CN105119775A - 一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其方法是通过计算以太网报文在物理层接口模块、通讯控制模块和通讯处理模块等环节造成的累计时延,在通讯控制模块中植入时延测量子模块,完成各环节的时延计算,并对报文在通讯控制处理过程中造成的累计时延进行补偿。时延测量子模块通过自适应的方式识别链路速度,并计算物理层接口模块的发送和接收处理时延,同时在报文进入时延测量子模块时将报文携带的时延标记减去接收时标,在报文离开时延测量模块时将时延标记加上发送时标,同时补偿报文在物理层接口模块中的发送和接收处理时延。本发明的方法对以太网报文在通讯过程中的全路径累计时延进行补偿,提高了时延测量精度。
Description
技术领域
本发明专利涉及通信控制领域,其涉及的是提高以太网报文传输时延测量精度的方法,具体而言,涉及以太网报文在通讯控制处理过程中的传输时延补偿技术。
背景技术
智能变电站的建设和发展以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,智能二次设备的性能越来越依赖于通信网络的可靠性。以采样值传输为例,作为智能变电站中智能二次设备的基础数据,采样值的同步性是影响电力二次设备性能的关键因素之一。采样值的传输方式主要包括点对点方式和组网方式,点对点方式能很好的实现多路数据间的同步,但难以实现采样值的网络化共享;组网方式下,采样值信息转换为以太网报文传输可全站共享,但受网络传输时间不确定因素影响,以太网报文在通讯控制和处理过程中会产生时延,且该时延具有随机性和不确定性,如果测量不准确难以保证采样同步精度,从而造成电力二次设备的拒动或误动。
发明内容
发明目的:为了解决上述问题,本发明提供一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,通过计算以太网报文在物理层接口模块、通讯控制模块和通讯处理模块等环节造成的累计时延,在通讯控制模块中植入时延测量子模块,完成各环节的时延计算,并对报文在通讯控制处理过程中造成的累计时延进行补偿,解决了以太网报文传输时延抖动的不确定和随机性问题,且时延补偿覆盖报文全路径范围,时延测量精度达到亚微秒级。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其特征在于,所述方法包括:
1.1补偿物理层接口模块的接收处理时延T1;
1.2补偿通讯控制模块和通讯处理模块的控制处理时延T2;
1.3补偿物理层接口模块的发送处理时延T3。
优选的,所述方法1.1和1.3中所补偿的时延T1和T3与以太网的链路速度有关,通讯控制模块中的时延测量子模块通过自适应的方式识别链路速度,并对发送和接收处理时延进行针对性补偿。
优选的,所述方法1.2中所补偿的时延T2为报文在通讯控制模块和通讯处理模块中的总传输时延,可以认为通讯控制模块后端无论增加多少环节,通过如下方法均可准确获取T2的值。
步骤1:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片接收报文时,在检测到报文的Preamble头的第一字节0x55时使用统一时钟打时间戳TS1;
步骤2:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片发送报文时,在发送报文的Preamble头的第一字节0x55时使用统一时钟打时间戳TS2;
步骤3:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片将TS2减去TS1得到时延T2的准确值。
优选的,本方法中通讯控制模块的时延测量子模块每次都在报文的Preamble头的第一个字节0x55就开始打时间戳,并且发送和接收的时间戳都来自统一的时钟源。
优选的,本方法在通讯控制模块的时延测量子模块中对以太网报文控制处理的全路径累计时延进行补偿,具体为将时延T1、T2、T3进行累加,再将时延累加值和报文中的时延标记相加,之后对报文的原时延标记进行改写,重新计算CRC值后将报文对外发送。
优选的,本方法通过GPS模块和高精度时钟模块为通讯控制模块的时延测量子模块生成时间戳提供精准的本地时钟源。
本发明提供的一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,对以太网报文在通讯控制处理过程中的全路径累计时延进行补偿,报文时延测量精度达亚微秒级,解决了以太网报文传输时延抖动的不确定和随机性问题,提高了以太网报文传输的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的报文全路径累计时延示意图;
图2为本发明的时延测量子模块接受报文时获取时延T2的流程图;
图3为本发明的时延测量子模块缓存报文时获取时延T2的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法中的报文全路径累计时延示意图;本发明一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其是通过计算以太网报文在物理层接口模块、通讯控制模块和通讯处理模块等环节造成的累计时延,在通讯控制模块中植入时延测量子模块,完成各环节的时延计算,并对报文在通讯控制处理过程中造成的累计时延进行补偿。时延测量子模块通过自适应的方式识别链路速度,并计算物理层接口模块的发送和接收处理时延,同时对以太网报文进行监视,在报文进入时延测量子模块时将报文携带的时延标记减去接收时标,在报文离开时延测量模块时将时延标记加上发送时标,同时补偿报文在物理层接口模块中的发送和接收处理时延。本发明的方法对以太网报文在通讯过程中的全路径累计时延进行补偿,提高了时延测量精度。
