CN116232931B - 一种应用于hplc和宽带微功率无线的双模测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于HPLC和宽带微功率无线的双模测试系统，属于电网通信领域。本发明构造了双模组网的信道环境，并且通过模拟设备，代替一些真实设备，构造出不同场景下的测试用例，使得测试更加全面。本发明设计了模拟电表或模拟集中器，有效弥补真实集中器和真实电表在功能和性上的某些缺陷。通过模拟电表和模拟集中器，为方便的构造数据和待测模块进行交互，使得测试系统对测试例的功能覆盖性提高。核心底座支持安装大量待测模块，在容量有限的屏蔽箱中，构造数量众多的双模网络节点。不同厂商的模块安插在核心底座上，通过客户端下发的指令，验证不同厂商之间的互联互通性能。

Description

一种应用于HPLC和宽带微功率无线的双模测试系统

技术领域

本发明属于电网通信领域，涉及一种应用于HPLC和宽带微功率无线的双模测试系统。

背景技术

宽带电力线载波通信(HPLC)利用现有广泛分布的电力线路进行数据传输，线路建设成本低和部署方便，应用前景广阔。然而，由于低压电网结构的复杂性和高频信号衰减严重，电网的分布电容、分布电感、负载特性、负载阻抗值和噪声都是动态的，而不是恒定的。虽然厂家已经开发了各种抗干扰技术来应对，但电力线载波技术固有的问题一直影响着自动抄表技术的发展。

宽带微功率(BMP)无线通信技术，是基于原有的窄带微功率所研发的新技术，其目的是追求更高的数据传输速率、更低的抄表时延、更稳定的网络结构以及支持有线与无线相兼容的双模抄表系统，所通过空中传输数据，不受电力线环境噪声的影响。然而，BMP的无线通信性能仍然会受到地理环境、金属屏蔽和天气环境的影响。

考虑到宽带电力线载波通信充分利用了现有的电力线资源，具有使用方便、经济可靠的优点，而微功率无线通信具有组网灵活，通信速率高、实时性相对强、可跨台区抄表等优点，将这两种通讯技术进行优势互补，采用一种基于宽带电力线载波和宽带微功率深度融合的双模通信技术，来构建更加可靠的电力通信网的方案应运而生。双模模块根据电力线信道和无线信道的实际情况选择最佳通信信道，构建网络，可以有效消除通信孤岛，实现HPLC和无线在全网的优势互补，提高通信效率和抄表的实时性、可靠性和成功率。

目前国家电网的融合宽带电力线载波和宽带微功率无线双模通信标准还在制定和完善中，在双模通信技术研发的同时，为了缩短研发周期，需同步研究双模测试方案和互联互通测试系统，对通信模块进行测试。测试系统可以检验协议实现是否与协议标准一致，对通信模块的功能、性能、可靠性和稳定性以及兼容性进行检测，是保证通信模块质量的关键。特别是在真实布网工作时，一个双模混合通信网络中，可能包含多家厂商的设备，必须测试验证这些厂商的设备之间是否能正常的互联互通，这也是整个通信网络能正常工作的基础。因此，双模通信测试系统的研究、设计与实现有着重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于HPLC和宽带微功率无线的双模测试系统，构造双模组网的信道环境，该环境能够最大程度模拟双模节点组网的网络情况。并且通过模拟设备，代替一些真实设备，构造出不同场景下的测试用例，使得测试更加全面。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于HPLC和宽带微功率无线的双模测试系统，该系统包括：

客户端软件测试平台，平台安装于PC端，实现自动化功能测试和脚本测试；通过客户端软件测试平台运行的测试脚本来实现对测试流程的完全控制，进而对测试结果进行判决，通过和预期结果的差异进行对比，最后生成测试日志，供测试人员分析、发现双模抄表系统存在的问题；

嵌入式软件平台，由一块arm芯片作为主控运行于硬件底座上，作为连接硬件测试平台和客户端软件测试平台之间的桥梁，负责数据帧的传输；用户通过客户端下发指令，嵌入平台作为C/S架构中的服务器，响应指令控制实体的待测模块站点STA和中央协调器CCO；

