CN104184679B - 一种智能变电站中报文的调度方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于数据处理领域，提供了一种智能变电站中报文的调度方法和装置，所述方法包括：通过第一匹配将报文分类为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文；通过第二匹配将所述经过第一匹配的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文和MMS报文；将所述经过匹配分类的报文添加到VOQ；通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度。本发明实施例，对报文进行匹配分类，将经过分类的报文添加到VOQ，并通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度，使得智能变电站在出现大流量报文时，可以有效保证Gooes报文和SV报文的有效传输。
Description
技术领域
本发明属于数据处理领域，尤其涉及一种智能变电站中报文的调度方法和装置。
背景技术
在IEC61850智能变电站中，存在的4类报文（GOOSE，SV，MMS和IEEE-1588）中GOOSE和SV报文为二层以太网报文、MMS采用三层IP报文传输、IEEE-1588报文既可以采用二层以太网报文也可以采用三层的IP报文传输。其中有部分GOOSE和SV报文对延时有极高的要求。
当前出现的一些基于时限的调度算法，虽然使得正常流量的情况下，基本能够报文的传输延时要求。由于这些调度算法均不对IEC61850业务流进行识别处理，在异常流量的情况下，很容易造成关键报文的传输延时增大甚至丢失。
有部分调度算法考虑到QoS的影响，对业务流进行了优先级划分，但通常都是基于TOS或者VLAN等标签，并未与IEC61850相关业务配置及属性相结合，在智能变电站出现大报文流量时，无法报文重要报文的发送时延。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种智能变电站中报文的调度方法和装置，以解决现有技术无法在出现大报文流量时，无法报文重要报文的发送时延的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种智能变电站中报文的调度方法，所述方法包括：
通过第一匹配将报文分类为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文；
通过第二匹配将所述经过第一匹配的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文和MMS报文；
将所述经过匹配分类的报文添加到VOQ；
通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度。
本发明实施例的另一目的在于提供一种智能变电站中报文的调度装置，所述装置包括：
第一匹配单元，用于通过第一匹配将报文区分为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文；
第二匹配单元，用于通过第二匹配将所述第一匹配单元匹配分类的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文和MMS报文；
VOQ添加单元，用于将经过所述第二匹配单元匹配分类的报文添加到VOQ；
调度单元，用于通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ添加单元中的报文进行调度。
本发明实施例，通过类型字段、APPID、SCD和IP报文的Protocol字段对报文进行匹配分类，将经过分类的报文添加到VOQ，并通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度，使得智能变电站在出现大流量报文时，可以有效保证Gooes报文和SV报文的有效传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的智能变电站中报文调度方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的智能变电站中报文调度装置的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例，通过类型字段、APPID、SCD和IP报文的Protocol字段对报文进行匹配分类，将经过分类的报文添加到VOQ，并通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度，使得智能变电站在出现大流量报文时，可以有效保证Gooes报文和SV报文的有效传输。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
如图1所示为本发明实施例提供的智能变电站中报文调度方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
在步骤S101中，通过第一匹配将报文分类为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文。
在本发明实施例中，智能变电站中用于发送消息的报文包括：Goose（GenericObject Oriented Substation Event简称：面向通用对象的变电站事件）报文、SV（SampleValue简称：采样值）报文、MMS（Manufacturing Message Specification简称：制造报文规范）报文、对时报文，其中Goose报文和SV报文采用二层以太网报文传输、MMS报文采用三层IP报文传输、对时报文即可以采用二层以太网报文传输也可以采用三层IP报文传输。每一种报文的类型字段都不同，根据类型字段对报文进行第一匹配：Goose报文的类型字段为0x88B8、SV报文的类型字段为0x88BA、对时报文的类型字段为0x88F7、IP报文的二层以太网字段类型为0x0800。
