CN104378257A - 智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统和方法 - Google Patents

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邓辉
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王小波
郭静
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沈文
喻强
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于海
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Abstract

本发明提供一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统和方法,通过确定时间标记位置及硬件时间戳技术,实现了继电保护网络数据业务在网络节点内的时延可知,从而使得网络传输时延确定。本发明实现了网络节点内部时延的测量,该方法运算速度快、精度高、易实现,可以准确快速的测量网络节点的时延,从而解决了继电保护业务网络数据时延不可知的问题,为继电保护网采网跳的实现提供支撑,具有实际工程应用价值。

Description

智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统和方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统运行与规划技术领域,具体涉及一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统和方法。
背景技术
[0002]目前,变电站中的继电保护采用直采直跳方式,即保护装置与合并单元采用点到点的方式,这种方式较为可靠,但接线较复杂,浪费了大量电缆或光缆且信息不能共享。智能变电站要求,全站信息数字化,通信平台网络化,信息平台共享化。以太网技术是目前工业控制领域较为成熟可行的技术。现有智能变电站采用两层网络通信架构,即过程层网络和间隔层网络。过程层网络连接间隔层设备和过程层设备,间隔层网络连接站控层设备和间隔层设备。继电保护的网络化,即网采网跳,可以实现网络信息的共享,并且大大简化光线接线,提高调试效率,节约建设成本。但要实现继电保护的网采网跳,还需在解决网络数据传输时延确定性。本发明旨在解决继电保护业务网络数据传输时延不可知的问题。
发明内容
[0003] 为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统和方法,通过确定时间标记位置及硬件时间戳技术,实现了继电保护网络数据业务在网络节点内的时延可知,从而使得网络传输时延确定。
[0004] 为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:
[0005] 本发明提供一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,所述系统包括第一物理接口收发器、时延测量统计模块、处理器模块、交换模块、本地时钟模块、电源模块和第二物理接口收发器;所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器分别通过所述时延测量统计模块与交换模块双向连接,所述处理器模块与所述时延测量统计模块均双向连接;所述本地时钟模块分别与第一物理接口收发器、第二物理接口收发器、时延测量统计模块、处理器模块以及交换模块单向连接,提供本地参考时钟;所述电源模块为系统中其它模块提供直流电压。
[0006] 所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器分别通过S3MII总线与所述时延测量统计模块连接,实现数据的交互。
[0007] 所述第一物理接口收发器模块通过第一端口采集智能变电站数据业务流信息,并将采集的数据业务流信息传送到所述时延测量统计模块,实现和时延测量统计模块的数据交互;
[0008] 所述第二物理接口收发器模块通过第二端口将添加时延标记位的数据业务流信息输出,实现与时延测量统计模块和外界终端设备的数据交互。
[0009] 所述处理器模块连接通过数据总线和MII总线分别和所述时延测量统计模块及交换模块连接,实现控制信息和数据的交互。
[0010] 所述时延测量统计模块主要完成数据帧转发时延的测量与统计,并实现与物理接口收发器模块、处理器模块和交互模块的数据交互。
[0011] 所述交换模块包括第一以太网媒体接入控制器和第二以太网媒体接入控制器,共同完成数据帧的收取、存储、转发和发送。
[0012] 所述本地时钟模块为第一物理接口收发器、第二物理接口收发器、时延测量统计模块和交换模块分别提供125M时钟,并为处理器模块提供50M时钟。
[0013] 所述电源模块为第一物理接口收发器和第二物理接口收发器分别提供2.5V、1.2V直流电压,为所述时延测量统计模块提供1.2V、2.5,3.3V直流电压,为所述处理器模块提供1V、2.5V、3.3V直流电压;为所述时钟模块提供3.3V直流电压,并为所述交换模块提供2.5V、3.3V直流电压。
[0014] 本发明还提供一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,所述方法包括以下步骤:
[0015] 步骤1:数据业务流信息在终端链路层进行封装;
[0016] 步骤2:计算数据业务流信息的时延标记位更新值;
[0017] 步骤3:计算网络节点转发时延值;
[0018] 步骤4:解析网络节点转发时延值。
[0019] 所述步骤I中,在终端链路层对数据业务流信息采用如下顺序进行封装:
[0020] (I)前七个字节为帧前导码,(2)下一字节为帧开始符,⑶六个字节的目的地址和六个字节的源地址,(4)四个字节的802.1q, (5) 2个字节的长度/类型位,¢)46-1500字节的数据负荷区;时延标记位存在于负荷区,位宽为4字节,初始值为0x00000000。
