專利名稱：：Epa實時性綜合指標測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于以太網(wǎng)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及到一種EPA(EthernetforPlantAutomation)系統(tǒng)的實時性綜合指標測試方法。
背景技術(shù)：
：隨著新技術(shù)的發(fā)展和實時以太網(wǎng)協(xié)議的產(chǎn)生，工業(yè)以太網(wǎng)逐步成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實時性測試是對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)信息傳輸能力的一種實時性能綜合評判，通過給出網(wǎng)絡(luò)傳輸能力綜合指標，為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。EPA是一種用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標準的簡稱，是實時以太網(wǎng)標準。EPA網(wǎng)絡(luò)是基于ISO/IEC8802-3與TCP/IP協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)。普通以太網(wǎng)由于采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法和二進制指數(shù)退避(BinaryExponentialBackoff,BEB)算法處理報文沖突，導致了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和通信響應(yīng)的不確定性。EPA通過微網(wǎng)段劃分和確定性調(diào)度策略解決了以太網(wǎng)的非確定性問題，實現(xiàn)了信息的實時傳輸。EPA實時性能指標是在給定網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)、交換機級聯(lián)級數(shù)情況下，測試網(wǎng)絡(luò)時鐘同步精度、遞交時間、時間偏移量反應(yīng)精度、帶寬實際利用率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等指標參數(shù)。由于實時性能指標間相互影響，因此在測試EPA系統(tǒng)的實時性能時，需要采用一組EPA實時性能指標集來指明網(wǎng)絡(luò)實時通信的要求，并根據(jù)相應(yīng)的測試方法測試EPA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信能力和信息傳輸?shù)膶崟r處理能力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出EPA實時性綜合指標測試方法，用以檢驗基于EPA標準的儀表及控制器等產(chǎn)品的實時性能是否達到規(guī)定的技術(shù)指標。本發(fā)明的技術(shù)方案如下整個測試系統(tǒng)可分為測試計算機和微網(wǎng)段測試系統(tǒng)兩部分。測試計算機與系統(tǒng)各部分配合，實現(xiàn)了各項實時性指標的測試方法。EPA實時性測試中，運行于PC機中的測試軟件稱為下測試器LT(LowerTester),由分析處理模塊、組態(tài)模塊、通信模塊和人機界面組成。LT是在測試執(zhí)行期間，通過下層服務(wù)提供者對實時性能指標測試進行控制和觀察的手段。微網(wǎng)段測試系統(tǒng)由測試設(shè)備TE(TestEquipment)和被測設(shè)備DUT(DeviceUnderTest)組成。其中，測試設(shè)備TE為一個EPA設(shè)備，運行EPA協(xié)議棧，接收測試計算機的指令，對微網(wǎng)段進行各項實時性指標測試。被測設(shè)備DUT包括上測試器UT(UpperTester)和被測實現(xiàn)IUT(ImplementationUnderTest)。上測試器UT是在測試執(zhí)行期間用于提供在IUT上服務(wù)邊界進行控制和觀察的手段，實則為實現(xiàn)各項測試功能的用戶程序，通過接收相應(yīng)的命令與測試設(shè)備配合對被測設(shè)備實時性進行測試。被測實現(xiàn)IUT是具有相鄰用戶/提供者關(guān)系的一個或多個OSI協(xié)議的一種實現(xiàn)，實時性測試中，IUT即為EPA通信協(xié)議棧。在一個EPA微網(wǎng)段內(nèi)，所有EPA設(shè)備通信均按周期進行，完成一個通信周期所需的時間r稱為一個通信宏周期。通信宏周期r分為周期報文傳輸階段t;和非周期報文傳輸階段？;。&階段，每個EPA設(shè)備按預(yù)先組態(tài)的時間片向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送周期數(shù)據(jù)報文，隨后按需要廣播非周期數(shù)據(jù)聲明報文；7;階段，需要發(fā)送非周期數(shù)據(jù)的EPA設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送報文并在發(fā)送完畢時廣播非周期結(jié)束聲明報文通知其他設(shè)備競爭發(fā)送。周期報文首次發(fā)送時刻與周期時間片起始時刻的偏差稱為周期報文發(fā)送時間偏離量；非周期報文首次發(fā)送時刻與非周期時間片起始時刻的偏差稱為非周期報文發(fā)送時間偏離量；確定周期報文發(fā)送時間偏離量和非周期報文發(fā)送時間偏離量的過程稱為時間偏離量組態(tài)。