CN114390374B - 一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，属于电力用户用电信息采集领域，该系统包括：系统配置模块，测试用例模块，数据分析模块，测试报告模块，适配模块，可调衰减器，信号隔离箱，模拟电表模块和底座；其中通过集中器，电能表，可调衰减器，信号隔离箱等搭建外部多网络环境，可以方便实现多层级的多网络，符合实际运用场景。为了实现多网络测试的全覆盖，通过底座放置多块通信模块，并且在PC端模拟与底座通信模块一对一的电能表，测试者容易对被测对象进行控制，模拟电能表能够弥补真实电表在实验室环境某些不能测试的过程。

Description

一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统

技术领域

本发明属于电力用户用电信息采集领域，涉及一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统。

背景技术

随着物联网的快速发展，国家电网对电力网的建设也提出来新的要求，全力实现电力用户用电采集系统建设，“全覆盖，全采集，全预付费”。电网智能化升级要求日益迫切，用电信息采集系统是电网公司智能电网建设的重要组成部分，用电信息采集系统建设中的重点和难点是保证通信技术的高效和可靠，它也是保证用电信息采集系统安全稳定运行的关键，直接决定集中器与电能表之间通信的有效性与可靠性，并影响用电信息采集系统的采集成功率、电费下发成功率。

用电信息采集系统以主站系统为控制中心，通过集中器抄读所管辖的用户电表的用电信息。主站位于地区电力调度中心，由数据库服务器、前置采集服务器、通信接口机以及安全防护设备组成，负责监控所管辖地区的用户电表；在居民区中安装多个集中器，通常情况下，在一幢楼宇中安装一台集中器抄收整个楼宇中所有的用户电表。在当前的用电信息采集系统中，通信信道可分为远程信道和本地信道，集中器与带有通信模块的智能电表组成自组织网，通过本地信道将电表的数据汇集后，通过远程信道集中发送给主站。目前所采用的远程通信方式有光纤专网、GPRS/CDMA无线公网、230MHz无线专网或中压电力线载波专网。智能电表具有通信接口且可以配置通信模块，通过安装不同的通信模块，可以通过不同的方式来实现与集中器的本地通信，进而达到抄表采集数据的目的。采集系统中的本地通信，目前采用的有电力线载波通信(PLC)，RS485-总线，微功率无线通信等。宽带微功率无线通信系统多网络结构图1所示。

与窄带微功率不同，宽带微功率无线通信系统网络拓扑为树形，支持15层拓扑结构，组网方式与抄表方式也完全不同。网络中的节点角色变为中央协调器(CCO)、代理协调器(PCO)以及站点(STA)。CCO安装在集中器中，集中器下发命令控制CCO与PCO和STA进行数据交互，对电能表的数据抄读。PCO与STA实际上属于同一通信模块，可以安装于每家每户的智能电表中或者下接采集器后与多家电表相连，PCO与STA的角色可以实现互换。组网时CCO会在第一层网络中指定1个或多个STA为PCO与下一层的节点进行数据交互，下一层节点PCO会指定后面层级的STA成为PCO。组网完成后，网络中所有节点会定时广播发送发现列表报文和信标帧，实时监听网络工作环境，各级站点可以通过判断接受邻居站点的发现列表报文和信标帧的情况，以及邻居站点的变化情况选择更好的PCO。网络中只有PCO能进行数据的转发，而STA无法进行数据转发。当需要有多个网络共存时，会根据不同的网络ID号(NID)在不同频点上进行组网，以达到多网络共存的状态。

目前宽带微功率无线通信的无线信道测量及建模还在进行当中，宽带微功率无线通信协议还在制定之中。在宽带微功率无线通信协议标准制定完成后，之后进行协议的实现开发，最终进行通信模块的产品研发。在投入运用之前需要经过大量的测试，并且需要根据现实情况进行测试，多网络共存的情况是一个非常普遍的现象。因为宽带微功率是在HPLC基础上进行研发的，多网络组网协议不一样，所以HPLC(宽带电力线载波)的测试框架不能完全适用于宽带微功率，因此需要构建一个新的多网络共存的测试平台和制定出一个新的测试方案对宽带微功率通信系统进行完备的测试。网络测试平台要求构建不同的多网络环境，在不同的场景下对被测对象进行测试，是在真实空口网络环境中对多个不同角色的被测通信模块同时进行，能够完整对整个网络进行测试。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用电信息采集宽带微功率的多网络综合测试系统，模拟出多层级的多个网络并存的环境，通过添加干扰，使测试环境更加接近真实环境，并且通过模拟设备，代替一些真实设备，构造出不同场景下测试用例，使测试更加全面。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，包括：

