一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统及方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

电力用户用电采集系统由于需要覆盖全国的电力信息，包含商业用户、居民用户、专线用户、大中小专变用户等等，存在分布范围广、终端数量多等特点。传统的电力线、窄带物联网，电力专网等通讯方式，通信网络构建复杂且建设成本较高。近年来，随着5G网络建设的高速发展，国内5G信号覆盖范围逐渐变大，其大连接的网络特性与电力用户用电采集系统的网络结构高度匹配。因此研究5G网络对于电力用户用电采集业务的承载能力，有利于电力用户用电采集系统的建设与发展。

目前，市面上存在多种网络测试设备用于测试5G网络的性能。但是这些测试仪并没有结合网络中承载的实际业务数据流。无法反应实际电力用户用电采集业务在5G网络中传输的性能指标，无法表征5G网络对电力用户用电采集业务的承载能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统及方法。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统，包括：用电采集主站、第一设备、第一5G路由器、第二5G路由器、第二设备、用电采集集中器、用电采集终端，其中：

所述用电采集主站用于发送第一用电采集命令帧至第一设备；

所述第一设备用于：接收第一用电采集命令帧，并转发到第一5G路由器，记录转发第一用电采集命令帧到第一5G路由器的发送时间TX_TIME；计算第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC；根据所述第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC、以及第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME生成第一数据交互帧，并发送到第一5G路由器；

所述第一5G路由器用于发送第一用电采集命令帧和第一数据交互帧至第二5G路由器；

第二5G路由器用于接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧后转发至第二设备；

所述第二设备用于：计算接收的第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1，并记录接收的第一用电采集命令帧的接收时间RX_TIME1；解析接收到的第一数据交互帧，获取第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1和第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1；判断所述第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1与第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1是否相同，相同时，计算第一用电采集命令帧传输时延为RX_TIME1-TX_TIME1，根据所述传输时延的数据指标判断配电业务是否能够使用5G网络承载。

进一步的，还包括第一GNSS终端和第二GNSS终端，所述第一GNSS终端用于在所述第一设备接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧之前，进行北京时间同步；所述第二GNSS终端用于在所述第二设备接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧之前，进行北京时间同步。

第二方面，本发明提供一种根据前述任一项所述的用电采集业务5G网络承载能力判断系统的判断方法，适用于第一设备，所述方法包括：

接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧，并转发到第一5G路由器，记录转发第一用电采集命令帧到第一5G路由器的发送时间TX_TIME；

计算第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC；

根据所述第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC、以及第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME生成第一数据交互帧，并发送到第一5G路由器；其中：

所述第一5G路由器发送第一用电采集命令帧和第一数据交互帧至第二5G路由器；

第二5G路由器接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧后转发至第二设备。

进一步的，所述第一设备在接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧之前，先通过第一GNSS终端进行北京时间同步；所述第二设备在接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧之前，先通过第二GNSS终端进行北京时间同步。

进一步的，所述第一用电采集命令帧和第一数据交互帧均包含：源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及命令帧数据有效负载；

其中，所述源MAC地址为用电采集主站网口MAC地址，所述目的MAC地址为第一5G路由器的LAN口MAC地址，所述源IP地址为用电采集主站所在子网的内网IP地址，所述目的IP地址为第二5G路由器的WAN口公网IP地址；

所述第一数据交互帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号分别与所述第一用电采集命令帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号相同。

第三方面，本发明提供一种根据前述任一项所述的用电采集业务5G网络承载能力判断系统的判断方法，适用于第二设备，所述方法包括：

接收第二5G路由器发送的第一用电采集命令帧和第一数据交互帧；

计算接收的第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1，并记录接收的第一用电采集命令帧的接收时间RX_TIME1；

解析接收到的第一数据交互帧，获取第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1和第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1；

判断所述第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1与第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1是否相同，相同时，计算第一用电采集命令帧传输时延为RX_TIME1-TX_TIME1，根据所述传输时延的数据指标判断配电业务是否能够使用5G网络承载；

其中，所述第二5G路由器用于接收第一设备通过第一5G路由器发送的第一用电采集命令帧和第一数据交互帧。

进一步的，还包括：发送第一用电采集命令帧至用电采集集中器，使得用电采集集中器将接收到的第一用电采集命令帧转换为RS485通讯数据，发往用电采集终端，实现电力用户用电采集命令的传输。

进一步的，所述第一设备在接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧之前，先通过第一GNSS终端进行北京时间同步；所述第二设备在接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧之前，先通过第二GNSS终端进行北京时间同步。

进一步的，所述第一用电采集命令帧和第一数据交互帧均包含：源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及命令帧数据有效负载；

其中，所述源MAC地址为用电采集主站网口MAC地址，所述目的MAC地址为第一5G路由器的LAN口MAC地址，所述源IP地址为用电采集主站所在子网的内网IP地址，所述目的IP地址为第二5G路由器的WAN口公网IP地址；

所述第一数据交互帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号分别与所述第一用电采集命令帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号相同。

