一種用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法
2023-09-21 20:33:25 3
專利名稱：一種用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法
技術領域：
本發明屬於電力系統技術領域，涉及一種智能終端設備，特別涉及到智能變電站的終端設備的乙太網數據發送時延優化方案。
背景技術：
當前電網發展的主流方向是建立智能電網，要求一次設備數位化，二次設備網絡化。所以數位技術，特別是數字硬體平臺在電網中的作用日益突出。其中，二次設備的數字硬體平臺具有非常重要的兩個功能一、接收過程層網絡的控制指令或繼電保護裝置的控制指令，並驅動相對應的出口迴路完成對一次設備的控制功能，並具備防誤操作的功能；二、採樣一次設備位置信號、報警信號等實時數據，通過GOOSE服務發布至過程層網絡。所以，乙太網報文的發送高效性，成為了智能變電站的核心解決問題。在智能變電站中，由於發送的報文種類很多，主要包括SV，GOOSE等等，不同的報文包含的信息內容也不相同，其緊急程度也不相同。有些報文可能只含有查詢信息，對發送時間要求很低，對於發送延時並不敏感；而有些報文，可能會包含一些重要緊急的信息，對時延響應要求非常苛刻，需要在很短的時間內發送，並要求對端設備接收和響應。此時，報文發送的實時性和非實時性形成了矛盾，實時性要求不高的報文可能影響實時性非常高的報文的實時發送，從而導致關鍵信息的傳輸時延不確定，降低了智能變電站通信響應時間，甚至影響系統性能。傳統的智能電網設備，對於報文發送隊列處理，如圖1所示，採用排隊原則，即發送的順序是按照報文接收的順序執行，無法區分報文的優先級。不論重要報文有多麼緊急，都需要按照隊列順序發送，往往增加了緊急報文的等待時延，無法實時性要求高的報文及時發送，無法優化報文的發送時延。
發明內容
本發明的目的在於解決智能變電站中乙太網發送時延優化的問題。優化後，保證緊急報文優先發送，非緊急報文滯後發送，從而合理配置了乙太網的發送資源。為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案。—種用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法，所述智能變電站智能終端設備的乙太網通信架構採用CPU加FPGA的形式，其中，CPU做數據處理，FPGA實現接口和數據管理；其特徵在於，所述方法包括以下步驟(I)CPU上層軟體將待發送乙太網數據包的優先級進行評定，制定乙太網數據包的優先級等級表；(2) CPU上層軟體將乙太網數據包原始數據和與其對應的乙太網數據包的優先等級表一同發送給CPU底層軟體； (3) CPU底層軟體將乙太網數據包原始數據和與其對應的乙太網數據包的優先等級表一同發送給可編程陣列FPGA ；(4) FPGA中的解包模塊接收到CPU發送的乙太網數據包和優先等級表後，進行解包操作，將解析出的數據包存入包原始數據存儲空間，將其對應的乙太網數據包的等級表中相應的等級控制字存入優先級列表中；(5) FPGA中的發包控制模塊在啟動發送程序時，首先查詢優先級列表有效的等級信息，查找出優先級最高的數據包信息；(6)所述發包控制模塊根據最高優先級數據包的位置信息，觸發讀取該包數據，數據從包原始數據存儲空間中輸出發送到MAC ；(7)重複步驟(5)和(6)再次查找下一個優先級最高的數據包信息，由發包模塊觸發讀取該包數據，數據從包原始數據存儲空間中輸出發送到MAC。本發明的有益效果在於(I)根據軟體應用的需求，細化乙太網數據內容，區分乙太網發送的實時性要求；(2)提出乙太網數據包發送等級評定規則，優化乙太網發送時延質量；(3)採用優化軟體處 理的方法，提升重要數據包的發送實時性，降低了發送時延，同時引入任何硬體改動帶來的成本增加。
