一种用于智能变电站智能终端设备的以太网发送时延优化方法

1.一种用于智能变电站智能终端设备的以太网发送时延优化方法，所述智能变电站智能终端设备的以太网通信架构采用CPU加FPGA的形式，其中，CPU做数据处理，FPGA实现接口和数据管理；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)CPU上层软件将待发送以太网数据包的优先级进行评定，制定以太网数据包的优先级等级表；
(2)CPU上层软件将以太网数据包原始数据和与其对应的以太网数据包的优先级等级表一同发送给CPU底层软件；
(3)CPU底层软件将以太网数据包原始数据和与其对应的以太网数据包的优先级等级表一同发送给可编程阵列FPGA；
(4)FPGA中的解包模块接收到CPU发送的以太网数据包和优先级等级表后，进行解包操作，将解析出的数据包存入包原始数据存储空间，将其对应的以太网数据包的优先级等级表中相应的等级控制字存入优先级列表中；
(5)FPGA中的发包控制模块在启动发送程序时，首先查询优先级列表有效的等级信息，查找出优先级最高的数据包信息；
(6)所述发包控制模块根据最高优先级数据包的位置信息，触发读取该包数据，数据从包原始数据存储空间中输出发送到MAC；
(7)重复步骤(5)和(6)再次查找下一个优先级最高的数据包信息，由发包控制模块触发读取该包数据，数据从包原始数据存储空间中输出发送到MAC。

一种用于智能变电站智能终端设备的以太网发送时延优化\n方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于电力系统技术领域，涉及一种智能终端设备，特别涉及到智能变电站的终端设备的以太网数据发送时延优化方案。\n背景技术\n[0002] 当前电网发展的主流方向是建立智能电网，要求一次设备数字化，二次设备网络化。所以数字技术，特别是数字硬件平台在电网中的作用日益突出。其中，二次设备的数字硬件平台具有非常重要的两个功能：一、接收过程层网络的控制指令或继电保护装置的控制指令，并驱动相对应的出口回路完成对一次设备的控制功能，并具备防误操作的功能；\n二、采样一次设备位置信号、报警信号等实时数据，通过GOOSE服务发布至过程层网络。所以，以太网报文的发送高效性，成为了智能变电站的核心解决问题。\n[0003] 在智能变电站中，由于发送的报文种类很多，主要包括SV，GOOSE等等，不同的报文包含的信息内容也不相同，其紧急程度也不相同。有些报文可能只含有查询信息，对发送时间要求很低，对于发送延时并不敏感；而有些报文，可能会包含一些重要紧急的信息，对时延响应要求非常苛刻，需要在很短的时间内发送，并要求对端设备接收和响应。此时，报文发送的实时性和非实时性形成了矛盾，实时性要求不高的报文可能影响实时性非常高的报文的实时发送，从而导致关键信息的传输时延不确定，降低了智能变电站通信响应时间，甚至影响系统性能。\n[0004] 传统的智能电网设备，对于报文发送队列处理，如图1所示，采用排队原则，即发送的顺序是按照报文接收的顺序执行，无法区分报文的优先级。不论重要报文有多么紧急，都需要按照队列顺序发送，往往增加了紧急报文的等待时延，无法实时性要求高的报文及时发送，无法优化报文的发送时延。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于解决智能变电站中以太网发送时延优化的问题。优化后，保证紧急报文优先发送，非紧急报文滞后发送，从而合理配置了以太网的发送资源。\n[0006] 为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案。