在步骤S102中，通过第二匹配将所述经过第一匹配的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文和MMS报文。
在本发明实施例中，当区分出Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文之后，对上述报文进行第二匹配，包括：
1、根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述Goose报文匹配为：快速Goose报文和常规Goose报文；
2、根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述SV报文匹配为：快速SV报文和常规SV报文；
在本发明实施例中，根据IEC61850标准，APPID是智能变电站中唯一的应用标识，结合智能变电站的SCD文件，即可得知报文所对应的业务流所承载的具体业务（如：跳/合闸控制、闭锁、传输刀闸节点位置或保护动作等），进而根据所述具体业务区分出快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文和常规SV报文。
3、根据IP报文的Protocol字段，将所述IP报文匹配为：对时报文和MMS报文。
在本发明实施例中，根据IP报文的Protocol字段，可以将IP报文区分为UDP报文和TCP报文，而对时报文是使用UDP协议进行传输（即对时报文是UDP报文），MMS报文是通过TCP协议进行传输（即MMS报文是TCP报文），因此可以通过IP报文的Protocol字段对IP报文进行匹配。
在步骤S103中，将所述经过匹配分类的报文添加到VOQ中。
在本发明实施例中，在系统中预设了6个VOQ（Virtual Output Queuing简称：虚拟输出队列），包括：快速Goose报文虚拟输出队列、常规Goose报文虚拟输出队列、快速SV报文虚拟输出队列、常规SV报文虚拟输出队列、MMS报文虚拟输出队列和对时报文虚拟输出队列，将上述步骤中匹配的报文添加到对应的虚拟输出队列中。
在步骤S104中，通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度。
在本发明实施例中，报文经过匹配分类后，被添加到VOQ中，通过DRR（DeficitRound-Robin简称：亏损轮叫）算法和WPQ（Weight Priority Queuing简称：重要优先级排队）算法对所述VOQ中的报文进行调度。
DRR算法中的变量定义：
希望发送字节数Wi：表示每一次轮转中希望队列i发送的长期平均字节数；
计数器B：保存本次轮转中当前的队列i已经发送的字节数，当一个调度器轮转到一个新队列时，计数器B复位为0；
差额DCi：表示每次轮转中队列i希望发送字节数Wi与已发送的字节数B的差额，DCi的初始值为0且当队列为空时复位为0。
所述DRR算法描述：
如果队列i为空，DCi被复位为0。调度器轮转到下一个队列服务；
如果队列i的队首分组长度大于DCi，说明队列i所剩的发送字节数不足以发送队首分组，则调度器放弃发送，轮转到下一个队列服务。这次轮转中为队列i分配的Wi没有全部使用，将这次轮转没有使用的DCi保留到下次轮转。
按照这种调度方法经过多次轮转后，六种队列各自能够得到的最大带宽是与其优先级成正比的，其中极速GOOSE和极速SV队列得到的带宽最多，保证了这两个实时性要求最高的报文的业务流有充足的带宽。
VOQ中的报文在到达发送端口之前，还需要经过WPQ算法的调度，而WPQ算法需要基于长度相同的报文，因此需要对报文进行帧长统一化处理，将报文分割成帧长统一的信元。同时，为了避免调度大长度而低优先级的报文，而导致高优先级的报文处理时间增大的问题，所述信元的长度应该限制为：
信元长度＜发送端口的发送速率*最高优先级报文语序的最大时延
所述WPQ算法描述：
1、建立一个初始值为空的优先级链表PQ；
2、遍历所有的VOQ，把非空的VOQ按优先级从高到低依次插入到所述PQ链表；
3、若PQ非空，则调度PQ链表表头上VOQ的队首信元；
4、重复步骤2。
本发明实施例，通过类型字段、APPID、SCD和IP报文的Protocol字段对报文进行匹配分类，将经过分类的报文添加到VOQ，并通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度，使得智能变电站在出现大流量报文时，可以有效保证Gooes报文和SV报文的有效传输。
实施例二
如图2所示为本发明实施例提供的智能变电站中报文调度装置的结构图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，包括：
第一匹配单元201，用于通过第一匹配将报文区分为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文。
在本发明实施例中，智能变电站中用于发送消息的报文包括：Goose（GenericObject Oriented Substation Event简称：面向通用对象的变电站事件）报文、SV（SampleValue简称：采样值）报文、MMS（Manufacturing Message Specification简称：制造报文规范）报文、对时报文，其中Goose报文和SV报文采用二层以太网报文传输、MMS报文采用三层IP报文传输、对时报文即可以采用二层以太网报文传输也可以采用三层IP报文传输。每一种报文的类型字段都不同，根据类型字段对报文进行第一匹配：Goose报文的类型字段为0x88B8、SV报文的类型字段为0x88BA、对时报文的类型字段为0x88F7、IP报文的二层以太网字段类型为0x0800。因此第一匹配单元201通过类型字段对报文进行匹配分类。
