面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口技术

本发明专利技术涉及一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口，包括DCI接口注册和DCI接口函数调用两个部分，通过DCI可实现用户动态故障设置。在动态故障设置的过程中，主要通过外部程序将需要设置的故障信息以数据报文的形式发送到动态交互接口，再通过该接口和QualNet仿真器交互，使用户可以动态地为通信网络设置故障，从而实现了模拟通信网故障对电网运行影响的目的。本发明专利技术提出的动态故障设置方法针对电网‑通信网联合仿真系统的仿真评估和测试十分有效。

【技术实现步骤摘要】
面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口
本专利技术涉及一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口，属于无线通信和通信仿真

技术介绍
电力系统被认为是现代社会最重要的基础设施，其安全稳定运行对于国家安全具有重要意义。随着智能电网的快速发展，越来越多的传统电力设备不再只具备电力功能，而是被嵌入了通信和控制等模块。电力系统与通信系统紧密耦合，依赖性增强，形成面向电网的信息物理系统。通信网络对电网的影响变得至关重要，仅考虑电网的仿真已经不能满足对具有动态特性的电力系统进行测试和评价的要求，电网与通信系统的联合仿真成为电力系统评估和部署的重要内容。电网和通信网络的交互融合提升了电网的感知、分析与控制能力，但同时也为电网的稳定运行带来了风险。已有的研究表明，无论是电力系统本身，还是通信系统中的部件发生故障或是被攻击，都可能导致整个耦合网络的连锁故障。近年来这样的案例屡见不鲜，且呈愈演愈烈的趋势。例如，2003年发生的“美加大停电”造成数小时停电，影响近五千万人正常工作生活，其主要原因就是信息系统失效，状态估计功能退出运行，控制中心失去对电网实时状态的感知能力，继而引发连锁故障。发生在2015年底的乌克兰电网大停电事件，被认为是第1例由网络攻击造成的停电事故，停电原因是对能量管理系统的网络攻击导致其丧失控制功能，造成部分设备运行中断，进而引发连锁反应。针对现代电网所面临的信息安全威胁，电网的安全性和可靠性问题已经成为了全世界关注的焦点。然而由于电力设备这种基础设施的特殊性，不可能直接在其上开展相关实验与测试，计算机建模与仿真技术成为了近年来最有发展潜力的研究方法。它不仅能够模拟信息物理复杂的系统演化过程和涌现性，也能用于开展特定的探索性或重复性的仿真研究。对于电力系统的建模与仿真，目前主流方法为电力系统数字仿真技术。电力系统数字仿真是将电力系统网络和负载元件建立其数学模型，用数学模型在数字计算机上进行实验和研究的过程。实现数字仿真一般包括建立数学模型、建立数字仿真模型和仿真实验三个主要步骤。但是电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网的仿真，由于实际网络系统的复杂性，使其评估结果难以进一步逼近真实情况。对网络性能的评估手段主要有：软件仿真、实际测试以及半实物仿真。网络仿真被称为网络模拟，是进行网络性能研究的一种基本手段。它能够验证实际的网络设计方案，或者对多个不同的设计方案进行比较。在网络规划设计过程中通常会出现多个设计方案，网络仿真可以对这些不同的方案进行科学的分析和比较，以选取性能最优者。网络仿真为不同的设计方案建立不同的模型，对这些模型分别进行模拟仿真并获取定量的网络性能预测数据，根据网络仿真所提供的仿真运行和结果分析功能，为方案间的验证和比较提供可靠的定量依据，从而为优化设计和决策制定提供更便捷、有效的手段。目前的网络仿真工具主要有OPNET，NS-2，QualNet等。它们通过建立虚拟网络场景，模拟实现各层协议功能，并加入各种情况网络参数，完成对不同规模、复杂度的网络性能评估。由于电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网的仿真，因此目前的电力系统数字仿真无法准确对现代电力信息物理系统进行仿真。而网络软件仿真软件侧重对通信网络的仿真，缺乏电力系统负载元件的仿真。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法及接口，由C语言编写，DIgSILENT软件作为系统中的电网模拟器，QualNet软件作为系统中的通信网模拟器，通过外部程序将需要设置的故障信息以数据报文的格式发送到动态交互接口，再通过该接口和QualNet仿真器交互，使用户可以动态、批量、定时地为通信网络设置故障，从而实现了模拟通信网故障对电网运行影响的目的。本专利技术实施例一方面提供一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法，包括：面向QualNet配置动态交互接口DCI；动态交互接口DCI监听UDPSocket端口，接收外部程序发送的故障消息，并存储在接收缓存区；动态交互接口DCI对接收缓存区中的故障消息进行解析，获得故障消息的节点信息；动态交互接口DCI将解析后的故障消息打包成能够被QualNet识别的数据包事件，并将数据包事件按事件时间先后顺序排列，储存在QualNet的事件队列中；所述事件时间是外部程序发送故障消息时外部程序的运行时间；QualNet的业务调度器从事件队列中取出第一个数据包事件，发送到事件处理器，事件处理器通过访问或修改预先配置在QualNet中的节点模型里的参数，对通信网络进行故障设置；故障设置结束后，事件处理器产生一个确认报文并将确认报文通过UDPSocket发送给外部程序。进一步的，还包括，动态交互接口DCI监听UDPSocket端口，接收外部程序发送的初始化消息，接收到初始化消息后，返回一个应答消息，建立QualNet和外部程序之间的连接。进一步的，所述故障消息包括节点故障消息和链路故障消息；所述节点故障消息结构为：8bytes的IP_Addr，4bytes的Port，4bytes的Type，4bytes的NodeId和8bytes的Delay_time；所述链路故障消息结构为：8bytes的IP_Addr，4bytes的Port，4bytes的Type，4bytes的NodeId1，4bytes的NodeId2和8bytes的Delay_time；IP_Addr指QualNet服务器的IP地址；Port表示故障消息将发送到QualNet的服务器端口；Type表示故障消息类型；NodeId表示要设置节点故障的节点号；NodeId1和NodeId2表示要设置链路故障的链路的起始节点和目标节点号；Delay_time表示外部程序中设置的故障发生时刻；如果Delay_time≤0，则关闭要设置故障的节点的所有端口，如果Delay_time>0，则根据Delay_time指定的延迟生成一个数据包事件，并按事件时间推送到QualNet的事件队列中。进一步的，故障消息解析后，查询故障消息的节点信息，若故障消息中指定的节点存在于仿真场景中，则继续后续处理；若故障消息中指定的节点并不存在于仿真场景中，则生成用于报告错误信息的数据包并将该数据包直接发送到发送缓冲区；对于节点故障消息，故障消息指定的节点为NodeId指定的节点；对于链路故障消息，故障消息指定的节点为NodeId1和/或NodeId2指定的节点。进一步的，所述发送缓存区将确认报文通过UDPSocket发送给外部程序采用先入先出模式。进一步的，所述发送缓存区中的确认报文被转换为应用数据包之后，再发送给外部程序。进一步的，还包括，动态交互接口DCI通过调用QualNet中的EXTE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法，其特征在于，包括：/n面向QualNet配置动态交互接口DCI；/n动态交互接口DCI监听UDP Socket端口，接收外部程序发送的故障消息，并存储在接收缓存区；/n动态交互接口DCI对接收缓存区中的故障消息进行解析；/n动态交互接口DCI将解析后的故障消息打包成能够被QualNet识别的数据包事件，并将所述数据包事件按事件时间先后顺序排列，储存在QualNet的事件队列中；所述事件时间是外部程序发送故障消息时外部程序的运行时间；/nQualNet的业务调度器从事件队列中取出第一个数据包事件，发送到事件处理器，事件处理器通过访问或修改预先配置在QualNet中的节点模型里的参数，对通信网络进行故障设置；/n故障设置结束后，事件处理器产生一个确认报文并将确认报文通过UDP Socket发送给外部程序。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法，其特征在于，包括：
面向QualNet配置动态交互接口DCI；
动态交互接口DCI监听UDPSocket端口，接收外部程序发送的故障消息，并存储在接收缓存区；
动态交互接口DCI对接收缓存区中的故障消息进行解析；
动态交互接口DCI将解析后的故障消息打包成能够被QualNet识别的数据包事件，并将所述数据包事件按事件时间先后顺序排列，储存在QualNet的事件队列中；所述事件时间是外部程序发送故障消息时外部程序的运行时间；
QualNet的业务调度器从事件队列中取出第一个数据包事件，发送到事件处理器，事件处理器通过访问或修改预先配置在QualNet中的节点模型里的参数，对通信网络进行故障设置；
故障设置结束后，事件处理器产生一个确认报文并将确认报文通过UDPSocket发送给外部程序。


