CN115766506A - 一种基于fpga的通信网络质量测试方法及装置 - Google Patents

一种基于fpga的通信网络质量测试方法及装置 Download PDF

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CN115766506A CN202211562536.3A CN202211562536A CN115766506A CN 115766506 A CN115766506 A CN 115766506A CN 202211562536 A CN202211562536 A CN 202211562536A CN 115766506 A CN115766506 A CN 115766506A
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范辉
王献志
赵宇皓
张卫明
郭少飞
李泽
刘世岩
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Abstract

本发明提供一种基于FPGA的通信网络质量测试方法及装置。该方法包括：主测试装置获取外部输入的测试参数，根据测试参数生成第一测试数据包，并将第一测试数据包无线发送至从测试装置；从测试装置根据第一测试数据包计算从设备侧的网络质量数据，以及根据第一测试数据包和从设备侧的网络质量数据生成第二测试数据包，并将第二测试数据包回传至主测试装置；主测试装置根据第二测试数据包计算主设备侧的网络质量数据，并基于主设备侧和从设备侧的网络质量数据得到通信网络的质量。本发明能够实现快速、准确、实时的测试网络质量，显示网络性能参数，满足电力系统对网络质量测试的需要。

Description

一种基于FPGA的通信网络质量测试方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的通信网络质量测试方法及装置。
背景技术
通信网络广泛地应用于各行各业，在电力系统中也普遍地应用通信网络，例如在配电差动保护、配电主子站通信、用电信息采集系统、安全稳定控制系统、视频监控平台等场景均有应用通信网络的身影。而电力系统对通信网络质量的稳定性、网络实时性、时间同步等具有严格要求。现有的网络质量测试方法虽然可以测试出网络质量情况，但难以满足电力系统对网络质量测试的需要，无法快速、准确、实时的测试网络质量，显示网络性能参数。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于FPGA的通信网络质量测试方法及装置，以解决现有技术无法快速、准确、实时的测试网络质量的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，所述方法应用于基于FPGA的通信网络质量测试装置，所述基于FPGA的通信网络质量测试装置包括主测试装置和从测试装置；所述方法包括：
所述主测试装置获取外部输入的测试参数，根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包无线发送至所述从测试装置；
所述从测试装置根据所述第一测试数据包计算从设备侧的网络质量数据，以及根据所述第一测试数据包和所述从设备侧的网络质量数据生成第二测试数据包，并将所述第二测试数据包回传至所述主测试装置；
所述主测试装置根据所述第二测试数据包计算主设备侧的网络质量数据，并基于所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据得到通信网络的质量。
在一种可能的实现方式中，所述主测试装置包括第一CPU、第一FPGA、第一通信模块；
所述主测试装置获取外部输入的测试参数，根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包无线发送至所述从测试装置包括：
所述第一CPU获取外部输入的测试参数，并发送给所述第一FPGA；
所述第一FPGA根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包发送给所述第一通信模块；
所述第一通信模块将所述第一测试数据包无线发送至所述从测试装置；
所述主测试装置根据所述第二测试数据包计算主设备侧的网络质量数据，并基于所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据得到通信网络的质量，包括：
所述第一通信模块接收所述第二测试数据包，并发送给所述第一FPGA；
所述第一FPGA根据所述第二测试数据包计算所述主设备侧的网络质量数据，并将所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据发送至所述第一CPU；
所述第一CPU根据所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据，得到通信网络的质量。
在一种可能的实现方式中，所述第一FPGA包括第一流量生成单元、第一性能测试单元、第一以太网通信单元和第二以太网通信单元；
