[發(fā)明專利]一種陣列式系統同步測控網絡架構

有效

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• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111884750B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 顏朝鵬;張劍;溫旭輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04Q11/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種陣列式系統同步測控網絡架構，其特征在于，所述的測控網絡架構為包含一個樹根、若干子樹根與眾多葉節(jié)點的三層樹型網絡結構，一個樹根與全部子樹根直接連接，所有的子樹根之間無連接，任何一個子樹根至少與一個葉節(jié)點連接，任何一個葉節(jié)點只能與一個子樹根連接，同屬一個子樹根的所有葉節(jié)點之間無連接，屬于不同子樹根的葉節(jié)點之間也無連接，葉節(jié)點不與樹根連接；一臺遠離測控對象的一級測控服務器為樹根，一級測控服務器所在層級為測控核心層；靠近測控對象的二級測控服務器為子樹根，一臺二級測控服務器為一個子樹根，所有二級測控服務器所在層級為現場測控層；測控對象即陣列式系統中的設備為葉節(jié)點，一臺設備為一個葉節(jié)點，所有葉節(jié)點所在層級為設備層；連接于同一臺二級測控服務器的所有測控對象為一組；測控核心層、現場測控層和設備層之間通過基于光纖通信的數據同步網與信號同步網級聯；一級測控服務器通過相互獨立的可同步并行通信的多條SERDES總線通過光纖與所有的二級測控服務器連接，每臺二級測控服務器通過相互獨立的可同步并行通信的多條SERDES總線通過光纖與其對應的設備連接，通過上述連接方式構成數據同步網；一級測控服務器輸出同源的IO信號通過光纖送至所有的二級測控服務器，二級測控服務器輸出同源的IO信號通過光纖送至其對應的所有設備，通過上述連接方式構成信號同步網；一級測控服務器與所有二級測控服務器之間的光纖長度相等，任一二級測控服務器與該二級測控服務器連接的所有測控對象即陣列式系統中的設備之間的光纖長度相等；

所述的測控核心層由一臺一級測控服務器構成；該測控服務器包括一臺一級嵌入式工控機、一塊PXI板卡和一臺一級同步控制器；一級同步控制器通過光纖與PXI板卡連接，PXI板卡插在一級嵌入式工控機箱內，通過PXI接口與一級嵌入式工控機連接；一級嵌入式工控機由嵌入式工控機箱即主機、顯示器、鍵盤、鼠標組成，用于實現狀態(tài)及過程顯示、人機交互功能；PXI板卡實現光接口與PXI接口的轉換；一級同步控制器由FPGA板卡、SFP光模塊、低頻光纖發(fā)送器組成，用于實現對所有的二級測控服務器的同步控制；FPGA板卡選用帶有ARM內核的基于片上系統的FPGA作為主控芯片；ARM內核執(zhí)行與陣列系統功能相關的算法、監(jiān)控現場測控層中所有二級測控服務器運行狀態(tài)、故障二級測控服務器的切出、高級數據校驗算法、誤碼重發(fā)進程管理功能，統籌所有現場測控層中二級測控服務器的工作狀態(tài)；現場可編程門陣列實現通信、邏輯、IO輸出功能，進行數據交互、簡單數據校驗；當三層樹型網絡結構中有N臺二級測控服務器時，N的取值范圍由陣列式系統分組的實際情況及一級同步控制器選用的FPGA的最大收發(fā)器數量共同決定，且陣列式系統的分組數量至少比所選型號FPGA收發(fā)器數量少1個；一級同步控制器上的FPGA板卡配置出N+1路相互獨立并能夠并行運行的SERDES接口，其中N路SERDES接口經SFP光模塊光電轉換后，通過光纖與N臺二級測控服務器連接，剩余一路SERDES接口經SFP光模塊光電轉換后，通過光纖與PXI板卡連接；同時，一級同步控制器上的FPGA板卡配置出N路同源的IO信號，經低頻光纖發(fā)送器轉換后，通過光纖與N臺二級測控服務器連接；

所述的現場測控層由N臺二級測控服務器構成；每臺測控服務器包括一臺二級嵌入式工控機、一塊PXI板卡和一臺二級同步控制器；二級同步控制器通過光纖與PXI板卡連接，PXI板卡插在二級嵌入式工控機箱內，通過PXI接口與二級嵌入式工控機連接；二級嵌入式工控機由嵌入式工控機箱即主機、顯示器、鍵盤、鼠標組成，用于實現狀態(tài)及過程顯示、人機交互功能；PXI板卡實現光接口與PXI接口的轉換；二級同步控制器由FPGA板卡、SFP光模塊、低頻光纖發(fā)送器、低頻光纖接收器組成，用于實現對與該二級測控服務器相連的所有設備的同步控制、數據處理與上傳；FPGA板卡選用帶有ARM內核的基于片上系統的FPGA作為主控芯片；ARM內核執(zhí)行實時性要求高的與陣列系統功能相關的算法、監(jiān)控設備層中所有設備運行狀態(tài)、高級數據校驗算法、誤碼重發(fā)進程管理功能，統籌設備層中所有設備的工作狀態(tài)；現場可編程門陣列實現通信、邏輯、IO輸出功能，進行數據交互、簡單數據校驗；當二級測控服務器有X個設備時，X的取值范圍由陣列式系統分組后每組設備的實際數量及二級同步控制器選用的FPGA的最大收發(fā)器數量共同決定，每組設備的實際數量至少比所選型號FPGA收發(fā)器數量少2個；FPGA板卡配置X+2路相互獨立并可并行運行的SERDES接口，其中X路SERDES接口經SFP光模塊光電轉換后，通過光纖與X臺設備連接，一路SERDES接口經SFP光模塊光電轉換后，通過光纖與一級測控服務器連接，另一路SERDES接口經SFP光模塊光電轉換后，通過光纖與PXI板卡連接；配置出X路同源的IO輸出信號，經低頻光纖發(fā)送器轉換后，通過光纖與X臺陣列式系統中的設備連接；配置出一路IO輸入信號，接收經過低頻光纖接收器轉換后的來自一級測控服務器發(fā)出的IO輸出信號；

所述的設備層由所述陣列式系統內的所有設備組成；所述的設備由設備控制器和通信接口板組成；設備控制器預留總線接口和IO輸入接口；通信接口板由總線接口、IO輸出接口、FPGA、SFP光模塊、低頻光纖接收器組成；通信接口板內，總線接口與FPGA連接，FPGA又與SFP光模塊連接，IO輸出接口與低頻光纖接收器連接；通信接口板的總線接口與設備控制器預留的總線接口連接；通信接口板的IO輸出接口與設備控制器預留的IO輸入接口連接；通信接口板的總線接口與設備控制器預留的總線接口必須為相同的通信協議，總線接口可以是CAN、SPI、I2C、323、422、485中的任何一個，由設備控制器實際預留接口決定，通信接口板上的總線接口協議由通信接口板上FPGA配置出；通信接口板上的FPGA配置出一路SERDES接口與SFP光模塊連接；FPGA實現通信接口板與設備控制器之間的低速數據與高速SERDES協議數據互相轉換；SFP光模塊通過光纖與該設備對應的二級測控服務器連接；低頻光纖接收器接收來自二級測控服務器下發(fā)的IO信號，光電轉換后直接與通信接口板的IO接口連接。