系统配置模块，用于配置网口和串口，设定log文件的生成位置、中心节点地址、网络号NID、公共频点及工作频点，设置测试例执行顺序以及测试是否执行情况；

测试用例模块，包括测试例启动模块、帧结构构造模块、编码模块、发送函数模块及接收函数模块；

数据分析模块，用于对接收到的数据进行帧解析，将所得到的数据与标准协议进行对比，判断回收数据结果的正确性；

测试报告模块，用于对测试结果进行统计分析，提取出关键信息；

适配模块，用于支持不同的通信方式；

可调衰减器，用于控制射频信号的通过率；

信号隔离箱，用于屏蔽外接无线信号，保证信号只是通过箱体中的射频线出口，通过射频线进行传输。

进一步，还包括模拟电表模块和底座，用于替换屏蔽箱体中存放的真实电表；所述模拟电表模块通过TTCN3代码模拟出实际电能表与STA模块交互，所述底座用于放置多个STA模块，搭载USB转串口芯片和电源管理芯片，其作用是能够正常驱动STA模块，并且与模拟电能表交互使用。

进一步，所述系统配置模块对串口，网口配置，是通过识别串口号和网口号，提供给接口适配层，当采用模拟电能表时，STA模块和电能表采用串口通信，串口号和模拟电能表的IP地址一一映射；log文件根据系统配置模块设置其生成位置；设置网络号NID，每个网络号代表一个网络，人为的将不同区域的网络划分开；通过注释掉测试例和交换测试例顺序来配置测试例是否执行与执行的顺序。

进一步，所述测试用例模块中，包括多个测试用例，按照不同的功能分块为组网类和抄表类，所述组网类分为单网络组网和多网络组网，所述多网络组网分为同频点组网和异频点组网；所述抄表类分为代理抄表类型和透传抄表类型。

进一步，所述数据分析模块对上行数据进行处理，首先将接收到的数据进行断帧处理，在测试所用的协议中帧结构均是以68H开发16H结尾，断帧后再按照标准对帧中对应的字段进行截取并且和标准进行比对，如果不匹配则判定该帧错误，并且打印出错误字段的log。

进一步，所述测试报告模块，基于数据分析模块产生的log以及TTCN3平台自生产生的log进行分析处理，提取某些关键字，包括：当前测试例是否执行成功，成功总次数，失败总次数，抄表成功率，成功和失败的时间，失败电表集合，将处理的结果生成txt文本文档。

进一步，所述适配模块，用于负责PC和集中器进行通信，PC和集中器采用的是网口通信，但是集中器的数量不止一个，因此采用socket通信进行，因为每个集中器中的端口号可以改变，只需要和接口适配层中的端口号相同，因此PC端可以通过端口号和IP地址可以与多个集中器同时建立socket通信，一台集中器只服务与一个网络，即可建立一个网络，或者是多个网络。

进一步，所述集中器，负责和中央协调器CCO进行通信，完成指令的转发，任务的分配，数据的采集，以及数据保存及上报。

进一步，所述可调衰减器用于阻隔电磁波信号，其衰减范围为0～120dB，通过控制信号传输的多少，使得电能表上的通信模块STA接收到CCO发出的信号存在差异，因此有一部分不能通过CCO直接入网，需要通过有一部分电能表上的通信模块STA代理入网，最终通过可调衰减器搭建出多层级的网络。

进一步，所述底座，设有四个STA模块，由USB转串口UART一分四模块、四个STA模块以及一个用于为STA模块提供可驱动的最小电流的电源管理芯片构成，其目的是通过PC端模拟电能表，测试者容易对被测对象进行控制，由于实验环境的限制，模拟电能表能够弥补真实电表在实验室环境某些不能测试的过程。