所述第一FPGA根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包发送给所述第一通信模块，包括：
所述第一以太网通信单元接收并解析所述测试参数，并发送给所述第一流量生成单元；
所述第一流量生成单元根据接收的测试参数，生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包通过所述第二以太网通信单元发送给所述第一通信模块；
所述第一FPGA根据所述第二测试数据包计算所述主设备侧的网络质量数据，并将所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据发送至第一CPU，包括：
所述第二以太网通信单元接收并解析所述第二测试数据包，并发送给所述第一性能测试单元；
所述第一性能测试单元根据接收到的所述第二测试数据包进行计算，得到所述主设备侧的网络质量数据；
所述第一性能测试单元将所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据通过所述第一以太网通信模块发送给所述第一CPU。
在一种可能的实现方式中，所述主设备侧的网络质量数据包括主设备侧单向接收网络带宽、主设备侧单向传输时延、全链路网络时延、全链路网络带宽和全链路网络丢包率；其中，
主设备侧单向接收网络带宽的计算公式为：
B2＝n2/t2，其中，B2为所述主设备侧单向接收网络带宽，n2为所述主测试装置接收所述第二测试数据包的单位接收总字节数，t2为所述主测试装置接收所述第二测试数据包的单位接收时间；
主设备侧单向传输时延的计算公式为：
D2＝T4-T3，其中，D2为所述主设备侧单向传输时延，T4为所述主测试装置接收所述第二测试数据包时的时间戳，T3为所述从测试装置发送所述第二测试数据包时的时间戳；
全链路网络时延的计算公式为：
D0＝T6-T5，其中，D0为所述全链路网络时延，T6为所述主测试装置接收所述第二测试数据包发送帧序号时的时间戳，T5为所述主测试装置发送所述第一测试数据包发送帧序号时的时间戳；
全链路网络带宽的计算公式为：
B0＝n2/(T4-T1)，其中，B0为所述全链路网络带宽，T4为所述主测试装置接收所述第二测试数据包时的时间戳，T1为所述主测试装置发送所述第一测试数据包时的时间戳；
全链路网络丢包率的计算公式为：
N＝(n0-n2)/n0*100％，其中，N为所述全链路网络丢包率，n0为所述主测试装置发送所述第一测试数据包的单位发送总字节，n2为所述主测试装置接收所述第二测试数据包的单位接收总字节。
在一种可能的实现方式中，所述从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块；
所述从测试装置根据所述第一测试数据包计算从设备侧的网络质量数据，以及根据所述第一测试数据包和所述从设备侧的网络质量数据生成第二测试数据包，并将所述第二测试数据包回传至所述主测试装置，包括：
所述第二通信模块接收所述第一测试数据包，并发送给所述第二FPGA；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包进行计算，得到所述从设备侧的网络质量数据；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包的数据和所述从设备侧的网络质量数据，生成第二测试数据包，并发送给第二通信模块；
所述第二通信模块将所述第二测试数据包无线发送至所述主测试装置。
在一种可能的实现方式中，所述从测试装置的第二FPGA包括第二流量生成单元、第二性能测试单元、第三以太网通信单元和第四以太网通信单元；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包进行计算，得到所述从设备侧的网络质量数据，包括：
所述第四以太网通信单元接收并解析所述第一测试数据包，并发送给所述第二性能测试单元；
所述第二性能测试单元根据接收到的所述第一测试数据包进行计算，得到所述从设备侧的网络质量数据；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包的数据和所述从设备侧的网络质量数据，生成第二测试数据包，并发送给第二通信模块，包括：
所述第二性能测试单元将所述从设备侧的网络质量数据发送给所述第二流量生成单元；
所述第二流量生成单元根据所述第一测试数据包的数据和接收到的所述从设备侧的网络质量数据，生成所述第二测试数据包，并将所述第二测试数据包通过所述第四以太网通信单元发送给第二通信模块。
在一种可能的实现方式中，所述从设备侧的网络质量数据包括从设备侧单向接收网络带宽和从设备侧单向传输时延；其中，
所述从设备侧单向接收网络带宽的计算公式为：
B1＝n1/t1，其中，B1为所述从设备侧单向接收网络带宽，n1为所述从测试装置接收所述第一测试数据包的单位接收总字节，t1为所述从测试装置接收所述第一测试数据包的单位接收时间；
从设备侧单向传输时延的计算公式为：
D1＝T2-T1，其中，D1为所述从设备侧单向传输时延，T2为所述从测试装置接收所述第一测试数据包时的时间戳，T1为所述主测试装置发送所述第一测试数据包时的时间戳。
在一种可能的实现方式中，所述第一FPGA还包括：第一B码对时单元；
