CN113259789A - 一种电力数据转发终端及转发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电力数据转发终端，包括SOC核心处理模块、时延敏感接口模块以及外围接口模块，所述时延敏感接口模块以及外围接口模块均与SOC核心处理模块相连，本发明通过对电力生产场景中时延敏感业务和非时延敏感业务识别区分，对不同的业务类型采用不同的数据转发方法，充分利用时延敏感功能的优势，可显著提升调控效果和效率，从而大幅降低成本，并且针对电力业务的通信需求，进行了统一数据转发终端开发，使得统一数据转发终端对电力业务设备具有更好的适配性。

Description

一种电力数据转发终端及转发方法
技术领域
本发明属于数据通信技术领域，尤其涉及一种电力数据转发终端及转发方法。
背景技术
电网生产作业中产生大量对通信的实时性、可靠性有着严格要求的业务，如继电保护、安稳控制、智能变电站、配电自动化、分布式能源协调控制、精准负荷控制以及实时音视频通信等。而现有传统以太网的尽力而为、非实时性特点不能满足电网数据采集和管理控制方面的要求，当前传统以太网主要采用轻载的方式应用于工业生产场景，从而以牺牲通信容量为代价提供有限的实时性和可靠性。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种电力数据转发方法，能够提高电力系统中时延敏感性数据的转发实时性。
本发明所采用的技术方案如下：
第一方面，提供了一种电力数据转发终端，包括SOC核心处理模块、时延敏感接口模块以及外围接口模块，所述时延敏感接口模块以及外围接口模块均与SOC核心处理模块相连。
结合第一方面，进一步的，所述外围接口模块支持RS232接口、USB3.0接口、SD卡接口、IEEE1588接口、IEEE1722接口以及PCIE3.0接口。
结合第一方面，进一步的，所述时延敏感接口模块支持以太网电接口、千兆以太网光接口以及以太网光电混合接口。
结合第一方面，进一步的，所述时延敏感接口模块支持802.1Qav协议、802.1Qat协议、Qcc协议、802.1AS协议、802.1Qbu、802.3br协议、802.1Qbv协议以及802.1Qci协议。
结合第一方面，进一步的，还包括时间同步模块、监控管理模块以及电源模块。
结合第一方面，进一步的，所述电源管理模块支持18V～72V DC电压输入，能够输出5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.0V、0.6V电压。
第二方面，提供了一种电力数据转转发方法，包括：
对所需转发的数据报文进行识别，对其进行优先级设定；
根据所需转发的数据报文的优先级对报文进行转发。
结合第二方面，进一步的，所述对所需转发的数据报文进行识别，对其进行优先级设定具体为：
首先，根据报文所属业务判断其时延敏感性，根据时延敏感性设定其第一优先级；
在第一优先级相同情况下，对所需转发的数据报文长短进行识别，设定其第二优先级，根据报文长度分为长、中和短三级，报文长度越短其第二优先级越高；
在报文长度和报文所属业务均相同的情况下，识别其VLAN ID设定其第三优先级，VLAN ID越小的其第三优先级越高；第一优先级高于第二优先级，第二优先级高于第三优先级。
结合第二方面，进一步的，所述根据所需转发的数据报文的优先级对报文进行转发具体为：
当电力数据转发终端接收到数据报文时首先判断其第一优先级，对于第一优先级高的数据先转发；对于第一优先级相同的情况再判断其第二优先级，对于第二优先级高的数据先转发；对于第一、二优先级均相同的情况再判断其第三优先级，对于第三优先级高的数据先转发。
结合第二方面，进一步的，在低优先级数据发送的过程中，若有高优先级数据需要发送，则高优先级数据通过抢占方式立即发送。
结合第二方面，进一步的，所述根据报文所属业务判断其时延敏感性，根据时延敏感性设定其第一优先级具体为：设定若干第一优先级，将不同业务的数据与不同的第一优先级进行映射，对于没有映射到第一优先级的数据采用严格优先级算法对其发送次序进行排列。