測試計算機、測試設(shè)備及被測設(shè)備相配合，完成EPA系統(tǒng)的實時性測試。各項指標的測試方法及步驟如下所述l.時鐘同步精度測試。時鐘同步精度指的是EPA網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點與主時鐘節(jié)點內(nèi)部時鐘的最大偏差。PC機以廣播形式發(fā)送測試請求命令報文至EPA測試微網(wǎng)段中，網(wǎng)段中的主時鐘和被測設(shè)備DUTlDUTn接收到測試報文后，分別在數(shù)據(jù)鏈路層記錄接收該報文的本地時間r和7h7)v由于主時鐘和被測設(shè)備DUTlDUTn處于同一網(wǎng)段，因此認為測試請求報文到達主時鐘和各個被測設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)延時相等。將測試請求命令的發(fā)送時刻記為7J，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時記為T^，而被測設(shè)備DUTlDUTn與主時鐘的時間偏差記為7b廣r"，則有7>0二rs+r(i，7>,二r"7y+7b,，......，7>=7^+7W+ro(1)由式(1)可得ro,"-7>0，7。2=7>2-7>0，......，7b=7>_7>0(2)7b廣r"中取最大值即為網(wǎng)絡(luò)時鐘同步精度。測試步驟如下步驟l:PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，包括，設(shè)定通信宏周期時間長度，各設(shè)備周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間長度，各設(shè)備周期報文發(fā)送時間偏離量和非周期報文發(fā)送時間偏離量。步驟2:PC機向網(wǎng)段內(nèi)廣播時鐘同步精度測試請求報文。步驟3:主時鐘和被測設(shè)備DUTlDUTn接收到時鐘同步精度測試請求報文后，分別在數(shù)據(jù)鏈路層記錄接收報文的本地時間r和7>v7>v并將其作為接收報文時間戳，和請求報文一起傳遞至用戶層UT程序。步驟4:主時鐘和被測設(shè)備中的UT接收到時鐘同步精度測試報文后，將數(shù)據(jù)鏈路層傳遞來的接收報文時間戳封裝在時鐘同步精度測試響應(yīng)報文中，回復(fù)給PC機；步驟5:PC機測試程序從收到的各個節(jié)點響應(yīng)報文中提取時間戳，計算時間偏差，給出測試結(jié)果并顯示。2.遞交時間測試。遞交時間是指從源節(jié)點將應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU(ApplicationProtocolDataUnit)傳遞到目的節(jié)點所需的時間。遞交時間的測試要求預(yù)先確定通信宏周期和時間偏離量組態(tài)，并且要求設(shè)備間進行時鐘同步。發(fā)送設(shè)備DUT1中的UT調(diào)用EPA信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，該設(shè)備用戶層的應(yīng)用進程AP(applicationprocess)將數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用層應(yīng)用實體AE(applicationentity)的時刻記為r,。數(shù)據(jù)自上而下經(jīng)過UDP層、IP層、數(shù)據(jù)鏈路層，并經(jīng)物理鏈路傳送到DUTn。接收設(shè)備DUTn的AE將數(shù)據(jù)遞交給用戶層AP的時刻記為K。則兩設(shè)備間的遞交時間R可由式(3)計算得到。^2-^(3)測試步驟如下步驟l:PC機對各被測設(shè)備及主時鐘設(shè)備進行調(diào)度組態(tài)。通過寫服務(wù)將UT程序所需要的兩個鏈接對象分別下載至發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，兩者的UT程序之間能夠通過信息分發(fā)服務(wù)傳遞數(shù)據(jù)。步驟2:PC機向發(fā)送設(shè)備發(fā)送遞交時間測試請求報文。步驟3:發(fā)送設(shè)備的UT接收到遞交時間測試請求報文，在遞交時間測試報文中封裝PC機IP地址，測試組號等數(shù)據(jù)，并將該報文通過一條信息分發(fā)服務(wù)傳遞至接收設(shè)備。UT記錄測試報文離開用戶層AP的時間7\，并將K封裝入遞11交時間測試響應(yīng)報文中，發(fā)送給PC機。步驟4:接收設(shè)備中的UT通過接收信息分發(fā)服務(wù)獲得遞交時間測試報文并記錄服務(wù)數(shù)據(jù)到達用戶層AP的時刻t2。UT從數(shù)據(jù)中獲得PC機IP地址，測試組號等數(shù)據(jù)，將72封裝入遞交時間測試響應(yīng)報文中，發(fā)送給PC機。步驟5:PC機接收來自發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的遞交時間測試響應(yīng)報文，從中獲得"和T2，計算出遞交時間K并顯示。3.時間偏離量反應(yīng)精度測試。時間偏離量反應(yīng)精度是指設(shè)備周期數(shù)據(jù)發(fā)送開始時間和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送開始時間的實際偏離量值與組態(tài)偏離量之間的最大偏差，即設(shè)備報文發(fā)送的實際開始時間跟期望值的最大偏差。時間偏離量反應(yīng)精度測試要求預(yù)先確定時間偏離量組態(tài)，并且要求設(shè)備間進行時鐘同步。