基于硬件的变电站互感器采样值时钟透传装置及方法_2

文档序号:9618589阅读:来源:国知局
报文识别模块,用于识别交换机接收到的报文是否采样报文;
计时锁存模块,用于在任一采样报文接收完毕时和发送完毕时锁存计时器中当前时间;采样报文接收完毕时的当前时间为接收时间,采样报文发送完毕时的当前时间为发送时间。
[0022]时延计算模块,用于根据采样报文的接收时间和发送时间计算该采样报文在交换机中的时延值;
时延插入模块,用于将时延计算模块计算出的时延值插入到该采样报文的指定位置;本实施例中,采样报文预留指定位置,如,采样报文在报文的末尾预留指定位置,该预留的指定位置的时延值预设为0 ;时延插入模块将计算得出的时延值与预留的指定位置中的原时延值累加以更新该时延值;另外一些实施例中,该预留的指定位置也可以是采样报文中指定的其他任意位置;初始采样报文(指未进入过任何交换机的采样报文)预留的指定位置中,时延值均为0 ;通过在采样报文中预留指定位置插入时延的好处是,采样报文在经过交换机前后长度没有变化;且预留的指定位置可根据需要灵活配置。
[0023]报文识别模块实时检测通过交换机端口 PHY芯片的各个报文,当发现报文为变电站互感器采样报文时,在该采样报文接收完毕时(完全通过交换机端口 PHY芯片时),计时锁存模块锁存计时器的当前时间为接收时间(见图2中A点);同时,在该采样报文发送出去时,计时锁存模块同时给予监控,当该采样报文发送完毕时(采样报文完全通过交换机端口MAC时),计时锁存模块同样锁存计时器的当前时间为发送时间(见图2中B点);时延计算模块迅速根据所述接收时间及发送时间计算出该采样报文在交换机中的时延;时延插入模块则将时延计算模块计算出的时延值插入至该采样报文的指定位置。
[0024]时延字段的插入不影响采样报文的原有数据;同时,由于本时钟透传装置采用硬件协处理器实现(如FPGA或NP),因此其具有非常高的响应速度,同时,其计时锁存模块配合内置的计时器对接收时间及发送时间的锁存精度可达纳秒级。
[0025]进一步的,所述报文识别模块通过报文的以太网类型字段和/或APDU类型字段判断该报文是否采样报文。默认的,采样报文的固定位置为以太网类型字段或APDU类型字段,通过判断接收到的报文相应位置的字段值判断该报文是否采样报文,如,采样报文相应位置的以太网类型字段值为0x88BA,APDU类型字段值为0x4000 ;以采用以太网类型作为识别报文类型为例,当交换机开始接收一报文时,报文识别模块迅速确认该报文指定位置字段值是否为0x88BA,如是,则判断其为采样报文,当该采样报文接收完毕时,计时锁存模块锁存计时器时间;如否,则判断其并非采样报文,计时锁存模块不工作。
[0026]众所周知的,本领域技术人员也可以通过自定义采样报文报头或自定义指定字段字段值的方式实现对采样报文的识别;任何采用自定义采样报文报头或自定义指定字段字段值的方式实现采样报文的识别的方式同样属于发明申请技术方案的实现方式之一;而采用以太网类型字段和/或APDU类型字段对采样报文识别仅是方便本发明提供的时钟透传装置与现有采样报文格式的兼容,使得用户在不用对采样报文进行额外编辑或设置的情况下,即可使用本发明提供的时钟透传装置。
[0027]—些实施例中,所述时延计算模块在计算采样报文在交换机中的时延时,将该采样报文的发送时间减去接收收时间得出;即,采样报文在交换机中的时延=发送时间-接收时间;。
[0028]另外一些实施例中,所述计时锁存模块将采样报文的接收时间取负值;取负值的含义指:当接收时间为t时,直接将其置为_t。
[0029]所述时延计算模块在计算采样报文在交换机中的时延时,将该采样报文的发送时间与已经取负值的接收时间直接相加得出;即,采样报文在交换机中的时延=发送时间+(_接收时间);根据硬件协处理器相加运算更快的计算特性,采用先将接收时间取负值,再将发送时间与取负值的接收时间直接相加的处理方式,可以进一步提高实验计算模块的计算效率;