在获取外部输入的测试参数之前，还包括：
所述第一CPU将查询B码对时状态的请求发送给所述第一B码对时单元；
所述第一B码对时单元接收所述第一通信模块的B码对时信息；
所述第一B码对时单元根据所述B码对时信息，得到本地时间戳信息，并发送给所述第一流量生成单元和所述第一性能测试单元。
在一种可能的实现方式中，所述第二FPGA还包括：第二B码对时单元；
在获取外部输入的测试参数之前，还包括：
所述第二CPU将查询B码对时状态的请求发送给所述第二B码对时单元；
所述第二B码对时单元接收所述第二通信模块的B码对时信息；
所述第二B码对时单元根据所述B码对时信息，得到本地时间戳信息，并发送给所述第二流量生成单元和所述第二性能测试单元。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于FPGA的通信网络质量测试装置，所述FPGA的通信网络质量测试装置用于实现如权利要求1-9任一项所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法；
所述基于FPGA的通信网络质量测试装置包括主测试装置和从测试装置；
所述主测试装置包括第一CPU、第一FPGA、第一通信模块；
所述第一CPU和所述第一FPGA通过所述第一以太网连接；
所述第一CPU和所述第一通信模块通过所述第二以太网连接；
所述第一FPGA和所述第一通信模块通过所述第三以太网连接；
所述从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块；
所述第二CPU和所述第二FPGA通过所述第四以太网连接；
所述第二CPU和所述第二通信模块通过所述第五以太网连接；
所述第二FPGA和所述第二通信模块通过所述第六以太网连接。
本发明实施例提供一种基于FPGA的通信网络质量测试方法及装置，通过采用基于FPGA的通信网络质量测试装置，主测试装置根据外部输入的参数生成第一测试数据包，并发送给从测试装置，从测试装置根据第一测试数据包得到第二测试数据包，并发送给主测试装置，主测试装置进行计算，得到通信网络的质量。通过测试数据包的实时传输，及时的在主测试装置侧进行计算，从而可以得到当前通信网络的质量，实现快速、准确、实时地测试网络质量，显示网络性能参数，进而实现判断当前网络稳定性、实时性和时间同步的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于FPGA的通信网络测试方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的基于FPGA的通信网络测试装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的第一FPGA内部的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第二FPGA内部的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法的实现流程图，图2本发明实施例提供的基于FPGA的通信网络质量测试装置的结构示意图。请一并参见图1和图2所示，基于FPGA的通信网络质量测试装置包括主测试装置和从测试装置。采用基于FPGA的通信网络质量测试装置的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法详述如下：
步骤S101，主测试装置获取外部输入的测试参数，根据测试参数生成第一测试数据包，并将第一测试数据包无线发送至从测试装置。
作为一种可能的实现方式，参见图2所示，主测试装置包括第一CPU、第一FPGA、第一通信模块，从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块。其中，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是一种可以重构电路的芯片，也是一种硬件可重构的体系结构。通过编程，用户可以改变FPGA的应用场景，并且FPGA可以模拟CPU、GPU等硬件的各种并行运算。通过与目标硬件的高速接口互联，FPGA可以完成目标硬件运行效率比较低的部分，从而在系统层面实现加速。主测试装置的第一通信模块和从测试装置的第二通信模块可以为4G或5G通信模块，该通信模块具有接收和解析基站发送的对时数据包的能力，该通信模块能够根据解析的对时数据包得到电B码，并将电B码对时信号发送至对应的FPGA模块；此外，该通信模块采用无线形式与运营商的网络进行通信。
测试之前，第一CPU获取主测试装置的连接状态和外网IP地址，第二CPU获取从测试装置的连接状态和外网IP地址，以确保通信网络质量测试装置通信正常，能够进行后续的通信网络质量测试。以及，第一CPU查询第一FPGA的B码对时状态，第一FPGA实时接收第一通信模块的B码对时信息，并根据B码对时信息得到本地时间戳信息，以获取准确时间信息。同样的，第二CPU查询第二FPGA的B码对时状态，第二FPGA实时接收第二通信模块的B码对时信息，并根据B码对时信息得到本地时间戳信息，以获取准确时间信息。
