[發(fā)明專利]基于FPGA的智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴處理模塊及解決方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410309256.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN104065587B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白世軍;金猛;石楠;陳凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)西電電氣股份有限公司
• 主分類號(hào): H04L12/813
• 分類號(hào): H04L12/813;H04L12/823
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 蔡和平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體為一種基于FPGA的智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴處理模塊及其解決方法。

背景技術(shù)

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，而智能變電站最常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是“三層兩網(wǎng)”組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，三層包括站控層、間隔層和過程層；兩網(wǎng)包括過程層網(wǎng)和站控層網(wǎng)。隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能變電站全站信息數(shù)字化，通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化已成為我國(guó)建設(shè)智能化變電站新的要求，同時(shí)，越來越多的IED(Intelligent Electronic Device)開始接入網(wǎng)絡(luò)。其中通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化在給智能變電站帶來數(shù)據(jù)的充分共享優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也對(duì)智能變電站的可靠運(yùn)行帶來很大影響，其中影響最大的就是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)-合并單元智能終端裝置集成測(cè)試方案》測(cè)試規(guī)范，對(duì)智能變電站中IED在網(wǎng)絡(luò)壓力檢驗(yàn)方面提出了相應(yīng)的要求，各個(gè)IED均必須在任何網(wǎng)絡(luò)壓力沖擊下，IED均不應(yīng)出現(xiàn)死機(jī)、重啟和誤動(dòng)。當(dāng)前，IED廠家針對(duì)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，采取的方式主要有：硬件過濾和增大網(wǎng)卡緩沖區(qū)及提高應(yīng)用層處理速度；其中硬件過濾只能濾除背景流量為非訂閱目的MAC地址的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，對(duì)于訂閱目的MAC地址但非訂閱類型網(wǎng)絡(luò)報(bào)文不能濾除；如2013年6月第3期的《現(xiàn)代電力》第30卷中的“智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴測(cè)試研究”，提出的對(duì)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴進(jìn)行硬件過濾和風(fēng)暴識(shí)別，由目的MAC地址判斷網(wǎng)絡(luò)報(bào)文是否存在風(fēng)暴，如果連續(xù)出現(xiàn)風(fēng)暴則一直停止接收?qǐng)?bào)文，這樣會(huì)造成IED丟失部分有效報(bào)文直接導(dǎo)致裝置拒動(dòng)。增大網(wǎng)卡緩沖區(qū)及提高應(yīng)用層處理速度只能針對(duì)較小背景流量的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，對(duì)于1％～100％遞增的背景流量報(bào)文，裝置可能出現(xiàn)死機(jī)、重啟或者誤動(dòng)，從而危害整個(gè)智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴解決方法無法滿足國(guó)家電網(wǎng)提出的新要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種在物理層對(duì)接收到的以太網(wǎng)報(bào)文進(jìn)行快速解析過濾，無需緩存，能夠?qū)崟r(shí)處理的基于FPGA的智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴處理模塊及其解決方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的基于FPGA的智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴解決方法，將物理層芯片通過設(shè)置在FPGA中的接收控制模塊與上層程序連接；接收控制模塊包括接收控制狀態(tài)機(jī)、訂閱報(bào)文解析判斷模塊、接收字節(jié)計(jì)數(shù)模塊和CRC校驗(yàn)?zāi)K；接收字節(jié)計(jì)數(shù)模塊包括字節(jié)計(jì)數(shù)器和幀間隔計(jì)數(shù)器；所述網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴解決方法包括如下步驟，

1)接收控制模塊將從物理層芯片接收到的2位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀和2位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀有效信號(hào)分別分配給接收控制狀態(tài)機(jī)和CRC校驗(yàn)?zāi)K，并接收從上層程序下配的配置信息分配到訂閱報(bào)文解析判斷模塊；

2)無2位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)，接收控制狀態(tài)機(jī)停留在空閑狀態(tài)；當(dāng)接收控制狀態(tài)機(jī)偵測(cè)到2位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中的前導(dǎo)碼0x5d時(shí)，接收控制狀態(tài)機(jī)將進(jìn)入前導(dǎo)碼識(shí)別，開始接收前序碼后，接收控制狀態(tài)機(jī)進(jìn)入幀起始符狀態(tài)，接收一個(gè)字節(jié)的幀起始定界符，之后根據(jù)幀間計(jì)數(shù)器的值進(jìn)入不同狀態(tài)；

當(dāng)幀間計(jì)數(shù)器所確定的時(shí)間大于或等于96個(gè)比特時(shí)間時(shí)，接收控制狀態(tài)機(jī)將接收到的2位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀組裝為8位數(shù)據(jù)幀，并循環(huán)接收組裝直到報(bào)文數(shù)據(jù)接收完畢后進(jìn)入空閑狀態(tài)；

當(dāng)幀間計(jì)數(shù)器所確定的時(shí)間小于96個(gè)比特時(shí)間時(shí)，接收控制狀態(tài)機(jī)將進(jìn)入丟棄狀態(tài)，并一直維持該狀態(tài)直到2位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀有效信號(hào)結(jié)束，接收控制狀態(tài)機(jī)再回到空閑等待接收新的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀；

3)接收控制狀態(tài)機(jī)將在步驟2)中接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)的狀態(tài)信息和接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)共享給接收字節(jié)計(jì)數(shù)模塊；通過字節(jié)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度，并判斷接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是否滿足在最小幀長(zhǎng)度和最大幀長(zhǎng)度之間，如果滿足則置相應(yīng)的判斷信號(hào)為無效，保留該報(bào)文數(shù)據(jù)；如果不滿足則置相應(yīng)的判斷信號(hào)為有效，丟棄該幀報(bào)文數(shù)據(jù)；同時(shí)將判斷信號(hào)輸出共享給接收控制模塊和訂閱報(bào)文解析判斷模塊；

通過幀間隔計(jì)數(shù)器檢測(cè)接收到的數(shù)據(jù)幀與前一幀數(shù)據(jù)之間的最小幀間隔，如果最小幀間隔時(shí)間小于96個(gè)比特時(shí)間，則置相應(yīng)的判斷信號(hào)為有效，丟棄該報(bào)文數(shù)據(jù)；如果不滿足則置相應(yīng)的判斷信號(hào)為無效，保留該幀報(bào)文數(shù)據(jù)；同時(shí)將判斷信號(hào)輸出共享給接收控制模塊和接收控制狀態(tài)機(jī)；