CN104125518A - 一种利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法。利用无源光网络的时分复用多址接入特性，为不同类型报文分配独享的传输通道，实现了通信资源的预分配和各类业务传输的有效隔离，避免了由于通信资源竞争引起的业务间相互影响，使高优先级业务在系统满载或过载情况下的实时性得到保证，更好地满足了业务服务质量需求。

Description

一种利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法

技术领域

本发明属于电力系统通信技术领域，涉及一种利用无源光网络实现变电站内数据通信的方法。 

背景技术

目前智能变电站二次系统网络的方案：两层子网络的架构是在变电站的间隔层和过程层分别建立独立的子网的方案，根据各层中主要传递信息的特点设计网络，各子网可以采用不同的网络技术和组网方案；常见的方案时间隔层和过程层都采用工业以太网方案。 

新一代智能变电站EPON网络的应用方案：统一网络方案是在变电站建立统一的物理通信网络，采用EPON接入各种类型的报文信息，不再分间隔层和过程层子网，采用一次集中交换、并行网络传输等方法大幅度简化了智能变电站二次系统网络结构，减少了网络传递数据的中间环节，明显提高了智能变电站二次系统网络的实时性、可靠性和安全性。 

发明内容

发明所要解决的技术问题是提供一种变电站内数据通信的方法，实现通信资源的可管理和不同业务传输的有效隔离，避免由于通信资源竞争引起的业务间相互影响，使时延敏感业务的实时性能在系统满载或过载情况下得到保证，更好地满足了业务服务质量需求。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将无源光网络系统接入变电站站控层、间隔层、过程层的所有IED设备；

所述IED设备包括合并单元、保护设备、测控设备、智能终端等设备，业务报文主要包括：SV报文、GOOSE报文和MMS报文；

所述无源光网络系统包括实时交换机，实时交换机与光分配网络（ODN）连接，每个光分配网络连接多个光网络单元（ONU），所述实时交换机包括光线路模块（OLT）、实时交叉模块(RCT)和时间同步模块(TST)； 

2)每个IED设备部署一个光网络单元ONU，IED设备通过以太网口与光网络单元ONU相连；为保证业务报文的隔离度，在IED设备中，不同的业务报文由不同的以太网口承载，光网络单元ONU的以太网口分别与IED设备的不同的以太网口连接，光网络单元ONU接收到不同的业务报文后存储在不同的队列里，通过光分配网络ODN将数据传输到实时交换机的光线路模块OLT，光线路模块OLT完成无源光网络中所有光网络单元ONU的数据汇集后发给RCT；

3)实时交换机的实时交叉模块RCT根据预先配置的报文转发地址信息表，将收到的来自光线路模块OLT的不同类型、不同流向的数据报文解析、复制并转发到光线路模块OLT相关端口，继而发往各种IED设备，完成业务报文在过程层、间隔层和站控层设备间的交互；

4)实时交换机的时间同步模块TST负责为无源光网络所有通信设备提供时间标准，从GPS（北斗）获取时间信息并通过网络将时间信息传递给光网络单元ONU, 光网络单元ONU接收到报文后通过B码或者PTP协议发给IED设备。

前述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，实时交换机的光线路模块OLT在初始化时，根据网络中光网络单元ONU的数量和每个光网络单元ONU所承载的业务类型进行通信资源的预分配，具体分配方法包括以下步骤： 

（1）将上行方向（ONU至OLT方向）数据帧的可用净报文传输时间等分为n个时隙，其中，前m个时隙被固定分配给承载SV报文（如）的光网络单元ONU；后k个时隙则根据需求灵活分配给承载GOOSE报文和MMS报文的光网络单元ONU；且n=m+k；

（2）每个光网络单元ONU获得的时隙个数i≥1；时隙个数i的值取决于光网络单元ONU所传递业务报文的数量，一种业务报文分配一个时隙；

（3）光线路模块OLT对一个PON口下连接的光网络单元ONU预配置上行方向通信资源：对于前m个时隙固定传输SV报文；对于后k个时隙，光网络单元ONU需要向光线路模块OLT发送带宽请求，待收到OLT的时隙授权后，优先发送GOOSE报文，待GOOSE报文发完后发送MMS报文或其他突发报文；否则，报文将暂存在光网络单元ONU的缓存中。