具体的，图3为本发明实施例提供的第一FPGA内部的结构示意图，图4为本发明实施例提供的第二FPGA内部的结构示意图，参见图3和图4所示，第一FPGA包括第一B码对时单元，第二FPGA包括第二B码对时单元。B码对时单元用于接收对应通信模块的B码对时信息，并解析B码中的年、月、日、时、分、秒信息，根据内部10纳秒的精度产生测试时间戳信息，时间戳信息为64比特，高32位为秒信息，低32位为毫秒、微秒、纳秒信息，并将该时间戳信息发送到对应的流量生成模块和对应的性能测试模块。
测试时，第一CPU获取外部输入的测试参数，并发送给第一FPGA。该参数，即用户配置参数包括测试装置模式(即主模式或从模式，两个测试装置的主从关系由测试装置模式确定)、MAC、IP、协议类型、带宽、帧长、测试持续时间等，该参数以以太网数据包形式，经第一以太网发送到第一FPGA。第一FPGA根据上述测试参数生成第一测试数据包，并将第一测试数据包发送给第一通信模块，第一通信模块将第一测试数据包无线发送至所述从测试装置。
具体的，参见图3所示，第一FPGA包括第一流量生成单元、第一性能测试单元、第一以太网通信单元和第二以太网通信单元。第一FPGA的第一以太网通信单元接收到测试参数后，将测试参数解析发送给第一流量生成单元；第一流量生成单元获取此时的时间戳，确定为主测试装置发送时间戳，并根据接收的测试参数，生成第一测试数据包，该第一测试数据包包含目的MAC、源MAC、目的IP、源IP、目的UDP端口、源UDP端口、发送帧序号、主测试装置发送时间戳，并根据设置带宽值和帧长计算帧与帧之间的帧间隔，采用以太网封包形式发送到第二以太网通信单元，第二以太网通信单元按照物理层接口协议通过第三以太网实时地发送第一测试数据包到第一通信模块。第一通信模块进一步的将第一测试数据包按照通信协议的要求，以无线形式发送至运营商网络中，运营商按照第一测试数据包的目的IP路由转发到从测试装置。
步骤S102，从测试装置并根据第一测试数据包计算从设备侧的网络质量数据，以及根据第一测试数据包和从设备侧的网络质量数据生成第二测试数据包，并将第二测试数据包回传至主测试装置。
作为一种可能实现的方式，参见图2所示，从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块。第二通信模块接收第一测试数据包，并将第一测试数据包通过第六以太网发送到第二FPGA。第二FPGA根据第一测试数据包的数据进行计算，得到从设备侧的网络质量数据。第二FPGA根据第一测试数据包的数据和从设备侧的网络质量数据，生成第二测试数据包，并将第二测试数据包发送给第二通信模块。第二通信模块将第二测试数据包无线发送至主测试装置。
作为一种可能实现的方式，第二FPGA将从设备侧的网络质量数据通过第四以太网发送到第二CPU，第二CPU根据接收到的从设备侧的网络质量数据进行显示，即在从设备侧显示从设备侧的网络质量。
具体的，参见图4所示，第二FPGA包括第二流量生成单元、第二性能测试单元、第三以太网通信单元和第四以太网通信单元。第二FPGA的第四以太网通信单元接收到第一测试数据包后，将第一测试数据包解析发送给第二性能测试单元，发送的测试数据包括目的MAC、源MAC，目的IP、源IP，目的UDP端口、源UDP端口、发送帧序号、主测试装置发送时间戳等；第二性能测试单元获取此时的时间戳，确定为从测试装置接收时间戳，并根据第一测试数据包中的测试数据进行计算，得到从测试装置侧的网络质量数据，即从设备侧的网络质量数据，从设备侧的网络质量数据包括从设备侧单向接收网络带宽和从设备侧单向传输时延；第二性能测试单元将接收到的第一测试数据包和上述从设备侧的网络质量数据发送给第二流量生成单元；第二流量生成单元获取此时的时间戳，确定为从测试装置发送时间戳，并根据接收到的第一测试数据包的数据和从设备侧的网络质量数据，生成第二测试数据包，该第二测试数据包包含新目的MAC、新源MAC，新目的IP、新源IP，新目的UDP端口、新源UDP端口、发送帧序号、主测试装置发送时间戳、从测试装置接收时间戳、从测试装置发送时间戳等信息，并采用以太网封包形式将第二测试数据包发送到第四以太网通信单元，第四以太网通信单元按照物理层接口协议通过第六以太网实时地发送第二测试数据包的以太网数据包到第二通信模块。第二通信模块进一步的将第二测试数据包按照通信协议的要求，以无线形式发送至运营商网络中，运营商按照第二测试数据包的新目的IP路由转发到主测试装置。
其中，从设备侧的网络质量数据包括从设备侧单向接收网络带宽和从设备侧单向传输时延。
从设备侧单向接收网络带宽的计算公式为：
B1＝n1/t1，其中，B1为所述从设备侧单向接收网络带宽，n1为从测试装置接收第一测试数据包的单位接收总字节，t1为从测试装置接收第一测试数据包的单位接收时间；
从设备侧单向传输时延的计算公式为：
D1＝T2-T1，其中，D1为从设备侧单向传输时延，T2为从测试装置接收第一测试数据包时的时间戳，即从测试装置接收时间戳，T1为主测试装置发送第一测试数据包时的时间戳，即主测试装置发送时间戳。
其中，第二流量生成单元将新目的MAC、新源MAC，新目的IP、新源IP，新目的UDP端口、新源UDP端口、发送帧序号、主测试装置发送时间戳、从测试装置接收时间戳、从测试装置发送时间戳等信息组合，并按照预设带宽与帧长设置以太网帧与帧之间的帧间隔，生成第二流量测试数据包。
具体的，第二流量生成单元将接收到的目的MAC、源MAC，目的IP、源IP，目的UDP端口、源UDP端口进行对应互换，以便将数据包发送回主测试装置。即目的MAC变为新源MAC，源MAC变为新目的MAC，目的IP变为新源IP，源IP变为新目的IP，目的UDP端口变为源UDP端口，源UDP端口变为新目的UDP端口。第二流量生成单元并获取此时的时间戳，确定为从测试装置发送时间戳。
步骤103，主测试装置根据第二测试数据包计算主设备侧的网络质量数据，并基于主设备侧和从设备侧的网络质量数据得到通信网络的质量。
作为一种可能实现的方式，参见图2所示，第一通信模块接收第二测试数据包，并将第二测试数据包通过第三以太网发送给第一FPGA。第一FPGA根据第二测试数据包进行计算，得到主设备侧的网络质量数据，并将主设备侧和从设备侧的网络质量数据发送至第一CPU。第一CPU根据主设备侧和从设备侧的网络质量数据，得到通信网络的质量。
具体的，参见图3所示，第一FPGA的第二以太网通信单元接收到第二测试数据包后，将第二测试数据包解析发送给第一性能测试单元，发送的测试数据包括目的MAC、源MAC，目的IP、源IP，目的UDP端口、源UDP端口、发送帧序号、主测试装置发送时间戳、从测试装置接收时间戳、从测试装置发送时间戳等；第一性能测试单元获取此时的时间戳，确定为主测试装置接收时间戳，并根据第二测试数据包中的测试数据进行计算，得到主测试装置侧的网络质量数据，即主设备侧的网络质量数据，主设备侧的网络质量数据包括主设备侧单向接收网络带宽、主设备侧单向传输时延、全链路网络时延、全链路网络带宽和全链路网络丢包率；第一性能测试单元采用以太网封包形式将主设备侧和从设备侧的网络质量数据发送到第一以太网通信单元，第一以太网通信单元按照物理层接口协议通过第一以太网实时地发送主设备侧和从设备侧的网络质量数据到第一CPU；第一CPU根据根据主设备侧和从设备侧的网络质量数据，得到通信网络的质量，并实时显示每秒或每次测试得到的通信网络的质量。
其中，主设备侧的网络质量数据包括主设备侧单向接收网络带宽、主设备侧单向传输时延、全链路网络时延、全链路网络带宽和全链路网络丢包率。
主设备侧单向接收网络带宽的计算公式为：
B2＝n2/t2，其中，B2为主设备侧单向接收网络带宽，n2为主测试装置接收第二测试数据包的单位接收总字节数，t2为主测试装置接收第二测试数据包的单位接收时间；
主设备侧单向传输时延的计算公式为：
D2＝T4-T3，其中，D2为主设备侧单向传输时延，T4为主测试装置接收所述第二测试数据包时的时间戳，即主测试装置接收时间戳，T3为从测试装置发送所述第二测试数据包时的时间戳，即从测试装置发送时间戳；
全链路网络时延的计算公式为：
D0＝T6-T5，其中，D0为全链路网络时延，T6为主测试装置接收第二测试数据包对应发送帧序号的时间戳，T5为主测试装置发送第一测试数据包对应发送帧序号时的时间戳；
全链路网络带宽的计算公式为：
B0＝n2/(T4-T1)，其中，B0为全链路网络带宽，T4为主测试装置接收第二测试数据包时的时间戳，即主测试装置接收时间戳，T1为主测试装置发送第一测试数据包时的时间戳，即主测试装置发送时间戳；
全链路网络丢包率的计算公式为：
N＝(n0-n2)/n0*100％，其中，N为全链路网络丢包率，n0为主测试装置发送第一测试数据包的单位发送总字节，n2为主测试装置接收第二测试数据包的单位接收总字节。
本发明实施例提供一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，通过采用基于FPGA的通信网络质量测试装置，主测试装置根据外部输入的参数生成第一测试数据包，并发送给从测试装置，从测试装置根据第一测试数据包得到第二测试数据包，并发送给主测试装置，主测试装置进行计算，得到通信网络的质量。通过B码对时单元实现主测试装置和从测试装置的时间同步，再通过测试数据包的实时传输和计算，可以快速、准确、实时地测试当前的网络质量情况，在主测试装置侧即可得到完整的网络质量情况，便于判断当前网络稳定性、实时性、时间同步的情况，有利于及时发现电力系统的网络质量问题，以便确保电力系统安全平稳的运行。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图2示出了本发明实施例提供的基于FPGA的通信网络质量测试装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图2所示，基于FPGA的通信网络质量测试装置包括：主测试装置和从测试装置。测试装置分为主模式和从模式，调节到主模式的测试装置即为主测试装置，调节到从模式的测试装置即为从测试装置。
主测试装置包括第一CPU、第一FPGA、第一通信模块。第一CPU和第一FPGA通过所述第一以太网连接，第一CPU和第一通信模块通过所述第二以太网连接，第一FPGA和第一通信模块通过所述第三以太网连接；
从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块。第二CPU和第二FPGA通过所述第四以太网连接，第二CPU和第二通信模块通过所述第五以太网连接，第二FPGA和第二通信模块通过所述第六以太网连接。