\n[0007] 一种用于智能变电站智能终端设备的以太网发送时延优化方法，所述智能变电站智能终端设备的以太网通信架构采用CPU加FPGA的形式，其中，CPU做数据处理，FPGA实现接口和数据管理；其特征在于，所述方法包括以下步骤：\n[0008] （1）CPU上层软件将待发送以太网数据包的优先级进行评定，制定以太网数据包的优先级等级表；\n[0009] （2）CPU上层软件将以太网数据包原始数据和与其对应的以太网数据包的优先等级表一同发送给CPU底层软件；\n[0010] （3）CPU底层软件将以太网数据包原始数据和与其对应的以太网数据包的优先等级表一同发送给可编程阵列FPGA；\n[0011] （4）FPGA中的解包模块接收到CPU发送的以太网数据包和优先等级表后，进行解包操作，将解析出的数据包存入包原始数据存储空间，将其对应的以太网数据包的等级表中相应的等级控制字存入优先级列表中；\n[0012] （5）FPGA中的发包控制模块在启动发送程序时，首先查询优先级列表有效的等级信息，查找出优先级最高的数据包信息；\n[0013] （6）所述发包控制模块根据最高优先级数据包的位置信息，触发读取该包数据，数据从包原始数据存储空间中输出发送到MAC；\n[0014] （7）重复步骤（5）和（6）再次查找下一个优先级最高的数据包信息，由发包模块触发读取该包数据，数据从包原始数据存储空间中输出发送到MAC。\n[0015] 本发明的有益效果在于：\n[0016] （1）根据软件应用的需求，细化以太网数据内容，区分以太网发送的实时性要求；\n[0017] （2）提出以太网数据包发送等级评定规则，优化以太网发送时延质量；\n[0018] （3）采用优化软件处理的方法，提升重要数据包的发送实时性，降低了发送时延，同时引入任何硬件改动带来的成本增加。\n附图说明\n[0019] 图1为传统的智能电网设备报文发送队列处理流程图；\n[0020] 图2为本申请用于智能变电站智能终端设备的以太网发送时延优化方法流程图；\n[0021] 图3为数据包与优先级控制字排列方式；\n[0022] 图4为数据包与优先级控制字排列方式；\n[0023] 图5为FPGA操作模块示意图。\n具体实施方式\n[0024] 下面结合说明书附图，对本发明的技术方案做进一步详细说明。\n[0025] 如图1所示为传统的智能电网设备报文发送队列处理流程图。传统的智能电网设备，对于报文发送队列处理，如图1所示，采用排队原则，即发送的顺序是按照报文接收的顺序执行，无法区分报文的优先级。不论重要报文有多么紧急，都需要按照队列顺序发送，往往增加了紧急报文的等待时延，无法实时性要求高的报文及时发送，无法优化报文的发送时延。\n[0026] 为克服图1所示的现有技术中传统的智能电网设备报文发送队列处理流程的缺陷，本申请公开了一种用于智能变电站智能终端设备的以太网发送时延优化方法，其流程如附图2所示，包括以下步骤：\n[0027] 步骤1、CPU上层软件将待发送以太网数据包的优先级进行评定，制定以太网数据包的优先级等级表；\n[0028] 步骤2、CPU上层软件将数据包原始数据和与其对应的以太网数据包的等级表一同发送给CPU底层软件，发送排列方式如图3所示，可以以太数据包在前，与其对应的优先级列表在后；或者，如图4所示，可以本包数据优先级列表在前，与其以太数据包在后；\n[0029] 步骤3、CPU底层软件将数据包原始数据和与其对应的以太网数据包的等级表一同发送给FPGA；\n[0030] 步骤4、FPGA中的解包模块接收到CPU发送的以太网数据包和等级表后，进行解包操作，将解析出的数据包存入包原始数据存储空间，将其对应的以太网数据包的等级表中相应的等级控制字存入优先级列表中；步骤4-7可参见说明书附图5。\n[0031] 步骤5、FPGA中的发包控制模块在启动发送程序时，首先查询优先级列表有效的等级信息，查找出优先级最高的数据包信息；\n[0032] 步骤6、所述发包控制模块根据最高优先级数据包的位置信息，触发读取该包数据，数据从包原始数据存储空间中输出发送到MAC。\n[0033] 步骤7、重复步骤（5）和（6）再次查找下一个优先级最高的数据包信息，由发包模块触发读取该包数据，数据从包原始数据存储空间中输出发送到MAC。\n[0034] 本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。