第四方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述第二方面任一项所述方法的步骤。

第五方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述第三方面任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明提供一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统及方法，通过在既有网络线路中进行串接，在发送端与接收端通过本发明所述方法准确匹配同一用电采集命令帧的发送时间与接收时间，实现对用电采集业务在5G网络传输的准确时延测量。测试手段更贴合真实业务传输环境，测试结果更具参考价值。为5G网络在电力用户用电采集系统的应用提供重要评估手段。

2、本发明提供一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统及方法，测试过程中针对第一用电采集命令帧没有做任何更改即可测试第一用电采集命令帧的传输时延，而传统的时延测试方法实质上用时间戳更改了报文部分字段。所以本方法的测试结果更加贴近实际使用场景。

3、本发明提供一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统及方法，采用串接的测试方法借用了原本存在的网络通路，即第一数据交互帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号分别与第一用电采集命令帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号相同，可有效规避因防火墙问题导致无法建立网络通讯的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第一用电采集命令帧格式示意图；

图3是本发明实施例提供的第一数据交互帧格式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例介绍一种用电采集业务5G网络承载能力判断系统，包括：用电采集主站、第一设备、第一GNSS终端、第一5G路由器、第二5G路由器、第二设备、第二GNSS终端、用电采集集中器、用电采集终端，其中：

所述第一设备分别与用电采集主站、第一GNSS终端以及第一5G路由器连接，所述第二设备分别与第二5G路由器、第二GNSS终端以及用电采集集中器连接；所述用电采集集中器与用电采集终端连接，所述第一5G路由器与第二5G路由器通过5G网络进行数据交互。

所述第一设备002进一步包含第一设备串口0021，第一设备上行网口0022，第一设备下行网口0023。所述第二设备007进一步包含第二设备串口0071，第二设备上行网口0072，第二设备下行网口0073。

所述GNSS为全球导航卫星系统，包含5GPS、北斗、伽利略等。

所述用电采集主站001通过第一设备下行网口0023与第一设备002连接；第一5G路由器004通过第一设备上行网口0022与第一设备002连接；第一GNSS终端003通过第一设备串口0024与第一设备002连接；所述第二5G路由器005通过第二设备上行网口0072与第二设备007连接；用电采集集中器008通过第二设备下行网口0073与第二设备007连接；第二GNSS终端006通过第二设备串口0074与第二设备007连接；用电采集集中器008通过RS485接口与用电采集终端009连接。

第一设备002分别与用电采集主站001、第一GNSS终端003以及第一5G路由器004连接；第二设备007分别与第二5G路由器005、第二GNSS终端006以及用电采集集中器008连接；用电采集集中器008与用电采集终端009连接。第一设备002和第二设备007上电启动。

第一设备002通过第一设备串口0021连接第一GNSS终端003，接收卫星授时，实现与北京时间的同步。第二设备007通过第二设备串口0071连接第二GNSS终端006，接收卫星授时，实现与北京时间的同步。

使用时，具体包括如下步骤：

步骤1、用电采集主站001通过第一设备下行网口0023向第一设备002发送第一用电采集命令帧，第一用电采集命令帧包含：源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及命令帧数据有效负载等。帧格式如图2所示，

其中，源MAC地址为用电采集主站001网口MAC地址，目的MAC地址为第一5G路由器004LAN口MAC地址，源IP地址为用电采集主站001所在子网的内网IP地址，目的IP地址为第二5G路由器005WAN口公网IP地址。源端口号、目的端口号和命令帧数据有效负载遵从电力用户用电信息采集系统通讯协议Q/5GDW1376-2013规范要求。

优选地，第一用电采集命令帧源MAC地址为020C.3500.0001。

优选地，第一用电采集命令帧目的MAC地址为020C.3500.0002。

优选地，第一用电采集命令帧目的IP地址为100.56.56.118。

优选地，第一用电采集命令帧源IP地址为192.168.1.2。

优选地，第一用电采集命令帧目的端口号固定为31，源端口号固定为31。

优选地，命令帧数据有效负载内容为请求数据命令。

步骤2、第一设备002将第一设备下行网口0023接收到的第一用电采集命令帧透明传输至第一设备上行网口0022，发往第一5G路由器004，上述透明传输是指不修改第一用电采集命令帧的任何内容，原封不动转发到第一设备上行网口022，并发送到第一5G路由器004。

步骤3、第一设备002计算第一设备上行网口0022发送的第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1。第一设备002记录从第一设备上行网口0022发送第一用电采集命令帧的发送时间TX_TIME1。

步骤4、第一设备002解析第一用电采集命令帧，记录源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号。

步骤5、第一设备002根据步骤5、步骤6信息生成第一数据交互帧，发往第一5G路由器004。第一数据交互帧包含：源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及交互帧数据有效负载等，

第一数据交互帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号分别与第一用电采集命令帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号相同。

交互帧数据有效负载包括第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1、以及第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1，帧格式如图3所示。

优选地，第一数据交互帧源MAC地址为020C.3500.0001。

优选地，第一数据交互帧目的MAC地址为020C.3500.0002。

优选地，第一数据交互帧目的IP地址为100.56.56.118。

优选地，第一数据交互帧源IP地址为192.168.1.2。

优选地，第一数据交互帧目的端口号为31，源端口号为31。

优选地，交互帧数据有效负载内容包含第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1、以及第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1。

