謝大海，王 勇，崔照華

(國網(wǎng)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(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新基礎設施建設，推動了國家電網(wǎng)公司在特高壓、充電樁、新能源等領域的快速發(fā)展，電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基礎不斷夯實。針對本地通信和組網(wǎng)提出包括性能、帶寬、時延在內(nèi)的各項標準[1]，國網(wǎng)安徽省電力有限公司合肥供電公司開展電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)帶寬測試標準的研究與應用，為相關從業(yè)人員提供參考。

1 帶寬測試標準的現(xiàn)狀

電力信息網(wǎng)通道質(zhì)量直接影響電力終端設備的安全可靠運行，電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)管理中的視頻系統(tǒng)、用電采集系統(tǒng)、調(diào)控系統(tǒng)、綜合業(yè)務系統(tǒng)，均需要可靠優(yōu)質(zhì)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(yè)以寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)為主要業(yè)務，截至2019年底，我國互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入端口數(shù)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(zhì)量測試主要依據(jù)中國通信行業(yè)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(zhí)行。

2 測試標準的比較與研究

供電企業(yè)信息網(wǎng)絡有其自身的特點，通過電力系統(tǒng)自有的光纖資源或者通信系統(tǒng)組網(wǎng)。依據(jù)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(wǎng)絡設備測試的基準，它規(guī)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(nèi)，按一定的數(shù)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(guī)定了系統(tǒng)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(jù)以太網(wǎng)規(guī)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(lián)盟電信標準分局(IT U-T，國際電信聯(lián)盟的電信標準制定機構)發(fā)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(wǎng)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(wǎng)絡而設計的內(nèi)容。使用Y.1564進行網(wǎng)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(wǎng)業(yè)務激活測試”概念，由3個部分組成：一是網(wǎng)絡服務水平協(xié)議(Service Level Agreement，簡稱SLA)的驗證工具，保證服務質(zhì)量和控制測試時間；二是為了保證網(wǎng)絡中的所有業(yè)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(yè)務都能在網(wǎng)絡設備和路徑的最大負載下得到支持；三是要執(zhí)行中長期服務測試以驗證網(wǎng)絡設備，可以正確執(zhí)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(wǎng)絡可以配置單個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包大小進行測試。同時，可以根據(jù)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(shù)據(jù)、語音和視頻設置三個數(shù)據(jù)流，然后再設置提交信息率、eir、優(yōu)先級等參數(shù)后進行測試[6]。

通過兩個測試步驟和根據(jù)用戶需要設置的網(wǎng)絡服務水平協(xié)議，可以通過儀器快速測試設備的傳輸質(zhì)量。

總結RFC2544標準與Y.1564標準的區(qū)別如圖2所示。

2.3 電力行業(yè)測試標準

國家電網(wǎng)公司2015年發(fā)布了Q/GDW 11412—2015《國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設備測試規(guī)范》，其中設備端口性能測試，參照了通信行業(yè)標準YD/T 1156—2009《路由器設備測試方法》。該標準規(guī)范了國家電網(wǎng)公司對交換機、路由器等主要設備的測試和檢驗工作，用網(wǎng)絡性能測試儀來測試各種網(wǎng)絡參數(shù)，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(wǎng)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(zhì)量測試。

3.1 拓撲選擇

為保持業(yè)務暢通，還原真實應用場景，參考RFC2544標準，規(guī)劃測試拓撲如圖4所示。

該拓撲忽略了傳輸網(wǎng)細節(jié)，將“光端機”、“傳輸光纜”、“三級網(wǎng)路由器”、“廣域網(wǎng)交換機”等設備，全部納入傳輸網(wǎng)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(zhì)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(wǎng)(ESnet)和勞倫斯伯克利實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)開發(fā)，免費公開發(fā)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(shù)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(shù)，并進行統(tǒng)計。

3.3 測試結果

2020年1月，聯(lián)系巢湖招標中心，采用測試工具在末端真實辦公環(huán)境，開展測試，得出測試結果。本次測試設置缺省參數(shù)，10 s測試時間內(nèi)接收帶寬79.9 Mbits/s，發(fā)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(yè)務進行測試，不能體現(xiàn)真實的應用環(huán)境。有的方案只適合單一通道簡單拓撲環(huán)境。

商業(yè)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(wǎng)合肥供電公司采用的測試工具和方法，不需要停運業(yè)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(wǎng)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(jīng)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(shù)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(huán)境中運行，增加了系統(tǒng)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(wǎng)》，查詢關鍵字“網(wǎng)絡帶寬”可以搜索到239篇文書，逐年增加。由此可見，網(wǎng)絡帶寬問題在司法實踐中也有所體現(xiàn)，但是省市質(zhì)量技術監(jiān)督局、計量技術測試研究所等部門還沒有專門針對網(wǎng)絡帶寬測試的業(yè)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(jiān)管、市場準入、新業(yè)務商用試驗、備案管理，并負責推進三網(wǎng)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(jiān)管的作用，不參與測試工作，沒有第三方測試機構提供證據(jù)支持。

4.4 成果推廣

經(jīng)過這次應用，國網(wǎng)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(tǒng)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(yè)化的推動下，還可以成立有資質(zhì)的通道測試機構，測試包括帶寬在內(nèi)的通道各項參數(shù)，為企業(yè)的信息通信建設提供依據(jù)，為“新基建”的信息規(guī)劃提供參考，為司法裁判提供第三方證據(jù)支持，同時，也為供電企業(yè)提供新的業(yè)務增長點。