在被測現(xiàn)場設(shè)備的協(xié)議棧中增加部分代碼，在測試過程中，當檢測到周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間到時，打下時間戳r,和K分別記錄這兩個時刻。用戶層UT程序通過特定接口函數(shù)獲得這兩個時間戳，封裝在時間偏離量反應(yīng)精度測試響應(yīng)報文中，傳送到PC機進行分析。各個設(shè)備周期數(shù)據(jù)和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量的偏差可由式(4)和(5)得出。五廣mod(7VO-^(4)￡=mod(r2,7)-t;(5)其中，A是周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量精度；7;是周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量;^是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量精度；7;是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量。測試步驟如下步驟l:PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)數(shù)據(jù)。步驟2:被測設(shè)備在組態(tài)時間到達時發(fā)送周期/非周期數(shù)據(jù)報文，并在發(fā)送過程中，在數(shù)據(jù)鏈路層記錄首次發(fā)送周期/非周期數(shù)據(jù)報文的本地時間戳K和r2。步驟3:PC機向被測設(shè)備發(fā)送時間偏離量反應(yīng)精度測試請求報文，被測設(shè)備用戶層UT程序收到請求時，通過特定的接口函數(shù)獲得步驟2中記錄的兩個時間戳，并將其封裝在時間偏離量反應(yīng)精度測試響應(yīng)報文中，回復(fù)給PC機。步驟4:pc機從響應(yīng)報文中提取r;和r2兩個時間戳，計算出偏離量反應(yīng)精度并顯示。4.帶寬實際利用率測試。帶寬實際利用率是指一個微網(wǎng)段中設(shè)備在周期數(shù)據(jù)發(fā)送階段和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送階段實際利用帶寬與組態(tài)帶寬的比率。帶寬實際利用率測試要求預(yù)先確定時間偏離量組態(tài)，并且要求設(shè)備間進行時鐘同步。周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率的測試當測試設(shè)備監(jiān)測到各個被測設(shè)備的非周期數(shù)據(jù)發(fā)送聲明報文發(fā)送完畢時，記錄當前時間r,，則該被測設(shè)備在當前宏周期的實際帶寬利用率見式(6)。其中，i^是周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率；S^是測試微網(wǎng)段中被測設(shè)備周期數(shù)據(jù)發(fā)送劃分帶寬；；是周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量。非周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率的測試當測試設(shè)備收到被測設(shè)備發(fā)來的非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束聲明報文時，在鏈路層接收完畢后打時間戳，用該時間戳更新變量K，在一個宏周期中被最后一個非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束聲明報文的時間戳更新后的變量T^就是該宏周期非周期數(shù)據(jù)發(fā)送的結(jié)束時間。則該宏周期非周期發(fā)送帶寬利用率可由式(7)計算得到。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中，凡是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率；A是測試微網(wǎng)段中非周期數(shù)據(jù)發(fā)送劃分帶寬；i;是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量。測試步驟如下步驟1:PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)。步驟2:PC機向網(wǎng)段內(nèi)廣播帶寬實際利用率測試請求報文。步驟3:被測設(shè)備用戶層的UT程序收到帶寬實際利用率測試請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需周期/非周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生指定長度和數(shù)目的周期/非周期報文向測試設(shè)備發(fā)送。測試設(shè)備接收網(wǎng)段內(nèi)各被測設(shè)備發(fā)送的非周期數(shù)據(jù)聲明報文和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束聲明報文，并記錄接收到這些報文的時間K和r2。步驟4:測試設(shè)備將K和72封裝在帶寬實際利用率測試響應(yīng)報文中發(fā)送給PC機。步驟5:pc機將z;和r2從響應(yīng)報文中取出，計算實際帶寬利用率并顯示。5.網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試。