CN112134645B - 一种分布式终端通信质量监控方法、存储介质和计算设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式终端通信质量监控方法、存储介质和计算设备，步骤1，启动或者重置定时器；步骤2，读取报文数据并缓存，若接收到有效报文则计算报文接收延时，重置计数器，返回步骤1；若未接收到有效报文，则判断定时器是否超时，若超时则将计数器+1，进入步骤3，若未超时则返回继续执行本步骤；步骤3，判断计数器是否达到超时计数上限，若没有达到则判断是否有备用连接，若没有则调整超时参数，进入步骤1，若有备用连接，则判断备用连接质量是否好于主连接，若否，则调整超时参数，进入步骤1，若是，则切换到备用连接；若达到上限，若没有备用连接则断开终端主连接，若有备用连接则切换到备用连接。本发明能抑制通信故障误告警。

Description

一种分布式终端通信质量监控方法、存储介质和计算设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种分布式终端通信质量监控方法、存储介质和计算设备。

背景技术

在电力系统中，输电线路分布式终端(以下简称分布式终端或终端)是一种用于采集输电线路实时数据的终端装置，它通过通信将采集的实时数据上送到分布式故障诊断主站系统(以下简称主站或主站系统)，继而实现输电线路的故障诊断和定位功能。

由于高压输电线路多分布于野外，分布式终端分散安装于高压输电线路导线上，其地理位置相对偏远，从经济成本上来看，使用光纤或有线介质通信并不现实，故而通常采用4G公共网络实现终端与主站的通信。但是，输电线路分布式终端安装的数量多、分布的地域广，部分输电线路分布式终端所处位置的4G信号的质量比较差，造成这些输电线路分布式终端与主站系统的通信连接不稳定，存在着频繁地报文超时重发现象甚至频繁地通讯中断并恢复情况。主站系统上频繁地报告终端装置的通信告警、恢复，这给运行人员带来不小的干扰。同时，由于受4G网络属于电信部门管理、分布式终端因采用电磁方式供能无法加大通信功率等诸多因素的制约，很难在短期内改善这些分布式终端通信稳定性。因此分布式故障诊断系统急需一种既能保证终端的正常通信，又能够抑制频繁通道告警的通信质量监控方法。

目前，常用的通信质量监控方法是已经广泛应用于变电站监控系统中的传统式监控方法，附图1是该方法的实现流程。当某一终端发起连接后，立即从S101步骤启动传统式监控方法的处理流程。

步骤S101为初始化步骤，本步骤为终端的每个通信连接初始化专用的通信连接管理变量，包括创建报文接收定时器，创建报文接收超时计数器并置零，分别用于判断报文接收是否超时以及记录连续接收超时的次数。

然后进入由步骤S102到步骤S108构成一个流程循环，称之为超时循环，该循环在报文接收超时计数器的计数超上限之前一直往复执行。

步骤S102为启动或重置报文接收定时器步骤。报文接收定时器用于辅助判断能否在本连接中在设定的时间内(即超时时间参数，一般采用终端在空闲时的心跳报文时间间隔，由所使用的通讯协议确定)接收到完整的有效的报文。此定时器在每次成功接收报文或报文接收定时器超时后，均需要启动或重置(“启动”或“重置”是将定时器的初始时间设为系统当前时间，并从当前时间开始计时)。

超时循环中的步骤S103、S104、S106构成一个小的流程循环，称之为报文接收循环。步骤S103为接收报文步骤，用于检查通讯连接中是否有终端上送的通讯报文到达，若有的话则从通讯连接中读取报文数据，进行缓存及组装。

步骤S104用于实现报文完整性和有效性校验，本步骤基于通讯协议规定的规则判断在本次报文接收循环中是否接收到新的有效报文。若本次报文接收循环收到有效报文，则认为该通信连接通讯正常，然后在步骤S105将报文接收超时计数器重置为初始值0，然后返回步骤S102，继续执行下一次的超时循环；若本次报文接收循环没有收到有效报文，则进入步骤S106进行接收超时的判断。

