电力数据通信网带宽测试标准的研究与应用

谢大海，王 勇，崔照华

(国网合肥供电公司，安徽 合肥 230022)

2020年3月国家层面提出加快5G网络、物联网、大数据、人工智能、工业互联网等新基础设施建设，推动了国家电网公司在特高压、充电桩、新能源等领域的快速发展，电力数据通信网的基础不断夯实。针对本地通信和组网提出包括性能、带宽、时延在内的各项标准[1]，国网安徽省电力有限公司合肥供电公司开展电力数据通信网带宽测试标准的研究与应用，为相关从业人员提供参考。

1 带宽测试标准的现状

电力信息网通道质量直接影响电力终端设备的安全可靠运行，电网企业生产管理中的视频系统、用电采集系统、调控系统、综合业务系统，均需要可靠优质的传输通道作为支撑。然而，相关检测标准相对滞后。

通信行业以宽带接入互联网为主要业务，截至2019年底，我国互联网宽带接入端口数量达9.03亿个，其中，光纤接入(FTTH/O)端口总计8.13亿个，在所有宽带接入端口中占比达到 90%[2]。通道质量测试主要依据中国通信行业标准YD/T 2400—2018《固定宽带接入速率测试方法》，该标准于2019年4月1日执行。

2 测试标准的比较与研究

供电企业信息网络有其自身的特点，通过电力系统自有的光纤资源或者通信系统组网。依据技术性、可靠性、安全性、扩展性这4个方面，结合吞吐率、延时、帧丢失和背靠背这四个主要指标开展研究[3-5]。

2.1 RFC2544测试标准

RFC2544标准提供了一个对网络设备测试的基准，它规定了一系列的测试过程和方法，使得服务提供商和用户间可以在同一个基准下，对测试的实施和结果达成共识。RFC2544标准要求对不同的帧长，在一定的时间内，按一定的数目进行测试。其主要测试项有吞吐率、延时、帧丢失、背靠背，此外还规定了系统恢复测试和复位测试。该标准给出典型拓扑如图1所示。

根据以太网规范，考虑前导码和最小间隙，计算出千兆带宽的有效传输速率[5]，如表1所示。

表1 千兆带宽的有效传输速率计算

2.2 Y.1564测试标准

Y.1564是国际电信联盟电信标准分局(IT U-T，国际电信联盟的电信标准制定机构)发布的测试标准，由著名的测试仪表厂家EXFO主导，针对电信运营商进行网络测试而设计的，因此Y.1564具有很多专为电信运营商测试网络而设计的内容。使用Y.1564进行网络测试，可以多项测试任务同时进行，测试时间较使用RFC2544要短很多。

该标准定义了“以太网业务激活测试”概念，由3个部分组成：一是网络服务水平协议(Service Level Agreement，简称SLA)的验证工具，保证服务质量和控制测试时间；二是为了保证网络中的所有业务都能达到服务标准，并以最高的承诺率进行测试，以证明所有业务都能在网络设备和路径的最大负载下得到支持；三是要执行中长期服务测试以验证网络设备，可以正确执行所有服务以进行压力测试。

测试分两个步骤。

(1)服务配置测试确认网络可以配置单个数据流来设置提交信息率(Commit Information Rate，简称CIR)以选择单个或混合的数据包大小进行测试。同时，可以根据设定的速率选择测试最大值，如25%，50%，75%，100%和eir或单一速率。

(2)服务性能测试为不同的服务设置CIR。例如，视频SDTV/HDTV分别为7 m/22 m，语音也可以用不同的编解码器进行测试。在这个测试中，可以分别为数据、语音和视频设置三个数据流，然后再设置提交信息率、eir、优先级等参数后进行测试[6]。