圖1為傳統的智能電網設備報文發送隊列處理流程圖；圖2為本申請用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法流程圖；圖3為數據包與優先級控制字排列方式；圖4為數據包與優先級控制字排列方式；圖5為FPGA操作模塊示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖，對本發明的技術方案做進一步詳細說明。如圖1所示為傳統的智能電網設備報文發送隊列處理流程圖。傳統的智能電網設備，對於報文發送隊列處理，如圖1所示，採用排隊原則，即發送的順序是按照報文接收的順序執行，無法區分報文的優先級。不論重要報文有多麼緊急，都需要按照隊列順序發送，往往增加了緊急報文的等待時延，無法實時性要求高的報文及時發送，無法優化報文的發送時延。為克服圖1所示的現有技術中傳統的智能電網設備報文發送隊列處理流程的缺陷，本申請公開了一種用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法，其流程如附圖2所示，包括以下步驟步驟1、CPU上層軟體將待發送乙太網數據包的優先級進行評定，制定乙太網數據包的優先級等級表；步驟2、CPU上層軟體將數據包原始數據和與其對應的乙太網數據包的等級表一同發送給CPU底層軟體，發送排列方式如圖3所示，可以以太數據包在前，與其對應的優先級列表在後；或者，如圖4所示，可以本包數據優先級列表在前，與其以太數據包在後；步驟3、CPU底層軟體將數據包原始數據和與其對應的乙太網數據包的等級表一同發送給FPGA ；步驟4、FPGA中的解包模塊接收到CPU發送的乙太網數據包和等級表後，進行解包操作，將解析出的數據包存入包原始數據存儲空間，將其對應的乙太網數據包的等級表中相應的等級控制字存入優先級列表中；步驟4-7可參見說明書附圖5。步驟5、FPGA中的發包控制模塊在啟動發送程序時，首先查詢優先級列表有效的等級信息，查找出優先級最高的數據包信息；步驟6、所述發包控制模塊根據最高優先級數據包的位置信息，觸發讀取該包數據，數據從包原始數據存儲空間中輸出發送到MAC。步驟7、重複步驟(5)和(6)再次查找下一個優先級最高的數據包信息，由發包模塊觸發讀取該包數據,數據從包原始數據存儲空間中輸出發送到MAC。本發明申請人結合說明書附圖對本發明的實施例做了詳細的說明與描述，但是本領域技術人員應該理解，以上實施例僅為本發明的優選實施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發明精神，而並非對本發明保護範圍的限制，相反，任何基於本發明的發明精神所作的任何改進 或修飾都應當落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法，所述智能變電站智能終端設備的乙太網通信架構採用CPU加FPGA的形式，其中，CPU做數據處理，FPGA實現接口和數據管理；其特徵在於，所述方法包括以下步驟 (1)CPU上層軟體將待發送乙太網數據包的優先級進行評定，制定乙太網數據包的優先級等級表； (2)CPU上層軟體將乙太網數據包原始數據和與其對應的乙太網數據包的優先等級表一同發送給CPU底層軟體； (3)CPU底層軟體將乙太網數據包原始數據和與其對應的乙太網數據包的優先等級表一同發送給可編程陣列FPGA ； (4)FPGA中的解包模塊接收到CPU發送的乙太網數據包和優先等級表後，進行解包操作，將解析出的數據包存入包原始數據存儲空間，將其對應的乙太網數據包的等級表中相應的等級控制字存入優先級列表中； (5)FPGA中的發包控制模塊在啟動發送程序時，首先查詢優先級列表有效的等級信息，查找出優先級最高的數據包信息； (6 )所述發包控制模塊根據最高優先級數據包的位置信息，觸發讀取該包數據，數據從包原始數據存儲空間中輸出發送到MAC ； (7)重複步驟(5)和(6)再次查找下一個優先級最高的數據包信息，由發包模塊觸發讀取該包數據，數據從包原始數據存儲空間中輸出發送到MAC。
全文摘要
一種用於智能變電站智能終端設備的乙太網發送時延優化方法，所述智能變電站智能終端設備的乙太網通信架構採用CPU加FPGA的形式，其中，CPU做數據處理，FPGA實現接口和數據管理。在本發明中CPU上層軟體對待發送的乙太網數據進行優先級評定，由CPU下層軟體將乙太網數據以及優先等級表發送至FPGA，FPGA根據優選等級，將數據包按照高優先級優先的原則，向MAC發送數據。本發明優化乙太網發送時延質量，提升了重要數據包的發送實時性，降低了其發送時延。
文檔編號H04L12/865GK103067305SQ20121057177
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者楊志濤, 胡炯, 徐剛, 徐萬方, 劉濤, 周濤 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司