CN112835775B - 模拟网络通讯方法、装置及继电保护装置仿真测试系统 - Google Patents

模拟网络通讯方法、装置及继电保护装置仿真测试系统 Download PDF

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Abstract

一种模拟网络通讯方法、装置及继电保护装置仿真测试系统，包括：基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡；通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一发送数据接口将第一应用发送的第一通讯数据发送至第一发送缓存区；所述第一发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第一发送缓存区内的第一通讯数据发送至第二数据接收缓存区内；通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二接收数据接口从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据以发送给第二应用。采用共享内存技术实现一台PC上模拟多个网络连接，实现和物理连接相同的报文发送接收功能，使继电保护仿真测试系统可以在一台PC上传输SMV和GOOSE报文，进而模拟继保故障。

Description

模拟网络通讯方法、装置及继电保护装置仿真测试系统
技术领域
本发明涉及继电保护仿真自动测试技术领域，具体涉及一种应用于继电保护装置仿真运行的模拟网络通讯方法及装置。
背景技术
随着智能变电站的快速发展，智能电子设备的应用也越来越广泛，各种型号的继保装置研发测试需求层出不穷，继电保护平台仿真测试系统可以真实的模拟继保装置在实际运行中的各种状况，如图1所示，继电保护平台仿真测试系统通常包括NPI测试工具、NPI插件仿真程序和保护CPU插件仿真程序，通过NPI测试工具给NPI插件仿真程序发送SMV数据以实现模拟量故障模拟加量，通过NPI测试工具与NPI插件仿真程序之间进行通讯以收发GOOSE报文的方式来模拟刀闸位置等开关状态量，实现对继电保护装置在实际运行中的各种工作状态的模拟。
符合IEC61850规约的继电保护装置，其模拟和开关量值是通过网络传输的，具体在网络链路层上。仿真装置测试系统为了模拟继保故障，需要至少两台PC，一台作为NPI测试工具，模拟故障量值发送，一台模拟NPI插件仿真程序和保护CPU插件仿真程序(即继保装置)，而且其对PC的性能要求也很苛刻，丢点断链现象影响了故障模拟的可靠性。研发测试人员使用起来也十分不便，给仿真测试系统的推广使用带来不少麻烦。因此，亟需一种在一台PC上运行整个仿真测试系统的模拟网络通讯方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种模拟网络通讯方法、装置及继电保护装置仿真测试系统，采用共享内存技术实现一台PC上模拟多个网络连接，实现和物理连接相同的报文发送接收功能，使继电保护仿真测试系统可以在一台PC上传输SMV和GOOSE报文，进而模拟继保故障。该方法可以辅助继电保护仿真测试系统提升IEC61850继保装置的研制开发测试效率。
本申请一方面提供了一种模拟网络通讯方法，包括：
基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一发送数据接口将第一应用发送的第一通讯数据发送至第一发送缓存区；
所述第一发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第一发送缓存区内的第一通讯数据发送至第二接收缓存区内；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二接收数据接口从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据以发送给第二应用。
进一步地，所述通讯数据为GOOSE报文，所述模拟网络通讯方法还包括：
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二发送数据接口将第二应用发送的第二通讯数据发送至第二发送缓存区；
所述第二发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第二发送缓存区内的第二通讯数据发送至第一接收缓存区内；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一接收数据接口从所述第一接收缓存区内提取第二通讯数据以发送给第一应用。
