电力数据网络半实物仿真方法技术

技术编号:14854173 阅读:86 留言:0更新日期:2017-03-18 21:04
本发明专利技术公开了一种电力数据网络半实物仿真方法,包括如下步骤:(1)、半实物仿真系统架构由一个仿真网络和多个实际节点构成;(2)、仿真网络运行在一台主机上,以TCP/IP协议结构模拟整个仿真场景的网络各层次协议,仿真网络由各层虚拟协议栈搭建而成,各层协议通过虚拟数据包流连接;虚拟数据包由应用层产生,由上往下依次流经各层结构;当数据包流完成了某层协议相关操作,即发起下层协议接收响应,最终实现了虚拟业务从服务器到目的节点的传输。本方法所提出的半实物仿真方法把虚拟网络仿真结果融入到了实际传输中,仿真结果具有较高的可信度。本方法所提出的半实物仿真网络数据包映射方法复杂度较低,具有较好的可扩展性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统的数据管理,具体为一种电力数据网络半实物仿真方法
技术介绍
半实物仿真是一种在仿真系统中介入实物,以取代相应部分的数学模型的仿真。半实物仿真将一部分硬件设备嵌入软件仿真,一部分网络节点使用软件模拟一起参与仿真,可以保证网络仿真的规模和实时性,并将仿真的成本控制在了可以接受的范围内。数据网络的半实物仿真需要解决三点:(1)实现虚拟网络与半实物网络的连接融合;(2)实现实际数据包的收发与虚拟网络包的映射;(3)实现基于离散事件方法的仿真软件对于实时数据仿真的支持或扩展。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对电力系统数据的网络应用仿真,提出一种电力数据网络半实物仿真方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的:一种电力数据网络半实物仿真方法,包括如下步骤:(1)、半实物仿真系统架构由一个仿真网络和多个实际节点构成;(2)、仿真网络运行在一台主机上,以TCP/IP协议结构模拟整个仿真场景的网络各层次协议,仿真网络由各层虚拟协议栈搭建而成,各层协议通过虚拟数据包流连接;虚拟数据包由应用层产生,由上往下依次流经各层结构;当数据包流完成了某层协议相关操作,即发起下层协议接收响应,最终实现了虚拟业务从服务器到目的节点的传输;(3)、实际网络中,起始节点产生实时数据流并向目的节点发送;其中,实时数据流由起始节点发送至由中间节点后,由半实物仿真接口模块完成对实时数据流截获;该半实物仿真接口模块分别与仿真网络的应用层和路由层相连,并同时与实际物理网卡映射关联,当实时业务流数据被实际物理网卡接收后,实际数据包将通过半实物仿真接口模块映射到仿真系统中节点应用层以产生虚拟数据包;当虚拟数据包经过仿真虚拟网络最终被其目的节点路由层收到后,再通过半实物仿真接口模块控制实际物理网卡把所映射的实际数据包转发出去,通过中间节点获取经过模拟仿真后的数据包,发送给目的节点。优选的,步骤(3)中,当实时业务流数据包到来后会先被存入缓存内存中,然后半实物仿真接口模块会从缓存队列中读取一个包大小信息,同时仿真系统的应用层产生与之同样大小的虚拟数据包,进入虚拟网络仿真,仿真系统的应用层产生数据包加入了前端动态时隙同步机制,以完成虚拟包与实际数据包的实时同步映射;当虚拟网络中目的节点路由层收到该虚拟包后,半实物仿真接口模块反过来产生控制信号,控制实际数据包从缓存中发送出去;如果虚拟数据包丢失,则丢弃缓存队列中对应的实际数据包;缓存队列的发送端口和虚拟包发送端口分别加入时间同步机制,以完成虚实数据包的同步和实际数据包的时延同步。优选的,所述前端动态时隙同步机制使实际业务流数据包和虚拟数据包一一对应,该机制用到了向仿真系统安插空事件以及添加系统休眠的方法,让实际业务传输性能情况同步的显示在仿真分析结果中;具体为,设实际时刻T1捕获到实际数据包,则仿真网络在此之前以ΔT1的虚拟时间间隔发起虚拟包发送事件,并侦听接收数据缓存队列,直到发现有实际数据包后产生对应的虚拟数据包;由于ΔT1是以微小时间以让虚拟应用层侦听接收数据缓存队列,虚拟包发送事件只会增加响应事件数量,不会产生虚拟数据包;一旦仿真网络系统产生虚拟包,则使用侦听到的接收数据包大小,以此确定虚拟包的发送间隔ΔT2;此时让计算机CPU休眠时间ΔTS,以让系统仿真时间停止并消耗实际时间,从而使仿真时间和实际时间同步。