CN105099954A - 一种变电站过程层报文共网共口传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变电站过程层报文共网共口传输系统，所述系统包括通过边缘预处理设备连接间隔层和过程层的过程层网络；所述过程层网络包括基于全光交换技术的交换机。该系统采用全光交换技术，通过边缘预处理设备实现了变电站过程层GOOSE和SMV报文共网共口传输，避免了通信网络各个节点上的多次光-电转换。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能变电站站内通信网络技术领域的方法，具体讲涉及一种变电站过程层报文共网共口传输系统。
背景技术
目前，变电站中的网络交换设备基于处理电信号的以太网核心交换芯片、采用“存储-转发”网络交换模式，具体来说：网络交换设备需要先将光信号进行光电转换，转换为电信号后送入以太网核心交换芯片，交换芯片先将输入端口到来的数据包缓存起来并进行检查，确定包正确后，取出目的地址，通过查找表找到想要发送的输出端口地址，然后将该包发送出去。多个环节的光-电转换会造成较大的转换时延，影响业务的实时性。同时变电站电磁环境恶劣，传统的处理电信号的网络交换设备易受复杂电磁环境干扰，造成数据包丢失甚至设备故障等严重后果，需要花费很大的代价用于电磁防护。
因此，为了保证保护装置能够正确、快速反映电力系统故障和异常工作状态，并可靠地切除故障元件，保证智能变电站的可靠运行，目前一般情况设备都具有独立的SMV接口和GOOSE接口，同时过程层采用SMV网和GOOSE网物理隔离形成多个物理网，或通过报文优先级和划分VLAN的方法来保证SMV和GOOSE业务不受干扰。
但是，上述结构需要分别提供SMV报文和GOOSE报文的接口，进行其各自的转换，提高了系统的复杂性。
因此，需要提供一种变电站过程层报文共网共口传输系统。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种变电站过程层报文共网共口传输系统。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其改进之处在于：所述系统包括通过边缘预处理设备连接间隔层和过程层的过程层网络；所述过程层网络包括基于全光交换技术的全光交换机。
进一步的，所述边缘预处理设备用于处理光分组包并调度波长。
进一步的，所述边缘预处理设备包括依次连接的第一光电/电光转换模块、报文预处理模块、第二光电/电光转换模块和光复用/光解复用器；
所述第一光电/电光转换模块连接过程层或间隔层的设备，所述光复用/光解复用器连接过程层网络。
进一步的，所述第一光电/电光转换模块包括光电转换模块一和电光转换模块一；
所述第二光电/电光转换模块包括光电转换模块二和电光转换模块二；
所述光复用/光解复用器包括光复用和光解复用器。
进一步的，所述边缘预处理设备的光电转换模块一接收所述间隔层或过程层的业务报文；
所述报文预处理模块根据所述业务报文提取报文头，根据所述报文头进行业务识别，确定所述业务报文的目的地址、报文类型、波长和包长，根据所述目的地址、报文类型和包长生成光分组头；
所述报文预处理模块根据所述波长确定输出端口，将所述光分组头发送到相应的电光转换模块二；
所述电光转换模块二根据所述光分组头和所述业务报文形成光分组包，按不同波长将其发送的所述光分组包发送至所述光复用器；
所述光复用器将所述光分组包发送至所述过程层的全光交换机。
进一步的，当所述边缘预处理设备接收所述过程层网络的业务报文，所述边缘预处理设备依次通过所述光解复用器、光电转换模块二、报文预处理模块和电光转换模块一反向分解。
进一步的，所述光解复用器接收所述过程层的全光交换机发送的光分组包；
所述光电转换模块二按不同波长接收所述光解复用器发送的所述光分组包，将所述光分组包分解为光分组头和业务报文；
所述报文预处理模块接收所述光分组头，根据所述光分组头中的波长选择输出端口，删除光分组头，将所述业务报文发送至所述电光转换模块一；
所述电光转换模块一接收所述业务报文，通过不同接口发送至所述间隔层或过程层的设备。
进一步的，所述报文预处理模块通过FPGA实现。
进一步的，所述全光交换机包括控制单元及依次连接的光解复用器、光缓存单元、光交换矩阵和光复用器；
所述解复用器将不同波长上的光分组包送入不同的光交换电路，经过光缓存单元发送到光交换矩阵，所述光交换矩阵实现光交换功能；交换后的光分组包通过所述光复用器输出复用至光纤上；
所述控制单元根据光分组包提取光分组头，并控制所述光缓存单元和所述光交换矩阵。
进一步的，所述报文类型包括GOOSE报文和SMV报文；
通过所述边缘预处理模块和所述全光交换机实现GOOSE报文和SMV报文共网传输并且完全物理隔离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的系统采用全光交换技术，通过边缘预处理设备实现了变电站过程层GOOSE和SMV报文共网共口传输，避免了通信网络各个节点上的多次光-电转换。
2、本发明提供的系统中，边缘预处理设备无需接收完完整的数据包，只需接收业务报文的报头即可提取目的地址、报文类型及包长，生成光分组头，从而业务报文的时延不会因包长不同而发生抖动。
3、本发明提供的系统中，全光交换机只需接收完光分组头即可提取目的地址及包长，控制交换矩阵，完成光分组包直通交换，具有高实时性同时也不会因包长不同而发生时延抖动。
4、本发明提供的系统具有高实时性、高可靠性、低功耗和业务物理隔离功能，可以为构建智能变电站站内一体化高速通信网络方案提供技术支撑，具有实际应用价值。