若步骤S106中判定超时定时器尚未超时，则直接返回步骤S103，再次尝试接收报文；若超时定时器超时，则进入步骤S107中，将报文接收超时计数器的计数加1，然后进入步骤S108中判断报文接收超时计数器的计数是否达到上限。

若在步骤S108判定报文接收超时计数器尚未达到计数上限，则直接返回步骤S102，进入下一次超时循环；若判定已达到上限值，则认为当前通讯连接发生严重故障，主动断开通讯连接。在变电站监控系统中，保护测控装置一般通过串口、以太网和光纤等有线介质接入到监控主站。整个系统的通信链路是可靠的，受外界影响小，使用传统的监控方法就可以有效的管理终端的通信连接，不会造成频繁地误报。在这种情况下，一旦某终端通信中断，基本上可以判定终端通信出现了严重故障。而在分布式故障诊断系统中，终端数量多但分布地域很广，从成本上很难为每一个终端单独部署光纤通道等可靠通信线路，只能采用4G无线公共网络通信。在大地域范围内使用4G无线公共网络通信，受4G网络覆盖率和环境因素的影响，部分4G信号差的地方的终端，通信有时会不太稳定，存在网络延迟高、丢包等情况。传统分布式终端通信质量监控方法将无线信道信号强度弱或受外部信号干扰等情况下的报文丢失或延迟判断为通讯中断，从而造成频繁告警。

发明内容

本发明提供一种分布式终端通信质量监控方法、存储介质和计算设备，解决了输电线路分布式终端基于无线通信时，使用传统监控方法将无线信道信号强度弱或受外部信号干扰等情况下的报文丢失或延迟判断为通讯中断，从而造成频繁告警的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，包括步骤：

步骤1，启动或者重置报文接收超时定时器；

步骤2，从终端发起的通讯连接中读取报文数据并缓存，若接收到有效报文则计算并记录报文接收延时，重置报文接收超时计数器，返回步骤1；若未接收到有效报文，则判断定时器是否超时，若超时则将报文接收超时计数器+1，进入步骤3，若未超时则返回继续执行本步骤；

步骤3，判断报文接收超时计数器是否达到超时计数上限，若没有达到则判断是否有备用连接，若没有备用连接，则根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，进入步骤1，若有备用连接，则判断备用连接质量是否好于主连接，若否，则根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，进入步骤1，若是，则切换到备用连接，断开终端主连接；若达到上限则进入步骤4；

步骤4，判断是否有备用连接，若没有则断开终端主连接，若有备用连接则切换到备用连接，再关闭终端主连接。

进一步的，还包括初始化终端通信连接管理变量，包括：创建报文接收定时器，创建报文接收延时记录表，创建报文接收超时计数器并置0。

进一步的，所述报文接收定时器的超时参数的初始值等于心跳报文时间间隔。

进一步的，所述报文数据包括：心跳报文和测试响应报文。

进一步的，计算并记录心跳报文的报文接收延时方法为：记录当前心跳报文接收时刻，计算与前一个相邻心跳报文接收时刻的时间差，将该时间差与通信协议规定的心跳时间间隔相减，得到心跳报文的接收延时。

进一步的，计算并记录测试响应报文的接收延时，方法为：记录前置单元下发对应命令报文的时刻，待收到响应报文时，计算命令报文和响应报文的时间差，即为测试响应报文的接收延时。

进一步的，所述根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，方法为：

新定时器超时参数＝最小超时时间+平均报文接收延时时间；

最小超时时间为心跳报文时间间隔。

进一步的，所述判断备用连接质量是否好于主连接，方法为：

若主连接与备用连接的平均报文接收延时的差值与主连接的平均报文接收延时的比例大于设定的阈值，则判断备用连接质量好于主连接；

否则再判断备用连接的报文接收超时次数是否小于主连接报文接收超时次数的设定比例，若小于，则判断备用连接质量好于主连接。

否则再判断备用连接的报文接收延时变化率是否小于主连接报文接收延时变化率的设定比例，若小于，则判断备用连接质量好于主连接。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法中的任一方法。