进一步，测试用例包括：

1)下发公共频点，工作频点，以及设置NID；

2)多网络组网测试；

3)网间协调测试；

4)多网络透明传输抄表成功率测试；

5)多网络多伦不间断抄表成功率测试；

6)多网络并发抄表成功率测试；

7)事件主动上报测试；

8)代理变更测试。

本发明的有益效果在于：

现在的电能表大多采用有线传输，基本上都是按照小区进行划分，采用无线传输，一个小区组成一个网络，所以在实际的应用场景，多网络共存是最普遍的现象，本发明能够实现多层级的多网络平台，非常符合日常电能表实际应用场景。

本发明可以将设置公共频点和工作频点传送到应用层，使其在工作频点上组网，工作频点之间间隔太小容易造成网络相互干扰，间隔太大则对带宽造成浪费，因此可以从本发明平台多次测试，得到相对理想的工作频点间隔，当多个网络在公共频点的不同的工作频点上工作时，既不会发生网络间干扰，也不会对频带造成浪费。

本发明不仅可以对真实电表进行测试，同时设计的底座可以采用串口通信的方式与PC端模拟的电能表进行通信，采用虚拟电表的作用是弥补一些真实电能表不能够及时反馈的缺点，例如需要观测电能表异常事件上报，如果采用真实电能表，或许很久都不会观测到这种现象，若采用虚拟电表，则可以人为的构造异常上报，核对检测结果，从而达到协议栈代码的正确性的目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为宽带微功率无线通信系统多网络结构图；

图2为本发明所述宽带微功率多网络综合测试系统；

图3为本发明所述TTCN3平台控制多路集中器原理示意图；

图4为本发明多网络测试系统中底座硬件设计框图；

图5为本发明所述多网络综合测试系统中具体实施步骤图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，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。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图2～图5，本发明一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，该测试系统，具体包括：

系统配置模块，用于对网口，串口的配置，设定log文件的生成位置，中心节点地址的设定，网络号(NID)，公共频点，工作频点的设定，测试例执行顺序，以及测试是否执行，为了使某些参数能够灵活配置，因此选择在系统配置模块中进行改动。

所述系统配置模块中串口，网口配置，实则是识别串口号和网口号，提供给接口适配层，当采用模拟电能表时，由于STA模块和电能表采用串口通信，所以串口号和模拟电能表的IP地址应该一一映射；log文件可根据系统配置模块设置其生成位置，方便测试人员查看；为了防止网络冲突，设置了网络号(NID)每个网络号代表一个网络，人为的将不同区域的网络划分开来，因为各个网络均处在一个公共频点，只是各自在不同的工作频点组网，通过设置NID可以防止不同网络之间发生网络冲突；测试例是否执行与执行的顺序也可在系统配置模块设置，通过注释掉测试例或者是交换测试例顺序，则可达到所需要的的目的。

测试用例模块，此模块由许多较小的同一类型的函数模块构成，主要包括，测试例启动模块，帧结构构造模块，编码模块，发送函数模块，接收函数模块等。

所述测试用例模块中，由许多测试用例构成，可以按照不同的功能分块，例如组网类，组网可分为单网络组网，多网络组网，多网络组网还可分为同频点组网或异频点组网，抄表类，抄表类又可分为代理抄表类型，透传抄表类型。

模拟电表模块，屏蔽箱体中放置底座，底座上放置的通信模块(STA)，用模拟电能表代替真实电能表，用模拟电能能够更好的控制被测对象。

所述模拟电表模块，是通过TTCN3代码模拟出实际电能表与STA交互过程，弥补了一些在实验环境中实际电能表不能实现的问题。

数据分析模块，用于对接收到的数据进行帧解析，将所得到的的数据与标准协议进行做对比，判断回收数据结果的正确性。

所述数据分析模块，主要对上行数据进行处理，其功能是首先将接收到的数据进行断帧处理，在测试所用的协议中帧结构均是以68H开发16H结尾，断帧后再按照标准对帧中对应的字段进行截取并且和标准进行比对，如果不匹配则判定该帧错误，并且打印出错误字段的log。

测试报告模块，用于对测试结果进行统计分析，一般用shell脚本对收到的log文件进行分析，主要提取出一些关键信息，一般包括，当前测试例是否执行成功，成功总次数，失败总次数，抄表成功率，成功和失败的时间，失败电表集合。

所述测试报告模块，基于数据分析模块产生的log以及TTCN3平台自生产生的log进行分析处理，提取某些关键字，一般包括，当前测试例是否执行成功，成功总次数，失败总次数，抄表成功率，成功和失败的时间，失败电表集合，将处理的结果生成txt文本文档。