第二匹配单元202，用于通过第二匹配将所述第一匹配单元201匹配分类的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文和MMS报文。
在本发明实施例中，当区分出Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文之后，对上述报文进行第二匹配。所述第二匹配单元202包括：
Goose报文第二匹配子单元2021，用于根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述Goose报文匹配为：快速Goose报文和常规Goose报文。
SV报文第二匹配子单元2022，用于根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述SV报文匹配为：快速SV报文和常规SV报文。
在本发明实施例中，根据IEC61850标准，APPID是智能变电站中唯一的应用标识，结合智能变电站的SCD文件，即可得知报文所对应的业务流所承载的具体业务（如：跳/合闸控制、闭锁、传输刀闸节点位置或保护动作等），进而根据所述具体业务区分出快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文和常规SV报文。
IP报文第二匹配子单元2023，用于根据IP报文的Protocol字段，将所述IP报文匹配为：对时报文和MMS报文。
在本发明实施例中，根据IP报文的Protocol字段，可以将IP报文区分为UDP报文和TCP报文，而对时报文是使用UDP协议进行传输（即对时报文是UDP报文），MMS报文是通过TCP协议进行传输（即MMS报文是TCP报文），因此可以通过IP报文的Protocol字段对IP报文进行匹配。
VOQ添加单元203，用于将经过所述第二匹配单元202匹配分类的报文添加到VOQ。
在本发明实施例中，VOQ添加单元203在系统中预设了6个VOQ（Virtual OutputQueuing简称：虚拟输出队列），包括：快速Goose报文虚拟输出队列、常规Goose报文虚拟输出队列、快速SV报文虚拟输出队列、常规SV报文虚拟输出队列、MMS报文虚拟输出队列和对时报文虚拟输出队列，将上述步骤中匹配的报文添加到对应的虚拟输出队列中。
调度单元204，用于通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ添加单元203中的报文进行调度。
在本发明实施例中，报文经过匹配分类后，被添加到VOQ中，通过DRR（DeficitRound-Robin简称：亏损轮叫）算法和WPQ（Weight Priority Queuing简称：重要优先级排队）算法对所述VOQ中的报文进行调度。
DRR算法中的变量定义：
希望发送字节数Wi：表示每一次轮转中希望队列i发送的长期平均字节数；
计数器B：保存本次轮转中当前的队列i已经发送的字节数，当一个调度器轮转到一个新队列时，计数器B复位为0；
差额DCi：表示每次轮转中队列i希望发送字节数Wi与已发送的字节数B的差额，DCi的初始值为0且当队列为空时复位为0。
所述DRR算法描述：
如果队列i为空，DCi被复位为0。调度器轮转到下一个队列服务；
如果队列i的队首分组长度大于DCi，说明队列i所剩的发送字节数不足以发送队首分组，则调度器放弃发送，轮转到下一个队列服务。这次轮转中为队列i分配的Wi没有全部使用，将这次轮转没有使用的DCi保留到下次轮转。
按照这种调度方法经过多次轮转后，六种队列各自能够得到的最大带宽是与其优先级成正比的，其中极速GOOSE和极速SV队列得到的带宽最多，保证了这两个实时性要求最高的报文的业务流有充足的带宽。
VOQ中的报文在到达发送端口之前，还需要经过WPQ算法的调度，而WPQ算法需要基于长度相同的报文，因此需要对报文进行帧长统一化处理，将报文分割成帧长统一的信元。同时，为了避免调度大长度而低优先级的报文，而导致高优先级的报文处理时间增大的问题，所述信元的长度应该限制为：
信元长度＜发送端口的发送速率*最高优先级报文语序的最大时延
所述WPQ算法描述：
1、建立一个初始值为空的优先级链表PQ；
2、遍历所有的VOQ，把非空的VOQ按优先级从高到低依次插入到所述PQ链表；
3、若PQ非空，则调度PQ链表表头上VOQ的队首信元；
4、重复步骤2。
本发明实施例，通过类型字段、APPID、SCD和IP报文的Protocol字段对报文进行匹配分类，将经过分类的报文添加到VOQ，并通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度，使得智能变电站在出现大流量报文时，可以有效保证Gooes报文和SV报文的有效传输。
本领域普通技术人员可以理解为上述实施例二所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种智能变电站中报文的调度方法，其特征在于，所述方法包括：
通过第一匹配将报文分类为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文；Goose报文的类型字段为0x88B8、SV报文的类型字段为0x88BA、对时报文的类型字段为0x88F7、IP报文的二层以太网字段类型为0x0800；
通过第二匹配将所述经过第一匹配的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文、对时报文和MMS报文；
将所述经过匹配分类的报文添加到VOQ；在系统中预设了6个VOQ，包括：快速Goose报文虚拟输出队列、常规Goose报文虚拟输出队列、快速SV报文虚拟输出队列、常规SV报文虚拟输出队列、MMS报文虚拟输出队列和对时报文虚拟输出队列；
通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ中的报文进行调度；
DRR算法中的变量定义：
希望发送字节数Wi：表示每一次轮转中希望队列i发送的长期平均字节数；
