莫 驥

（廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局，廣東湛江524000）

0 引言

電力行業(yè)在向智慧電網(wǎng)方向發(fā)展的趨勢下，越來越注重智能化和自動化建設。如今電力企業(yè)逐漸從主網(wǎng)自動化建設延伸到配網(wǎng)自動化建設，但配網(wǎng)自動化的快速發(fā)展也帶來一個問題，即后期設備網(wǎng)絡運維難度變大。配網(wǎng)自動化設備由于主要應用了以太網(wǎng)協(xié)議，因此日常運維需要以太網(wǎng)協(xié)議的測試工具，并且對運維人員的數(shù)據(jù)網(wǎng)知識的儲備提出了更高的要求。

基于此，本項目研制了一種簡易的網(wǎng)絡測試工具，具有便攜性、操作簡易性和網(wǎng)絡安全性等特點，并且兼具現(xiàn)場運維的基本測試功能（包括ping測試、tracert測試和telnet端口測試），能基本滿足現(xiàn)場運維人員的日常使用需求，具有很大的推廣價值。

1 技術背景與產品概念

隨著社會智能化和自動化程度越來越高，尤其是5G時代的到來，各行各業(yè)都離不開網(wǎng)絡。以電力行業(yè)為例，隨著配網(wǎng)自動化的推進，配網(wǎng)通信網(wǎng)絡日漸擴大，基層班組日常的網(wǎng)絡運維壓力越來越大。

目前，運維人員網(wǎng)絡運維的工具有專業(yè)的測試儀器或筆記本，它們有以下幾個缺點：

（1）測試設備接入電力專網(wǎng)的時候，有可能成為黑客和病毒的載體，破壞專業(yè)網(wǎng)絡；

（2）價格昂貴，操作復雜，用于日常運維屬于資源浪費；

（3）開機時間長，測試耗時長。

基于目前使用的運維工具的最大缺點是采用了基于OS系統(tǒng)的軟件TCP/IP協(xié)議棧，存在網(wǎng)絡攻擊和病毒傳播的風險，本項目設計了一款簡易的網(wǎng)絡測試工具，采用基于W5500芯片的硬件TCP/IP協(xié)議棧，通過硬件化的邏輯門電路來處理TCP/IP協(xié)議，因此網(wǎng)絡攻擊和病毒對它是無效的。本產品還具備便攜性和價格低的特點，能滿足日常的網(wǎng)絡運維測試要求和日漸嚴苛的網(wǎng)絡安全要求。

下面簡要說明一下網(wǎng)絡排障的過程，如圖1所示。運維人員發(fā)現(xiàn)故障設備連接不了服務器，在排除硬件線路故障的情況下，使用筆記本或者專業(yè)測試儀器接入故障設備對應的交換機接口進行網(wǎng)絡測試，一般包括DHCP獲取地址、ping測試網(wǎng)關和服務器地址、測試訪問服務器相關TCP端口是否連接正常。隨后結合測試結果進行故障定位。

圖1 網(wǎng)絡排障示意圖

2 硬件結構設計說明

本產品由STM32主控模塊、LCD顯示模塊、矩陣按鍵模塊、W5500以太網(wǎng)模塊和電池模塊組成，并能實現(xiàn)DHCP功能、ping測試功能和TCP端口檢測功能。下面通過模型實物圖（圖2）和產品模塊連接邏輯圖（圖3）來說明本產品的設計原理（兩張圖的對應功能模塊分別用a、b、c、d、e標注，便于說明）。本產品主要是由STM32芯片作為主控模塊a，通過按鍵模塊c輸入指令，并通過LCD顯示模塊b顯示人機交互內容，裝置的TCP/IP協(xié)議棧由W5500以太網(wǎng)模塊d與主控板進行協(xié)議通信，測試連接網(wǎng)線也是通過W5500以太網(wǎng)模塊與測試交換機互連，電池模塊e為整個裝置提供電能。電網(wǎng)的交換機技術規(guī)范要求都是支持POE功能，所以該工具增加了POE供電功能，將更好地解決續(xù)航問題。