5、本发明提供的系统可以解决带宽、实时性、可靠性等问题，满足电力数据通信网的业务需求，有效指导电力数据通信网大规模建设和性能提升，保证电力数据通信网建设健康持续发展。
6、本发明提供的系统还可用于石化、钢铁等其他工业控制领域，提供数据采集、状态监测、系统控制等业务数据的安全隔离功能，提升工业控制网络性能，具有很好的产业化前景。
7、本发明提供的系统可以应用在数据中心、高性能计算、高频交易等依靠大带宽、低延迟、高可靠的数据通信网络支撑的应用场合，充分发挥全光交换高性能、高可靠的技术优势，经济效益显著。
附图说明
图1为本实施例中变电站过程层报文共网共口传输系统结构图；
图2为本实施例中边缘预处理功能框图；
图3为本实施例中全光交换机交换流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，图1为本实施例中变电站过程层报文共网共口传输系统结构图；所述系统包括通过边缘预处理设备连接间隔层和过程层的过程层网络；所述过程层网络包括基于全光交换技术的全光交换机。
过程层网络通过边缘预处理设备过程层，通过边缘预处理设备和全光交换机实现GOOSE报文和SMV报文共网共口的传输。
全光交换，指光信号在通信网络中不经过任何光-电转换，直接由输入端交换到不同的输出端，可以避免通信网络各个节点上的多次光-电转换，使通信网络不再受制于电子器件本身存在的带宽和功耗等缺陷造成的“电子瓶颈”现象，大幅提升通信网络带宽和实时性，降低网络设备功耗；同时，全光交换技术具有天然的抗电磁干扰能力，能可靠应用与电磁环境恶劣的电力通信领域。
如图2所示，图2为本实施例中边缘预处理功能框图；边缘预处理设备用于处理光分组并调度波长。
边缘预处理设备包括依次连接的第一光电/电光转换模块、报文预处理模块、第二光电/电光转换模块和光复用/光解复用器。
所述报文预处理模块用于完成报文类型识别、光分组头生成、光分组头提取、输出端口选择及将网络中收到的光分组包的包头删除，仅将数据包(即业务报文)发送到设备等。
所述报文预处理模块通过FPGA实现报文的识别及光分组的组装和解包，使得报文在设备内的时延最小。
所述第一光电/电光转换模块连接过程层或间隔层的设备，所述光复用/光解复用器连接过程层网络。
依次连接的第一光电/电光转换模块、报文预处理模块、第二光电/电光转换模块和光复用/光解复用器可进行双向信号处理。
所述第一光电/电光转换模块、第二光电/电光转换模块均包括光电转换模块和电光转换模块。根据不同转换需求采用不同的模块。
其中，第一光电/电光转换模块包括光电转换模块一和电光转换模块一。所述第二光电/电光转换模块包括光电转换模块二和电光转换模块二。
所述光复用/光解复用器包括光复用和光解复用器，根据不同的需求选用不同的器件。
边缘预处理具体处理过程如下：
当所述边缘预处理设备接收所述间隔层和过程层的业务报文时，由所述光电转换模块一接收所述业务报文；
所述报文预处理模块根据所述业务报文提取报文头，根据报文头进行业务识别，确定所述业务报文的目的地址、报文类型、波长和包长，根据所述目的地址、报文类型和包长生成光分组头；
报文预处理模块根据波长选择不同的输出端口，即选择输入到不同的电光转换模块二；
所述光转换模块二根据接收到的光分组头和业务报文形成光分组包；
不同的电光转换模二将光分组包在各自的波长上发送到光复用/光解复用器，光复用/光解复用器中的光复用器将所述光分组包在不同波长发送至所述过程层的全光交换机。
当所述边缘预处理设备接收所述过程层网络的业务报文，根据所述光复用/光解复用器、第二光电/电光转换模块、报文预处理模块和第一光电/电光转换模块完成反向分解。
当所述边缘预处理设备接收所述过程层网络的业务报文，根据所述光解复用器、第二光电转换模块、报文预处理模块和第一电光转换模块完成反向分解，将数据包发送至设备。
具体包括以下步骤：
所述光解复用器接收所述过程层的全光交换机发送的光分组包；
所述光电转换模块二按不同波长接收所述光解复用器发送的所述光分组包，将所述光分组包分解为光分组头和业务报文；
所述报文预处理模块接收所述光分组头，根据所述光分组头中的波长选择输出端口，删除光分组头，将所述业务报文发送至所述电光转换模块一；
所述电光转换模块一接收所述业务报文，通过不同接口发送至所述间隔层或过程层的设备。
如图3所示，图3为本实施例中全光交换机交换流程图；所述全光交换机包括控制单元和依次连接的光解复用器、光交换电路、光缓存单元、光交换矩阵和光复用器；所述控制单元从所述光交换电路上的光分组包中提取光分组头。
控制单元对光分组头进行分析处理，确定各个分组的目的端口、到达时间、优先级别和通过节点所需的时间，控制光缓存单元缓存报文解决报文的冲突和竞争问题，控制光交叉连接矩阵建立光通路完成交换功能。
所述解复用器将不同波长上的光分组包送入不同的光交换电路，经过光缓存单元根据光分组头控制所述光交换矩阵，实现光交换功能；交换后的光分组包通过光复用器输出复用至光线上。
通过所述边缘预处理模块和所述全光交换机实现GOOSE报文和SMV报文共网传输并且完全物理隔离。
例如，图2中SMV通过波长λ1、GOOSE通过波长λ2传输，λ3作为备用通道，实现了GOOSE和SMV报文的共口传输。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述系统包括通过边缘预处理设备连接间隔层和过程层的过程层网络；所述过程层网络包括基于全光交换技术的全光交换机。
2.如权利要求1所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述边缘预处理设备用于处理光分组包并调度波长。