前述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，所述无源光网络的光网络单元ONU在光线路模块OLT完成注册后，光线路模块OLT根据光网络单元ONU发送的带宽请求，按照业务优先级为所属光网络单元ONU依次分配传输时隙，光线路模块OLT首先保证传输SV报文分配独享的传输时隙，再将剩余的时隙分配给传输GOOSE报文；若系统还有剩余空闲时隙，则优先分配给MMS报文。 

前述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，站控层设备如监控主机、数据服务器等通过以太网口直接连接到核心交换机的分组交换模块，获取来自间隔层和过程层的数据报文。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：利用EPON系统的时分复用特性，通过对通信资源的分配管理，使不同类型报文在传输过程中独享信道资源，实现了统一物理传输网络下业务间的有效隔离，避免了由于通信资源竞争引起的业务间相互影响，确保高优先级业务在系统满载或过载情况下的实时性，更好地满足了业务服务质量需求。 

附图说明

图1为本发明的变电站内数据报文传输的方法原理图； 

图2变电站内信号流程图。

具体实施方式

本发明的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)将无源光网络系统接入变电站站控层、间隔层、过程层的所有IED设备；

所述IED设备包括合并单元、保护设备、测控设备、智能终端等设备，业务报文主要包括：SV报文、GOOSE报文和MMS报文；

网络系统主要由以下几部分组成：实时交换机、光分配网络（ODN）、光网络单元（ONU），其中实时交换机由光线路模块（OLT）、实时交叉模块(RCT)、时间同步模块(TST)构成。

2)每个IED设备部署一个ONU，IED设备通过以太网口与ONU相连；为保证业务报文的隔离度，不同的业务报文分别与不同的以太网口连接，ONU接收到不同的业务报文后存储在不同的队列里，通过ODN将数据传输到实时交换机的OLT，OLT完成无源光网络中所有ONU的数据汇集后发给RCT。 

3)实时交换机的RCT根据预先配置的报文转发地址信息表，将收到的来自OLT的不同类型、不同流向的数据报文解析、复制并转发到OLT相关端口，继而发往各种IED设备，完成业务报文在过程层、间隔层和站控层设备间的交互。 

4)实时交换机的TST负责为无源光网络所有通信设备提供时间标准，从GPS（北斗）获取时间信息并通过网络将时间信息传递给ONU,ONU接收到报文后可通过B码或者PTP协议发给IED设备。 

实时交换机的OLT在初始化时，根据网络中ONU的数量和每个ONU所承载的业务类型进行通信资源的预分配。具体分配方法如下： 

（1）将上行方向（ONU至OLT方向）数据帧的可用净报文传输时间等分为n个时隙，其中，前m个时隙被固定分配给承载SV报文（如）的ONU；后k个时隙则根据需求灵活分配给承载GOOSE报文和MMS报文的ONU；且n=m+k。

（2）每个ONU可以获得的时隙个数i≥1；i的值取决于ONU所传递报文的数据流量以及报文对时延的要求。 

（3）OLT对一个PON口下连接的ONU预配置上行方向通信资源：对于前m个时隙固定传输SV报文；对于后k个时隙，ONU需要向OLT发送带宽请求，待收到OLT的时隙授权后，优先发送GOOSE报文，待GOOSE报文发完后发送MMS报文或其他突发报文。否则，报文将暂存在ONU的缓存中。 

所述无源光网络的ONU在OLT完成注册后，OLT根据ONU发送的带宽请求，按照业务优先级为所属ONU依次分配传输时隙。OLT首先保证传输SV报文分配独享的传输时隙，再将剩余的时隙分配给传输GOOSE报文；若系统还有剩余空闲时隙，则优先分配给MMS报文。 

站控层设备如监控主机、数据服务器等通过以太网口直接连接到核心交换机的分组交换模块，获取来自间隔层和过程层的数据报文。 

按照图1的方式将实时交换机、ONU、IED设备连接好后接通电源，等系统稳定后在默认状态下查看ONU的注册状态，注册完成后注册灯亮。查看实时交换机和ONU的时间是否一致，时延差小于1us. 