计数器B：保存本次轮转中当前的队列i已经发送的字节数，当一个调度器轮转到一个新队列时，计数器B复位为0；
差额DCi：表示每次轮转中队列i希望发送字节数Wi与已发送的字节数B的差额，DCi的初始值为0且当队列为空时复位为0；
所述DRR算法描述：
如果队列i为空，DCi被复位为0；调度器轮转到下一个队列服务；
如果队列i的队首分组长度大于DCi，说明队列i所剩的发送字节数不足以发送队首分组，则调度器放弃发送，轮转到下一个队列服务；这次轮转中为队列i分配的Wi没有全部使用，将这次轮转没有使用的DCi保留到下次轮转。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一匹配为根据类型字段对报文进行匹配分类。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二匹配包括：
根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述Goose报文匹配为：快速Goose报文和常规Goose报文；
根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述SV报文匹配为：快速SV报文和常规SV报文；
根据IP报文的Protocol字段，将所述IP报文匹配为：对时报文和MMS报文。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述DRR调度算法和所述WPQ调度算法之间，还包括：
将报文的帧长处理为统一长度。
5.一种智能变电站中报文的调度装置，其特征在于，所述装置包括：
第一匹配单元，用于通过第一匹配将报文区分为：Goose报文、SV报文、对时报文和IP报文；Goose报文的类型字段为0x88B8、SV报文的类型字段为0x88BA、对时报文的类型字段为0x88F7、IP报文的二层以太网字段类型为0x0800；
第二匹配单元，用于通过第二匹配将所述第一匹配单元匹配分类的报文分类为：快速Goose报文、常规Goose报文、快速SV报文、常规SV报文、对时报文和MMS报文；
VOQ添加单元，用于将经过所述第二匹配单元匹配分类的报文添加到VOQ；在系统中预设了6个VOQ，包括：快速Goose报文虚拟输出队列、常规Goose报文虚拟输出队列、快速SV报文虚拟输出队列、常规SV报文虚拟输出队列、MMS报文虚拟输出队列和对时报文虚拟输出队列；
调度单元，用于通过DRR调度算法和WPQ调度算法对所述VOQ添加单元中的报文进行调度；
DRR算法中的变量定义：
希望发送字节数Wi：表示每一次轮转中希望队列i发送的长期平均字节数；
计数器B：保存本次轮转中当前的队列i已经发送的字节数，当一个调度器轮转到一个新队列时，计数器B复位为0；
差额DCi：表示每次轮转中队列i希望发送字节数Wi与已发送的字节数B的差额，DCi的初始值为0且当队列为空时复位为0；
所述DRR算法描述：
如果队列i为空，DCi被复位为0；调度器轮转到下一个队列服务；
如果队列i的队首分组长度大于DCi，说明队列i所剩的发送字节数不足以发送队首分组，则调度器放弃发送，轮转到下一个队列服务；这次轮转中为队列i分配的Wi没有全部使用，将这次轮转没有使用的DCi保留到下次轮转。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一匹配单元的第一匹配为根据类型字段对报文进行匹配分类。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二匹配单元包括：
Goose报文第二匹配子单元，用于根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述Goose报文匹配为：快速Goose报文和常规Goose报文；
SV报文第二匹配子单元，用于根据APPID和智能变电站的SCD文件，将所述SV报文匹配为：快速SV报文和常规SV报文；
IP报文第二匹配子单元，用于根据IP报文的Protocol字段，将所述IP报文匹配为：对时报文和MMS报文。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述DRR调度算法和所述WPQ调度算法之间，还包括：
将报文的帧长处理为统一长度。
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Denomination of invention: Method of scheduling message in intelligent substation and device Effective date of registration: 20200414 Granted publication date: 20180112 Pledgee: Guangzhou Baiyun Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: GUANGZHOU PTSWITCH COMPUTER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020440000079 |
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Denomination of invention: A scheduling method and device for messages in intelligent substations Granted publication date: 20180112 Pledgee: Bank of China Limited Guangzhou Development Zone Branch Pledgor: GUANGZHOU PTSWITCH COMPUTER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980041144 |