CN109981418B - 一种通信质量感知系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通信质量感知系统及方法，所述系统包括：北斗授时单元、RAM单元、FPGA单元、OCXO单元、第一上行通讯单元、第二上行通讯单元、本地通讯单元、CPU单元、数据存储单元、人机交互单元；所述系统可有效消除了终端自身的时间误差，反应出网络实际状态；所述的方法包括：S1：初始化系统参数；S2：北斗卫星对时；S3：检测系统功能；S4：获取发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间；以及接收模块收到发送模块发送的数据到达时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间；S5：对数据传输延时进行计算；S6：进行通信质量进行评价；所述方法的网络延时计算精度高，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种通信质量感知系统。
背景技术
电力系统中需要及时了解网络系统业务质量，经常对业务质量进行评测，为网络优化、微调网络运行结构或者增加必要的网络设备提供参考数据；业务质量可以从数据速率，通信延时等方面进行测试，因为不同业务对系统通信延时，通信速率的要求不同，可以通过测量不同业务接入通信质量，了解整个网络的运行情况，避免重要业务出现通信数据超时现象，造成不必要的损失。
测试数据速率和网络延时的方法目前主要有三种，一种方式是使用ping命令利用ICMP进行测量，通过使用计算机或者其他网络设备，在网络接入侧向网络中心服务器发送ping命令，计算系统延时，此种方法实现较为简单，测试成本低，作为一种连通性测试是没有问题的，如果是作为网络优化的依据则不可行，因为这中测试方法具有一定的片面性，测试数据时常会发生较大的变化，没办法全面掌握网络状况，针对特定业务实现网络延时测试难度也很大；第二种方法是利用TCP/IP指令，利用特定服务器响应来测量网络延时；第三种方法是利用专用设备进行测量。
目前测试数据速率和网络延时的方法大部分为双向延迟方法，数据从测试端发送到目标测试服务器，服务器返回指令到测试端，测试端利用这两个时间差来分析网络延迟，但是在电力系统中，上行数据量非常大，而下行数据量较少，利用双向延迟的方法来测试网络响应速度，很难真实反应网络实际状态，作为网络优化的标准依据略显不足。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的测试数据速率和网络延时的方法大部分为双向延迟方法，所测的测试网络响应速度很难真实反应网络实际状态的缺陷，提供一种通信质量感知系统。
一种通信质量感知系统，所述系统包括：北斗授时单元、RAM单元、FPGA(Field－Programmable Gate Array)单元、OCXO单元、第一上行通讯单元、第二上行通讯单元、本地通讯单元、CPU单元、数据存储单元、人机交互单元；
北斗授时单元、RAM单元、OCXO单元、第一上行通讯单元分别与FPGA单元连接；
本地通讯单元、数据存储单元、人机交互单元、第二上行通讯单元分别与CPU单元连接；
FPGA单元和CPU单元连接；
OCXO单元用于为系统提供稳定的时钟源；
FPGA单元用于数据的发送、接收、时间戳处理；RAM单元用于数据存储；
FPGA单元包括发送模块和接收模块，发送模块负责发送测试数据，接收模块负责接收发送模块发送的测试数据；
第一上行通讯单元、第二上行通讯单元实现系统与网络的通信；
CPU单元实现数据分析和计算，以及存储展示功能的控制；
人机交互单元实现人机交互；
本地通讯单元实现系统与本地的通信；
数据存储单元实现参数及网络状态分析数据的本地存储。
本发明所述系统可有效的了解网络上行和下行带宽对数据的影响；可实现网络数据单向和双向传输响应延时评估，为网络优化奠定了硬件基础。
优选地，所述的FPGA单元和CPU单元通过SDIO连接。
本发明所述通信感知系统可执行以下步骤：
S1：初始化系统参数；
S2：通过北斗授时单元进行北斗卫星对时；
S3：检测系统功能，并通过人机交互单元选择单向网络通信质量测试；
S4：获取FPGA中发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间；获取FPGA中发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间；并将所获取的时间数据传输给数据存储单元；
S5：CPU单元从数据存储单元提取S4所获取的时间进行数据传输延时计算，并记录数据传输路径；
S6：对数据传输延时进行计算结果进行分析，从而进行通信质量评价。
优选地，S4中FPGA中发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间的获取过程为：
S4.1.1：启动单向通信网络的数据接收功能；