硬件测试平台，通过构建硬件设备与PC的连接，搭建起支撑宽带电力线载波和宽带微功率无线通信网络的运行环境；测试硬件平台需要搭建多个屏蔽箱为待测模块CCO和STA提供运行环境；屏蔽箱之间通过两路射频线连接，用以模拟两路信道；同时引入衰减器和信号发生器，控制屏蔽箱之间通信模块的通信质量，达到控制网络拓扑的目的。

可选的，所述客户端软件测试平台包括：

测试开发模块，负责测试平台与被测对象之间的通信、测试用例的编写和管理；

测试执行模块，负责控制执行测试开发模块中编写好的测试用例，保证测试用例的正常运行，并且需要收集测试执行的相关信息生成测试日志，最终输出测试结果；

测试指令适配模块，负责工装协议报文的解析，该模块是客户端软件测试平台和被测对象的双向数据交互接口；若被测对象为中央协调器CCO，则用软件模拟集中器根据不同场景构造数据和CCO交互；若被测对象为站点STA，则模拟电能表根据不同场景构造数据和STA交互。

可选的，所述测试开发模块包括：

串口配置模块，负责完成相关串口设置，保证软件客户端平台作为客户端和作为服务器端的嵌入式软件平台成功进行通信；

测试例管理模块，负责测试例的编写、增加、删除和修改。

可选的，所述测试执行模块包括：

测试显示模块，负责在测试例执行过程中实时显示测试用例的相关信息，包括测试用例中报文的收发及匹配情况和测试用例的执行进度情况；

测试日志模块，负责在测试用例执行完毕后，将相关信息收集并显示到测试日志中，使用户能从测试日志中查看测试结果，包括测试例执行结果为成功或者失败，若为失败能够在日志中查看对应的失败原因。

可选的，所述嵌入式软件平台包括：

初始化模块：负责嵌入式软件平台的初始化、与客户端软件测试平台建立TCP连接；

地址映射模块：负责建立地址映射表，并将该表发送给客户端软件测试平台，方便客户端软件测试平台对待测模块进行地址识别；通过网口号+485接口号+串口号三个接口号组合的方式对待测模块进行定位：网口号用于识别屏蔽箱，485接口号用于识别屏蔽箱中的核心底座，串口号用于识别核心底座上的待测模块；

数据处理模块：负责接收并转发客户端下发的指令，解析工装协议报文后，发送命令给指定待测单元，最后将测试响应反馈给客户端；测试指令种类多样，包括待测CCO和STA与模拟设备模块间的接口协议指令，还包括对待测模块的电源控制指令，程控衰减器的控制指令；采用Modbus协议规范将不同类型的协议报文统一打包和转发，在客户端根据报文类型字段来区分不同的协议报文。

可选的，所述Modbus协议包括起始符、帧长度、报文类型、报文地址、数据域起始符、数据域、CRC校验和结束符七部分；其中，报文类型用一个字节定义3种报文类型功能：0x01表示电网接口报文透传，0x02表示待测模块断电，0x03表示待测模块下电，0x04表示控制衰减器。

可选的，所述硬件测试平台包括：

核心底座：负责放置待测模块，搭载arm芯片用于运行嵌入式软件平台负责客户端平台与待测模块的数据交互；同时搭载网络通信模块，负责嵌入式软件平台和安装客户端软件测试平台的计算机连接；搭载了TTL转RS485模块，基于UART协议，通过控制引脚电平对STA和CCO进行通讯，实现各种用例的测试；并且还有电源管理芯片，其作用是能够发送电气控制指令控制CCO和STA的DC12V工作电源通断；

可调衰减器，用于控制射频信号的通过率的一种硬件设备；其衰减范围为0～120dB，通过控制信号传输的多少，使得STA接收到CCO发出的信号存在差异，导致一部分STA不能通过CCO直接入网，需要通过信号更强的代理节点PCO代理入网，从而组成不同层级的网络；