步骤6、第二5G路由器005接收到第一5G路由器004发出的第一用电采集命令帧和第一数据交互帧。并通过第二设备上行网口0072向第二设备转发第一用电采集命令帧和第一数据交互帧。

步骤7、第二设备007将第二设备上行网口0072接收到的第一用电采集命令帧透明传输至第二设备下行网口0073，发往用电采集集中器008，上述透明传输是指不修改第一用电采集命令帧的任何内容，原封不动转发到第二设备下行网口0073，并发送到电采集集中器008。

步骤8、第二设备007计算从第二设备上行网口0072接收到的第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1。第二设备007记录从第二设备上行网口0072接收的第一用电采集命令帧的接收时间RX_TIME1。

步骤9、第二设备007解析第二设备上行网口0072接收到的第一数据交互帧内容，获取第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1和第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1。

步骤10、第二设备007根据步骤10和步骤11获取的第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1，第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1，第一用电采集命令帧接收时间RX_TIME1，第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1计算第一用电采集命令帧传输时延。

具体来说，由于5G网络可能存在多级路由，因此第一用电采集命令帧在5G网络中传输ip报文头部分字段可能被改变，但数据有效负载字段不会变化，因此TX_CRC1、RX_CRC1数值一致，即表明TX_TIME1与RX_TIME1所记录的时间对应同一帧报文。因此第一用电采集命令帧传输延迟为(RX_TIME1-TX_TIME1)。时延数据的指标可有效评估配电业务是否能够使用5G网络承载。

步骤11、用电采集集中器008将接收到的第一用电采集命令帧转换为RS485通讯数据，发往用电采集终端009，实现正常的电力用户用电采集命令传输。

实施例2

本实施例提供一种根据实施例1中任一项所述的用电采集业务5G网络承载能力判断系统的判断方法，适用于第一设备，所述方法包括：

接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧，并转发到第一5G路由器，记录转发第一用电采集命令帧到第一5G路由器的发送时间TX_TIME；

计算第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC；

根据所述第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC、以及第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME生成第一数据交互帧，并发送到第一5G路由器；其中：

所述第一5G路由器发送第一用电采集命令帧和第一数据交互帧至第二5G路由器；

第二5G路由器接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧后转发至第二设备。

进一步的，所述第一设备在接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧之前，先通过第一GNSS终端进行北京时间同步；所述第二设备在接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧之前，先通过第二GNSS终端进行北京时间同步。

进一步的，所述第一用电采集命令帧和第一数据交互帧均包含：源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及命令帧数据有效负载；

其中，所述源MAC地址为用电采集主站网口MAC地址，所述目的MAC地址为第一5G路由器的LAN口MAC地址，所述源IP地址为用电采集主站所在子网的内网IP地址，所述目的IP地址为第二5G路由器的WAN口公网IP地址；

所述第一数据交互帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号分别与所述第一用电采集命令帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号相同。

实施例3

本实施例提供一种根据实施例1中任一项所述的用电采集业务5G网络承载能力判断系统的判断方法，适用于第二设备，所述方法包括：

接收第二5G路由器发送的第一用电采集命令帧和第一数据交互帧；

计算接收的第一用电采集命令帧的命令帧数据有效负载的CRC值，记为第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1，并记录接收的第一用电采集命令帧的接收时间RX_TIME1；

解析接收到的第一数据交互帧，获取第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1和第一用电采集命令帧发送时间TX_TIME1；

判断所述第一用电采集命令帧接收校验码RX_CRC1与第一用电采集命令帧发送校验码TX_CRC1是否相同，相同时，计算第一用电采集命令帧传输时延为RX_TIME1-TX_TIME1，根据所述传输时延的数据指标判断配电业务是否能够使用5G网络承载；

其中，所述第二5G路由器用于接收第一设备通过第一5G路由器发送的第一用电采集命令帧和第一数据交互帧。

进一步的，还包括：发送第一用电采集命令帧至用电采集集中器，使得用电采集集中器将接收到的第一用电采集命令帧转换为RS485通讯数据，发往用电采集终端，实现电力用户用电采集命令的传输。

进一步的，所述第一设备在接收用电采集主站发送的第一用电采集命令帧之前，先通过第一GNSS终端进行北京时间同步；所述第二设备在接收第一用电采集命令帧和第一数据交互帧之前，先通过第二GNSS终端进行北京时间同步。

进一步的，所述第一用电采集命令帧和第一数据交互帧均包含：源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、以及命令帧数据有效负载；

其中，所述源MAC地址为用电采集主站网口MAC地址，所述目的MAC地址为第一5G路由器的LAN口MAC地址，所述源IP地址为用电采集主站所在子网的内网IP地址，所述目的IP地址为第二5G路由器的WAN口公网IP地址；

所述第一数据交互帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号分别与所述第一用电采集命令帧的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、源端口号、以及目的端口号相同。

实施例4

本实施例提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例2中任一项所述方法的步骤。

实施例5

本实施例提供一种电子设备，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例3中任一项所述方法的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。