一种网络报文时延测量的可信度评估方法技术

本发明专利技术公开一种网络报文时延测量的可信度评估方法。该方法提出了以报文总链路时延合理值和总链路时延相对误差值两个指标以及计算方法来衡量，并提出来使用统计学方法确定了网络报文时延测量值的置信区间的工程使用和阈值取值方法，为网络报文时延测量结果的可信度评估提供了可信依据，保障了智能变电站重要电力业务报文(网络SV报文等)的有效可靠利用，提高了电力二次设备运行的可靠性。

A credibility evaluation method for network packet delay measurement

The invention discloses a credibility evaluation method for network packet delay measurement. In this method, two indexes and calculating method are proposed to measure the reasonable value of the total link delay and the relative error value of the total link delay, and a method of determining the confidence interval and threshold value of the network message delay measurement value by statistical method is proposed, which can be used to evaluate the reliability of the network message delay measurement results. The evaluation provides a credible basis, guarantees the effective and reliable utilization of important power business messages (network SV messages, etc.) in smart substations, and improves the reliability of power secondary equipment operation.

【技术实现步骤摘要】
一种网络报文时延测量的可信度评估方法
本专利技术属于电力系统自动化领域，涉及一种网络报文时延测量可信度的评估方法。
技术介绍
随着IEC61850等技术标准在变电站的深入应用，电力二次设备之间大量应用以太网进行连接，以太网通信的引入大大简化了电力二次设备的接口，实现了变电站内部数据的共享，促进了变电站高级应用功能的实现。但是，以太网数据传输存在网络延时不确定的问题，这对于有些电力业务数据的使用是不可接受的，比如保护装置的SV网络采样数据同步必须基于采样的准确时刻实现，目前解决这一问题的常用办法是基于外部GPS对时实现电力二次设备之间的数据同步。随着计算机技术、微电子技术的进步，基于硬件技术对以太网报文传输路径的时延测量成为现实。以太网报文在网络节点内部的传输时延可以使用报文接收时刻与发送时刻的时间差算出，以太网报文在网络节点之间的传输时延可以通过节点之间互发报文，同时记录往返报文的时间信息，再使用一定的算法计算。具备网络报文时延测量功能的设备的出现使得电力二次设备的SV网络数据同步不再依赖于外部GPS时钟，可靠性明显提升。目前，报文时延实时测量的方法均基于以太网通讯基本原理来衍生实现，例如通过FPGA(现场可编程门阵列)技术在数据通信的底层进行时延值的实时测量及修正。由于经FPGA修正的时延值需要随同一报文帧转发，需要在报文协议中新增一个时延修正域，这与标准以太网协议有所差异；报文传输经过的设备节点越多，时延修正值产生错误的可能性也越大。此外，由于SV、GOOSE、MMS等多业务共端口网络中可能存在着多种业务报文同时收发、报文流量瞬时突变以及网络风暴等情况，都可能会对报文的时延测量精度与时延累计值产生不利影响。尽管报文时延测量技术原理日渐成熟，但报文时延测量结果的可信度仍是需要解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术用以解决如何对报文时延测量结果的可信度进行评估的问题。技术方案：为达到上述目的，本专利技术可采用如下技术方案：一种网络报文时延测量的可信度评估方法，其特征在于：设置网络报文总链路时延合理值和网络报文总链路时延相对误差值；网络报文总链路时延合理值的获得方式为，源节点采样固定时延、单节点的报文转发合理值及报文传输路径的时延合理值之和作为网络报文总链路时延合理值；网络报文总链路时延相对误差值的获得方式为，对单节点的报文转发时延及节点间传输路径时延之和的相对误差取中位数，并将所有节点的报文时延误差累计求和后取算数平均值作为总链路时延误差值；网络报文总链路时延合理值的统计样本中的众数乘以阈值系数后，作为总链路时延值的工程阈值，并通过该工程阈值系数反映网络报文传输的实时状态；网络报文总链路时延相对误差值的乘以工程阈值系数后，作为总链路时延相对误差的工程阈值，并通过该工程阈值系数反映网络系统自身的测量精度状态。有益效果：1)报文时延测量值的可信度指标能够在线实时评估。2)网络报文时延测量结果能够以量化指标进行衡量。3)在保证报文时延测量值在一定的测量精度范围内的同时，又避免了由于实际网络不确定性所带来的不合理极值的出现。4)工程阈值参数能够反映网络流量的变化趋势。进一步的，网络报文中的总链路时延合理值是基于本地时钟实时计算得到的，不依赖于外部时钟。进一步的，基于外部GPS/BD量测网络报文传输时延的绝对时延值并计算衡量总链路时延合理值的相对差值。进一步的，总链路时延合理值Tall指标公式如下：其中，智能IED源节点ADC采样的固定时延为T0，每个单节点相邻转发的时延合理值为ti，ti是单节点间转发时延合理值ti1与报文传输路径的时延合理值ti2的累加，即ti＝ti1+ti2；t(n+1)2指第n+1个节点与第n+2个节点之间的报文传输路径的时延合理值；总链路时延误差值δall指标公式如下：其中单结点间时延相对误差δi是指单结点间转发及传输链路时延的测量值ti相对于真实时延值的绝对误差。进一步的，在实时统计总链路时延合理值样本基础上，基于统计学方法首先确定网络报文总链路时延测量值Tall的众数值M，在此基础上取总链路时延的工程阈值系数α、β构成总链路时延的置信区间[α*M，β*M]；其中，工程阈值系数β体现了网络报文流量变化对报文时延测量的影响，即通过此工程阈值系数感知网络内的报文流量态势；取总链路时延误差值的工程阈值系数γ，得到实际工程阈值为γ*δall；网络SV报文时延测量的可信度依据总链路时延合理值和时延误差值的工程阈值进行在线评估，若总链路时延合理值的相对误差小于γ*δall，并且落在置信区间[α*M，β*M]内，则认为总链路时延是可信的。进一步的，通过FPGA芯片内全局时钟网络给具有报文时戳锁定和时延修正功能的专用MAC模块提供高性能报文收、发控制时钟，此MAC模块根据本地时钟记录网络报文的收、发时间；本地时钟模块具备守时和防误功能来保证时间戳发生器功能的可靠性附图说明图1是含有n个节点的电力二次设备网络报文传输系统。图2是采用FPGA技术实现的网络报文时延测量系统。图3是图2中MAC模块部分的局部放大图。具体实施方式本专利技术在电力二次设备上实现了一种报文时延测量可信度的实时评估方法，提出了两个评估报文时延测量可信度的技术指标，以及相应工程阈值的取值方法，通过FPGA技术构建了测量评估系统，实时反映报文时延的可信度。含有(n+2)个节点的电力二次设备网络报文传输系统如图1所示。提出了总链路时延合理值和总链路时延误差值两个指标来衡量报文时延测量的可信度。总链路时延合理值Tall的定义是：源节点采样固定时延、单节点的报文转发合理值及报文传输路径的时延合理值之和。总链路时延合理值Tall指标公式如下：适用于含有(n+2)个节点(即源结点和目的结点之间有n个中间结点)的电力二次设备网络报文传输系统，n为大于等于1的整数。其中，智能IED源节点ADC采样的固定时延为T0，每个单节点相邻转发的时延合理值为ti，ti是单节点间转发时延合理值ti1与报文传输路径的时延合理值ti2的累加，即ti＝ti1+ti2；t(n+1)2指第n+1个节点与第n+2个节点之间的报文传输路径的时延合理值。单结点间时延相对误差δi是指单结点间转发及传输链路时延的测量值ti相对于真实时延值的绝对误差。总链路时延误差值δall的定义是：所有单节点的报文时延相对误差值累计求和后的算数平均值，其中各个单节点的时延相对误差值δi，本专利将其定义为单结点间累积报文时延相对误差统计中的中位数。总链路时延误差值δall指标公式如下：总链路时延合理值Tall和总链路时延误差值δall基于设备本地时钟实时计算得到，能够反映网络报文传输时延的实时状态。在实时统计总链路时延合理值样本基础上，基于统计学方法首先确定网络报文总链路时延测量值Tall的众数值M，在此基础上取总链路时延的工程阈值系数α、β构成总链路时延的置信区间[α*M，β*M]。其中，工程阈值系数β体现了网络报文流量变化对报文时延测量的影响，即通过此工程阈值系数可以感知网络内的报文流量态势，也为网络本身的状态监测与告警提供了参考。取总链路时延误差值的工程阈值系数γ，得到实际工程阈值为γ*δall。网络SV报文时延测量的可信度依据总链路时延合理值和时延误差值的工程阈值进行在线评估，可以提高对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络报文时延测量的可信度评估方法，其特征在于：设置网络报文总链路时延合理值和网络报文总链路时延相对误差值；网络报文总链路时延合理值的获得方式为，源节点采样固定时延、单节点的报文转发合理值及报文传输路径的时延合理值之和作为网络报文总链路时延合理值；网络报文总链路时延相对误差值的获得方式为，对单节点的报文转发时延及节点间传输路径时延之和的相对误差取中位数，并将所有节点的报文时延误差累计求和后取算数平均值作为总链路时延误差值；网络报文总链路时延合理值的统计样本中的众数乘以阈值系数后，作为总链路时延值的工程阈值，并通过该工程阈值系数反映网络报文传输的实时状态；网络报文总链路时延相对误差值的乘以工程阈值系数后，作为总链路时延相对误差的工程阈值，并通过该工程阈值系数反映网络系统自身的测量精度状态。