圖2 模型實物圖

圖3 產品模塊連接邏輯圖

3 軟件功能及操作說明

該網(wǎng)絡測試儀的軟件方面主要涉及C語言編程、STM32單片機編程、TCP/IP接口模塊程序編寫、LCD顯示屏顯示程序編寫、矩陣按鍵輸入程序編寫、聲光警示模塊程序編寫、POE供電解決方案和蓄電池供電解決方案。通過對TCP/IP接口模塊的開發(fā)使用，將以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)轉化為單片機的匯編語言，并進行數(shù)據(jù)處理。用戶通過鍵盤操作和LCD屏幕顯示實現(xiàn)人機互交。鍵盤是4×4的矩陣鍵盤，包含阿拉伯數(shù)字0～9、電源開關鍵、刪除鍵、返回鍵、ping功能鍵、TCP功能鍵和確認鍵。

3.1 開機啟動

首先通過按電源鍵啟動測試工具，顯示屏亮屏并顯示內容，提醒用戶選擇網(wǎng)絡配置模式。按“1”選擇手動模式，按“0”選擇自動模式。

3.2 手動模式

該模式下，用戶需要通過鍵盤輸入本地地址、掩碼和網(wǎng)關，輸入過程中可以通過“刪除鍵”刪除修改，若輸入的數(shù)值小于3位，需要按“確認鍵”確認，輸入完成后，屏幕顯示最終用戶配置內容。

3.3 自動模式

該模式是指將本產品接入支持DHCP功能的交換機等設備，本產品可以自動獲取地址和掩碼等信息。若獲取失敗，屏幕提示用戶按“0”重新獲取，或者按“1”進行手動配置。若獲取成功，則在屏幕顯示相關地址信息。

3.4 ping測試功能

當本地的網(wǎng)絡配置完成之后，用戶通過按“ping功能鍵”進行ping測試。用戶通過鍵盤輸入目的地址，然后按“確認鍵”確認即可測試。若ping測試成功，則屏幕顯示“ping測試成功”；若ping測試不成功，則屏幕顯示“ping測試失敗”。如果目的測試地址不變，可以通過按功能鍵“確認鍵”重復ping測試。如需測試其他目的地址，則按“ping功能鍵”重復上述步驟即可。

3.5 TCP端口測試功能

當本地的網(wǎng)絡配置完成之后，用戶通過按“TCP功能鍵”進行TCP端口測試。用戶通過鍵盤輸入目的地址和目的TCP端口，然后按“確認鍵”確認即可測試；若TCP端口連接成功，則屏幕顯示“TCP端口測試成功”；若TCP端口連接不成功，則屏幕顯示“TCP端口測試失敗”。如果目的測試地址和端口不變，可以通過按功能鍵“確認鍵”重復TCP端口測試。如需測試其他目的地址或端口，則按“TCP功能鍵”重復上述步驟即可。需要注意的是，使用TCP功能時，本產品只作為客戶端。

4 結語

面對日漸智能化的電網(wǎng)，電網(wǎng)日常運維工作人員的壓力也日漸增大。區(qū)別于傳統(tǒng)的電網(wǎng)運維，當前的電網(wǎng)運維更加偏向于自動化裝置與網(wǎng)絡狀態(tài)的運維，所以對運維班組和人員提出了更高的要求。而且在網(wǎng)絡安全要求越來越高的趨勢下，直接使用筆記本運維存在很高的網(wǎng)絡安全風險，尤其是在運維人員網(wǎng)絡知識缺乏的情況下，探索和研制新型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡測試儀顯得尤為重要。本文研究的網(wǎng)絡測試工具兼具了便攜性、易操作性、網(wǎng)絡安全性和低成本等特點，能很好地滿足當前配電運維的需求。該工具在多個單位試點運行中，顯著提高了配網(wǎng)自動化故障排查的效率，縮短了停電檢修時間，提高了電網(wǎng)運行可靠性。其若能得到推廣應用，將會對電網(wǎng)配電自動化的穩(wěn)定運行起到一個很好的支撐作用。