第一通信模块和第二通信模块为相同的通信模块，均具有接收基站对时数据包能力，并可以输出电B码对时信号到FPGA，通信模块采用无线形式与运营商网络通信。
如图3所示为本发明实施例提供的第一FPGA内部的结构示意图，第一FPGA可以包括第一流量生成单元、第一性能测试单元、第一B码对时单元、第一以太网通信单元、第二以太网通信单元。
如图4所示为本发明实施例提供的第一FPGA内部的结构示意图，第二FPGA可以包括第二流量生成单元、第二性能测试单元、第二B码对时单元、第三以太网通信单元、第四以太网通信单元。
第一FPGA与第二FPGA为相同的FPGA模块，此处以第一FPGA为例进行说明。
第一流量生成单元用于接收第一以太网通信单元转发的测试参数，并根据测试参数和发送时间戳信息，生成第一测试数据包，并发送给第二以太网通信单元，还用于和第一性能测试单元进行数据信息的交换。
第一性能测试单元用于接收第二以太网通信单元发送的第二测试数据包，评估测试流的流量、带宽、误码、时延等信息，并发送给第一以太网通信单元，还用于和第一流量生成单元进行数据信息的交换。
第一B码对时单元用于获取B码对时信息，得到时间戳信息，并发送给第一流量生成单元和第一性能测试单元。
第一以太网通信单元用于接收并解析第一CPU发送的测试参数，并发送给第一流量生成单元，还用于接收第一性能测试单元发送的主设备侧和从设备侧的网络质量数据，并发送给第一CPU。
第二以太网通信单元用于接收第一流量生成单元发送的第一测试数据包，并发送给第一通信模块，还用于接收第一通信模块发送的第二测试数据包，并发送给第一性能测试单元。
本发明实施例提供一种基于FPGA的通信网络质量测试装置，包括主测试装置和从测试装置，主测试装置和从测试装置均包括CPU、FPGA、通信模块，FPGA包括流量生成单元、性能测试单元、B码对时单元和两个以太网通信单元。通过B码对时单元可以实现主测试装置和从测试装置的时间同步，通过利用主测试装置和从测试装置将测试数据包进行实时传输和计算，可以快速、准确、实时地测试当前的网络质量情况，判断当前网络稳定性、实时性、时间同步的情况，及时发现电力系统的网络质量问题，以便确保电力系统安全平稳的运行。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述方法应用于基于FPGA的通信网络质量测试装置，所述基于FPGA的通信网络质量测试装置包括主测试装置和从测试装置；所述方法包括：
所述主测试装置获取外部输入的测试参数，根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包无线发送至所述从测试装置；
所述从测试装置根据所述第一测试数据包计算从设备侧的网络质量数据，以及根据所述第一测试数据包和所述从设备侧的网络质量数据生成第二测试数据包，并将所述第二测试数据包回传至所述主测试装置；
所述主测试装置根据所述第二测试数据包计算主设备侧的网络质量数据，并基于所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据得到通信网络的质量。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述主测试装置包括第一CPU、第一FPGA、第一通信模块；
所述主测试装置获取外部输入的测试参数，根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包无线发送至所述从测试装置包括：
所述第一CPU获取外部输入的测试参数，并发送给所述第一FPGA；
所述第一FPGA根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包发送给所述第一通信模块；
所述第一通信模块将所述第一测试数据包无线发送至所述从测试装置；
所述主测试装置根据所述第二测试数据包计算主设备侧的网络质量数据，并基于所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据得到通信网络的质量，包括：
所述第一通信模块接收所述第二测试数据包，并发送给所述第一FPGA；
所述第一FPGA根据所述第二测试数据包计算所述主设备侧的网络质量数据，并将所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据发送至所述第一CPU；
所述第一CPU根据所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据，得到通信网络的质量。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述第一FPGA包括第一流量生成单元、第一性能测试单元、第一以太网通信单元和第二以太网通信单元；
所述第一FPGA根据所述测试参数生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包发送给所述第一通信模块，包括：
所述第一以太网通信单元接收并解析所述测试参数，并发送给所述第一流量生成单元；