进一步的,所述时延插入模块在将时延值插入到采样报文中时还加入PHY补偿数据;所述PHY补偿数据为一固定值,或, 所述PHY补偿数据为跟采样报文长度成正固定比值的数据油图2中我们可以看出,采样报文的接收时间与发送时间其实均未包括采样报文在PHY芯片中的时间,因此,本实施例中,时延插入模块在计算时延值时还通过在时延值中加一固定值,或跟采样报文长度成正比的数据,以补偿采样报文在PHY芯片中的传输时间,从而使得时延值更加准确。
[0030]—些具体实施例中,当变电站网络中存在多级交换机时,将在本交换机中计算出的时延值与采样报文中的时延值累加;即当变电站网路中存在多级交换机时,互感器采样值的采样报文需要连续通过多个交换机,而在每个交换机中都会产生时间不等的时延;该采样报文在经过的第一个交换机S-寸,位于第一个交换机S:中的时延插入模块可以将时延值ATI直接插入到采样报文指定位置,此时时延字段中存储的时延值ΔΤ=ΔΤ1 ;而在其后,采样报文经过第二个交换机& (产生时延ΔΤ2)、第三个交换机S3 (产生时延ΔΤ3)乃至第N个交换机& (产生时延ΛΤΝ)时,时延插入模块采用将本交换机中的时延值与原时延字段累加的方式更新位于采样报文指定位置的时延字段,以使得采样报文指定位置的时延字段中包含的时延值是该采样报文所经过的所有交换机时的总时延值,即,当采样报文经过第二个交换机后,其时延字段值ΔΤ=ΔΤ1+ΔΤ2 ;当采样报文经过第三个交换机后,其时延字段值Α Τ= Δ Τ1+ Δ Τ2+ Δ Τ3 ;当采样报文经过第Ν个交换机后,其时延字段值ΔΤ=Δ Τ1+ Δ Τ2+ Δ Τ3+......Δ ΤΝ。
[0031]实施例2:与实施例1不同点在于,本实施例中,采样报文并不在自身中预留指定位置给时延值,而是时延插入模块直接将时延值插入到采样报文的末尾形成新的时延字段;将采样报文时延值插入到采样报文的末尾的好处是不破坏采样报文原有的校验方式(如CRC校验),同时转发延迟最小;引入抖动最小;实现简单。因保留了原有校验方式用于最终校验,提高了数据的安全性;
即当变电站网路中存在多级交换机时;该采样报文在经过的第一个交换机S-寸,其末尾不存在时延字段;因此,位于第一个交换机Si中的时延插入模块可以将时延值ΛΤ1直接插入到采样报文指定位置形成时延字段,该时延字段值ΔΤ=ΔΤ1 ;而在其后,采样报文经过第二个交换机& (产生时延ΔΤ2)、第三个交换机S3 (产生时延ΔΤ3)乃至第N个交换机SN (产生时延ΛΤΝ)时,该采样报文的指定位置已经存在时延字段,此时,时延插入模块采用将本交换机中的时延值与原时延字段累加的方式更新位于采样报文指定位置的时延字段,以使得采样报文指定位置的时延字段中包含的时延值是该采样报文所经过的所有交换机时的总时延值,即,当采样报文经过第二个交换机后,其时延字段值ΔΤ=ΔΤ1+ΔΤ2 ;当采样报文经过第三个交换机后,其时延字段值ΔΤ=ΔΤ1+ΔΤ2+ΔΤ3 ;当采样报文经过第Ν个交换机后,其时延字段值ΔΤ=ΔΤ1+ΔΤ2+ΔΤ3+……Δ ΤΝ。
[0032]即该采样报文在经过的第一个交换机SJ#,其指定位置不存在时延字段;因此,位于第一个交换机Si中的时延插入模块可以将时延值△ T1直接插入到采样报文指定位置形成时延字段,该时延字段值ΛΤ=ΔΤ1 ;而在其后,采样报文经过第二个交换机32 (产生时延ΔΤ2)、第三个交换机S3 (产生时延ΔΤ3)乃至第N个交换WSN (产生时延ΔΤΝ);每经过一个交换机,采样报文的时延字段便增加一段,当采样报文经过第二个交换机后,其时延字段值ΛΤ为ΔΤ1ΔΤ2 ;当采样报文经过第三个交换机后,其时延字段值ΔΤ*ΔΤ1ΔΤ2ΔΤ3;当采样报文经过第Ν个交换机后,其时延字段值△ Τ为Δ Τ1 △ Τ2 △ Τ3……Δ ΤΝ ;这种情况下,时延字段会随着采样报文经过的交换机的增多而越来越长,即则将在本交换机中计算出的时延与已存在的时延字段累加形成新的时延字段;这种逐级添加AT的方式使得故障具有可追溯性(但实施过程中需要保证采样原始报文长度加上增加的AT长度不能超过以太网最大帧长1518字节)。
[0033]此时,所述变电站互感器的原始采样时间由本地报文接收时间减去线路传输时延以及采样报文指定位置的时延字段记录的交换机时延得出,即根据采样报文指定位置的时延字段保存的时
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