3.如权利要求2所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述边缘预处理设备包括依次连接的第一光电/电光转换模块、报文预处理模块、第二光电/电光转换模块和光复用/光解复用器；
所述第一光电/电光转换模块连接过程层或间隔层的设备，所述光复用/光解复用器连接过程层网络。
4.如权利要求2所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述第一光电/电光转换模块包括光电转换模块一和电光转换模块一；
所述第二光电/电光转换模块包括光电转换模块二和电光转换模块二；
所述光复用/光解复用器包括光复用和光解复用器。
5.如权利要求4所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述边缘预处理设备的光电转换模块一接收所述间隔层或过程层的业务报文；
所述报文预处理模块根据所述业务报文提取报文头，根据所述报文头进行业务识别，确定所述业务报文的目的地址、报文类型、波长和包长，根据所述目的地址、报文类型和包长生成光分组头；
所述报文预处理模块根据所述波长确定输出端口，将所述光分组头发送到相应的电光转换模块二；
所述电光转换模块二根据所述光分组头和所述业务报文形成光分组包，按不同波长将其发送的所述光分组包发送至所述光复用器；
所述光复用器将所述光分组包发送至所述过程层的全光交换机。
6.如权利要求4所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：当所述边缘预处理设备接收所述过程层网络的业务报文，所述边缘预处理设备依次通过所述光解复用器、光电转换模块二、报文预处理模块和电光转换模块一反向分解。
7.如权利要求6所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述光解复用器接收所述过程层的全光交换机发送的光分组包；
所述光电转换模块二按不同波长接收所述光解复用器发送的所述光分组包，将所述光分组包分解为光分组头和业务报文；
所述报文预处理模块接收所述光分组头，根据所述光分组头中的波长选择输出端口，删除光分组头，将所述业务报文发送至所述电光转换模块一；
所述电光转换模块一接收所述业务报文，通过不同接口发送至所述间隔层或过程层的设备。
8.如权利要求4所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述报文预处理模块通过FPGA实现。
9.如权利要求2所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述全光交换机包括控制单元及依次连接的光解复用器、光缓存单元、光交换矩阵和光复用器；
所述解复用器将不同波长上的光分组包送入不同的光交换电路，经过光缓存单元发送到光交换矩阵，所述光交换矩阵实现光交换功能；交换后的光分组包通过所述光复用器输出复用至光纤上；
所述控制单元根据光分组包提取光分组头，并控制所述光缓存单元和所述光交换矩阵。
10.如权利要求4所述的一种变电站过程层报文共网共口传输系统，其特征在于：所述报文类型包括GOOSE报文和SMV报文；
通过所述边缘预处理模块和所述全光交换机实现GOOSE报文和SMV报文共网传输并且完全物理隔离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160325 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: China Electric Power Research Institute Applicant after: State Grid Smart Grid Institute Applicant after: STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER COMPANY Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: China Electric Power Research Institute Applicant before: STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER COMPANY |
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: China Electric Power Research Institute Applicant after: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION RESEARCH INSTITUTE Applicant after: STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER COMPANY Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: China Electric Power Research Institute Applicant before: State Grid Smart Grid Institute Applicant before: STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER COMPANY |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |