CN117478561B - 以太网工业总线时延分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例中提供了一种以太网工业总线时延分析方法及系统，属于通信信号分析技术领域，该方法包括：数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间Tr的同时，获取接收端内的看门狗计数值Ncounter；对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间Ts以及序号值K；基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息。采用本方案，能够准确的确定工业总线上的网络延迟等性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信信号分析技术领域，尤其涉及一种以太网工业总线时延分析的方法及系统。
背景技术
当下工业以太网以Pronfinet，Ethernet/IP，EtherCAT，ModbusTCP等为主的市场份额已完全超过以串口通讯的现场总线，并呈现持续增加的趋势。
目前这些工业以太网都是有线和WIFI，随着工厂柔性化智能化增加，有线网络固有物理硬件连接缺点，WIFI规模部署的干扰问题束缚了其发展。
5G URLLC特性无线化工业以太网，满足主流比如Pronfinet，Ethernet/IP，EtherCAT，ModbusTCP的工业总线的需求。
5G工业以太网总线分析仪用于5G网络加载工业以太网总线如Pronfinet，Ethernet/IP，EtherCAT，ModbusTCP业务后，前期的调测和后期的网络验收，通过对产线规模的OT设备总线通讯模拟，测试其5G网络是否满足工业总线的可靠性和实时性要求。
如何对这些工业总线的可靠性进行分析，成为需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种以太网工业总线时延分析方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种以太网工业总线时延分析方法，包括：
数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；
接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间Tr的同时，获取接收端内的看门狗计数值Ncounter；
对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间Ts以及序号值K；
基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，包括：
将接收时间Tr减去发送时间Ts得到的时间差值ΔT1，作为发送节点到接收端的单向时延。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
获取接收端收包前时刻Tr1和收包后时刻Tr2；
将收包后时刻Tr2减去收包前时刻Tr1得到的时间差值ΔT2，作为接收端的收包间隔。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
获取发送节点发包前时刻Tr3和发包后时刻Tr4；
将发包后时刻Tr4减去发包前时刻Tr3得到的时间差值ΔT3，作为发送节点的发包间隔。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
将收包间隔减去所述发包间隔，得到所述以太网工业总线的网络抖动值。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，包括：
获取连续发送的多个不同数据包的序号值K；
基于所述多个不同数据包的序号值K，确定数据包的乱序情况。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
将看门狗值Ncounter与设定的看门狗阈值比较，得到当前网络情况下，总线设备的掉线情况。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
获取发送节点的发包数和接收端的收包数；
基于所述发包数和所述收包数，计算丢包率。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
基于所述总线的时延可靠性以及抖动可靠性，确定总线设备的通讯可靠性Y：
其中，Navg表示看门狗计数值的平均值。
第二方面，本发明实施例提供了一种以太网工业总线时延分析系统，包括：
设置模块，用于数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；
获取模块，用于接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间Tr的同时，获取接收端内的看门狗计数值Ncounter；
解析模块，用于对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间Ts以及序号值K；
确定模块，用于基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息。
本发明实施例中提供的一种以太网工业总线时延分析方法，包括：数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间Tr的同时，获取接收端内的看门狗计数值Ncounter；对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间Ts以及序号值K；基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息。通过本申请的方案，能够准确的对总线的数据传输性能进行分析和鉴定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种以太网工业总线时延分析方法示意图；
图2为本发明实施例提供的一种以太网工业总线时延分析系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种以太网工业总线时延分析方法，包括：
S101，数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中。
具体的，发送节点可以是主设备(master)，也可以是从设备(slave)，发送节点在发送数据的同时，记录发送时间的时间戳，以便于记录数据包的发送时间。
除此之外，发送节点还需要发送数据包的发送序号，以便于通过发送序号来判断是否存在乱包的情况。
S102，接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间Tr的同时，获取接收端内的看门狗计数值Ncounter。