[0021] 所述步骤2中,当数据业务流信息进入实现系统时,利用时延测量统计模块记录下当前数据业务流信息到达的时间T1,并将T1与数据业务流信息中的时延标记位的现有值Ts做差运算,得到数据业务流信息的时延标记位更新值T/,用T/更新原有的时延标记位值。
[0022] 所述步骤3中,当数据业务流信息经过交换模块和第二物理接口收发器到达第二端口时,由时延测量统计模块记录此时的时刻T2,并将T2与数据业务流信息的时延标记位更新值T/做差运算,得到网络节点转发时延值T2',用T2'替换替换时间标志位现有值。
[0023] 所述步骤4中,数据业务流信息通过第二端口到达外界终端设备后,解析网络节点转发时延值T2',得知数据业务流信息经过实现系统所产生的时延。
[0024] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
[0025] 本发明提供了一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统和方法,采用了硬件时间戳的方法实现了网络节点内部时延的测量,该方法运算速度快、精度高、易实现,可以准确快速的测量网络节点的时延,从而解决了继电保护业务网络数据时延不可知的问题,为继电保护网采网跳的实现提供支撑,具有实际工程应用价值。
附图说明
[0026] 图1是本发明实施中智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统结构框图;
[0027] 图2是本发明实施中在终端链路层对数据业务流信息进行封装的封装方式示意图;
[0028] 图3是本发明实施中智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法示意图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0030] 如图1,本发明提供一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,所述系统包括第一物理接口收发器、时延测量统计模块、处理器模块、交换模块、本地时钟模块、电源模块和第二物理接口收发器;所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器分别通过所述时延测量统计模块与交换模块双向连接,所述处理器模块与所述时延测量统计模块均双向连接;所述本地时钟模块分别与第一物理接口收发器、第二物理接口收发器、时延测量统计模块、处理器模块以及交换模块单向连接,提供本地参考时钟;所述电源模块为系统中其它模块提供直流电压。
[0031] 所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器分别通过S3MII总线与所述时延测量统计模块连接,实现数据的交互。
[0032] 所述第一物理接口收发器模块通过第一端口采集智能变电站数据业务流信息,并将采集的数据业务流信息传送到所述时延测量统计模块,实现和时延测量统计模块的数据交互;所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器主要完成数据业务流信息并串转换、串并转换、反向转换、编码和解码。
[0033] 所述第二物理接口收发器模块通过第二端口将添加时延标记位的数据业务流信息输出,实现与时延测量统计模块和外界终端设备的数据交互。
[0034] 所述处理器模块连接通过数据总线和MII总线分别和所述时延测量统计模块及交换模块连接,实现控制信息和数据的交互。
[0035] 所述时延测量统计模块主要完成数据帧转发时延的测量与统计,并实现与物理接口收发器模块、处理器模块和交互模块的数据交互。
[0036] 所述交换模块包括第一以太网媒体接入控制器和第二以太网媒体接入控制器,共同完成数据帧的收取、存储、转发和发送。过程如下:
[0037] (I)数据帧先到交换模块的缓存,交换模块检查帧是否完整,FCS交验是否正确,如果是BPDU则交给CPU处理,如果缓存满就丢弃数据帧;
[0038] (2)端口根据Vlan进规则处理数据帧,如果带标签而该端口允许该标签通过则进入下一流程,如果没有标签就根据交换机PVID设置来给数据帧打上标签;
[0039] (3)根据In过滤表对数据帧进行过滤,包括MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口号等的访问列表过滤;
[0040] (4)端口学习MAC地址;
[0041] (5)数据帧进入主交换引擎,根据VLAN Table表把数据帧发送到属于相应VLAN的端口 ;
[0042] (6)交换模块在该Vlan内的所有端口上查找目的MAC地址,如果查到就发送到相应端口,查不到就发送到所有端口 ;如果是组播就要看有没有IGMP Snooping,如果启用了该功能就会把组播数据发送到相应端口,如果没有该功能就发送到所有端口 ;如果是广播数据就发送到所有端口;
[0043] (7)到达相应端口之后交换模块对数据帧进行出规则处理,带Tag或者不带Tag出去;
[0044] (8)交换模块根据配置进行QoS处理,包括队列重组、Tos重设、端口限速等功能;
[0045] (9)重新计算该数据帧的FCS ;
[0046] (10)数据帧出交换模块。
[0047] 所述本地时钟模块为第一物理接口收发器、第二物理接口收发器、时延测量统计模块和交换模块分别提供125M时钟,并为处理器模块提供50M时钟。
[0048] 所述电源模块为第一物理接口收发器和第二物理接口收发器分别提供2.5V、1.2V直流电压,为所述时延测量统计模块提供1.2V、2.5,3.3V直流电压,为所述处理器模块提供1V、2.5V、3.3V直流电压;为所述时钟模块提供3.3V直流电压,并为所述交换模块提供2.5V、3.3V直流电压。
[0049] 本发明还提供一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,所述方法包括以下步骤:
[0050] 步骤1:数据业务流信息在终端链路层进行封装;
[0051] 步骤2:计算数据业务流信息的时延标记位更新值;
[0052] 步骤3:计算网络节点转发时延值;
[0053] 步骤4:解析网络节点转发时延值。