一种计算设备，包括，一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法中的任一方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明通过对报文接收延时的测量和对报文接收超时参数的动态调整，对于安装于无线通信环境较差位置的终端，可实现精确区分出实际通讯故障和因信号强度波动造成短时丢包或延时，从而有效地抑制通信故障的误告警的效果，并可进一步地实现根据对当前无线通信环境状态的评估，实现自适应切换冗余通道的功能；而对于安装于无线通信环境相对较好位置的终端，本发明所述的方法可以以不低于原有技术的速度判断出终端实际的通信故障。

附图说明

图1为传统监控方法的流程图；

图2为现有分布式故障诊断系统的框图；

图3为本发明实施例的通信质量监控方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，虽然在本发明的实施例中，分布式终端是TCP客户端，但是对于终端为TCP服务器的系统，本发明亦是可用的。另外，虽然本实施例的分布式故障诊断系统采用4G公用无线网络通讯，但是对于基于其他类型无线通讯链路的类似系统也是适用的。

如图1所示，现有的输电线路分布式故障诊断系统，包括主站系统和与主站系统无线连接的分布式终端和/或汇集单元；分布式终端和汇集单元均安装于输电线路之上，主站系统安装在通信机房。若相邻位置安装的分布式终端较多，也可先通过470MHz频段的低功耗局域网无线标准(LoRa)接入到汇集单元，然后由汇集单元转换后统一使用4G无线通信链路接入到主站系统。汇集单元可视为分布式终端。

主站系统包括主站服务器和前置单元，前置单元和主站服务器之间通过网络隔离设备进行通信；

主站系统作为TCP通信的服务端，分布式终端作为TCP通信的客户端，通信连接由分布式终端发起，由主站系统管理；

前置单元用于与分布式终端和/或汇集单元通过4G无线通信连接，并对其进行通信质量监控。

实施例1：

如图3所示，一种用于输电线路分布式终端通信质量监控方法，本方法可用于单连接的输电线路分布式终端，也可用于有多个链路的输电线路分布式终端(即终端通过两个或以上通信链路，建立多个通信连接，当终端接入时，前置单元选择最先发起的连接作为主连接，其余的链路作为备用连接)。本方法的执行主体为前置单元；

该方法包括如下步骤：

步骤1，启动或者重置报文接收超时定时器；

在启动或者重置报文接收超时定时器前，前置单元需要初始化终端通信连接管理变量(S301)，终端通信连接管理变量包括：创建报文接收定时器，创建报文接收延时记录表，创建报文接收超时计数器并置0，分别用于判断报文接收超时、记录报文接收延时时间、计数连续接收超时的次数。

步骤S301执行完毕后，将进入由步骤S302到S312构成的一个流程循环，在该通讯连接中断前，该循环会一直往复执行。为方便描述，后文中将此循环统一称之为“超时循环”。

前置单元启动或重置报文接收超时定时器(S302)，该定时器用于判断前置单元是否在设定的时间范围内从此连接中收到有效的终端上送的报文。该定时器的超时参数的初始值等于心跳报文时间间隔，由输电线路分布式终端通信协议规定，在此本文称为最小超时时间，在本实施例中，此时间等于2分钟。该定时器的超时时间参数在本方法中是可被动态调整的，调整的范围是最小超时时间到最大超时时间。其中最大超时时间是可容忍的最大报文接收延时，可由用户设定，默认值是8分钟。

步骤S302完成后，将进入一个由S303、S304及S307构成的小的流程循环。该循环用于在报文接收定时器超时前，循环地接收终端上送报文。为方便描述，后文中将此循环称之为“接收循环”。

步骤2，从终端发起的通讯连接中读取报文数据并缓存，若接收到有效报文则计算并记录报文接收延时，重置报文接收超时计数器，返回步骤1；若未接收到有效报文，则判断定时器是否超时，若超时则将报文接收超时计数器+1，进入步骤3，若未超时则返回继续执行本步骤；

前置单元尝试从终端发起的通讯连接中读取报文数据，并进行缓存(S303)；

前置单元通过对已接收报文数据的校验，判断是否接收到有效的完整的通讯报文(S304)。若为未收到有效报文，且判断尚未发生接收超时的情况(S307)，返回S303继续接收循环。

