CN110855580A - 一种站内继电保护业务镜像处理方法及交换设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种站内继电保护业务镜像处理方法及交换设备。首先利用数据处理单元的输入外端口，接收从交换设备的输入端口输入的报文；然后将输入的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出，对输入的报文进行镜像监视；最后进行动态延时功能处理，以得到输出的报文并传输至数据处理单元的输出外端口，最终以从交换设备的输出端口输出。本发明改变交换设备的镜像功能实现方式，由交换芯片实现的镜像功能修改为由数据处理单元来实现，能够在增加动态延时功能的同时，保证镜像端口镜像功能的正确性，以便实现高精度的无损端口镜像和同源录波监视。

Description

一种站内继电保护业务镜像处理方法及交换设备

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种站内继电保护业务镜像处理方法及交换设备。

背景技术

端口镜像(port Mirroring)功能指通过通信交换设备(交换机或路由器)将一个或多个源端口的数据流量转发到某一个指定端口来实现对网络的监听，指定端口称之为“镜像端口”或“目的端口”，在不严重影响源端口正常吞吐流量的情况下，可以通过镜像端口对网络的流量进行监控分析。在企业中用镜像功能，可以很好地对企业内部的网络数据进行监控管理，在网络出故障的时候，可以快速地定位故障。

从系统可靠性考虑，为解决变电站继电保护业务依赖外部时钟同步(目前站内使用GPS进行时钟同步，在数据源和设备层面均存在安全风险)，电力行业提出了通信链路延时测算技术，用于测算继电保护业务通信在传输过程中所耗费的通信延时，该技术广泛应用于变电站业务通信和数据交换设备中。

继电保护业务延时测算技术对SV报文、GOOSE报文传输的实时性、可还原性要求比较严格。经过过程层交换机的传输通道，要能保留并恢复发送端的原始时间信息，供后端处理设备实时还原，这就需求在SV报文、GOOSE报文中增加动态延时时间的体现。在相关标准中，动态延时时间的位置字段占用报文Reserved1和Reserved2字段。为了实现动态延时功能，则必须如图1所示，对SV、GOOSE报文进行处理，在入口方向把系统时间戳存入到报文Reserved1和Reserved2字段，重新计算报文的校验码；出口方向则把报文中的时间戳和当前时间戳比较从而计算出报文在交换机的交换芯片(图2中的交换矩阵)中的动态延时时间值并重新存入到报文Reserved1和Reserved2字段，并更新报文的校验码。在使用端口镜像功能实现端口数据监视和业务报文录波时，通过交换芯片内置的镜像功能来实现。以SV报文为例，便会出现如图2所示的端口镜像缺陷。需说明的是，图2中的“添加时间戳”、“计算动态延时”功能的实现是由交换矩阵来实现的。

如图2所示，构建一条从端口1输入到端口2输出的SV报文数据流，配置端口3为镜像端口，捕获端口1的输入。镜像端口对应的端口3输出的正确的SV报文数据应该是和端口1输入的SV报文原始数据一致的，即应该Reseved1＝0x0000，Reseved2＝0x0000，而采用以太网芯片内部逻辑获取入口镜像数据，得到的是示意图中的Reseved1＝0x0000，Reseved2＝0x0B24，显然是与原始数据不一致。也就是说，由于携带了报文传输延时信息，导致业务报文在出入通信交换设备时报文发生了改变，直接导致了原有的数据报文录波、镜像监视数据不一致，端口镜像功能不正确，不能准确反映报文情况，给站内数据录波、网络管理、报文分析带来了困扰。

发明内容

本发明提供了一种站内继电保护业务镜像处理方法及交换设备，用以解决在通信交换设备中因增加继电保护业务报文的交换延时累加功能后引起的交换芯片的镜像端口的镜像功能不正确的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案和有益效果为：

本发明的一种站内继电保护业务镜像处理方法，包括如下步骤：

1)利用数据处理单元的输入外端口，接收从交换设备的输入端口输入的报文；

2)将输入的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出，对输入的报文进行镜像监视；

3)将输入的报文传输至交换设备中的交换芯片进行交换处理，并在入、出交换芯片时刻进行打时间戳处理，根据两个时间戳的时间计算出报文在交换芯片中的延时时间，并在报文中填充上该延时时间得到输出的报文，将输出的报文传输至数据处理单元的输出外端口，以从交换设备的输出端口输出。

本发明的一种交换设备，包括输入端口、输出端口和镜像端口；还包括数据处理单元和交换芯片，所述数据处理单元和交换芯片之间通信连接；

所述数据处理单元包括输入外端口、输出外端口和镜像端口；所述数据处理单元用于实现如下方法步骤：1)利用其输入外端口，接收从交换设备的输入端口输入的报文；2)将输入的报文复制至其镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出，对输入的报文进行镜像监视；3)将其输出外端口接收的报文输出，以从交换设备的输出端口输出；