網(wǎng)絡(luò)吞吐量指被測設(shè)備每個宏周期內(nèi)發(fā)送APDU數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)總量。網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試要求預(yù)先確定時間偏離量組態(tài)，并且要求設(shè)備間進行時鐘同步。被測設(shè)備的UT程序產(chǎn)生足夠的等長APDU信息，分別封裝成周期數(shù)據(jù)報文和非周期數(shù)據(jù)報文，使之能夠完全占用組態(tài)的周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬。由測試設(shè)備監(jiān)測微網(wǎng)段中各被測設(shè)備報文的發(fā)送，統(tǒng)計在不同長度報文的情況下，一個宏周期中被測設(shè)備在周期數(shù)據(jù)發(fā)送階段發(fā)送的周期報文和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送階段發(fā)送的非周期報文總數(shù)。網(wǎng)絡(luò)吞吐量7W可由式(8)確定。7^=、-"(8)其中，、是報文APDU長度；"是被測設(shè)備在周期數(shù)據(jù)發(fā)送階段發(fā)送的周期報文和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送階段發(fā)送的非周期報文總數(shù)。測試步驟如下步驟l:PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)。步驟2:PC機向網(wǎng)段內(nèi)廣播網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試請求報文。步驟3:被測設(shè)備用戶層中的UT程序收到網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需的周期/非周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生指定長度和數(shù)目的周期/非周期報文向測試設(shè)備發(fā)送。測試設(shè)備接收網(wǎng)段內(nèi)各被測設(shè)備發(fā)送的周期/非周期數(shù)據(jù)，記錄每個通信宏周期內(nèi)接收到的APDU字節(jié)數(shù)。步驟4:測試設(shè)備將接收到的APDU字節(jié)數(shù)封裝在網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試響應(yīng)報文中發(fā)送給PC機。步驟5:PC機將APDU字節(jié)數(shù)從響應(yīng)報文中取出，顯示測試結(jié)果。6.周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試。進行EPA設(shè)備組態(tài)時，周期報文連續(xù)發(fā)送耗時這一測試指標可以為用戶有效劃分通信調(diào)度時間片提供參考依據(jù)。在一個通信宏周期內(nèi)，當設(shè)備的周期報文發(fā)送組態(tài)時間偏移量到達時，周期報文發(fā)送隊列中的報文應(yīng)連續(xù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中。此過程總的時間損耗包括①從組態(tài)時間到達起到第一個報文發(fā)送至物理網(wǎng)卡的協(xié)議棧代碼執(zhí)行耗時K;②網(wǎng)卡將報文發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中的物理耗時&;③報文發(fā)送完畢引發(fā)中斷，協(xié)議棧獲取下一個待發(fā)送報文并再次傳遞至物理網(wǎng)卡的代碼執(zhí)行耗時rc。④重復(fù)②③步驟，直至全部周期報文發(fā)送完畢，發(fā)送非周期數(shù)據(jù)聲明報文耗時&。其中，①、③采用DMA傳送方式，耗時只與協(xié)議棧代碼執(zhí)行有關(guān)，與報文長度無關(guān)；②只與物理網(wǎng)卡發(fā)送速率有關(guān)，可近似認為與報文長度呈線性關(guān)系。在一個測試微網(wǎng)段內(nèi)，一臺被測設(shè)備向測試設(shè)備連續(xù)發(fā)送數(shù)目為見長度固定為丄(包含前同步碼、報文頭和CRC校驗)的周期報文，測試設(shè)備記錄iV個報文的接收時間戳7V7V。不考慮報文在傳輸媒質(zhì)上的傳輸時間，可近似認為測試設(shè)備接收到報文的時間7>7>即為被測設(shè)備物理網(wǎng)卡將報文發(fā)送完畢的時間。則被測設(shè)備發(fā)送一個周期報文的時間可按式(9)計算。隨后將被測設(shè)備發(fā)送的周期報文長度設(shè)定為2x丄，重新按照上述方式測試，則物理設(shè)備發(fā)送報文時間變?yōu)?x7^，而K和rc為相同的協(xié)議棧代碼執(zhí)行時間，其值近似不變。此時測試設(shè)備接收到報文的時間為r,'7;。則被測設(shè)備發(fā)送一個周期報文的時間可由式(10)計算。(r廣7])+(r廣r2)+L+(rw-7;M)_rw-rir()iV-liV-1es、2^^、3"^、Aw-j—八a—^+2x^(10)JV-lAT-l由式(9)和式(10)可得&和7^，然后可由式(11)計算出r,?！?測試步驟如下步驟l:PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)。步驟2:PC機向被測設(shè)備發(fā)送周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試請求報文，指定被測設(shè)備向測試設(shè)備連續(xù)發(fā)送數(shù)目為iV，長度固定為丄的周期報文。