适配模块，本地PC端与集中器支持三种通信方式，分别是RS485总线，网口通信，以及4G网络通信，本发明主要采用网口通信通信，适配模块作用是支持不同的通信方式，目前支持网口通信和4G网络通信。

所述适配模块，主要用于负责PC和集中器进行通信，在本发明中PC断和集中器采用的是网口通信，但是集中器的数量不止一个，因此采用了IP地址和端口号的方式即采用了socket通信进行，因为每个集中器中的端口号可以改变，只需要和接口适配层中的端口号相同，因此PC端可以通过端口号和IP地址可以与多个集中器同时建立socket通信，一台集中器只服务与一个网络，即可建立一个网络，或者是多个网络。

信号隔离箱，用于屏蔽外接无线信号，保证信号只是通过箱体中的射频线出口，通过射频线进行传输。

所述集中器，负责和中央协调器(CCO)进行通信，完成指令的转发，任务的分配，数据的采集，以及数据保存及上报。

可调衰减器，用于控制射频信号的通过率的一种硬件设备。

所述可调衰减器，是一个用于阻隔电磁波信号的硬件设施，其衰减范围可以0～120dB，可以通过控制信号传输的多少，使得电能表上的通信模块(STA)接收到CCO发出的信号存在差异，因此有一部分不能通过CCO直接入网，需要通过有一部分电能表上的通信模块代理入网，我们称之为这类通信模块为(STA)，最终通过可调衰减器可以搭建出多层级的网络。

信号隔离箱，用于屏蔽外接无线信号，保证信号只是通过箱体中的射频线出口，通过射频线进行传输。

所述信号隔离箱，是一个可以隔绝电磁波信号的硬件设施，使电磁波仅仅通过箱体内部的射频出口传播，再结合可调衰减器，可以非常容易的构造出不同层级及形状的网络。

底座，用于放置多个STA模块，搭载了USB转串口芯片，和电源管理芯片，其作用是能够正常驱动STA模块，并且与模拟电能表结合使用。

所述底座，是一个自己设计的可以放置四个STA模块的硬件设施，主要由USB转串口(UART)一分四，四个STA模块，以及一块电源管理芯片，其目的是通过PC端模拟电能表，测试者容易对被测对象进行控制，由于实验环境的限制，模拟电能表能够弥补真实电表在实验室环境某些不能测试的过程。所述USB转串口(UART)，是FTDI的第五代USB设备，采用USB2.0接口，可以实现四个串口。所述电源管理芯片，是为STA模块提供可驱动的最小电流，STA模块的驱动电压为12V，若是四个模块由同一路电压提供，则不能同时驱动四个STA,因此该芯片可以提供多路电流，使得STA正常驱动。

图5为本方法所述多网络综合测试系统中具体实施步骤图，其具体步骤如下：

1)配置集中器参以及TTCN3参数，使得TTCN3平台与多个集中器建立连接

2)设置公共频点，工作频点(开始时尽量使各个工作频点间隔大一点)

3)查询工作频点，工作频点是否设置成功

4)设置log文件生成位置，中心节点，NID

5)下发白名单

6)电能表为真实电能表

1.依次下发组网命令

2.依次查询各个网络是否组网成功，若不成功，则再次下发组网命

3.设置测试用例执行顺序

4.执行多网络透明传输抄表命令

5.执行多网络多伦不间断抄命令

6.执行多网络并发抄表命令

7)电能表为虚拟电能表

1.启动底座，检查电源管理芯片，能够为四块通信模块正常供电

2.识别各个模块串口号，并建立串口号和模拟电能表地址的映射表，并将映射表写入到适配模块，建立一一对应关系

3.依次下发组网命令

4.查询各个网络是否组网成功，若不成功，则再次下发组网命令

5.执行抄标命令，模拟电能表回复异常数据

6.执行抄标命令，模拟电能表数据回复电能表异常

7.通过可调衰减器改变信号通过率，改变网络拓扑，再执行抄表命令

8)测试报告生成，在指定文件夹去获取

采用本发明测试系统，可以方便的构造出多层的多网络环境，并且可以通过配置文件容易改动频点大小，可以通过多次实践得到频带工作的最佳范围；本发明也设计了简易的底座装置，可放置多个STA模块，通过PC端模拟电能表与STA进行数据交互，使得测试者容易对被测对象进行控制，该发明能够补真实电表在实验室环境某些不能测试的过程。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：包括：