所述第一流量生成单元根据接收的测试参数，生成第一测试数据包，并将所述第一测试数据包通过所述第二以太网通信单元发送给所述第一通信模块；
所述第一FPGA根据所述第二测试数据包计算所述主设备侧的网络质量数据，并将所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据发送至第一CPU，包括：
所述第二以太网通信单元接收并解析所述第二测试数据包，并发送给所述第一性能测试单元；
所述第一性能测试单元根据接收到的所述第二测试数据包进行计算，得到所述主设备侧的网络质量数据；
所述第一性能测试单元将所述主设备侧和从设备侧的网络质量数据通过所述第一以太网通信模块发送给所述第一CPU。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述主设备侧的网络质量数据包括主设备侧单向接收网络带宽、主设备侧单向传输时延、全链路网络时延、全链路网络带宽和全链路网络丢包率；其中，
主设备侧单向接收网络带宽的计算公式为：
B2＝n2/t2，其中，B2为所述主设备侧单向接收网络带宽，n2为所述主测试装置接收所述第二测试数据包的单位接收总字节数，t2为所述主测试装置接收所述第二测试数据包的单位接收时间；
主设备侧单向传输时延的计算公式为：
D2＝T4-T3，其中，D2为所述主设备侧单向传输时延，T4为所述主测试装置接收所述第二测试数据包时的时间戳，T3为所述从测试装置发送所述第二测试数据包时的时间戳；
全链路网络时延的计算公式为：
D0＝T6-T5，其中，D0为所述全链路网络时延，T6为所述主测试装置接收所述第二测试数据包发送帧序号时的时间戳，T5为所述主测试装置发送所述第一测试数据包发送帧序号时的时间戳；
全链路网络带宽的计算公式为：
B0＝n2/(T4-T1)，其中，B0为所述全链路网络带宽，T4为所述主测试装置接收所述第二测试数据包时的时间戳，T1为所述主测试装置发送所述第一测试数据包时的时间戳；
全链路网络丢包率的计算公式为：
N＝(n0-n2)/n0*100％，其中，N为所述全链路网络丢包率，n0为所述主测试装置发送所述第一测试数据包的单位发送总字节，n2为所述主测试装置接收所述第二测试数据包的单位接收总字节。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块；
所述从测试装置根据所述第一测试数据包计算从设备侧的网络质量数据，以及根据所述第一测试数据包和所述从设备侧的网络质量数据生成第二测试数据包，并将所述第二测试数据包回传至所述主测试装置，包括：
所述第二通信模块接收所述第一测试数据包，并发送给所述第二FPGA；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包进行计算，得到所述从设备侧的网络质量数据；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包的数据和所述从设备侧的网络质量数据，生成第二测试数据包，并发送给第二通信模块；
所述第二通信模块将所述第二测试数据包无线发送至所述主测试装置。
6.根据权利要求5所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述从测试装置的第二FPGA包括第二流量生成单元、第二性能测试单元、第三以太网通信单元和第四以太网通信单元；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包进行计算，得到所述从设备侧的网络质量数据，包括：
所述第四以太网通信单元接收并解析所述第一测试数据包，并发送给所述第二性能测试单元；
所述第二性能测试单元根据接收到的所述第一测试数据包进行计算，得到所述从设备侧的网络质量数据；
所述第二FPGA根据所述第一测试数据包的数据和所述从设备侧的网络质量数据，生成第二测试数据包，并发送给第二通信模块，包括：
所述第二性能测试单元将所述从设备侧的网络质量数据发送给所述第二流量生成单元；
所述第二流量生成单元根据所述第一测试数据包的数据和接收到的所述从设备侧的网络质量数据，生成所述第二测试数据包，并将所述第二测试数据包通过所述第四以太网通信单元发送给第二通信模块。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述从设备侧的网络质量数据包括从设备侧单向接收网络带宽和从设备侧单向传输时延；其中，
所述从设备侧单向接收网络带宽的计算公式为：
B1＝n1/t1，其中，B1为所述从设备侧单向接收网络带宽，n1为所述从测试装置接收所述第一测试数据包的单位接收总字节，t1为所述从测试装置接收所述第一测试数据包的单位接收时间；
从设备侧单向传输时延的计算公式为：
D1＝T2-T1，其中，D1为所述从设备侧单向传输时延，T2为所述从测试装置接收所述第一测试数据包时的时间戳，T1为所述主测试装置发送所述第一测试数据包时的时间戳。
8.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述第一FPGA还包括：第一B码对时单元；
在获取外部输入的测试参数之前，还包括：
所述第一CPU将查询B码对时状态的请求发送给所述第一B码对时单元；