步驟3:被測設(shè)備用戶層中的UT收到周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生周期報文向測試設(shè)備發(fā)送。步驟4:測試設(shè)備接收被測設(shè)備發(fā)送的周期報文，記錄接收到這些報文的時間戳"rv，并將這些時間戳封裝在周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試響應(yīng)報文中，發(fā)送給PC機。步驟5:PC機從響應(yīng)報文中提取時間戳，再次向被測設(shè)備發(fā)送請求報文，指定被測設(shè)備發(fā)送數(shù)目為W，長度為2X丄的周期報文。步驟6:被測設(shè)備用戶層中的UT程序收到請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生周期報文向測試設(shè)備發(fā)送。步驟7:測試設(shè)備接收被測設(shè)備發(fā)送的周期報文，記錄接收到這些報文的時間戳7V7;，并將這些時間戳封裝在響應(yīng)報文中發(fā)送給PC機。步驟8:PC機從響應(yīng)報文中提取時間戳，計算出7Vrc和7^，并顯示。本發(fā)明的有益效果是提出了EPA系統(tǒng)的實時性能指標及其測試方法。測試結(jié)果反映了EPA終端設(shè)備和EPA通信網(wǎng)絡(luò)的實時處理能力，對于評估EPA分布式控制系統(tǒng)的實時性能具有重要意義。這種指標定義和測試方法具有普遍性，可應(yīng)用于其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)的性能測試中。附圖說圖1是EPA實時綜合指標測試平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明實際測試系統(tǒng)圖。圖3是EPA通信調(diào)度示意圖。圖4是時鐘同步精度測試原理示意圖。圖5是遞交時間測試原理示意圖。圖6是時間偏離量反應(yīng)精度測試原理示意圖。圖7周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試原理示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述木發(fā)明的具體實施例。如圖l、圖2所示。PC機處于EPA監(jiān)控級，運行實時性測試軟件，通過標準網(wǎng)橋連接EPA測試微網(wǎng)段。測試微網(wǎng)段包括嵌入了上測試器UT程序的被測設(shè)備DUT16個和測試設(shè)備TE—臺，此外還需24伏直流電源一個、總線供電HUB—臺、網(wǎng)線若干。測試微網(wǎng)段使用10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)交換機連接各被測設(shè)備和測試設(shè)備，主時鐘設(shè)備、測試設(shè)備和被測設(shè)備均為基于ARM7TDMI處理器的可編程以太網(wǎng)控制器PEC8000。被測設(shè)備的IP設(shè)為192.168.2.*，以便接入測試網(wǎng)段。被測設(shè)備提供一個綁定至實時性測試端口(0x8888)的套接字，用于接收測試設(shè)備發(fā)送的測試請求。具體測試步驟如下所述步驟l:將測試卡件加入被測試網(wǎng)絡(luò)，將測試計算機通過EPA網(wǎng)橋接入被測試網(wǎng)絡(luò)，準備測試。步驟2:系統(tǒng)上電后，對微網(wǎng)段內(nèi)所有設(shè)備進行時鐘同步。18步驟3:打開PC機測試軟件RtSupervisor，啟動測試。步驟4:對微網(wǎng)段內(nèi)設(shè)備進行調(diào)度組態(tài)，設(shè)定通信宏周期，各設(shè)備周期報文發(fā)送時間長度，各設(shè)備周期報文發(fā)送時間偏離量和非周期報文發(fā)送時間偏離量。EPA通信調(diào)度示意圖如圖3所示。步驟5:選擇被測設(shè)備。步驟6:選擇測試發(fā)送方與接收方。設(shè)定測試報文數(shù)量，報文長度以及測試步數(shù)。步驟7:選擇測試指標，進入測試狀態(tài)。由PC機LT發(fā)起測試請求，測試請求命令通過網(wǎng)絡(luò)傳遞至被測設(shè)備DUT及測試設(shè)備TE。命令經(jīng)過各設(shè)備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧傳遞至用戶層中的UT程序，由UT程序?qū)γ钸M行解析，根據(jù)命令類型觸發(fā)被測設(shè)備執(zhí)行相關(guān)動作，如請求某種EPA服務(wù)，發(fā)送某種EPA報文。時鐘同步測試原理如圖4所示；遞交時間測試原理如圖5所示；時間偏離量反應(yīng)精度測試原理如圖6所示；周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試原理如圖7所示。步驟8:相關(guān)動作由測試設(shè)備及PC機測試軟件捕獲，LT提取相關(guān)信息，依據(jù)測試原理計算測試數(shù)據(jù)并顯示測試結(jié)果。其中，進行周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試時，微網(wǎng)段改用10M-base型集線器，EPA設(shè)備為基于AT91RM9200處理器和Linux2.4版內(nèi)核的可編程控制器DUT5000，設(shè)定通信宏周期為40ms,周期報文發(fā)送時間20ms，連續(xù)發(fā)送周期報文數(shù)目5個，周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)測試數(shù)據(jù)可以看出，使用該方法測試得到的物理網(wǎng)卡發(fā)送速率約為10MB/s，與標稱值吻合；周期報文首次發(fā)送協(xié)議棧耗時約為lOOps，連續(xù)發(fā)送報文間隔協(xié)議棧耗時約為,s。