具体地，所述基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡，具体包括：
当检测到第一应用或第二应用创建具有预设标识的模拟网卡时，判断共享内存中是否存在具有相同标识的模拟网卡，若否，则建立所述具有预设标识的模拟网卡。
进一步地，若共享内存中存在具有相同标识的模拟网卡，具有预设标识的模拟网卡的第一面用于控制最先创建所述具有预设标识的模拟网卡的应用进行数据收发，则所述具有预设标识的模拟网卡的与第一面相反的第二面用于控制后创建所述具有预设标识的模拟网卡的应用进行数据收发。
具体地，所述预设发送规则包括预设数据发送速率。
具体地，所述从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据，具体包括：
基于定时查询或者应用注册回调方式，从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据。
具体地，所述将第一通讯数据发送至第一发送缓存区，具体包括：
根据第一发送缓存区的数据统计变量，判断第一发送缓存区是否已满，若否，则将第一通讯数据发送至第一发送缓存区并更新所述第一发送缓存区的数据统计变量。
进一步地，若是，则向所述第一应用返回发送失败，并统计发送失败一次。
本申请的第二方面，提供了用于执行上述任一项所述模拟网络通讯方法的装置。
本申请的第三方面，提供了一种继电保护装置仿真测试系统，包括NPI测试工具、NPI插件仿真程序和上述的装置。
具体地，所述装置置于一台PC机中。所述第一应用为NPI测试工具，所述第二应用为NPI插件仿真程序。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
该方法基于共享内存建立模拟网卡，使NPI测试工具和NPI插件仿真程序可以利用该模拟网卡分别调用收发数据接口收发信息实现与对方的通讯；基于该方法可实现在一台PC上运行整个仿真测试系统，避免了由于PC机之间通讯丢点断链等问题导致的故障模拟的不可靠，提高了仿真测试效率和模拟的可靠性。
附图说明
图1是继电保护平台仿真测试系统示意图；
图2是本发明实施例提供的一种模拟网络通讯方法流程图；
图3是本发明一具体实施例提供的模拟网卡的结构示意图；
图4是本发明一具体实施例提供的模拟网卡创建方法流程图；
图5是本发明一具体实施例提供的模拟网卡工作流程图；
图6为本发明一具体实施例模拟网卡统计数据示意图；
图7为本发明一具体实施例提供的PC仿真测试系统仿真装置的主接线图页面；
图8为本发明一具体实施例提供的运行于一台PC上的继电保护仿真测试平台系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参见图2，本发明实施例提供了一种模拟网络通讯方法，包括：
步骤101：基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡；
步骤102：通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一发送数据接口将第一应用发送的第一通讯数据发送至第一发送缓存区；
步骤103：所述第一发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第一发送缓存区内的第一通讯数据发送至第二接收缓存区内；
步骤104：通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二接收数据接口从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据以发送给第二应用。
具体地，本发明实施例中，通讯数据为满足IEC61850规约的SMV报文或GOOSE报文，SMV报文或GOOSE报文均是在网络通讯链路层上进行传输发送的。所述第一应用可以为NPI测试工具，所述第二应用可以为NPI插件仿真程序。
该方法基于共享内存建立模拟网卡，使NPI测试工具和NPI插件仿真程序可以利用该模拟网卡分别调用收发数据接口收发信息实现与对方的通讯；基于该方法可实现在一台PC上运行整个仿真测试系统，避免了由于PC机之间通讯丢点断链等问题导致的故障模拟的不可靠，提高了仿真测试效率和模拟的可靠性。
进一步地，所述通讯数据为GOOSE报文，所述模拟网络通讯方法还包括：
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二发送数据接口将第二应用发送的第二通讯数据发送至第二发送缓存区；