本方法包括:补偿物理层接口模块的接收处理时延T1、补偿通讯控制模块和通讯处理模块的控制处理时延T2和补偿物理层接口模块的发送处理时延T3。
时延T1和T3均和以太网的链路速度有关,通讯控制模块中的时延测量子模块通过自适应的方式识别链路速度,根据10/100/1000的不同模式自动补偿以太网报文在物理层接口模块中串并转换和编码转换的时延,其中10M速率条件下,时延T1约等于400ns,100M速率下T1约等于40ns,1000M速率下T1约等于8ns;
参见图2和图3,时延T2的获取方法,包含如下步骤:
步骤1:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片接收报文时,在检测到报文的Preamble头的第一字节0x55时使用统一时钟打时间戳TS1;
步骤2:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片发送报文时,在发送报文的Preamble头的第一字节0x55时使用统一时钟打时间戳TS2;
步骤3:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片将TS2减去TS1得到时延T2的准确值。
优选的,时延测量子模块每次都在报文的Preamble头的第一个字节0x55就开始打时间戳,并且发送和接收的时间戳都来自统一的时钟源;
优选的,通讯控制模块的时延测量子模块将时延T1、T2、T3进行累加,再将时延累加值和报文中的时延标记相加,之后对报文的原时延标记进行改写,重新计算CRC值后将报文对外发送。
优选的,本方法通过GPS模块和高精度时钟模块为时延测量子模块在计算时延T2生成时间戳时提供精准的本地时钟源。
通过上述实施例,本发明对以太网报文在通讯控制处理过程中的全路径累计时延进行补偿,报文时延测量精度达亚微秒级,解决了以太网报文传输时延抖动的不确定和随机性问题,提高了以太网报文传输的稳定性和可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其特征在于,所述方法是通过计算以太网报文在物理层接口模块、通讯控制模块和通讯处理模块的环节造成的累计时延,在通讯控制模块中植入时延测量子模块,完成各环节的时延计算,并对报文在通讯控制处理过程中造成的累计时延进行补偿;所述方法具体步骤包括:
(1)补偿物理层接口模块的接收处理时延T1;在通讯控制模块中植入时延测量子模块,通讯控制模块中的时延测量子模块通过自适应的方式识别链路速度,并对发送处理时延T1进行补偿;
(2)补偿通讯控制模块和通讯处理模块的控制处理时延T2;所补偿的时延T2为报文在通讯控制模块和通讯处理模块中的总传输时延,通讯控制模块准确获取控制处理时延T2的值的方法如下:
步骤1:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片接收报文时,在检测到报文的Preamble(前导码)头的第一字节0x55时使用统一时钟打时间戳TS1;
步骤2:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片发送报文时,在发送报文的Preamble头的第一字节0x55时使用统一时钟打时间戳TS2;
步骤3:通讯控制模块的时延测量子模块通过FPGA芯片将TS2减去TS1得到时延T2的准确值;
(3)补偿物理层接口模块的发送处理时延T3;通讯控制模块中的时延测量子模块通过自适应的方式识别链路速度,并对接收处理时延T3进行补偿;
(4)对以太网报文控制处理的全路径累计时延进行补偿;在通讯控制模块的时延测量子模块中对以太网报文控制处理的全路径累计时延进行补偿,具体为将时延T1、T2、T3进行累加,再将时延累加值和报文中的时延标记相加,之后对报文的原时延标记进行改写,重新计算CRC值后将报文对外发送。
2.根据权利要求1所述的一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,通讯控制模块的时延测量子模块每次都在报文的Preamble头的第一个字节0x55就开始打时间戳,并且发送和接收的时间戳都来自统一的时钟源。
3.根据权利要求1所述的一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其特征在于,所述步骤(4)中,时延测量子模块对以太网报文进行监视,在报文进入时延测量子模块时将报文携带的时延标记减去接收时标,在报文离开时延测量模块时将时延标记加上发送时标。
4.根据权利要求1所述的一种提高以太网报文传输时延测量精度的方法,其特征在于,所述通讯控制模块的时延测量子模块生成时间戳的本地时钟源为GPS模块和高精度时钟模块提供。
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