本专利技术采用多线程并行仿真的方法,具有以下优点:1、本方法所提出的半实物仿真方法把虚拟网络仿真结果融入到了实际传输中,仿真结果具有较高的可信度。2、本方法所提出的半实物仿真网络数据包映射方法复杂度较低,具有较好的可扩展性。本专利技术方法设计合理,通过对现有的电力数据网构建半实物仿真网络系统,提高仿真效果的直观性、有效性以及真实性。因此,采用半实物仿真是支持高可靠性网络规划的重要技术手段,具有十分重要的应用意义。附图说明图1表示数据网半实物仿真系统架构示意图。图2表示数据网半实物仿真的数据包映射原理示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。一种电力数据网络半实物仿真方法,具体如下:1、半实物仿真系统架构半实物仿真网络的系统架构如图1所示,由一个仿真网络和多个实际节点构成。仿真网络运行在一台主机上,以TCP/IP协议结构模拟整个仿真场景的网络各层次协议,仿真网络由各层虚拟协议栈搭建而成,各层协议通过虚拟数据包流连接。虚拟数据包由应用层产生,由上往下依次流经各层结构。当数据包流完成了某层协议相关操作,即发起下层协议接收响应。最终实现了虚拟业务从服务器到目的节点的传输。实际网络中,节点_1(作为起始节点)产生实时数据流并向节点_6(作为目的节点)发送。其中,由节点_3(中间节点)转发给仿真网络,半实物仿真接口模块完成对实时数据流截获与转发,并通过数据包映射机制,将真实数据流映射到仿真网络中。通过节点_4(中间节点)获取经过模拟仿真后的数据包,转发给节点_6。图1中所示,节点_2和节点_5也为真实的网络节点,其作用和节点_1及节点_6相同,均可作为起始节点和目的节点。2、虚拟包和实际数据包的映射为了数据仿真网络与实际网络的直接通信,该方法提出基于API的半实物仿真接口模块,与物理网口连接。该半实物仿真系统通过接口模块分别与仿真网络的应用层和路由层相连,并同时与实际物理网卡映射关联。当实时业务流数据被实际物理网卡接收后,实际数据包将通过半实物仿真接口模块映射到仿真系统中节点应用层以产生虚拟数据包。当虚拟数据包经过仿真虚拟网络最终被目的节点路由层收到后,再通过半实物仿真接口模块控制实际物理网卡把所映射的实际数据包转发出去。具体为,工作流程如图2所示,当实时业务流数据包到来后会先被存入缓存内存中,然后接口模块会从缓存队列中读取一个包大小信息,同时仿真网络的应用层产生与之同样大小的虚拟数据包,进入虚拟网络仿真。仿真系统的应用层产生数据包加入了前端动态时隙同步机制,以完成虚拟包与实际数据包的实时同步映射。当虚拟网络中目的节点收到该虚拟包后,半实物仿真接口模块反过来产生控制信号,控制实际数据包从缓存中发送出去。如果虚拟数据包丢失,则丢弃缓存队列中对应的实际数据包。缓存队列的发送端口和虚拟包发送端口分别加入时间同步机制,以完成虚实数据包的同步和实际数据包的时延同步。3、时间同步机制前端动态时隙同步解决实际包捕获和虚拟包发送的同步问题,使实际业务流数据包和虚拟数据包一一对应。为实现这一目的,该机制用到了向仿真系统安插空事件以及添加系统休眠的方法,这样可以让实际业务传输性能情况同步的显示在仿真分析结果中。具体为,设实际时刻T1捕获到实际数据包,则仿真网络在此之前以ΔT1的虚拟时间间隔发起虚拟包发送事件,并侦听接收数据缓存队列,直到发现有实际数据包后产生对应的虚拟数据包。由于ΔT1是以微小时间以让虚拟应用层侦听接收数据缓存队列,虚拟包发送事件只会增加响应事件数量,不会产生虚拟数据包。一旦仿真网络系统产生虚拟包,则使用侦听到的接收数据包大小,以此确定虚拟包的发送间隔ΔT2。此时让计算机CPU休眠时间ΔTS,以让系统仿真时间停止并消耗实际时间,从而使仿真时间和实际时间同步。最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制,尽管参照本专利技术实施例进行了详细说明,本领域的普通技术人员应本文档来自技高网...
电力数据网络半实物仿真方法