所述第二发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第二发送缓存区内的第二通讯数据发送至第一接收缓存区内；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一接收数据接口从所述第一接收缓存区内提取第二通讯数据以发送给第一应用。
具体地，所述基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡，具体包括：
当检测到第一应用或第二应用创建具有预设标识的模拟网卡时，判断共享内存中是否存在具有相同标识的模拟网卡，若否，则建立所述具有预设标识的模拟网卡。
具体地，若共享内存中存在具有相同标识的模拟网卡，具有预设标识的模拟网卡的第一面用于控制最先创建所述具有预设标识的模拟网卡的应用进行数据收发，则所述具有预设标识的模拟网卡的与第一面相反的第二面用于控制后创建所述具有预设标识的模拟网卡的应用进行数据收发。
具体地，所述预设发送规则包括预设数据发送速率。
具体地，所述从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据，具体包括：
基于定时查询或者应用注册回调方式，从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据。
具体地，所述将第一通讯数据发送至第一发送缓存区，具体包括：
根据第一发送缓存区的数据统计变量，判断第一发送缓存区是否已满，若否，则将第一通讯数据发送至第一发送缓存区并更新所述第一发送缓存区的数据统计变量。
进一步地，若是，则向所述第一应用返回发送失败，并统计发送失败一次。
本发明还提供了一种用于执行上述任一项所述模拟网络通讯方法的装置。
本发明装置实施例和方法实施例一一对应，具体描述及效果参照方法实施例，在此不再赘述。
本发明还提供了一种继电保护装置仿真测试系统，包括NPI测试工具、NPI插件仿真程序和上述的装置。
具体地，所述装置置于一台PC机中。所述第一应用为NPI测试工具，所述第二应用为NPI插件仿真程序。
以下为本发明的一个具体实施例：
本发明提供了一种基于共享内存的模拟网络通讯方法，模拟网卡的结构如图3所示：
模拟网卡包括：网卡A面(第一面)、网卡B面(第二面)。可以从A面收发数据，也可以从B面收发数据。模拟网卡的A、B面分别模拟网络通讯系统两端各自视角的发送和接收数据。
模拟网卡使用双方假定为应用A和应用B，如图4所示，应用A和应用B分别调用CreateSimnet接口创建模拟网卡，模拟网卡名称设定相同，那么应用A和应用B的模拟网卡在共享内存中为同一个。应用创建模拟网卡时，会首先查询是否有同名的模拟网卡，如果已经存在，那么使用该存在的模拟网卡B面，如果不存在，建立该名称的模拟网卡，并使用该模拟网卡A面。
应用A和应用B分别创建各自的模拟网卡控制块，通过使用相同的网卡名称使二者能够使用相同的模拟网卡。
模拟网卡启动工作前，应用A和应用B需要设定相同的发送速率和最大帧长(单帧最大字节数)。发送速率是按照每秒多少帧报文计算的。
模拟网卡创建成功后建立各应用自己的发送数据维护线程，按照用户设定的发送速率发送数据(每秒多少帧数据)。
参见图5，模拟网卡使用一方(即应用A或应用B)发送数据时，调用适配自己的发送数据接口(A面或B面)，发送数据进入该面的发送缓冲区(也称缓存区)，如果发送缓冲区已满，发送接口返回给应用发送失败，同时模拟网卡统计发送失败一次；
模拟网卡发送线程按照用户设定的发送速率(每秒多少帧数据)把发送缓冲区的数据帧移到对面的接收缓冲区，并设置对面接收等相关标志变量，标志变量包括对面缓冲区锁标志、对面缓冲区使用帧数、对面空闲帧数等统计信息变量等。如果发送缓冲区中没有数据，模拟网卡发送线程空转，进入空闲状态；
模拟网卡数据的接收分为两种模式，一种是回调模式，由应用设置接收数据回调函数，一旦对端面发送数据进入本面接收缓冲区，即调取应用的回调函数，回调函数执行完毕，清除接收缓冲区；另一种是定时查询模式，应用自己设定定时查询间隔，定时调用对应面的数据接收函数接口，如果接收缓冲区有数据，返回给应用，如果没有返回为空。
模拟网卡数据的发送接收的同时，维护网卡数据状态统计的变量值，如表1所示，图4和图5说明模拟网卡的创建和工作流程图。
在一具体实施例中，模拟网卡的结构定义表以及调用接口定义描述参见
表1～3，模拟网卡统计数据参见图6：
其中：csMax_net_pagecnt为缓冲区最大帧数，csNetBufSize单帧最大长度(字节数)。
表1模拟网络驱动数据结构
表2模拟网络驱动结构
结构变量类型 结构变量名称 结构变量说明
SimNetDriverData NetDriverDataA 网络驱动A端控制结构
SimNetDriverData NetDriverDataB 网络驱动B端控制结构