若收到有效报文，前置单元尝试计算并记录报文接收延时(S305)，需要说明的是，本步骤的计算仅针对心跳报文、测试响应报文等可以预知上送时间的报文，对于终端主动发送的突发报文是直接跳过的。

计算并记录心跳报文的报文接收延时，方法为：记录心跳报文接收时刻，计算与前一个相邻心跳报文接收时刻的时间差，将该时间差与通信协议规定的心跳时间间隔相减，得到心跳报文的接收延时；

计算并记录测试响应报文的接收延时，方法为：记录前置单元下发对应命令报文的时刻，待收到响应报文时，计算命令报文和响应报文的时间差，即为测试响应报文的接收延时。

上述报文接收延时会记录在报文接收延时记录表中，用于计算近期平均接收延时和评估通信连接的质量。

报文接收延时记录表中仅记录设定时段的接收延时，在本实施例中，记录时长是1小时。

前置单元将报文接收超时计数器的计数重新设为0(S306)，本步操作会在收到任意一帧有效报文后执行，用于防止偶然性的报文丢失或长时间延迟。

前置单元若没有收到有效报文，判断报文接收定时器是否已经接收超时(S307)。若尚未超时，则返回步骤S303继续下一轮次的接收循环，若报文接收已超时，前置单元将报文接收超时计数器的计数加1(S308)。

步骤3，判断报文接收超时计数器是否达到超时计数上限，若没有达到则判断是否有备用连接，若没有备用连接，则根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，进入步骤1，若有备用连接，则判断备用连接质量是否好于主连接，若否则根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，进入步骤1，若是则切换到备用连接，断开终端主连接；若达到上限则进入步骤4；

前置单元判断当前报文接收超时计数器的计数值是否达到设定的上限值(S309)，若未达上限值，则经步骤S310、S311、S312后，返回步骤S302，开始新一轮次的超时循环；若已达到上限，则经步骤S313、S314后关闭通信主连接。

报文接收超时计数上限值一般由通信协议规定，也可由用户修改。增加此上限值，可使前置单元避免更多次的连续性报文丢失或更长的报文延迟；减小此上限值，可使前置单元更灵敏的检测出通信故障。在本实施例中，上限值采用通信协议推荐的数值3。

前置单元判断此终端是否有备用连接(S310)，如有备用链路的终端，会通过备用链路建立多个通信连接。前置单元会选择最先接入的连接作为主连接，其余的作为备用连接。备用连接中，仅传输心跳报文和测试报文，不传输数据和命令。

若判定终端没有备用连接，则经S312调整报文接收超时定时器的超时参数后，返回步骤S302，开始新一轮次的超时循环；若判定终端有备用连接，则首先进入S311步骤比较主连接和备用连接的通信质量，若无需切换备用连接，再经步骤S312调整报文接收超时定时器的超时参数后，返回步骤S302，开始新一轮次的超时循环；

前置单元比较终端所有通信连接的质量状态(S311)，若存在某备用连接的质量状态长时间优于主连接，则经步骤S314发送切换备用连接命令到终端，最后断开主连接，退出本流程。

前置单元在比较主备通信连接之间的质量状态时依据三个参数：设定时间内平均报文接收延时、设定时间内报文接收超时次数、设定时间内报文接收延时变化率。这三个参数来自步骤S305、S308中，对报文接收延时和报文接收超时的记录和统计。

判断备用连接质量是否好于主连接，方法为：

若主连接与备用连接的平均报文接收延时的差值与主连接的平均报文接收延时的比例大于设定的阈值(如30％)，则判断备用连接质量好于主连接；

若小于设定的阈值，则再判断备用连接的报文接收超时次数是否小于主连接报文接收超时次数的一定比例(如50％)，若小于，则判断备用连接质量好于主连接；

若大于设定的比例，则再判断备用连接的报文接收延时变化率是否小于主连接报文接收延时变化率的一定比例(如50％)，若小于，则判断备用连接质量好于主连接；

前置单元在使用上述参数时，优先级从高到低分别为：平均报文接收延时、报文接收超时次数、报文接收延时变化率。总的来说，前置单元优先选择平均报文接收延时小的连接作为主连接，即通讯速率较快的连接。若平均报文接收延时相当时(在本实施例，连接间的平均报文接收延时差值在30％之内)，则选择报文接收超时次数和报文接收延时变化率小的连接，即通讯更稳定的连接。