[0054] 所述步骤I中,在终端链路层对数据业务流信息采用如下顺序进行封装(如图
2):
[0055] (I)前七个字节为帧前导码,(2)下一字节为帧开始符,(3)六个字节的目的地址和六个字节的源地址,(4)四个字节的802.1q, (5) 2个字节的长度/类型位,¢)46-1500字节的数据负荷区;时延标记位存在于负荷区,位宽为4字节,初始值为0x00000000。
[0056] 所述步骤2中,(如图3)当数据业务流信息进入实现系统时,利用时延测量统计模块记录下当前数据业务流信息到达的时间T1,并将T1与数据业务流信息中的时延标记位的现有值Ts做差运算,得到数据业务流信息的时延标记位更新值T/,用T/更新原有的时延标记位值。
[0057] 所述步骤3中,当数据业务流信息经过交换模块和第二物理接口收发器到达第二端口时,由时延测量统计模块记录此时的时刻T2,并将T2与数据业务流信息的时延标记位更新值T/做差运算,得到网络节点转发时延值T2',用T2'替换替换时间标志位现有值。
[0058] 所述步骤4中,数据业务流信息通过第二端口到达外界终端设备后,解析网络节点转发时延值T2',得知数据业务流信息经过实现系统所产生的时延。
[0059] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述系统包括第一物理接口收发器、时延测量统计模块、处理器模块、交换模块、本地时钟模块、电源模块和第二物理接口收发器;所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器分别通过所述时延测量统计模块与交换模块双向连接,所述处理器模块与所述时延测量统计模块均双向连接;所述本地时钟模块分别与第一物理接口收发器、第二物理接口收发器、时延测量统计模块、处理器模块以及交换模块单向连接,提供本地参考时钟;所述电源模块为系统中其它模块提供直流电压。
2.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述第一物理接口收发器与第二物理接口收发器分别通过S3MII总线与所述时延测量统计模块连接,实现数据的交互。
3.根据权利要求2所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述第一物理接口收发器模块通过第一端口采集智能变电站数据业务流信息,并将采集的数据业务流信息传送到所述时延测量统计模块,实现和时延测量统计模块的数据交互; 所述第二物理接口收发器模块通过第二端口将添加时延标记位的数据业务流信息输出,实现与时延测量统计模块和外界终端设备的数据交互。
4.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述处理器模块连接通过数据总线和MII总线分别和所述时延测量统计模块及交换模块连接,实现控制信息和数据的交互。
5.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述时延测量统计模块主要完成数据帧转发时延的测量与统计,并实现与物理接口收发器模块、处理器模块和交互模块的数据交互。
6.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述交换模块包括第一以太网媒体接入控制器和第二以太网媒体接入控制器,共同完成数据帧的收取、存储、转发和发送。
7.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述本地时钟模块为第一物理接口收发器、第二物理接口收发器、时延测量统计模块和交换模块分别提供125M时钟,并为处理器模块提供50M时钟。
8.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现系统,其特征在于:所述电源模块为第一物理接口收发器和第二物理接口收发器分别提供2.5V、1.2V直流电压,为所述时延测量统计模块提供1.2V、2.5,3.3V直流电压,为所述处理器模块提供IV、2.5V、3.3V直流电压;为所述时钟模块提供3.3V直流电压,并为所述交换模块提供2.5V、3.3V直流电压。
9.一种智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:数据业务流信息在终端链路层进行封装; 步骤2:计算数据业务流信息的时延标记位更新值; 步骤3:计算网络节点转发时延值; 步骤4:解析网络节点转发时延值。
10.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,其特征在于:所述步骤I中,在终端链路层对数据业务流信息采用如下顺序进行封装: (I)前七个字节为帧前导码,⑵下一字节为帧开始符,⑶六个字节的目的地址和六个字节的源地址,(4)四个字节的802.lq,(5) 2个字节的长度/类型位,¢)46-1500字节的数据负荷区;时延标记位存在于负荷区,位宽为4字节,初始值为0x00000000。
11.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,其特征在于:所述步骤2中,当数据业务流信息进入实现系统时,利用时延测量统计模块记录下当前数据业务流信息到达的时间T1,并将T1与数据业务流信息中的时延标记位的现有值Ts做差运算,得到数据业务流信息的时延标记位更新值T' i,用T' i更新原有的时延标记位值。
12.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,其特征在于:所述步骤3中,当数据业务流信息经过交换模块和第二物理接口收发器到达第二端口时,由时延测量统计模块记录此时的时刻T2,并将T2与数据业务流信息的时延标记位更新值T' “故差运算,得到网络节点转发时延值T' 2,用T' 2替换替换时间标志位现有值。
13.根据权利要求1所述的智能变电站过程层网络交换时延告知的实现方法,其特征在于:所述步骤4中,数据业务流信息通过第二端口到达外界终端设备后,解析网络节点转发时延值T' 2,得知数据业务流信息经过实现系统所产生的时延。
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