信号隔离箱，负责屏蔽外接无线信号，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；

交换机，负责将客户端软件测试平台封装的数据通过TCP/IP协议发送数据到指定屏蔽箱；

信号发生器，负责模拟真实环境存在的噪声干扰，采用信号源-罗德施瓦兹R&SSMW200A矢量信号发生器，对任意基本信号进行构造，通过频谱仪捕捉特定场景的噪声经处理后形成噪声文件，以及对多种信号进行叠加、拼接编辑；

双模监听设备，用于监听两路信道中的数据，辅助测试平台对接收数据正确性的验证。

交流电源滤波器，负责滤除市电中存在的干扰，保证电源通道不会对HPLC通道造成干扰。

本发明的有益效果在于：

现有针对电力采集系统的测试系统研究，大多是单模的，缺失了对于双模互操作性测试系统的研究。所以本发明针对双模设计互联互通测试系统，通过客户端软件测试平台和硬件测试平台的结合，来模拟电力线载波和宽带微功率无线两种信道环境，实现了双模系统功能测试的覆盖，能够有效提高测试的覆盖率。

本发明设计了模拟电表或模拟集中器，可以有效弥补真实集中器和真实电表在功能和性上的某些缺陷。由于真实集中器支持的功能有限，无法识别研发人员自主设计的数据帧指令。同样的，真实电能表的性能不足以满足进行一些数据量较大，交互速度较高的压力性测试。因此，通过模拟电表和模拟集中器，可以更为方便的构造数据和待测模块进行交互，使得测试系统对测试例的功能覆盖性大大提高。

本发明设计了核心底座，通过嵌入式控制平台的数据处理，方便测试人员对待测模块下发指令，指令内容既包括模块间的传输协议，又包括对待测模块的上下电控制。同时核心底座支持安装大量待测模块，这样就可以在容量有限的屏蔽箱中，构造数量众多的双模网络节点。并且不同厂商的模块都可以安插在核心底座上，通过客户端下发的指令，快速验证不同厂商之间的互联互通性能。

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为本发明所述客户端测试平台；

图2为本发明所述HPLC和BMP双模互操作性测试系统；

图3为本发明所述屏蔽箱连接图；

图4为本发明所述双模测试系统操作步骤图。

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。

参考图1和图2，本发明所述宽带电力线载波和宽带微功率双模互操作性测试系统由客户端软件测试平台，嵌入式软件平台以及硬件测试平台三部分组成。客户端软件测试平台测试平台负责测试用例的开发、管理、执行，并最终生成测试日志以供查看测试结果。嵌入式软件平台作为连接硬件测试平台和客户端软件测试平台之间的桥梁，负责对来自客户端的工装报文协议进行解析，解析后响应指令控制实体的待测模块站点STA和中央协调器CCO。硬件测试平台通过构建硬件设备与PC的连接，搭建起支撑宽带电力线载波和宽带微功率无线通信网络的运行环境。测试硬件平台需要搭建多个屏蔽箱为待测模块CCO和STA提供运行环境。屏蔽箱之间通过两路射频线连接，用以模拟两路信道。

参考图3所示，本发明屏蔽箱测试设备连接方案，交流电源滤波器先滤除市电中存在的干扰，保证电源通道不会对HPLC通道造成干扰。同轴射频载波信号进入箱体后，经载波耦合器耦合到电力线与电表载波模块通讯。同轴HPLC信号通过屏蔽箱内信号入口天线，与电表HPLC模块通讯。同时载波信号工作在2MHz-12MHz频带，HPLC信号工作470MHz-510MHz频带，箱体内串扰小，屏蔽箱内用天线接收、转发HPLC信号。两个屏蔽小室之间通过连接程控衰减器，结合信号发生器给屏蔽箱内注入噪声，控制两个屏蔽小室之间通信模块的通信质量，从而达到控制网络拓扑的目的。最后双模监听设备将会捕获HPLC和BMP信道中传输的数据，辅助软件平台对测试结果进行判决。