有益技术效果：本发明通过对电力生产场景中时延敏感业务和非时延敏感业务识别区分，对不同的业务类型采用不同的数据转发方法，充分利用时延敏感功能的优势，可显著提升调控效果和效率，从而大幅降低成本，并且针对电力业务的通信需求，进行了统一数据转发终端开发，使得统一数据转发终端对电力业务设备具有更好的适配性。
附图说明
图1位本发明中电力数据转发终端数据转发终端组网结构示意图；
图2为图1本发明中时延敏感数据帧处理流程图；
图3为本发明中电力数据转发终端的数据转发流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-3，本发明所提供了一种电力数据转发终端(统一数据转发终端)，包括：
SOC核心处理模块、带时延敏感功能的接口模块(即时延敏感接口模块)、外围接口模块、DDR4存储器、FLASH存储器、监控管理模块、时间同步模块、电源管理模块以及时钟模块。
其中，带时延敏感功能的接口模块支持千兆以太网电接口，千兆以太网光接口，千兆以太网光电混合COMBO接口，百兆以太网电接口。支持802.1Qav协议保证时间敏感流量的转发和排队；支持802.1Qat和Qcc协议为时间敏感流量预留部分带宽资源；支持802.1AS协议提供时间同步机制；支持802.1Qbu和802.3br协议帧抢占功能；支持802.1Qbv协议实现时间门控调度；支持802.1Qci协议实现流的过滤和计量。
外围接口模块可支持RS232接口、USB3.0接口、SD卡接口、IEEE1588接口、IEEE1722接口、PCIE3.0接口等。
电源模块通过保护电路后接入装置内部，模块支持18V～72V DC宽压输入，可输出标准5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.0V、0.6V等二次电源。模块连接于SOC核心处理模块、带时延敏感功能的接口模块、外围接口模块、DDR4存储器、FLASH存储器、监控管理模块、时间同步模块以及时钟模块，并为这些功能模块电路供电。
SOC核心处理模块通过监控管理模块完成对自身正常运行的管理和维护，包括温度监控、功率监控、实时时钟、看门狗，电子标签，开机设置EEPROM等。
SOC核心模块支持采用RS232接口、RS485接口、USB接口、LAN口等外围接口模块，完成统一数据转发终端与外界的数据和命令交互。
SOC核心处理模块通过IEEE1588和IEEE1722时钟同步模块实现IEEE802.1AS协议，为系统提供基准时间。
FLASH存储器、DDR4存储器和SOC核心处理模块用于数据交互和数据存储。
SOC核心处理模块通过高速总线与带时延敏感功能的接口模块进行通信。
数据转发的主要流程如下：
首先根据用户账号管理进行权限分配，用户依据分配的权限不同获得不同的系统资源，完成相应的数据转发业务。
对转发的数据业务进行业务识别，可以涵盖电力发输变配用所有使用场景，包括不限于继电保护、智能变电站、配电自动化、分布式能源协调控制、精准负荷控制等。
判断数据业务对时延是否敏感，如果是时延敏感业务则发送给基于时间敏感功能的流量调度转发管理模块处理，否则发给无时延要求流量转发模块处理时间敏感功能的流量调度转发管理模块和无时延要求流量转发模块均为带时延敏感功能的业务模块的内部模块。
当电力数据(SV、Goose报文)通过终端转发时，首先要确定其优先级，主通过报文中的VID(VLAN ID)、PRI和Length字段实现，首先我们确定报文的第一先级，通过PRI(其中包含业务类型标识)字段实现，我们设定若干第一优先级(A、B、C、D、E、F、G、H七级，0～7为业务种类)，将不同业务的数据与不同的第一优先级进行映射(时延敏感性数据)，如表1所示，对于没有映射到第一优先级的数据(非时延敏感性数据)采用严格优先级算法对其发送次序进行排列。
在第一优先级相同情况下，对所需转发的数据报文长短(Length)进行识别，设定其第二优先级，根据报文长度分为长、中和短三级，短报文安排在内部时延控制最高优先级队列，中安排在次高优先级队列，长报文优先级最低。报文短、中、长的划分依据实际业务需要，如长度小于100字节为短、100～800字节为中、800字节以上为长。