S4.1.2：发送模块开始扫描可用的数据路径；
S4.1.3：扫描完成后，等待测试数据发送命令，收到测试数据发送命令后，所有可用路径开始发送相同的数据，并记录每个路径对应的开始发送数据的北斗时间；
S4.1.4：发送模块开始发送数据，发送完成后，记录发送模块数据发送完成的时间。
优选地，S4中FPGA中发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间的获取过程为：
S4.2.1：启动单向通信网络的数据接收功能；
S4.2.2：接收模块接收所有发送模块上的数据，记录每个路径对应的通信质量感知系统发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间；
S4.2.3：接收模块在接收数据帧时，开始记录感知时间，数据帧接收完成后，查验是否是发送模块发送的数据，如果是，则记录北斗时间，即从接收到数据，到数据确认的时间，否则返回步骤S4.2.2。
优选地，S5中数据传输延时的计算公式为：
T＝T1-T2-t1-t2
式中，T1为通信质量感知系统发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间；T2为通信质量感知系统发送模块开始发送数据的北斗时间；t1为通信质量感知系统接收模块感知到第一个字节送入到接收完成的时间，接收模块在接收数据帧时，开始记录感知时间，数据帧接收完成后，查验是否是发送模块发送数据，如果是，则记录北斗时间，也即从接收到数据，到数据确认的时间；t2为发送模块记录数据发送完成的时间。
所述数据传输延时计算方法利用FPGA可以大带宽数据整体搬运，并且时间一致性非常高的硬件数据对比的特点，实现了网络延时的精确计算，算法简单、精确。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明所述的通信质量感知系统可实现网络数据的单向双向测试，以及多路径测试，多业务测试，并且利用异构多核架构，有效消除了终端自身的时间误差，可有效反应出网络实际状态，并可直观明了的反映出来。
本发明所述方法实现了系统数据传输延时的精密计算，以及整个网络数据传输效率的整体评估及计算，较以往测试方法，网络延时计算精度高，稳定性好，网络系统拥堵延时情况展现更加直观，便于网络运维和系统维护人员优化网络或者作为网络扩容的依据；所测的测试网络响应速度可反应网络实际状态。
附图说明
图1为实施例1所述通信质量感知系统示意图。
图2为实施例1所述通信质量感系统执行通信质量感知的步骤。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种通信质量感知系统，如图1所示，所述系统包括：北斗授时单元、RAM单元、FPGA单元、OCXO单元、第一上行通讯单元、第二上行通讯单元、本地通讯单元、CPU单元、数据存储单元、人机交互单元；
北斗授时单元、RAM单元、OCXO单元、第一上行通讯单元分别与FPGA单元连接；
本地通讯单元、数据存储单元、人机交互单元、第二上行通讯单元分别与CPU单元连接；
FPGA单元和CPU单元通过SDIO连接；
OCXO单元用于为系统提供稳定的时钟源；
FPGA单元用于数据的发送、接收、时间戳处理；RAM单元用于数据存储；
FPGA单元包括发送模块和接收模块，发送模块负责发送测试数据，接收模块负责接收发送模块发送的测试数据；
第一上行通讯单元、第二上行通讯单元实现系统与网络的通信；
CPU单元实现数据分析和计算，以及存储展示功能的控制；
人机交互单元实现人机交互；
本地通讯单元实现系统与本地的通信；
数据存储单元实现参数及网络状态分析数据的本地存储。
所述通信质量感知系统可执行以下步骤：
S1：初始化系统参数；
S2：通过北斗授时单元进行北斗卫星对时；
S3：检测系统功能，并通过人机交互单元选择单向网络通信质量测试；
S4：获取FPGA中发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间；获取FPGA中发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间；并将所获取的时间数据传输给数据存储单元；
S5：CPU单元从数据存储单元提取S4所获取的时间进行数据传输延时计算，并记录数据传输路径；
S6：对数据传输延时进行计算结果进行分析，从而进行通信质量评价。
所述步骤S4中FPGA中发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间的获取过程为：
S4.1.1：启动单向通信网络的数据接收功能；
S4.1.2：发送模块开始扫描可用的数据路径；
S4.1.3：扫描完成后，等待测试数据发送命令，收到测试数据发送命令后，所有可用路径开始发送相同的数据，并记录每个路径对应的开始发送数据的北斗时间；
S4.1.4：发送模块开始发送数据，发送完成后，记录发送模块数据开始发送完成的时间。