如图4所示，本发明中所述宽带电力线载波和宽带微功率双模测试系统的测试流程具体包括如下步骤：

步骤一：启动软件平台，进行软件平台的初始化，包括建立客户端软件测试平台与嵌入式软件平台的socket连接，完成串口参数配置等

步骤二：将硬件平台与软件平台和被测对象之间的连线连接好，进行待测模块的地址映射，控制屏蔽箱数量，保证屏蔽箱之间的连接，搭建双模信道环境。

步骤三：客户端软件测试平台根据测试需要下发指令，指令经由工装报文协议发送至嵌入式软件平台。

具体为，客户端软件测试平台运行时，将产生的三种协议类型报文打包为工装协议报文，统一下发给硬件测试单元。三种协议类型报文包括：由工装产生的工装控制类报文；由虚拟集中器产生的1376协议报文；由虚拟电表产生的645协议报文。封装后的协议经由网线送到指定屏蔽箱内的核心底座上

步骤四：嵌入式软件平台对工装报文协议进行协议处理。

具体为，接收到客户端下发的指令，首先判断报文的合法性，之后再对报文进行种类判断，如果是透传命令进行报文透传，如果是控制命令则根据指令实现控制，最后将测试响应反馈给客户端。

步骤五：硬件测试平台根据指令进行响应，包络传输电网接口协议，对模块进行上下电，修改衰减器衰减参数等。

步骤六：测试执行结束，生成测试日志，查看测试结果。

本发明中所述宽带电力线载波和宽带微功率双模测试系统的双模并行组网测试例验证流程具体包括如下步骤：

步骤一：在客户端软件测试平台执行双模并行组网测试例，该组网模式下，协议栈会同时考虑宽带微功率无线和宽带电力线载波两路信道的信道质量，从而择优规划路径。

步骤二：执行拓扑获取指令，获取当前场景网络拓扑。

步骤三：根据拓扑图，发送指令修改程控衰减器参数。如两个节点原来是通过HPLC连接，则增加两节点之间HPLC信道的衰减器参数。

步骤四：再次执行拓扑获取指令，获取环境修改后的网络拓扑，对比之前拓扑，观察拓扑是否改变。

步骤五：重复上述步骤，通过改变屏蔽箱之间的信号质量，测试不同组网模式下的组网性能。

采用本发明实施例方法后，整个测试过程操作简单，开发人员也可以通过在PC端操作完成对于HPLC和BMP双模系统的组网测试，并通过测试日志及时查看原因，有针对性进行改进。本发明有效提高了测试覆盖范围，简化了测试过程，节约了测试时间成本，有效提高了测试效率和产品的可靠性。

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 (1)

1.一种应用于HPLC和宽带微功率无线的双模测试系统，其特征在于：该系统包括：

客户端软件测试平台，平台安装于PC端，实现自动化功能测试和脚本测试；通过客户端软件测试平台运行的测试脚本来实现对测试流程的完全控制，进而对测试结果进行判决，通过和预期结果的差异进行对比，最后生成测试日志，供测试人员分析、发现双模抄表系统存在的问题；

嵌入式软件平台，由一块arm芯片作为主控运行于硬件底座上，作为连接硬件测试平台和客户端软件测试平台之间的桥梁，负责数据帧的传输；用户通过客户端下发指令，嵌入平台作为C/S架构中的服务器，响应指令控制实体的待测模块站点STA和中央协调器CCO；

硬件测试平台，通过构建硬件设备与PC的连接，搭建起支撑宽带电力线载波和宽带微功率无线通信网络的运行环境；测试硬件平台需要搭建多个屏蔽箱为待测模块CCO和STA提供运行环境；屏蔽箱之间通过两路射频线连接，用以模拟两路信道；同时引入衰减器和信号发生器，控制屏蔽小室之间通信模块的通信质量，达到控制网络拓扑的目的；

