[發(fā)明專利]一種基于FPGA的智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸性能監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410770913.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN104486153B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈文;鄧輝;王瑋;吳軍民;張剛;黃在朝;黃輝;陳磊;吳鵬;劉川;陶靜;王小波;郭靜;郭雅娟;喻強(qiáng);姚啟桂;于海;虞躍;張?jiān)鋈A;王向群;李春龍;孫曉艷;于鵬飛;陳偉;任杰;黃治;李偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;中國(guó)電力科學(xué)研究院;全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H04L12/26
• 分類號(hào): H04L12/26
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能變電站過(guò)程層通信中的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸性能監(jiān)測(cè)方法，具體講涉及一種基于FPGA的智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸性能監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

新一代智能變電站目標(biāo)，智能變電站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)用情況及2013年新一代智能變電站的研究及實(shí)施進(jìn)展，要求進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，增強(qiáng)運(yùn)維檢修能力。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用“共網(wǎng)共口(接入設(shè)備采用一個(gè)物理端口傳輸SV、GOOSE、MMS報(bào)文至統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò))”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效減少交換機(jī)數(shù)量。“共網(wǎng)共口”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具有識(shí)別業(yè)務(wù)報(bào)文的能力，網(wǎng)絡(luò)可按業(yè)務(wù)報(bào)文類型和業(yè)務(wù)報(bào)文屬性設(shè)置優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，能夠確保關(guān)鍵應(yīng)用和時(shí)間要求高的業(yè)務(wù)報(bào)文優(yōu)先進(jìn)行傳輸。根據(jù)不同業(yè)務(wù)的特點(diǎn)分析，通過(guò)交換資源分配，優(yōu)先級(jí)算法優(yōu)化，控制延時(shí)抖動(dòng)在保護(hù)可接受的確定的范圍內(nèi)，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)具有識(shí)別接入設(shè)備發(fā)出的異常報(bào)文的能力，停止相應(yīng)端口的正常轉(zhuǎn)發(fā)，不讓異常報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上傳播開來(lái)，并定位異常報(bào)文的來(lái)源，上報(bào)告警信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備狀態(tài)信息采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模，將通信網(wǎng)絡(luò)管理納入智能變電站統(tǒng)一監(jiān)控管理體系，變電站監(jiān)控系統(tǒng)可直接獲取通信網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)的狀態(tài)信息，如端口狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)流量分析等。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于FPGA的智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸性能監(jiān)測(cè)方法，該方法通過(guò)FPGA對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膱?bào)文進(jìn)行記錄，在過(guò)程層交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)：鏈路鏈接狀態(tài)；帶寬占用狀態(tài)；網(wǎng)路異常診斷，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，增強(qiáng)運(yùn)維檢修能力。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種基于FPGA的智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸性能監(jiān)測(cè)方法，其改進(jìn)之處在于，在智能變電站過(guò)程層的MAC層和交換芯片之間設(shè)有FPGA；所述方法包括下述步驟：

(1)發(fā)送端報(bào)文在MAC層封裝成幀時(shí)預(yù)留報(bào)文的標(biāo)記位；

(2)接收端收到報(bào)文并下發(fā)至FPGA的緩存區(qū)；

(3)FPGA檢查接收緩存區(qū)，有報(bào)文的即讀取幀的標(biāo)記位并處理；

(4)報(bào)文在FPGA的緩存區(qū)處理完后，發(fā)送至交換芯片。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，發(fā)送端報(bào)文包括變電站GOOSE報(bào)文和SV報(bào)文；所述步驟(2)中，接收端收到GOOSE和SV報(bào)文，進(jìn)入交換芯片的MAC端之前下發(fā)至FPGA的緩存區(qū)；所述步驟(3)中，F(xiàn)PGA檢查接收緩存區(qū)，有GOOSE和SV報(bào)文即讀取幀的標(biāo)記位并處理，采用FPGA硬件記錄和讀取報(bào)文信息；報(bào)文在FPGA端處理完后，發(fā)送至交換芯片的MAC端。

進(jìn)一步地，GOOSE和SV報(bào)文進(jìn)入交換芯片的MAC端之前監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)性能、監(jiān)測(cè)鏈路連接狀態(tài)、監(jiān)測(cè)帶寬占用狀態(tài)、監(jiān)測(cè)端口轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包和誤碼以及診斷網(wǎng)絡(luò)異常。

進(jìn)一步地，通過(guò)FPGA監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)性能包括：FPGA在報(bào)文發(fā)送時(shí)在報(bào)文中加入時(shí)間信息，在報(bào)文到達(dá)目的地址時(shí)計(jì)算當(dāng)前時(shí)間與報(bào)文入端口的時(shí)間信息之差，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)；設(shè)定網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)閾值，在實(shí)時(shí)延時(shí)超過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)閾值時(shí)，封裝報(bào)警信息，并上傳至網(wǎng)管端。

進(jìn)一步地，通過(guò)FPGA監(jiān)測(cè)鏈路連接狀態(tài)包括：

所述FPGA建立報(bào)文中入端口連接狀態(tài)監(jiān)控，監(jiān)控端口連接或斷開信息，在端口鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，封裝報(bào)警信息，并上傳至網(wǎng)管端。

進(jìn)一步地，通過(guò)FPGA監(jiān)測(cè)帶寬占用狀態(tài)包括：通過(guò)記錄在時(shí)間T內(nèi)接收?qǐng)?bào)文M與發(fā)送報(bào)文包數(shù)量N，以及報(bào)文的幀長(zhǎng)S，計(jì)算已占用接收端和發(fā)送端帶寬B_r和B_t：

接收端帶寬占用：B_r＝(M*S)/T①；

發(fā)送端寬帶占用：B_t＝(N*S)/T②。

進(jìn)一步地，通過(guò)FPGA監(jiān)測(cè)端口轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)包括：在轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)在forward與block之間或forward與discard之間變化時(shí)，封裝報(bào)警信息，并上傳至網(wǎng)管端。

進(jìn)一步地，通過(guò)FPGA監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包和誤碼包括：統(tǒng)計(jì)丟包數(shù)，并計(jì)算丟包率；同時(shí)統(tǒng)計(jì)誤碼數(shù)，計(jì)算誤碼率，設(shè)定丟包率閾值和誤碼率閾值，當(dāng)丟包率超過(guò)設(shè)定丟包閾值或誤碼率超過(guò)設(shè)定誤碼率閾值時(shí)，封裝報(bào)警信息，并上傳至網(wǎng)管端。

進(jìn)一步地，通過(guò)鏈路連接狀態(tài)、端口轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)及帶寬占用狀態(tài)判斷交換機(jī)是否有業(yè)務(wù)報(bào)文傳入及數(shù)據(jù)流是否正常，在通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，診斷是否為交換機(jī)故障，進(jìn)而診斷網(wǎng)絡(luò)異常。