接收端可以是主设备(master)，也可以是从设备(slave)，接收端在接收数据的同时，记录接收时间Tr，同时获取接收端内的看门狗计数值Ncounter，通过看门狗计数值Ncounter可以判断接收端是否存在不稳定的情况。
S103，对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间Ts以及序号值K。
S104，基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息。
可以从多个方面来确定太网工业总线的时延信息，具体的：
1)将接收时间Tr减去发送时间Ts得到的时间差值ΔT1，作为发送节点到接收端的单向时延。
2)获取接收端收包前时刻Tr1和收包后时刻Tr2；将收包后时刻Tr2减去收包前时刻Tr1得到的时间差值ΔT2，作为接收端的收包间隔。
3)获取发送节点发包前时刻Tr3和发包后时刻Tr4；将发包后时刻Tr4减去发包前时刻Tr3得到的时间差值ΔT3，作为发送节点的发包间隔。
4)将收包间隔减去所述发包间隔，得到所述以太网工业总线的网络抖动值。
5)获取连续发送的多个不同数据包的序号值K；基于所述多个不同数据包的序号值K，确定数据包的乱序情况。
6)将看门狗值Ncounter与设定的看门狗阈值比较，得到当前网络情况下，总线设备的掉线情况。
7)获取发送节点的发包数和接收端的收包数；基于所述发包数和所述收包数，计算丢包率。
8)基于所述总线的时延可靠性以及抖动可靠性，确定总线设备的通讯可靠性。
本发明通过在单一设备里同时实现工业总线的master和slave功能，使master和slave使用同一时钟源，并将发包时间，收包时间，包序，看门狗，发包数，收包数等指标的记录和处理功能集成到一起，最终实现了在无需现场实际的OT设备的情况下，对真实的业务模型的模拟，便携，快捷，准确的得出单向时延，包间隔,抖动，掉线统计，丢包率，时延可靠性，抖动可靠性，以及OT设备的通讯可靠性并将结果生产详细的报告。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，包括：
将接收时间Tr减去发送时间Ts得到的时间差值ΔT1，作为发送节点到接收端的单向时延。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
获取接收端收包前时刻Tr1和收包后时刻Tr2；
将收包后时刻Tr2减去收包前时刻Tr1得到的时间差值ΔT2，作为接收端的收包间隔。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
获取发送节点发包前时刻Tr3和发包后时刻Tr4；
将发包后时刻Tr4减去发包前时刻Tr3得到的时间差值ΔT3，作为发送节点的发包间隔。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
将收包间隔减去所述发包间隔，得到所述以太网工业总线的网络抖动值。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，包括：
获取连续发送的多个不同数据包的序号值K；
基于所述多个不同数据包的序号值K，确定数据包的乱序情况。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
将看门狗值Ncounter与设定的看门狗阈值比较，得到当前网络情况下，总线设备的掉线情况。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
获取发送节点的发包数和接收端的收包数；
基于所述发包数和所述收包数，计算丢包率。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息，还包括：
基于所述总线的时延可靠性以及抖动可靠性，确定总线设备的通讯可靠性Y：
其中，Navg表示看门狗计数值的平均值。
与上面的方法实施例相对应，参见图2，本申请还公开了一种以太网工业总线时延分析系统20，包括：
设置模块201，用于数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；
获取模块202，用于接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间Tr的同时，获取接收端内的看门狗计数值Ncounter；
解析模块203，用于对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间Ts以及序号值K；
确定模块204，用于基于所述发送时间Ts、序号值K、接收时间Tr以及看门狗计数值Ncounter，确定所述以太网工业总线的时延信息。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种以太网工业总线时延分析方法，其特征在于，包括：
数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；
接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间的同时，获取接收端内的看门狗计数
值；
对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间以及序号值；
基于所述发送时间、序号值、接收时间以及看门狗计数值，确定所述以
太网工业总线的时延信息；
具体地，通过如下方法确定太网工业总线的时延信息：
将接收时间减去发送时间得到的时间差值，作为发送节点到接收端的单向
时延；
获取接收端收包前时刻和收包后时刻；将收包后时刻减去收包前时刻得
到的时间差值，作为接收端的收包间隔；
获取发送节点发包前时刻和发包后时刻；将发包后时刻减去发包前时刻
得到的时间差值，作为发送节点的发包间隔；
将收包间隔减去所述发包间隔，得到所述以太网工业总线的网络抖动值；
获取连续发送的多个不同数据包的序号值；基于所述多个不同数据包的序号值，
确定数据包的乱序情况；
将看门狗值与设定的看门狗阈值比较，得到当前网络情况下，总线设备的掉线
情况；
获取发送节点的发包数和接收端的收包数；基于所述发包数和所述收包数，计算丢包率；
基于所述发送时间、序号值、接收时间以及看门狗计数值，确定总线设
备的通讯可靠性：
;
其中，表示看门狗计数值的平均值。
2.一种以太网工业总线时延分析系统，该系统实现如权利要求1所述的以太网工业总线时延分析方法，其特征在于，包括：
设置模块，用于数据发送节点发送数据包时，将当前发送时刻的时间戳以及所述数据包的序号嵌入到发送数据中；
获取模块，用于接收端收到所述发送数据后，在记录接收时间的同时，获取接收端内
的看门狗计数值；
解析模块，用于对接收到的发送数据进行解析，获得发送节点对数据包的发送时间
以及序号值；
确定模块，用于基于所述发送时间、序号值、接收时间以及看门狗计数值，确定所述以太网工业总线的时延信息。
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