所述交换芯片用于：对输入的报文进行交换处理；

所述交换芯片或者所述数据处理单元还用于：在入、出交换芯片时刻进行打时间戳处理，根据两个时间戳的时间计算出报文在交换芯片中的延时时间，并在报文中填充上该延时时间得到输出的报文，并将输出的报文传输至数据处理单元的输出外端口。

其有益效果：本发明改变交换设备的镜像功能实现方式，由交换芯片实现的镜像功能修改为由数据处理单元来实现。使用数据处理单元时，能够在增加动态延时功能的同时，在数据处理单元接收到输入的报文后，直接将输入的报文传输至镜像端口，保证镜像端口镜像功能的正确性，解决了在通信交换设备中使能动态延时功能后导致的镜像端口镜像功能的缺陷，以便实现高精度的无损端口镜像和同源录波监视。

作为方法的进一步改进，步骤3)中，还包括将输出的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出的步骤。

作为方法的进一步改进，步骤3)中，在入交换芯片时刻进行打时间戳处理之前，还包括通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文的判断步骤。

作为方法的进一步改进，在所述判断步骤之前，还包括对输入的报文进行校验的步骤。

作为方法的进一步改进，在出交换芯片时刻进行打时间戳处理之后，还包括通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文的步骤。

作为交换设备的进一步改进，所述数据处理单元还用于：将输出的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出。

作为交换设备的进一步改进，所述数据处理单元还用于：在入交换芯片时刻进行打时间戳处理之前，通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文。

作为交换设备的进一步改进，所述数据处理单元还用于：在出交换芯片时刻进行打时间戳处理之后，通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文。

作为交换设备的进一步改进，所述数据处理单元为FPGA。

附图说明

图1是现有技术的动态延时方法原理示意图；

图2是现有技术的镜像端口的镜像功能实现的原理图；

图3是本发明的镜像端口的镜像功能实现的原理图；

图4是本发明的SV报文输入输出镜像路径示意图。

具体实施方式

交换设备实施例1：

该实施例提供了一种交换设备(交换机、路由器等)，如图3所示，该系统包括数据处理单元、交换芯片和管理单元。管理单元对数据处理单元和交换芯片进行配置管理。数据处理单元，可为FPGA，所有的FE或者GE光电接口都从该数据处理单元引出，实现动态延时功能和镜像功能。交换芯片(交换矩阵)用于数据交换处理。图3中的端口1、端口2和端口3均为交换设备对外的物理形态的接口(FE接口或GE接口)。其中，数据处理单元FPGA中的镜像转发为该实施例的关键，下面具体介绍。

通过如图3所示的交换设备，可实现一种站内继电保护业务镜像处理方法。下面采用对该方法进行具体的介绍，以相应说明该交换设备所实现的功能。

下面以输入SV报文为例，来对该方法进行详细说明。

步骤一，在FPGA中，按照管理单元的配置情况，建立一个或者多个镜像表项，每个镜像表项至少包括如下信息：

表1

步骤二，如图3所示，从端口1输入一条SV报文，通过管理单元进行配置，使之只能在端口2输出这条报文，端口3在不开启镜像功能的情况下无法收到该条报文。在FPGA中配置一条镜像表项，镜像端口为端口3(OutPort＝3)，输入监视端口(简称输入端口)为端口1(InPorts＝0x00000001)，输出监视端口(简称输出端口)为端口2(OutPorts＝0x00000002)，同时开启FPGA的动态延时功能。

步骤三，端口1输入的SV报文默认的Reseved1和Reseved2字段值都为0x0，经过PHY后从FPGA的外端口1进入FPGA。

步骤四，对这条SV报文的CRC校验码进行校验，判断是否校验正确，若校验不正确则丢弃，若校验正确，则交由镜像模块进行处理。

步骤五，由于使能了外端口3(FPGA的镜像端口)的输入监视功能，此时镜像模块把该SV报文直接复制一份从外端口3发送出去。

步骤六，同时，判断该SV报文的以太网类型是否为0x88BA(SV报文)或者是0x88B8(GOOSE报文)：若为SV报文或者GOOSE报文(由于该实施例中以SV报文为例，故该处为若为SV报文)，则将该SV报文交由FPGA中的动态延时模块进行打时间戳处理，如图4中的箭头①所示，处理完毕后，此时SV报文中的Reseved1和Reseved2字段值被填充上了系统当前时间戳值，再从FPGA的内端口1发送至交换芯片的内端口1；否则如图4中的箭头②所示，直接从FPGA的内端口1发送至交换芯片的内端口1。

