電力數據通信網帶寬測試標準的研究與應用

謝大海，王 勇，崔照華

(國網合肥供電公司，安徽 合肥 230022)

2020年3月國家層面提出加快5G網絡、物聯網、大數據、人工智能、工業互聯網等新基礎設施建設，推動了國家電網公司在特高壓、充電樁、新能源等領域的快速發展，電力數據通信網的基礎不斷夯實。針對本地通信和組網提出包括性能、帶寬、時延在內的各項標準[1]，國網安徽省電力有限公司合肥供電公司開展電力數據通信網帶寬測試標準的研究與應用，為相關從業人員提供參考。

1 帶寬測試標準的現狀

電力信息網通道質量直接影響電力終端設備的安全可靠運行，電網企業生產管理中的視頻系統、用電采集系統、調控系統、綜合業務系統，均需要可靠優質的傳輸通道作為支撐。然而，相關檢測標準相對滯后。

通信行業以寬帶接入互聯網為主要業務，截至2019年底，我國互聯網寬帶接入端口數量達9.03億個，其中，光纖接入(FTTH/O)端口總計8.13億個，在所有寬帶接入端口中占比達到 90%[2]。通道質量測試主要依據中國通信行業標準YD/T 2400—2018《固定寬帶接入速率測試方法》，該標準于2019年4月1日執行。

2 測試標準的比較與研究

供電企業信息網絡有其自身的特點，通過電力系統自有的光纖資源或者通信系統組網。依據技術性、可靠性、安全性、擴展性這4個方面，結合吞吐率、延時、幀丟失和背靠背這四個主要指標開展研究[3-5]。

2.1 RFC2544測試標準

RFC2544標準提供了一個對網絡設備測試的基準，它規定了一系列的測試過程和方法，使得服務提供商和用戶間可以在同一個基準下，對測試的實施和結果達成共識。RFC2544標準要求對不同的幀長，在一定的時間內，按一定的數目進行測試。其主要測試項有吞吐率、延時、幀丟失、背靠背，此外還規定了系統恢復測試和復位測試。該標準給出典型拓撲如圖1所示。

根據以太網規范，考慮前導碼和最小間隙，計算出千兆帶寬的有效傳輸速率[5]，如表1所示。

表1 千兆帶寬的有效傳輸速率計算

2.2 Y.1564測試標準

Y.1564是國際電信聯盟電信標準分局(IT U-T，國際電信聯盟的電信標準制定機構)發布的測試標準，由著名的測試儀表廠家EXFO主導，針對電信運營商進行網絡測試而設計的，因此Y.1564具有很多專為電信運營商測試網絡而設計的內容。使用Y.1564進行網絡測試，可以多項測試任務同時進行，測試時間較使用RFC2544要短很多。

該標準定義了“以太網業務激活測試”概念，由3個部分組成：一是網絡服務水平協議(Service Level Agreement，簡稱SLA)的驗證工具，保證服務質量和控制測試時間；二是為了保證網絡中的所有業務都能達到服務標準，并以最高的承諾率進行測試，以證明所有業務都能在網絡設備和路徑的最大負載下得到支持；三是要執行中長期服務測試以驗證網絡設備，可以正確執行所有服務以進行壓力測試。

測試分兩個步驟。

(1)服務配置測試確認網絡可以配置單個數據流來設置提交信息率(Commit Information Rate，簡稱CIR)以選擇單個或混合的數據包大小進行測試。同時，可以根據設定的速率選擇測試最大值，如25%，50%，75%，100%和eir或單一速率。

(2)服務性能測試為不同的服務設置CIR。例如，視頻SDTV/HDTV分別為7 m/22 m，語音也可以用不同的編解碼器進行測試。在這個測試中，可以分別為數據、語音和視頻設置三個數據流，然后再設置提交信息率、eir、優先級等參數后進行測試[6]。