在报文长度和报文所属业务均相同的情况下，识别其VLAN ID(VID)设定其第三优先级，VLAN ID越小的其第三优先级越高；第一优先级高于第二优先级，第二优先级高于第三优先级。
当电力数据转发终端接收到数据报文时首先判断其第一优先级，对于第一优先级高的数据先转发；对于第一优先级相同的情况再判断其第二优先级，对于第二优先级高的数据先转发；对于第一、二优先级均相同的情况再判断其第三优先级，对于第三优先级高的数据先转发。
表1 Vlan报文优先级和内部时延控制优先级映射方法
Figure BDA0003066400410000051
统一数据转发终端根据接收到的指令进行控制操作和数据处理，并根据区分出的时延敏感业务和非时延敏感业务进行优化选择传输，充分利用带宽资源，既可以满足时延敏感流量的低时延低抖动高可靠通信，又可以满足非时延敏感流量可达性和完整性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电力数据转发终端，其特征在于，包括SOC核心处理模块、时延敏感接口模块以及外围接口模块，所述时延敏感接口模块以及外围接口模块均与SOC核心处理模块相连。
2.根据权利要求1所述的电力数据转发终端，其特征在于，所述外围接口模块支持RS232接口、USB3.0接口、SD卡接口、IEEE1588接口、IEEE1722接口以及PCIE3.0接口。
3.根据权利要求1所述的电力数据转发终端，其特征在于，所述时延敏感接口模块支持以太网电接口、千兆以太网光接口以及以太网光电混合接口。
4.根据权利要求1所述的电力数据转发终端，其特征在于，所述时延敏感接口模块支持802.1Qav协议、802.1Qat协议、Qcc协议、802.1AS协议、802.1Qbu、802.3br协议、802.1Qbv协议以及802.1Qci协议。
5.根据权利要求1所述的电力数据转发终端，其特征在于，还包括时间同步模块、监控管理模块以及电源模块。
6.根据权利要求5所述的电力数据转发终端，其特征在于，所述电源管理模块支持18V~72V DC电压输入，能够输出5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1.0V、0.6V电压。
7.一种电力数据转转发方法，其特征在于，包括：
对所需转发的数据报文进行识别，对其进行优先级设定；
根据所需转发的数据报文的优先级对报文进行转发。
8.根据权利要求7所述的电力数据转发方法，其特征在于：所述对所需转发的数据报文进行识别，对其进行优先级设定具体为：
首先，根据报文所属业务判断其时延敏感性，根据时延敏感性设定其第一优先级；
在第一优先级相同情况下，对所需转发的数据报文长短进行识别，设定其第二优先级，根据报文长度分为长、中和短三级，报文长度越短其第二优先级越高；
在报文长度和报文所属业务均相同的情况下，识别其VLAN ID设定其第三优先级，VLANID越小的其第三优先级越高；第一优先级高于第二优先级，第二优先级高于第三优先级。
9.根据权利要求7所述的电力数据转发方法，其特征在于：所述根据所需转发的数据报文的优先级对报文进行转发具体为：
当电力数据转发终端接收到数据报文时首先判断其第一优先级，对于第一优先级高的数据先转发；对于第一优先级相同的情况再判断其第二优先级，对于第二优先级高的数据先转发；对于第一、二优先级均相同的情况再判断其第三优先级，对于第三优先级高的数据先转发。
10.根据权利要求7所述的电力数据转发方法，其特征在于：在低优先级数据发送的过程中，若有高优先级数据需要发送，则高优先级数据通过抢占方式立即发送。
11.根据权利要求8所述的电力数据转发方法，其特征在于：所述根据报文所属业务判断其时延敏感性，根据时延敏感性设定其第一优先级具体为：设定若干第一优先级，将不同业务的数据与不同的第一优先级进行映射，对于没有映射到第一优先级的数据采用严格优先级算法对其发送次序进行排列。
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