CORS 系统网络延迟测试程序设计与实现

潘志刚

（辽宁省地理空间成果应用中心，辽宁 沈阳 110034）

0.引言

2020年7月31 日中国宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。北斗全球卫星导航系统是我国着眼于国家安全、技术储备和经济发展等需求，自主研发建设、独立运行的全球卫星导航系统。目前，全国多个行业、多个部门、多个省市已将北斗应用纳入“十四五”规划中，北斗系统应用进入持续稳定快速发展阶段。

连续运行参考站系统（Continuous Operation Reference Station，简称CORS）汇集计算机、网络、卫星定位、数字通信等高新技术，是移动定位、动态连续的空间参考框架和地球动力学参数等服务的信息系统，是动态地、连续地、高精度地获取空间数据和地理特征的现代信息基础设施[1]。

辽宁省卫星导航定位基准服务系统（LNCORS）始建于2015年底，通过建立在辽宁省域范围内的58座卫星导航定位基准站，形成了辽宁省域高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖的卫星导航定位基准服务系统，目前已为全省500余家单位提供服务，涵盖交通运输、城建规划、农林牧渔等多行业领域。

2021年LNCORS迎来北斗三号升级改造项目。项目实施从硬件设备安装升级到管理系统更新都已顺利完成，目前该项目处于管理系统试运行的测试阶段。全新的CORS管理系统（以下称为北斗系统）是国内知名公司研发的具有完全自主知识产权的CORS管理平台。除支持北斗三代新频点外，平台还具有定位可靠度底层算法、符合国情的安全设置、拓展功能丰富的展示、使用便捷的友好界面等优势。

国产软件的崛起，打破了外国软件在专业领域的垄断，但是毕竟起步较晚，软件在使用中会有些许遗憾。北斗系统在与基准站数据同步中的延时指标使用“较大”等定性描述，没有直观量化的数值参考，缺少可视性。这个数据的缺失也将导致项目工作技术总结中的部分测试无法完成，故考虑利用计算机编程技术实现CORS系统网络延迟测试。

1.程序设计

1.1 需求分析

安置在基准站上的GNSS接收机，需要连续观测、接受卫星信号，并将数据传输给CORS数据中心。数据中心部署了CORS管理系统，接收数据后处理、播发差分改正数据以及接收存储各基准站卫星数据。基准站与数据中心应保持实时数据传输，数据同步是保障CORS服务体系运行的需求。所以针对基准站与数据中心数据同步的网络延迟测试，尤其是经过较长时间的多时间段的持续数据跟踪，如30天间隔1小时数据，可以客观地反映通讯的连通性、实时性以及CORS系统的稳定性。

网络延迟又称为网络响应时间，它表示数据包通过网络路径从发送方到接收方所需的时间。数据通过网络传输有延迟是正常的现象。其产生网络延迟的主要原因有很多，如网络中的路由跳数过多、网络带宽的限制以及服务器处理带宽的能力等。考虑数据中心与省内58座基准站之间使用专网连接、物理介质相对简单等因素，故可以认为网络延迟数值小于200毫秒为正常状态。

1.2 设计程序语言

网络延迟测试软件使用两种语言环境开发：批处理和C#。

（1）批处理也称为批处理脚本，是一种简化的脚本语言，应用在DOS或WINDOWS系统中。在需要实现复杂的应用时，它既可以调用操作系统本身提供的外部命令，又可以使用第三方提供的工具或者软件。具有MS-DOS操作经验的从业者非常容易上手。

（2）C#是面向对象的编程语言。程序员可以使用它快速地编写各种基于Microsoft.NET支持的应用程序，同时Microsoft.NET提供了大量的工具和服务来最大程度地提供开发便利。

1.3 功能设计与实现

网络延迟测试软件设计思路是借用CORS管理系统框架结构，利用CORS系统（数据中心）与基准站之间相同的通讯协议——TCP/IP协议，使用计算机编程技术实现系统网络延迟测试和数据汇总。架构图（如图1所示）：

网络延迟测试软件具有三个功能模块：瞬时故障测试、网络延迟测试和延迟数据汇总。

1.3.1 瞬时故障测试

测试58座北斗基准站瞬时网络通讯状态，其作用是发现有故障的基准站。一些情况可以造成基准站故障，如基准站断电、网络硬件故障、GNSS接收机故障等，都可造成通讯失败，据此可以进一步调查故障所在。

利用C#语言程序开发的具体方法：加载System.Net.NetworkInfomation后，使用Ping.Send分别对58座基准站的IP地址测试并判断PingReply的状态：成功使用正常字体绿色显示基准站名；失败则使用加粗加大字体红色显示基准站名，实现功能设计。经测试基准站名代码为CHHA、LNKD和LNSB的三座基准站有故障（如图2所示）：