根据图2和表1数据对实时交换机进行预配置。

表1是图1设备发送和接收的业务报文的流量值统计表。 

图2是图1的信号流向。 

IED设备与ONU进行数据交换，对于SV报文，ONU会在以太网的出口和入口打上时延标签，以确定SV报文在网络系统的传输时间。 

PON上行方向：PON1 在OLT的一个轮询周期内（125us），首先分配固定时隙25us给ONU1用来传送SV报文，剩余的时隙用来传输保护装置的GOOSE、MMS报文和智能终端的GOOSE报文。PON2在OLT的一个轮询周期内（125us），首先分配固定时隙25us给ONU5用来传送SV报文，剩余的时隙用来传输智能终端的GOOSE报文；PON下行方向：PON1和PON2广播输出预配置输出所有报文.后台计算机通过实时交叉模块与保护设备进行通信。 

实时交换机的OLT在收到PON1和PON2的数据后通过背板直接到RSC按照预配置表完成数据交换。 

以上所述实施例仅是本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限定。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将无源光网络系统接入变电站站控层、间隔层、过程层的所有IED设备；所述无源光网络系统包括实时交换机，实时交换机与光分配网络ODN连接，每个光分配网络连接多个光网络单元ONU，所述实时交换机包括光线路模块OLT、实时交叉模块(RCT)和时间同步模块TST；

2)每个IED设备部署一个光网络单元ONU，IED设备通过以太网口与光网络单元ONU相连；为保证业务报文的隔离度，在IED设备中，不同的业务报文由不同的以太网口承载，光网络单元ONU的以太网口分别与IED设备的不同的以太网口连接，光网络单元ONU接收到不同的业务报文后存储在不同的队列里，通过光分配网络ODN将数据传输到实时交换机的光线路模块OLT，光线路模块OLT完成无源光网络中所有光网络单元ONU的数据汇集后发给RCT；

3)实时交换机的实时交叉模块RCT根据预先配置的报文转发地址信息表，将收到的来自光线路模块OLT的不同类型、不同流向的数据报文解析、复制并转发到光线路模块OLT相关端口，继而发往各种IED设备，完成业务报文在过程层、间隔层和站控层设备间的交互；

4)实时交换机的时间同步模块TST负责为无源光网络所有通信设备提供时间标准，从GPS获取时间信息并通过网络将时间信息传递给光网络单元ONU, 光网络单元ONU接收到报文后通过B码或者PTP协议发给IED设备。

2.根据权利要求1所述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，所述IED设备包括合并单元、保护设备、测控设备和智能终端，业务报文包括：SV报文、GOOSE报文和MMS报文。

3.根据权利要求1或2所述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，实时交换机的光线路模块OLT在初始化时，根据网络中光网络单元ONU的数量和每个光网络单元ONU所承载的业务类型进行通信资源的预分配，具体分配方法包括以下步骤：

（1）将上行方向数据帧的可用净报文传输时间等分为n个时隙，其中，前m个时隙被固定分配给承载SV报文的光网络单元ONU；后k个时隙则根据需求分配给承载GOOSE报文和MMS报文的光网络单元ONU；且n=m+k；

（2）每个光网络单元ONU获得的时隙个数i≥1；时隙个数i的值取决于光网络单元ONU所传递业务报文的数量，一种业务报文分配一个时隙；

（3）光线路模块OLT对一个PON口下连接的光网络单元ONU预配置上行方向通信资源：对于前m个时隙固定传输SV报文；对于后k个时隙，光网络单元ONU需要向光线路模块OLT发送带宽请求，待收到OLT的时隙授权后，优先发送GOOSE报文，待GOOSE报文发完后发送MMS报文或其他突发报文；否则，报文将暂存在光网络单元ONU的缓存中。

4.根据权利要求3所述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，所述无源光网络的光网络单元ONU在光线路模块OLT完成注册后，光线路模块OLT根据光网络单元ONU发送的带宽请求，按照业务优先级为所属光网络单元ONU依次分配传输时隙，光线路模块OLT首先保证传输SV报文分配独享的传输时隙，再将剩余的时隙分配给传输GOOSE报文；若系统还有剩余空闲时隙，则优先分配给MMS报文。

5.根据权利要求1或2所述的利用无源光网络实现变电站内数据报文传输的方法，其特征在于，站控层设备通过以太网口直接连接到核心交换机的分组交换模块，获取来自间隔层和过程层的数据报文。