所述预定时间内缺少的辅助整型变量的数量除以所述服务器发送OPCUA应答报文的次数计算所述第二网络丢包率。
8.如权利要求6或7所述的基于OPCUA报文特征的网络质量判断方法，其特征在于，所述基于所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率判断所述预定时间内的网络质量的步骤包括：
通过计算所述第一网络丢包率和所述第二网络丢包率的平均值判断所述预定时间内的网络质量。
9.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序包括执行如权利要求6-8中任意一项所述的方法的代码。
10.一种计算机，包括存储有计算机程序的可读介质，其特征在于，所述计算机程序包括执行如权利要求6-8中任意一项所述的方法的代码。
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