表1周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>權(quán)利要求1.一種EPA實時性綜合指標測試方法，其特征在于如下步驟(1)時鐘同步精度測試步驟1PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，包括，設(shè)定通信宏周期時間長度，各設(shè)備周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間長度，各設(shè)備周期報文發(fā)送時間偏離量和非周期報文發(fā)送時間偏離量；步驟2PC機向網(wǎng)段內(nèi)廣播時鐘同步精度測試請求報文；步驟3主時鐘和被測設(shè)備DUT1～DUTn接收到時鐘同步精度測試請求報文后，分別在數(shù)據(jù)鏈路層記錄接收報文的本地時間Tr0和Tr1～Trn，并將其作為接收報文時間戳，和請求報文一起傳遞至用戶層UT程序；步驟4主時鐘和被測設(shè)備中的UT接收到時鐘同步精度測試報文后，將數(shù)據(jù)鏈路層傳遞來的接收報文時間戳封裝在時鐘同步精度測試響應(yīng)報文中，回復(fù)給PC機；步驟5PC機從收到的各設(shè)備響應(yīng)報文中提取時間戳Tr0和Tr1～Trn，利用下述公式(1)計算被測設(shè)備DUT1～DUTn與主時鐘的時間偏差To1～Ton，并顯示；To1＝Tr1-Tr0，To2＝Tr2-Tr0，……，Ton＝Trn-Tr0(1)其中，To1～Ton中取最大值即為網(wǎng)絡(luò)時鐘同步精度；(2)遞交時間測試步驟1PC機對各被測設(shè)備及主時鐘設(shè)備進行調(diào)度組態(tài)；通過寫服務(wù)將UT程序所需要的兩個鏈接對象分別下載至發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，兩者的UT程序之間能夠通過信息分發(fā)服務(wù)傳遞數(shù)據(jù)；步驟2PC機向發(fā)送設(shè)備發(fā)送遞交時間測試請求報文；步驟3發(fā)送設(shè)備的UT接收到遞交時間測試請求報文，在遞交時間測試報文中封裝PC機IP地址，測試組號等數(shù)據(jù)，并將該報文通過一條信息分發(fā)服務(wù)傳遞至接收設(shè)備；UT記錄發(fā)送設(shè)備的用戶層應(yīng)用進程AP將測試報文傳遞給應(yīng)用層應(yīng)用實體AE的時間T1，并將T1封裝入遞交時間測試響應(yīng)報文中，發(fā)送給PC機；步驟4接收設(shè)備中的UT通過接收信息分發(fā)服務(wù)獲得遞交時間測試報文，并記錄AE將服務(wù)數(shù)據(jù)遞交給用戶層AP的時刻記為T2；UT從數(shù)據(jù)中獲得PC機IP地址，測試組號等數(shù)據(jù)，將T2封裝入遞交時間測試響應(yīng)報文中，發(fā)送給PC機；步驟5PC機接收來自發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的遞交時間測試響應(yīng)報文，從中獲得T1和T2，利用式(2)計算出遞交時間Td，并顯示；Td＝T2-T1(2)(3)時間偏離量反應(yīng)精度測試步驟1PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)；步驟2被測設(shè)備在組態(tài)時間到達時發(fā)送周期/非周期數(shù)據(jù)報文，并在發(fā)送過程中，在數(shù)據(jù)鏈路層記錄首次發(fā)送周期/非周期數(shù)據(jù)報文的本地時間戳T1和T2；步驟3PC機向被測設(shè)備發(fā)送時間偏離量反應(yīng)精度測試請求報文，被測設(shè)備用戶層UT程序收到請求時，通過特定的接口函數(shù)獲得T1和T2，并將其封裝在時間偏離量反應(yīng)精度測試響應(yīng)報文中，回復(fù)給PC機；步驟4PC機從響應(yīng)報文中提取T1和T2兩個時間戳，利用式(3)和式(4)計算出偏離量反應(yīng)精度并顯示；Ep＝MOD(T1，T)-Tp(3)En＝MOD(T2，T)-Tn(4)其中，Ep是周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量精度；Tp是周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量；En是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量精度；Tn是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量；(4)帶寬實際利用率測試步驟1PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)；步驟2PC機向網(wǎng)段內(nèi)廣播帶寬實際利用率測試請求報文；步驟3被測設(shè)備用戶層的UT程序收到帶寬實際利用率測試請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需周期/非周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生指定長度和數(shù)目的周期/非周期報文向測試設(shè)備發(fā)送；測試設(shè)備接收網(wǎng)段內(nèi)各被測設(shè)備發(fā)