前置单元在最小超时时间和最大超时时间之间调整报文接收超时定时器的超时参数(S312)。将超时时间参数调整为：

新超时时间＝最小超时时间+平均报文接收延时时间

若在连接建立之初，即发生报文接收超时。由于此时前置单元尚未获得报文接收延时，采用直接将当前超时时间加倍的方式调整超时时间参数。

步骤4，判断是否有备用连接，若没有则断开终端主连接，若有备用连接则切换到备用连接，再关闭终端主连接。

(S313)与S310类似，前置单元判断此终端是否有备用连接。若判定终端没有备用连接，则直接关闭通信主连接，退出处理流程；若判定终端有备用连接，则向终端发送切换到备用连接的命令(S314)，切换到一个通信质量相对较好的连接，最后关闭主连接等待终端重连。

实施例2：

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据前述的用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法中的任一方法。

一种计算设备，包括，一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据前述的用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法中的任一方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1，启动或者重置报文接收超时定时器；

步骤2，从终端发起的通讯连接中读取报文数据并缓存，若接收到有效报文则计算并记录报文接收延时，重置报文接收超时计数器，返回步骤1；若未接收到有效报文，则判断定时器是否超时，若超时则将报文接收超时计数器+1，进入步骤3，若未超时则返回继续执行本步骤；

步骤3，判断报文接收超时计数器是否达到超时计数上限，若没有达到则判断是否有备用连接，若没有备用连接，则根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，进入步骤1，若有备用连接，则判断备用连接质量是否好于主连接，若否，则根据平均报文接收延时调整定时器超时参数，进入步骤1，若是，则切换到备用连接，断开终端主连接；若达到上限则进入步骤4；其中，所述根据平均报文接收延时调整定时器超时参数包括：在最小超时时间和最大超时时间之间调整报文接收超时定时器的超时参数，将超时时间参数调整为：

新定时器超时参数=最小超时时间+平均报文接收延时时间，

最小超时时间为心跳报文时间间隔，若在连接建立之初，即发生报文接收超时，采用直接将当前超时时间加倍的方式调整超时时间参数；

步骤4，判断是否有备用连接，若没有则断开终端主连接，若有备用连接则切换到备用连接，再关闭终端主连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征是：还包括初始化终端通信连接管理变量，包括：创建报文接收定时器，创建报文接收延时记录表，创建报文接收超时计数器并置0。

3.根据权利要求2所述的一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征是：所述报文接收定时器的超时参数的初始值等于心跳报文时间间隔。

4.根据权利要求1所述的一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征是：所述报文数据包括：心跳报文和测试响应报文。

5.根据权利要求4所述的一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征是：计算并记录心跳报文的报文接收延时方法为：记录当前心跳报文接收时刻，计算与前一个相邻心跳报文接收时刻的时间差，将该时间差与通信协议规定的心跳时间间隔相减，得到心跳报文的接收延时。

6.根据权利要求4所述的一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征是：计算并记录测试响应报文的接收延时，方法为：记录前置单元下发对应命令报文的时刻，待收到响应报文时，计算命令报文和响应报文的时间差，即为测试响应报文的接收延时。

7.根据权利要求1所述的一种用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法，其特征是：所述判断备用连接质量是否好于主连接，方法为：

若主连接与备用连接的平均报文接收延时的差值与主连接的平均报文接收延时的比例大于设定的阈值，则判断备用连接质量好于主连接；

否则再判断备用连接的报文接收超时次数是否小于主连接报文接收超时次数的设定比例，若小于，则判断备用连接质量好于主连接；

否则再判断备用连接的报文接收延时变化率是否小于主连接报文接收延时变化率的设定比例，若小于，则判断备用连接质量好于主连接。

8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法中的任一方法。

9.一种计算设备，其特征在于：包括，

一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的用于输电线路分布式终端的通信质量监控方法中的任一方法的指令。