通过两个测试步骤和根据用户需要设置的网络服务水平协议，可以通过仪器快速测试设备的传输质量。

总结RFC2544标准与Y.1564标准的区别如图2所示。

2.3 电力行业测试标准

国家电网公司2015年发布了Q/GDW 11412—2015《国家电网公司数据通信网设备测试规范》，其中设备端口性能测试，参照了通信行业标准YD/T 1156—2009《路由器设备测试方法》。该标准规范了国家电网公司对交换机、路由器等主要设备的测试和检验工作，用网络性能测试仪来测试各种网络参数，选取吞吐量、丢包率、延时为主要的性能指标。

Q/GDW 11412—2015标准中的测试拓扑如图3所示。

3 测试方法应用

在比较各类测试方法后，结合实际需要，于2020年1月，开展国网合肥供电公司中心机房至80 km外的巢湖半汤招标基地的通道质量测试。

3.1 拓扑选择

为保持业务畅通，还原真实应用场景，参考RFC2544标准，规划测试拓扑如图4所示。

该拓扑忽略了传输网细节，将“光端机”、“传输光缆”、“三级网路由器”、“广域网交换机”等设备，全部纳入传输网范畴，直接测试从中心机房出口交换机到招标基地接入交换机之间的通道质量。

3.2 测试工具方法选择

综合市面上的测试工具和终端情况，为了适应既定拓扑结构，还原真实应用场景，选择计算机终端测试的方法，选用带宽性能测量工具iperf进行测试。该工具由能源科学网(ESnet)和劳伦斯伯克利实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)开发，免费公开发布，采用客户端/服务器端(Client/Service)架构模式，主动测试指定IP的TCP和UDP带宽性能，可以指定多种参数或特性，对于每个测试模式，分别报告带宽、延时、丢包和其他参数，并进行统计。

3.3 测试结果

2020年1月，联系巢湖招标中心，采用测试工具在末端真实办公环境，开展测试，得出测试结果。本次测试设置缺省参数，10 s测试时间内接收带宽79.9 Mbits/s，发送带宽79.8 Mbits/s。

4 总结与推广

4.1 测试方法

本次研究中，大多方案要求中断业务进行测试，不能体现真实的应用环境。有的方案只适合单一通道简单拓扑环境。

商业解决方案也都是提供测试服务，推销或者租用测试工具设备，并且价格昂贵。本次国网合肥供电公司采用的测试工具和方法，不需要停运业务，有效地还原真实应用场景，操作方便快捷，测试结果与实际网络拓扑结构相匹配。

4.2 测试工具更新

测试工具有待更新，目前测试工具Iperf已经有了升级的图形化版本Jperf。它是将Iperf命令行图形化的JAVA程序，使用Jperf程序可以简化命令行参数的构造，而且它还保存测试结果，同时实时图形化显示。但该工具必须在JAVA虚拟环境中运行，增加了系统资源的消耗。

4.3 相关法律层面的问题

通过《中国法律裁判文书网》，查询关键字“网络带宽”可以搜索到239篇文书，逐年增加。由此可见，网络带宽问题在司法实践中也有所体现，但是省市质量技术监督局、计量技术测试研究所等部门还没有专门针对网络带宽测试的业务，省级通信管理局下设“信息通信管理处”，负责信息通信服务监管、市场准入、新业务商用试验、备案管理，并负责推进三网融合等工作。

通道带宽的测试工作，依赖通道建设维护部门的自测为主要模式，通信管理部门只能起到监管的作用，不参与测试工作，没有第三方测试机构提供证据支持。

4.4 成果推广

经过这次应用，国网合肥供电公司找到了适合可靠的带宽测试方案，并试图围绕着电力系统建设需求，开展以“实时可靠、灵活泛在”为特征的电力通信技术及标准化研究工作[7]。

在市场化商业化的推动下，还可以成立有资质的通道测试机构，测试包括带宽在内的通道各项参数，为企业的信息通信建设提供依据，为“新基建”的信息规划提供参考，为司法裁判提供第三方证据支持，同时，也为供电企业提供新的业务增长点。