步骤七，SV报文从交换芯片的内端口1进入交换芯片后，按通用的数据转发规则对SV报文进行交换处理，并通过交换芯片的内端口2输出，从FPGA的内端口2又进入到FPGA，此时，FPGA中的动态延时模块再对SV报文进行打时间戳处理，以便后续计算SV报文在交换芯片中的延时时间。

步骤八，SV报文进入FPGA后，先判断该报文的以太网类型是否为0x88BA(SV报文)或者是0x88B8(GOOSE报文)：若为SV报文或者GOOSE报文，若为SV报文或者GOOSE报文，则如图4中的箭头③所示，利用两次时间戳的时间，进行动态延时计算，以SV报文在交换芯片中的延时时间，处理完后，SV报文中的Reseved1和Reseved2字段值被填充上了延时时间值，以得到输出的SV报文，再进入镜像模块处理；否则如图4中的箭头④所示，直接交由镜像模块处理。

步骤九，进入镜像模块后，由于使能了镜像端口的输出监视，此时镜像模块将输出的SV报文复制一份直接从外端口3发送出去，同时，将该SV报文从外端口2发送出去，经过PHY后从端口2发出。

这样从端口3发出去的报文便和端口1的输入报文以及端口2的输出报文保持完全一致，以便实现高精度的无损端口镜像和同源录波监视。

交换设备实施例2：

在实施例1中，FPGA实现了两项功能，包括动态延时功能和镜像功能。镜像功能为直接将输入的SV报文和输出的SV报文复制至镜像端口以实现高精度的无损端口镜像和同源录波监视。动态延时功能为进行打时间戳处理，以便计算出SV报文在交换芯片中的延时时间。在该实施例中，镜像功能仍旧由FPGA来实现，但动态延时功能不再由FPGA来实现，与现有技术中一样，仍旧由交换芯片来实现。

方法实施例：

该实施例提供了一种站内继电保护业务镜像处理方法，该方法已在交换设备实施例1和交换设备实施例2中做了详细介绍，这里不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种站内继电保护业务镜像处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用数据处理单元的输入外端口，接收从交换设备的输入端口输入的报文；

2)将输入的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出，对输入的报文进行镜像监视；

3)将输入的报文传输至交换设备中的交换芯片进行交换处理，并在入、出交换芯片时刻进行打时间戳处理，根据两个时间戳的时间计算出报文在交换芯片中的延时时间，并在报文中填充上该延时时间得到输出的报文，将输出的报文传输至数据处理单元的输出外端口，以从交换设备的输出端口输出。

2.根据权利要求1所述的站内继电保护业务镜像处理方法，其特征在于，步骤3)中，还包括将输出的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出的步骤。

3.根据权利要求1所述的站内继电保护业务镜像处理方法，其特征在于，步骤3)中，在入交换芯片时刻进行打时间戳处理之前，还包括通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文的判断步骤。

4.根据权利要求3所述的站内继电保护业务镜像处理方法，其特征在于，在所述判断步骤之前，还包括对输入的报文进行校验的步骤。

5.根据权利要求1所述的站内继电保护业务镜像处理方法，其特征在于，步骤3)中，在出交换芯片时刻进行打时间戳处理之后，还包括通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文的步骤。

6.一种交换设备，其特征在于，包括输入端口、输出端口和镜像端口；还包括数据处理单元和交换芯片，所述数据处理单元和交换芯片之间通信连接；

所述数据处理单元包括输入外端口、输出外端口和镜像端口；所述数据处理单元用于实现如下方法步骤：1)利用其输入外端口，接收从交换设备的输入端口输入的报文；2)将输入的报文复制至其镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出，对输入的报文进行镜像监视；3)将其输出外端口接收的报文输出，以从交换设备的输出端口输出；

所述交换芯片用于：对输入的报文进行交换处理；

所述交换芯片或者所述数据处理单元还用于：在入、出交换芯片时刻进行打时间戳处理，根据两个时间戳的时间计算出报文在交换芯片中的延时时间，并在报文中填充上该延时时间得到输出的报文，并将输出的报文传输至数据处理单元的输出外端口。

7.根据权利要求6所述的交换设备，其特征在于，所述数据处理单元还用于：将输出的报文复制至数据处理单元的镜像端口，以从交换设备的镜像端口输出。

8.根据权利要求6所述的交换设备，其特征在于，所述数据处理单元还用于：在入交换芯片时刻进行打时间戳处理之前，通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文。

9.根据权利要求8所述的交换设备，其特征在于，所述数据处理单元还用于：在出交换芯片时刻进行打时间戳处理之后，通过判断报文的以太网类型确定其为SV报文或GOOSE报文。

10.根据权利要求6～8任一项所述的交换设备，其特征在于，所述数据处理单元为FPGA。

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