所述客户端软件测试平台包括：

测试开发模块，负责测试平台与被测对象之间的通信、测试用例的编写和管理；

测试执行模块，负责控制执行测试开发模块中编写好的测试用例，保证测试用例的正常运行，并且需要收集测试执行的相关信息生成测试日志，最终输出测试结果；

测试指令适配模块，负责工装协议报文的解析，该模块是客户端软件测试平台和被测对象的双向数据交互接口；若被测对象为中央协调器CCO，则用软件模拟集中器根据不同场景构造数据和CCO交互；若被测对象为站点STA，则模拟电能表根据不同场景构造数据和STA交互；

所述测试开发模块包括：

串口配置模块，负责完成相关串口设置，保证软件客户端平台作为客户端和作为服务器端的嵌入式软件平台成功进行通信；

测试例管理模块，负责测试例的编写、增加、删除和修改；

所述测试执行模块包括：

测试显示模块，负责在测试例执行过程中实时显示测试用例的相关信息，包括测试用例中报文的收发及匹配情况和测试用例的执行进度情况；

测试日志模块，负责在测试用例执行完毕后，将相关信息收集并显示到测试日志中，使用户能从测试日志中查看测试结果，包括测试例执行结果为成功或者失败，若为失败能够在日志中查看对应的失败原因；

所述嵌入式软件平台包括：

初始化模块：负责嵌入式软件平台的初始化、与客户端软件测试平台建立TCP连接；

地址映射模块：负责建立地址映射表，并将该表发送给客户端软件测试平台，方便客户端软件测试平台对待测模块进行地址识别；通过网口号+485接口号+串口号三个接口号组合的方式对待测模块进行定位：网口号用于识别屏蔽箱，485接口号用于识别屏蔽箱中的核心底座，串口号用于识别核心底座上的待测模块；

数据处理模块：负责接收并转发客户端下发的指令，解析工装协议报文后，发送命令给指定待测单元，最后将测试响应反馈给客户端；测试指令种类多样，包括待测CCO和STA与模拟设备模块间的接口协议指令，还包括对待测模块的电源控制指令，程控衰减器的控制指令；采用Modbus协议规范将不同类型的协议报文统一打包和转发，在客户端根据报文类型字段来区分不同的协议报文；

所述Modbus协议包括起始符、帧长度、报文类型、报文地址、数据域起始符、数据域、CRC校验和结束符七部分；其中，报文类型用一个字节定义4种报文类型功能：0x01表示电网接口报文透传，0x02表示待测模块断电，0x03表示待测模块下电，0x04表示控制衰减器；

所述硬件测试平台包括：

核心底座：负责放置待测模块，搭载arm芯片用于运行嵌入式软件平台负责客户端平台与待测模块的数据交互；同时搭载网络通信模块，负责嵌入式软件平台和安装客户端软件测试平台的计算机连接；搭载了TTL转RS485模块，基于UART协议，通过控制引脚电平对STA和CCO进行通讯，实现各种用例的测试；并且还有电源管理芯片，其作用是能够发送电气控制指令控制CCO和STA的DC12V工作电源通断；

可调衰减器，用于控制射频信号的通过率的一种硬件设备；其衰减范围为0～120dB，通过控制信号传输的多少，使得STA接收到CCO发出的信号存在差异，导致一部分STA不能通过CCO直接入网，需要通过信号更强的代理节点PCO代理入网，从而组成不同层级的网络；

信号隔离箱，负责屏蔽外接无线信号，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；

交换机，负责将客户端软件测试平台封装的数据通过TCP/IP协议发送数据到指定屏蔽箱；

信号发生器，负责模拟真实环境存在的噪声干扰，采用信号源-罗德施瓦兹R&SSMW200A矢量信号发生器，对任意基本信号进行构造，通过频谱仪捕捉特定场景的噪声经处理后形成噪声文件，以及对多种信号进行叠加、拼接编辑；

双模监听设备，用于监听两路信道中的数据，辅助测试平台对接收数据正确性的验证；

交流电源滤波器，负责滤除市电中存在的干扰，保证电源通道不会对HPLC通道造成干扰。