【技术特征摘要】
1.一种网络报文时延测量的可信度评估方法，其特征在于：设置网络报文总链路时延合理值和网络报文总链路时延相对误差值；网络报文总链路时延合理值的获得方式为，源节点采样固定时延、单节点的报文转发合理值及报文传输路径的时延合理值之和作为网络报文总链路时延合理值；网络报文总链路时延相对误差值的获得方式为，对单节点的报文转发时延及节点间传输路径时延之和的相对误差取中位数，并将所有节点的报文时延误差累计求和后取算数平均值作为总链路时延误差值；网络报文总链路时延合理值的统计样本中的众数乘以阈值系数后，作为总链路时延值的工程阈值，并通过该工程阈值系数反映网络报文传输的实时状态；网络报文总链路时延相对误差值的乘以工程阈值系数后，作为总链路时延相对误差的工程阈值，并通过该工程阈值系数反映网络系统自身的测量精度状态。2.根据权利要求1所述的网络报文时延测量的可信度评估方法，其特征在于：网络报文中的总链路时延合理值是基于本地时钟实时计算得到的，不依赖于外部时钟。3.根据权利要求1所述的网络报文时延测量的可信度评估方法，其特征在于：基于外部GPS/BD量测网络报文传输时延的绝对时延值并计算衡量总链路时延合理值的相对差值。4.根据权利要求1或2或3所述的网络报文时延测量的可信度评估方法，其特征在于：用于含有n+2个节点的电力二次设备网络报文传输系统，n为大于等于1的整数；总链路时延合理值Tall指标公式如下：其中，智能IED源节点ADC采样的固定时延为T0，每个单节点相...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华良，郑玉平，徐建松，姜雷，王凯，李友军，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32