送的非周期數(shù)據(jù)聲明報文和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束聲明報文，當測試設(shè)備監(jiān)測到各個被測設(shè)備的非周期數(shù)據(jù)發(fā)送聲明報文發(fā)送完畢時，記錄當前時間為T1；當測試設(shè)備收到被測設(shè)備發(fā)來的非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束聲明報文時，在鏈路層接收完畢后打時間戳，用該時間戳更新變量T2，在一個宏周期中被最后一個非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束聲明報文的時間戳更新后的變量T2即為非周期數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束時間；步驟4測試設(shè)備將T1和T2封裝在帶寬實際利用率測試響應(yīng)報文中發(fā)送給PC機；步驟5PC機將T1和T2從響應(yīng)報文中取出，分別利用式(5)和式(6)計算周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率和非周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率并顯示；<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>R</mi><mi>pi</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>MOD</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mi>P</mi></msub></mrow><msub><mi>B</mi><mi>pi</mi></msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>R</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>MOD</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mi>n</mi></msub></mrow><msub><mi>B</mi><mi>n</mi></msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>其中，Rpi是周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率；Bpi是測試微網(wǎng)段中被測設(shè)備周期數(shù)據(jù)發(fā)送劃分帶寬；Tp是周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量；Rn是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬實際利用率；Bn是測試微網(wǎng)段中非周期數(shù)據(jù)發(fā)送劃分帶寬；Tn是非周期數(shù)據(jù)發(fā)送時間偏離量；(5)網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試步驟1PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)；步驟2PC機向網(wǎng)段內(nèi)廣播網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試請求報文；步驟3被測設(shè)備用戶層中的UT程序收到網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需的周期和非周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生相應(yīng)的報文數(shù)據(jù)向測試設(shè)備發(fā)送；測試設(shè)備接收網(wǎng)段內(nèi)各被測設(shè)備發(fā)送的周期和非周期數(shù)據(jù)，利用式(7)計算每個通信宏周期內(nèi)接收到的APDU字節(jié)數(shù)，即為網(wǎng)絡(luò)吞吐量TH；TH＝LA·n(7)其中，LA是報文APDU長度；步驟4測試設(shè)備將接收到的APDU字節(jié)數(shù)封裝在網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試響應(yīng)報文中發(fā)送給PC機；步驟5PC機將APDU字節(jié)數(shù)從響應(yīng)報文中取出，并顯示；(6)周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試步驟1PC機對測試系統(tǒng)進行調(diào)度組態(tài)，并通過寫服務(wù)將UT程序所需要的鏈接對象下載至被測設(shè)備中，使被測設(shè)備UT程序能夠通過信息分發(fā)服務(wù)發(fā)送周期數(shù)據(jù)；步驟2PC機向被測設(shè)備發(fā)送周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試請求報文，指定被測設(shè)備向測試設(shè)備連續(xù)發(fā)送數(shù)目為N，長度固定為L的周期報文；步驟3被測設(shè)備用戶層中的UT收到周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生周期報文向測試設(shè)備發(fā)送；步驟4測試設(shè)備接收被測設(shè)備發(fā)送的周期報文，記錄接收到N個報文的接收時間T1～TN