包括PC端、集中器、中央协调器CCO、可调衰减器以及信号隔离箱；所述PC端通过适配模块与集中器进行通信；所述集中器用于与中央协调器CCO进行通信；所述CCO用于接收集中器的指令，完成指令的转发，任务的分配，数据的采集，以及数据保存及上报；所述可调衰减器用于连接CCO，控制射频信号的通过率，搭建出多层级的网络；所述信号隔离箱用于屏蔽外接无线信号，保证可调衰减器发送的信号只通过箱体中的射频线出口，通过射频线进行传输；

所述PC端内置有软件测试系统，所述软件测试系统包括系统配置模块、测试用例模块、模拟电表模块、数据分析模块、测试报告模块和适配模块；所述系统配置模块用于配置网口和串口，设定log文件的生成位置、中心节点地址、网络号NID、公共频点及工作频点，设置测试例执行顺序以及测试是否执行情况；所述测试用例模块包括测试例启动模块、帧结构构造模块、编码模块、发送函数模块及接收函数模块；所述模拟电表模块用于通过TTCN3代码模拟出实际电能表；所述数据分析模块用于对接收到的数据进行帧解析，将所得到的数据与标准协议进行对比，判断回收数据结果的正确性；所述测试报告模块用于对测试结果进行统计分析，提取出关键信息；

所述信号隔离箱用于存放由模拟电表模块模拟出的电能表，还设有底座，用于放置多个STA模块，搭载USB转串口芯片和电源管理芯片，其作用是能够正常驱动STA模块，并且与模拟电能表交互使用。

2.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：所述系统配置模块对串口，网口配置，是通过识别串口号和网口号，提供给接口适配层，当采用模拟电能表时，STA模块和电能表采用串口通信，串口号和模拟电能表的IP地址一一映射；log文件根据系统配置模块设置其生成位置；设置网络号NID，每个网络号代表一个网络，人为的将不同区域的网络划分开；通过注释掉测试例和交换测试例顺序来配置测试例是否执行与执行的顺序。

3.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：所述测试用例模块中，包括多个测试用例，按照不同的功能分块为组网类和抄表类，所述组网类分为单网络组网和多网络组网，所述多网络组网分为同频点组网和异频点组网；所述抄表类分为代理抄表类型和透传抄表类型。

4.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：所述数据分析模块对上行数据进行处理，首先将接收到的数据进行断帧处理，在测试所用的协议中帧结构均是以68H开发16H结尾，断帧后再按照标准对帧中对应的字段进行截取并且和标准进行比对，如果不匹配则判定该帧错误，并且打印出错误字段的log。

5.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：所述测试报告模块，基于数据分析模块产生的log以及TTCN3平台自生产生的log进行分析处理，提取某些关键字，包括：当前测试例是否执行成功，成功总次数，失败总次数，抄表成功率，成功和失败的时间，失败电表集合，将处理的结果生成txt文本文档。

6.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：所述可调衰减器用于阻隔电磁波信号，其衰减范围为0～120dB，通过控制信号传输的多少，使得电能表上的通信模块STA接收到CCO发出的信号存在差异，因此有一部分不能通过CCO直接入网，需要通过有一部分电能表上的通信模块STA代理入网，最终通过可调衰减器搭建出多层级的网络。

7.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：所述底座，设有四个STA模块，由USB转串口UART一分四模块、四个STA模块以及一个用于为STA模块提供可驱动的最小电流的电源管理芯片构成，其目的是通过PC端模拟电能表，测试者容易对被测对象进行控制，由于实验环境的限制，模拟电能表能够弥补真实电表在实验室环境某些不能测试的过程。

8.根据权利要求1所述的用电信息采集系统宽带微功率多网络综合测试系统，其特征在于：测试用例包括：

1)下发公共频点，工作频点，以及设置NID；

2)多网络组网测试；

3)网间协调测试；

4)多网络透明传输抄表成功率测试；

5)多网络多伦不间断抄表成功率测试；

6)多网络并发抄表成功率测试；

7)事件主动上报测试；

8)代理变更测试。

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