配電網5G通信UDP封裝GOOSE/SV報文自動判斷測試的設計與實現

楊 靜,程克杰,郭 亮,潘松杰

(許繼電氣股份有限公司,河南 許昌 461001)

0 引言

電網新兩網戰略的提出加快了堅強智能電網和泛在電力物聯網的建設。配電網絡向智能化方向不斷發展,在智能電網對配電網運行安全可靠性以及經濟性提出更高要求的情況下[1-5],當前配電網終端與配電網自動化主站之間的數據傳輸為用戶數據報協議(user datagram protocol,UDP)封裝GOOSE/SV報文[6-7]。傳輸報文包括故障測量數據、開關變位信息、閉鎖信號和跳閘命令等實時數據[8-9],為保證數據傳輸可靠性及現場調試分析,需要對UDP封裝GOOSE/SV報文進行測試分析,以保證現場運行的可靠性及電網穩定性[10-12]。

目前UDP封裝GOOSE/SV報文的測試存在的問題:①UDP封裝GOOSE/SV報文幀數巨大,需要人工進行報文解析,耗時多;②只能人工對部分已解析報文進行分析判斷,易錯檢、漏檢;③現場調試及問題排查時,分析報文較困難,無相應的解析、判斷工具。

針對以上問題,設計一種簡單實用的配電網5G通信報文解析、判斷工具,制定完善的UDP封裝GOOSE/SV報文測試用例,既能提升研發測試的全面性及效率,又能保障配電網裝置穩定運行。

1 功能性需求分析

UDP封裝GOOSE報文測試工具需要滿足以下條件:①兼容各種通道類型組合(StValue、Q、T)報文;②兼容攜帶VLAN標識位的報文;③兼容GOOSE報文中變長字段,適應各種變長字段的長度變化;④UDP封裝GOOSE自身報文長度正確性判斷;⑤UDP封裝GOOSE報文連續報文中StNum不變,SqNum順次加1的正確性判斷;⑥UDP封裝GOOSE報文連續報文中StNum加1,SqNum歸0的正確性判斷;⑦UDP封裝GOOSE連續報文中StNum、SqNum翻轉(0x FF FF FF FF翻轉為0x01)的正確性判斷。

UDP封裝SV報文測試工具需要滿足以下判斷:①UDP封裝SV報文自身報文長度正確性判斷;②UDP封裝SV報文連續報文中Smpcnt翻轉(0x 0F9F翻轉為0x01)正確性判斷;③UDP封裝SV報文中Sync位由0到1時,Smpcnt歸0的正確性判斷;④UDP封裝SV報文中Smpcnt連續性判斷。

測試工具除對報文自身及報文間邏輯做出判斷,還在界面展示判斷結果并給予正確提示,以幫助測試人員更好地解讀報文。

2 測試工具設計

2.1 整體框架設計

采用分模塊方式對報文進行解析判斷[13],測試工具整體框架包括實時解析模塊及解析判斷模塊,如圖1所示。

圖1 測試工具整體框架

a.實時解析模塊在解析報文的過程中檢查報文長度字段與實際長度相符,如GOOSE/SV報文有長度錯誤,測試工具將判斷結果實時顯示在工具欄,實時解析模塊可以實現報文的過濾及存儲功能。

b.解析判斷模塊實現報文間邏輯判斷并展示判斷結果。支持離線加載UDP封裝GOOSE/SV報文,并進行報文間邏輯判斷功能。

2.2 實時解析模塊

實時解析模塊采用并行處理方式,可加快報文解析速度,防止大量報文排隊導致工具崩潰的問題[14]。如圖2—圖4所示,實時解析模塊針對UDP封裝GOOSE/SV報文做以下處理。