所述第一B码对时单元接收所述第一通信模块的B码对时信息；
所述第一B码对时单元根据所述B码对时信息，得到本地时间戳信息，并发送给所述第一流量生成单元和所述第一性能测试单元。
9.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法，其特征在于，所述第二FPGA还包括：第二B码对时单元；
在获取外部输入的测试参数之前，还包括：
所述第二CPU将查询B码对时状态的请求发送给所述第二B码对时单元；
所述第二B码对时单元接收所述第二通信模块的B码对时信息；
所述第二B码对时单元根据所述B码对时信息，得到本地时间戳信息，并发送给所述第二流量生成单元和所述第二性能测试单元。
10.一种基于FPGA的通信网络质量测试装置，其特征在于，所述基于FPGA的通信网络质量测试装置用于实现如权利要求1-9任一项所述的一种基于FPGA的通信网络质量测试方法；
所述基于FPGA的通信网络质量测试装置包括主测试装置和从测试装置；
所述主测试装置包括第一CPU、第一FPGA、第一通信模块；
所述第一CPU和所述第一FPGA通过第一以太网连接；
所述第一CPU和所述第一通信模块通过第二以太网连接；
所述第一FPGA和所述第一通信模块通过第三以太网连接；
所述从测试装置包括第二CPU、第二FPGA、第二通信模块；
所述第二CPU和所述第二FPGA通过第四以太网连接；
所述第二CPU和所述第二通信模块通过第五以太网连接；
所述第二FPGA和所述第二通信模块通过第六以太网连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024119664A1 (zh) * 2022-12-07 2024-06-13 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于fpga的通信网络质量测试方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101521607A (zh) * 2009-04-13 2009-09-02 重庆重邮东电通信技术有限公司 以太网网络性能的测试方法及装置
CN103618640A (zh) * 2013-11-19 2014-03-05 武汉烽火网络有限责任公司 基于点对点测试的以太网性能测试方法和装置
CN111522700A (zh) * 2020-04-24 2020-08-11 中国航空无线电电子研究所 测试串行RapidIO网络交换模块的自测试平台

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10320650B2 (en) * 2013-09-13 2019-06-11 Viavi Solutions Inc. Testing a network using a communication device
CN110891285B (zh) * 2019-12-03 2023-03-21 锐捷网络股份有限公司 一种发射设备、反射设备、网络性能测试方法及系统
CN111934942B (zh) * 2020-06-28 2022-08-30 珠海世纪鼎利科技股份有限公司 网络性能测试方法、系统、装置、设备和存储介质
CN115208808B (zh) * 2022-09-14 2023-01-24 北京智芯微电子科技有限公司 服务质量测试方法、装置以及芯片设备、存储介质
CN115766506A (zh) * 2022-12-07 2023-03-07 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于fpga的通信网络质量测试方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101521607A (zh) * 2009-04-13 2009-09-02 重庆重邮东电通信技术有限公司 以太网网络性能的测试方法及装置
CN103618640A (zh) * 2013-11-19 2014-03-05 武汉烽火网络有限责任公司 基于点对点测试的以太网性能测试方法和装置
CN111522700A (zh) * 2020-04-24 2020-08-11 中国航空无线电电子研究所 测试串行RapidIO网络交换模块的自测试平台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李云等: "具有卫星链路的TCP/IP网络性能测量方法研究", 《微计算机信息》, 30 April 2008 (2008-04-30), pages 4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024119664A1 (zh) * 2022-12-07 2024-06-13 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于fpga的通信网络质量测试方法及装置

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