图2 网络延迟测试程序主界面

1.3.2 网络延迟测试

基准站与数据中心数据同步的网络延迟测试，是程序开发的主要目的。设计思路是每间隔一段时间（如1小时）对58座基准站测试一组数据。由于网络测试具有偶然性，故每组测试不是1次，而是20次甚至更多，以降低单次测试的误差，得到较为真实的网络延迟数据。每组测试数据以文件形式存储，包括58座基准站的20次IP地址网络延迟测试数据的最大值、最小值和平均值。

网络延迟测试的程序开发依然可以采用C#加载System.Net.NetworkInfomation使用ping类实现[2]。我们采用的方法是：编写批处理脚本，调用WINDOWS系统自带的ping.exe程序[3]。ping.exe是一个经典工具，从研发至今已经数十年了。ping命令可以加带参数实现多个功能，其基本原理是向一个假定要响应的远程计算机发送一个数据包，然后等待响应，并且指示检测是否成功[4]。

编写批处理的每条语句都分别对一个基准站的IP地址进行一组测试，结果追加存入一个以日期和时间叠加命名的文件里。批处理语句的集合形成批处理文件即具有CORS系统网络延时测试功能。在C#中使用Timer控件作为计时器，每隔1小时执行一次批处理文件，完成一次网络延时测试。

1.3.3 延迟数据汇总

测试软件每小时产生一个数据文件，文件中包含58个IP地址的测试数据。每天24个数据文件，持续跟踪一个月的数据量已经相当庞大了。如果采用人工手动收集整理数据，数万条数据处理不考虑时间等客观因素，出错的概率也是相当大的。延迟数据汇总的功能就是在高效改变工作效率的同时，避免错误的产生，且生成表格汇总数据，完成初步判断统计。

Foreach是C#中循环语句的一种，用于遍历数据所在文件夹所有文件。File.Open读取每个数据文件，利用Substring检索关键字，找出58个IP地址以及其所对应的数值[5]。以基准站名称为纵轴、测试时间日期为横轴，在EXCEL表格内填写对应数值，并对该数值加以判断，超出正常范围的数值使用带颜色的字体突出显示。最后做出初步的数据统计，完成数据的汇总整理工作。具体程序流程图（如图3所示）：

图3 数据汇总功能程序流程图

2.测试数据对比

辽宁省共有两套并行运行的CORS管理系统：北斗系统以及美国天宝公司的PIVOT（以下称为“GPS系统”）。两套系统共用基准站设施、网络介质、数据中心设施，区别仅仅在于使用各自的GNSS接收机以及不同的CORS管理系统。

GPS系统的同步器模块，具有系统延时的监测功能，可以直观地查看系统上各基准站的最近一小时延迟、最大延时、平均延迟、实时延迟等数据。两系统间相关数据具有可比性，故将数个相同时段、相同基准站的延时数据进行对比，鉴于版面限制，只展示有代表性的部分对比数据，具体（如表1所示）：

表1 GPS系统与北斗系统一小时网络延迟平均值对比表 单位：毫秒

通过对测试结果的分析得到以下几个结果：（1）北斗系统中各基准站延迟数值都在100毫秒以内，而GPS系统中各基准站延迟数据有一些数值比较大，但也在200毫秒以内。（2）同时段GPS系统延迟高于北斗系统延迟的基准站有54个，占比93.1%，且差值一般不超过100毫秒。（3）同时段GPS系统延迟低于北斗系统延迟的基准站只有4个，占比6.9%，且延迟差值不超过10毫秒。

3.结束语

通过数据对比结果结合实际情况综合考虑，得出以下结论：

（1）GPS系统的系统延时大概率高于北斗系统的延迟，差值几乎都在100毫秒范围内。而且观察GPS系统瞬时延迟数据可以发现，其最小值可以是“0”，且差值步距为20毫秒左右。从理论上讲，延迟数据不可能为零。故得出两程序的延迟测法略有不同。

（2）从测试数据经过的物理介质分析：两个系统的测试数据都经过相同的网络介质，无差异；GNSS接收机的品牌不同，响应时间不同。但接收机属于同时期的产品，差距不大可以忽略；GPS系统的所有数据都需要经过脱密处理，而编写的网络延迟测试软件不属于北斗系统的数据，或者说不属于CORS数据，所以没有经过脱密环节，不产生延迟。从GPS系统延迟数值普遍大于北斗系统测试数值可以印证这一点。

（3）在原有基础设施不变、没有增加网络带宽的前提下，双CORS系统并行运行的网络延迟数据没有明显的变化。说明目前的网络设施和资源可以支持双CORS系统并行运行且可以提供稳定服务。

综上，网络延迟测试程序测试数据可靠，可以使用。更多结论还需其他佐证支持，本文不再探讨。

利用计算机编程技术实现CORS系统网络延时测试，可以持续稳定地对基准站与数据中心的数据同步进行跟踪，获取网络延时数据，从数据传输的持续性和稳定性等方面对CORS系统做出评测和总结。