【技术保护点】
一种电力数据网络半实物仿真方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)、半实物仿真系统架构由一个仿真网络和多个实际节点构成;(2)、仿真网络运行在一台主机上,以TCP/IP协议结构模拟整个仿真场景的网络各层次协议,仿真网络由各层虚拟协议栈搭建而成,各层协议通过虚拟数据包流连接;虚拟数据包由应用层产生,由上往下依次流经各层结构;当数据包流完成了某层协议相关操作,即发起下层协议接收响应,最终实现了虚拟业务从服务器到目的节点的传输;(3)、实际网络中,起始节点产生实时数据流并向目的节点发送;其中,实时数据流由起始节点发送至由中间节点后,由半实物仿真接口模块完成对实时数据流截获;该半实物仿真接口模块分别与仿真网络的应用层和路由层相连,并同时与实际物理网卡映射关联,当实时业务流数据被实际物理网卡接收后,实际数据包将通过半实物仿真接口模块映射到仿真系统中节点应用层以产生虚拟数据包;当虚拟数据包经过仿真虚拟网络最终被其目的节点路由层收到后,再通过半实物仿真接口模块控制实际物理网卡把所映射的实际数据包转发出去,通过中间节点获取经过模拟仿真后的数据包,发送给目的节点。

【技术特征摘要】
1.一种电力数据网络半实物仿真方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)、半实物仿真系统架构由一个仿真网络和多个实际节点构成;(2)、仿真网络运行在一台主机上,以TCP/IP协议结构模拟整个仿真场景的网络各层次协议,仿真网络由各层虚拟协议栈搭建而成,各层协议通过虚拟数据包流连接;虚拟数据包由应用层产生,由上往下依次流经各层结构;当数据包流完成了某层协议相关操作,即发起下层协议接收响应,最终实现了虚拟业务从服务器到目的节点的传输;(3)、实际网络中,起始节点产生实时数据流并向目的节点发送;其中,实时数据流由起始节点发送至由中间节点后,由半实物仿真接口模块完成对实时数据流截获;该半实物仿真接口模块分别与仿真网络的应用层和路由层相连,并同时与实际物理网卡映射关联,当实时业务流数据被实际物理网卡接收后,实际数据包将通过半实物仿真接口模块映射到仿真系统中节点应用层以产生虚拟数据包;当虚拟数据包经过仿真虚拟网络最终被其目的节点路由层收到后,再通过半实物仿真接口模块控制实际物理网卡把所映射的实际数据包转发出去,通过中间节点获取经过模拟仿真后的数据包,发送给目的节点。2.根据权利要求1所述的电力数据网络半实物仿真方法,其特征在于:步骤(3)中,当实时业务流数据包到来后会先被存入缓存内存中,然后半实物仿真接口模块会从缓存队列中读取一个包大小信...

【专利技术属性】
技术研发人员:周子冠吕瑞峰张亮
申请(专利权)人:国网山西省电力公司忻州供电公司中科鼎源北京科技有限公司
类型:发明
国别省市:山西;14

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