所述步骤S4中FPGA中发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间的获取过程为：
S4.2.1：启动单向通信网络的数据接收功能；
S4.2.2：接收模块接收所有发送模块上的数据，记录每个路径对应的通信质量感知系统发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间；
S4.2.3：接收模块在接收数据帧时，开始记录感知时间，数据帧接收完成后，查验是否是发送模块发送的数据，如果是，则记录北斗时间，即从接收到数据，到数据确认的时间，否则返回步骤S4.2.2。
所述步骤S5中数据传输延时的计算公式为：
T＝T1-T2-t1-t2
式中，T1为通信质量感知系统发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间；T2为通信质量感知系统发送模块开始发送数据的北斗时间；t1为通信质量感知系统接收模块感知到第一个字节送入到接收完成的时间，接收模块在接收数据帧时，开始记录感知时间，数据帧接收完成后，查验是否是发送模块发送数据，如果是，则记录北斗时间，也即从接收到数据，到数据确认的时间；t2为发送模块记录数据发送完成的时间。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种通信质量感知系统，其特征在于，所述系统包括：北斗授时单元、随机存取存储器RAM单元、现场可编程逻辑门阵列FPGA单元、恒温晶体振荡器OCXO单元、第一上行通讯单元、第二上行通讯单元、本地通讯单元、CPU单元、数据存储单元、人机交互单元；
北斗授时单元、RAM单元、OCXO单元、第一上行通讯单元分别与FPGA单元连接；
本地通讯单元、数据存储单元、人机交互单元、第二上行通讯单元分别与CPU单元连接；
FPGA单元和CPU单元连接；
OCXO单元用于为系统提供稳定的时钟源；
FPGA单元用于数据的发送、接收、时间戳处理；RAM单元用于数据存储；
FPGA单元包括发送模块和接收模块，发送模块负责发送测试数据，接收模块负责接收发送模块发送的测试数据；
第一上行通讯单元、第二上行通讯单元实现系统与网络的通信；
CPU单元实现数据分析和计算，以及存储展示功能的控制；
人机交互单元实现人机交互；
本地通讯单元实现系统与本地的通信；
数据存储单元实现系统参数及网络状态分析数据的本地存储；
FPGA单元和CPU单元通过安全数字输入输出SDIO连接；
所述系统执行以下步骤：
S1：初始化系统参数；
S2：通过北斗授时单元进行北斗卫星对时；
S3：检测系统功能，并通过人机交互单元选择单向网络通信质量测试；
S4：获取FPGA中发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间；获取FPGA中发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间；并将所获取的时间数据传输给数据存储单元；
S5：CPU单元从数据存储单元提取S4所获取的时间进行数据传输延时计算，并记录数据传输路径；
S5中数据传输延时的计算公式为：
T＝T1-T2-t1-t2
式中，T1为通信质量感知系统发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间；T2为通信质量感知系统发送模块开始发送数据的北斗时间；t1为通信质量感知系统接收模块感知到第一个字节送入到接收完成的时间，即从接收到数据，到数据确认的时间；t2为发送模块记录数据发送完成的时间；
S6：对数据传输延时进行计算结果进行分析，从而进行通信质量评价。
2.根据权利要求1所述的通信质量感知系统，其特征在于，S4中FPGA中发送模块开始发送数据的北斗时间和数据发送完成的时间的获取过程为：
S4.1.1：启动单向通信网络的数据接收功能；
S4.1.2：发送模块开始扫描可用的数据路径；
S4.1.3：扫描完成后，等待测试数据发送命令，收到测试数据发送命令后，所有可用路径开始发送相同的数据，并记录每个路径对应的开始发送数据的北斗时间；
S4.1.4：发送模块开始发送数据，发送完成后，记录发送模块数据发送完成的时间。
3.根据权利要求2所述的通信质量感知系统，其特征在于，S4中FPGA中发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间和接收模块从收到数据到数据确认的时间的获取过程为：
S4.2.1：启动单向通信网络的数据接收功能；
S4.2.2：接收模块接收所有发送模块上的数据，记录每个路径对应的通信质量感知系统发送模块发送的数据到达接收模块时的北斗时间；
S4.2.3：接收模块在接收数据帧时，开始记录感知时间，数据帧接收完成后，查验是否是发送模块发送的数据，如果是，则记录北斗时间，即从接收到数据，到数据确认的时间，否则返回步骤S4.2.2。
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