圖2 解析報文流程

圖3 解析SV報文子流程

圖4 解析GOOSE報文子流程

a.自動識別當前報文格式,將當前報文格式顯示在protocol欄(如UDP_GOOSE、UDP_SV)。

b.通過對protocol欄進行篩選過濾,使當前界面僅顯示UDP_GOOSE或UDP_SV報文。

c.針對GOOSE報文中ASDU、SqNum、StNum的長度位等變化字段進行變長字段自動判斷。

d.對時間通道值顯示進行處理,使界面通道時間顯示正確。

e.對品質位通道進行二進制處理并顯示出來,增強報文解析易讀性。

f.對報文完整性做判斷,用于檢測UDP封裝GOOSE/SV的正確性。

g.自適應GOOSE數據部分St、St+T、St+Q等多種通道類型自由組合的報文解析。

h.在信息欄顯示GOOSE/SV報文主要信息,如檢修標志、對時標志等。

2.3 解析判斷模塊

如圖5—圖8所示,UDP封裝GOOSE/SV報文間存在連續性、序號翻轉等邏輯。解析判斷模塊對UDP封裝GOOSE/SV報文自動判斷如下。

圖5 UDP封裝GOOSE報文判斷流程

圖6 UDP封裝GOOSE報文判斷否定子流程

圖7 UDP封裝GOOSE報文判斷肯定子流程

圖8 UDP封裝SV報文判斷流程

a.連續UDP封裝GOOSE報文中StNum不變,SqNum順次加1邏輯判斷。

b.連續UDP封裝GOOSE報文中StNum加1,SqNum歸0的邏輯判斷。

c.連續UDP封裝GOOSE報文中StNum,SqNum自然翻轉(0x FF FF FF FF翻轉至0x01)的邏輯判斷。

d.連續UDP封裝SV報文中Smpcnt自然翻轉(0x 0F9F翻轉為0x00)的邏輯判斷。

e.連續UDP封裝SV報文中Sync由0到1時,Smpcnt歸0的邏輯判斷。

f.UDP封裝SV報文Smpcnt連續性邏輯判斷。

2.4 工作流程設計

工作流程設計如圖9所示,將裝置發送的UDP封裝GOOSE/SV報文發送至PC端,通過配電網5G通信UDP封裝GOOSE/SV報文實時解析、解析判斷的功能得到報文解析結果及報文間邏輯自動判斷結果。

圖9 測試工具工作流程

3 測試工具實現

測試工具在Windows系統中VS2010+Qt開發環境下實現,界面如圖10所示。

圖10 測試工具界面

測試工具主界面包括選擇網卡信息、實時顯示報文選擇、“分析UDP_GOOSE”、“分析UDP_SV”按鈕,可自動判斷UDP封裝GOOSE/SV報文間邏輯判斷的正確性。點擊“開始”按鈕彈出抓包框,抓取當前網卡報文,將解析后的UDP封裝GOOSE/SV報文顯示在界面上,報文實時解析結果如圖11所示,“打開”按鈕可以打開保存的*.pcap文件;點擊“停止”按鈕停止抓取報文。

圖11 報文實時解析結果

測試工具打開離線保存的*.pcap文件,通過點擊“分析UDP_GOOSE”、“分析UDP_SV”可獲得報文間邏輯判斷結果,如圖12、圖13所示,完成的測試項目如表1所示。

表1 完成的測試項目

圖12 UDP_GOOSE分析結果展示

圖13 UDP_SV分析結果展示

4 實際應用效果

經過人工與測試工具的測試對比,測試周期由人工測試的3天縮減至0.5天,如圖14所示。該測試工具有效支撐了四川眉山試點工程、浙江紹興示范工程等項目投運;在某公司多個重點項目開發測試階段發現小概率事件,提高了產品的可靠性。

圖14 對比試驗結果

測試工具優點如下。

a.操作簡單,界面簡潔易懂。實時解析報文采用并行解析方式,解析速度快、無卡頓現象;功能模塊分開運行,運行速度快,結果展示明顯。

b.能提升報文解析完整性判斷效率。人工進行UDP封裝SV報文解析時,單條報文耗時2 min,判斷報文完整性耗時1 min;當解析大量報文時,測試工具明顯節省時間,且能實時判斷單幀報文的完整性。

c.能提升報文正確性判斷效率。一般情況下,裝置發送UDP封裝GOOSE報文速率1幀/5 s,發送UDP封裝SV報文速率為4000幀/s,人工判斷5 s內發送UDP封裝GOOSE/SV報文的時長約為2.5 h,使用測試工具從抓包開始至判斷結束的時長小于1 min。經過試驗對比,人工判斷出錯率為0.5%,測試工具判斷出錯率為0,報文正確性判斷效率提升明顯。

5 結語

通過對5G通信發送UDP封裝GOOSE/SV報文進行分析,設計5G通信UDP封裝GOOSE/SV報文實時解析、解析判斷工具,實現UDP封裝GOOSE/SV報文的實時解析、報文完整性校驗及報文間邏輯判斷功能。實際應用表明,該工具為5G配電網終端測試提供了技術手段,提高了測試整體能力,推進測試質量持續提升。測試工具能發現裝置發送報文的缺陷,使5G配電網裝置在研發初期得以完善,提升了產品競爭力和電網穩定性,同時大幅降低售后服務成本。