，并將這些時間戳封裝在周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試響應(yīng)報文中，發(fā)送給PC機；步驟5PC機從響應(yīng)報文中提取時間戳T1～TN，由式(8)計算出被測設(shè)備發(fā)送一個周期報文的時間；PC機再次向被測設(shè)備發(fā)送請求報文，指定被測設(shè)備發(fā)送數(shù)目為N，長度為2×L的周期報文；<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mn>3</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>L</mi><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mi>N</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mi>N</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>B</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>步驟6被測設(shè)備用戶層中的UT程序收到請求報文后，根據(jù)報文中封裝的測試所需周期報文數(shù)目和長度，產(chǎn)生周期報文向測試設(shè)備發(fā)送；步驟7測試設(shè)備接收被測設(shè)備發(fā)送的周期報文，記錄接收到這些報文的時間T′1～T′N，并將這些時間戳封裝在響應(yīng)報文中發(fā)送給PC機；步驟8PC機從響應(yīng)報文中提取時間戳T′1～T′N，由式(9)計算出被測設(shè)備發(fā)送一個周期報文的時間；由式(8)和式(9)得到TB和TC，然后由式(10)計算TA，并顯示；<mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>T</mi><mn>1</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mn>3</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>L</mi><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>N</mi><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>T</mi><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow><mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>T</mi><mi>N</mi><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>T</mi><mn>1</mn><mo>′</mo></msubsup></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><msub><mi>T</mi><mi>B</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>T</mi><mi>A</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mi>P</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mi>B</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mn>1</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>T</mi><mi>P</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><msub><mi>T</mi><mi>B</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>全文摘要本發(fā)明公開了一種EPA實時性綜合指標測試方法，屬于以太網(wǎng)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，用以檢驗基于EPA標準的儀表及控制器等產(chǎn)品的實時性能是否達到規(guī)定的技術(shù)指標。其特征是定義了一組評價EPA網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備實時性能的指標，包括時鐘同步精度測試、遞交時間測試、時間偏離量反應(yīng)精度測試、帶寬實際利用率測試、網(wǎng)絡(luò)吞吐量測試和周期報文連續(xù)發(fā)送耗時測試，并給出了測試方法。測試系統(tǒng)由測試計算機和微網(wǎng)段測試系統(tǒng)兩部分組成，微網(wǎng)段測試系統(tǒng)由測試設(shè)備和被測設(shè)備組成。本發(fā)明的測試結(jié)果有效地反映了EPA終端設(shè)備和EPA網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸實時處理能力，對評估EPA分布式控制系統(tǒng)的實時性能具有重要意義。文檔編號H04L12/26GK101557325SQ20091001168公開日2009年10月14日申請日期2009年5月20日優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日發(fā)明者仲崇權(quán),寧劉,潔劉,董智超,旭薛,晨陳申請人:大連理工大學