通過兩個測試步驟和根據用戶需要設置的網絡服務水平協議，可以通過儀器快速測試設備的傳輸質量。

總結RFC2544標準與Y.1564標準的區別如圖2所示。

2.3 電力行業測試標準

國家電網公司2015年發布了Q/GDW 11412—2015《國家電網公司數據通信網設備測試規范》，其中設備端口性能測試，參照了通信行業標準YD/T 1156—2009《路由器設備測試方法》。該標準規范了國家電網公司對交換機、路由器等主要設備的測試和檢驗工作，用網絡性能測試儀來測試各種網絡參數，選取吞吐量、丟包率、延時為主要的性能指標。

Q/GDW 11412—2015標準中的測試拓撲如圖3所示。

3 測試方法應用

在比較各類測試方法后，結合實際需要，于2020年1月，開展國網合肥供電公司中心機房至80 km外的巢湖半湯招標基地的通道質量測試。

3.1 拓撲選擇

為保持業務暢通，還原真實應用場景，參考RFC2544標準，規劃測試拓撲如圖4所示。

該拓撲忽略了傳輸網細節，將“光端機”、“傳輸光纜”、“三級網路由器”、“廣域網交換機”等設備，全部納入傳輸網范疇，直接測試從中心機房出口交換機到招標基地接入交換機之間的通道質量。

3.2 測試工具方法選擇

綜合市面上的測試工具和終端情況，為了適應既定拓撲結構，還原真實應用場景，選擇計算機終端測試的方法，選用帶寬性能測量工具iperf進行測試。該工具由能源科學網(ESnet)和勞倫斯伯克利實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)開發，免費公開發布，采用客戶端/服務器端(Client/Service)架構模式，主動測試指定IP的TCP和UDP帶寬性能，可以指定多種參數或特性，對于每個測試模式，分別報告帶寬、延時、丟包和其他參數，并進行統計。

3.3 測試結果

2020年1月，聯系巢湖招標中心，采用測試工具在末端真實辦公環境，開展測試，得出測試結果。本次測試設置缺省參數，10 s測試時間內接收帶寬79.9 Mbits/s，發送帶寬79.8 Mbits/s。

4 總結與推廣

4.1 測試方法

本次研究中，大多方案要求中斷業務進行測試，不能體現真實的應用環境。有的方案只適合單一通道簡單拓撲環境。

商業解決方案也都是提供測試服務，推銷或者租用測試工具設備，并且價格昂貴。本次國網合肥供電公司采用的測試工具和方法，不需要停運業務，有效地還原真實應用場景，操作方便快捷，測試結果與實際網絡拓撲結構相匹配。

4.2 測試工具更新

測試工具有待更新，目前測試工具Iperf已經有了升級的圖形化版本Jperf。它是將Iperf命令行圖形化的JAVA程序，使用Jperf程序可以簡化命令行參數的構造，而且它還保存測試結果，同時實時圖形化顯示。但該工具必須在JAVA虛擬環境中運行，增加了系統資源的消耗。

4.3 相關法律層面的問題

通過《中國法律裁判文書網》，查詢關鍵字“網絡帶寬”可以搜索到239篇文書，逐年增加。由此可見，網絡帶寬問題在司法實踐中也有所體現，但是省市質量技術監督局、計量技術測試研究所等部門還沒有專門針對網絡帶寬測試的業務，省級通信管理局下設“信息通信管理處”，負責信息通信服務監管、市場準入、新業務商用試驗、備案管理，并負責推進三網融合等工作。

通道帶寬的測試工作，依賴通道建設維護部門的自測為主要模式，通信管理部門只能起到監管的作用，不參與測試工作，沒有第三方測試機構提供證據支持。

4.4 成果推廣

經過這次應用，國網合肥供電公司找到了適合可靠的帶寬測試方案，并試圖圍繞著電力系統建設需求，開展以“實時可靠、靈活泛在”為特征的電力通信技術及標準化研究工作[7]。

在市場化商業化的推動下，還可以成立有資質的通道測試機構，測試包括帶寬在內的通道各項參數，為企業的信息通信建設提供依據，為“新基建”的信息規劃提供參考，為司法裁判提供第三方證據支持，同時，也為供電企業提供新的業務增長點。