表3模拟网络驱动访问接口
IEC61850规约的SMV和GOOSE报文，均是在网络通讯链路层上进行传输发送的。一台PC上无法通过自环网络进行实际有效的模拟，基于共享内存的模拟网络通讯方法提供链路层收发接口，可以实现SMV和GOOSE报文的模拟传送。
对于SMV报文的发送接收：建立一个单独的线程，统计一秒钟发送接收多少帧报文。发送报文的速度根据采样点频率，比如80点一组SMV单个ASDU，其发送速度是每秒4000帧报文，接收线程也按照这个速度进行数据接收，接收端的速度是由发送端决定的，可以通过接收端对发送速度进行侦测保证。即对于SMV报文的发送和接收，通讯的两个应用进程都需要建立对应的发送接收线程，实现SMV的通讯传输。
对于GOOSE报文的发送接收，通讯的两个应用进程不需建立单独的线程，使用毫秒定时器即可。应用双方通过定时器接收模拟网络发送缓冲区内的数据，如果没有数据，返回空数据。
在一继电保护仿真测试平台系统中，对于GOOSE和SMV进行分网模拟，即模拟了两个网络通讯卡，一个用于SMV报文的传输，是单向的，由NPI测试工具发送给NPI插件仿真程序；另外一个用于GOOSE报文的传输，是双向的，NPI测试工具和NPI插件仿真程序之间进行双向传输。
图7展示了PC仿真测试系统仿真装置的主接线图页面，图8是运行于一台PC上的继电保护仿真测试平台系统。图1中NPI测试工具和NPI插件仿真程序之前的双向数据交互即是通过模拟网络实现链路层数据收发，NPI测试工具设定SMV发送速率为每秒4000帧报文，对应于80点采样单个ASDU的SMV报文发送。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种模拟网络通讯方法，其特征在于，包括：
基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一发送数据接口将第一应用发送的第一通讯数据发送至第一发送缓存区；
所述第一发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第一发送缓存区内的第一通讯数据发送至第二接收缓存区内；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二接收数据接口从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据以发送给第二应用；
其中，基于共享内存建立具有预设标识的模拟网卡；包括：
当检测到第一应用或第二应用创建具有预设标识的模拟网卡时，判断共享内存中是否存在具有相同标识的模拟网卡，若否，则建立所述具有预设标识的模拟网卡；
若共享内存中存在具有相同标识的模拟网卡，具有预设标识的模拟网卡的第一面用于控制最先创建所述具有预设标识的模拟网卡的应用进行数据收发，则所述具有预设标识的模拟网卡的与第一面相反的第二面用于控制后创建所述具有预设标识的模拟网卡的应用进行数据收发。
2.根据权利要求1所述的模拟网络通讯方法，其特征在于，所述通讯数据为GOOSE报文，所述模拟网络通讯方法还包括：
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第二发送数据接口将第二应用发送的第二通讯数据发送至第二发送缓存区；
所述第二发送缓存区基于预设发送规则，将存储在所述第二发送缓存区内的第二通讯数据发送至第一接收缓存区内；
通过所述具有预设标识的模拟网卡调用第一接收数据接口从所述第一接收缓存区内提取第二通讯数据以发送给第一应用。
3.根据权利要求1所述的模拟网络通讯方法，其特征在于，所述预设发送规则包括预设数据发送速率。
4.根据权利要求1所述的模拟网络通讯方法，其特征在于，所述从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据，具体包括：
基于定时查询或者应用注册回调方式，从所述第二接收缓存区内提取第一通讯数据。
5.根据权利要求1所述的模拟网络通讯方法，其特征在于，所述将第一通讯数据发送至第一发送缓存区，具体包括：
根据第一发送缓存区的数据统计变量，判断第一发送缓存区是否已满，若否，则将第一通讯数据发送至第一发送缓存区并更新所述第一发送缓存区的数据统计变量。
6.根据权利要求1所述的模拟网络通讯方法，其特征在于，若是，则向所述第一应用返回发送失败，并统计发送失败一次。
7.用于执行权利要求1~6任一项所述模拟网络通讯方法的装置。
8.一种继电保护装置仿真测试系统，包括NPI测试工具、NPI插件仿真程序和权利要求7所述的装置。
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