2.根据权利要求1所述的一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法，其特征在于，还包括：
动态交互接口DCI监听UDPSocket端口，接收外部程序发送的初始化消息；
接收到初始化消息后，返回一个应答消息，建立QualNet和外部程序之间的连接。


3.根据权利要求1所述的一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法，其特征在于，所述故障消息包括节点故障消息和链路故障消息；
所述节点故障消息结构为：8bytes的IP_Addr，4bytes的Port，4bytes的Type，4bytes的NodeId和8bytes的Delay_time；
所述链路故障消息结构为：8bytes的IP_Addr，4bytes的Port，4bytes的Type，4bytes的NodeId1，4bytes的NodeId2和8bytes的Delay_time；
IP_Addr指QualNet服务器的IP地址；
Port表示故障消息将发送到QualNet的服务器端口；
Type表示故障消息类型；
NodeId表示要设置节点故障的节点号；
NodeId1和NodeId2表示要设置链路故障的链路的起始节点和目标节点号；
Delay_time表示外部程序中设置的故障发生时刻；
如果Delay_time≤0，则关闭要设置故障的节点的所有端口，如果Delay_time>0，则根据Delay_time指定的延迟生成一个数据包事件，并按事件时间推送到QualNet的事件队列中。


4.根据权利要求3所述的一种面向QualNet的仿真通信网络的动态故障设置方法，其特征在于，故障消息解析后，查询故障消息的节点信息：
若故障消息中指定的节点存在于仿真场景中，则继续后续处理；
若故障消息中指定的节点并不存...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽莉，童和钦，倪明，崔晓丹，张金锋，许剑冰，李威，薛峰，赖业宁，周敬森，朱晟毅，范昊飞，李满礼，李晓，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国网电力科学研究院有限公司，国网重庆市电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32