一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机的制作方法

1.本发明涉及通信电力技术领域，更具体的，涉及一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机。


背景技术：

2.数字电网是未来智能电网建设的方向，随着数字电网建设的不断推进，智能变电站的数字化和网络化也日渐成熟，目前智能变电站工程大量建设，电子式互感器、智能终端大量采用，电子式互感器输出的sv(采样值)报文、智能终端收发的goose(面向通用对象的变电站事件，generic object oriented substation event)报文是过程层报文的主要组成部分，为了实现信息的共享，发挥数字化的优势，过程层通过交换机来组网传输是当前数字变电站的主要应用方式。但是使用交换机也带来了一些问题。其中最主要的问题是sv报文在网络中的传输延时不确定。这是由于过程层网络中存在多路来自不同合并单元的sv报文，这些报文在网络的传输过程中会在级联网口产生排队现象，对交换机资源进行竞争，导致sv报文经过交换机传输后会引入延时，交换机传输报文的延时时间直接关系到实时性继电保护和控制设备的反应时间，关系到其动作行为的快慢和系统的安全，因而，检测交换机传输延时的指标有着重要意义。同时，在数字化变电站的数据采集与控制系统中，数字信号的采集与传输必须基于统一的时序和时钟标准，才能保证数据的准确性、实时性和有效性，因此大部分通信终端设备需要精密对时系统以完成各设备之间的同步运行，支持ieeei588高精度同步对时协议的工业以太网交换机成为了关键设备，因此在智能变电站中工业以太网交换机成为了设备互联的关键设备。


技术实现要素：

3.本发明为克服现有的电力以太网交换机无法同时支持延时可测及ieee i588高精度同步对时协议的技术缺陷，提供一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机，可同时支持延时可测及ieee i588高精度同步对时协议，更适用于智能变电站的现场应用。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机，包括管理模块、交换模块、接口模块、延时可测和校时模块；其中：所述管理模块用于对电力以太网交换机中的各个模块进行配置、监控以及人机交互功能，其与所述交换模块、接口模块、延时可测和校时模块电性连接，实现信息交互；所述交换模块与所述延时可测和校时模块电性连接，实现信息交互；所述延时可测和校时模块与所述接口模块电性连接，实现信息交互；所述所述接口模块上设置有多个网口，通过所述网口与外部以太网数据实现信息交互。
5.上述方案中，通过管理模块、交换模块、接口模块、延时可测和校时模块的设置，实现了一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机方案，使交换机的硬件设计更加简
化，降低成本的同时，还可兼容延时可测功能和ieee i588高精度同步对时协议，更能满足数字变电站中严苛的同步采样的要求。
6.其中，所述管理模块包括控制单元、人机交互单元和配置单元；其中：所述控制单元与所述人机交互单元电性连接，实现信息交互；所述控制单元与所述配置单元电性连接，实现信息交互；所述控制单元与所述交换模块、接口模块、延时可测和校时模块电性连接，实现信息交互。
7.其中，所述控制单元为cpu最小系统。
8.上述方案中，控制单元可选用arm，powerpc或单片机等作为主控cpu，外扩内存，nor flash，cpld等组成最小系统实现。同时还需要扩展输出一个百兆管理网口和一个rs232调试串口。cpu通过各种不同得总线加载nor flash、nand flash ，管理主fpga，交换芯片，phy芯片等。
9.其中，所述配置单元用于配置所述交换模块、接口模块、延时可测和校时模块。
10.其中，所述交换模块采用switch芯片实现以太网数据包交换功能。
11.上述方案中，交换模块主要就是交换芯片的选择，交换芯片选用broadcom或者marvell的千兆交换芯片，根据所需的端口数量确定具体型号，交换芯片的千兆端口同时也可以配置为输出百兆光口。
12.其中，所述接口模块采用phy芯片搭建电路作为的以太网数据输入和输出的网口。
13.上述方案中，接口模块主要时phy芯片和网络变压器以及rj45等外围电路，phy芯片选择集成度高的，业界常用的芯片即可。phy芯片挂在fpga下面，由fpga代码实现mac的功能，两者之间走的是mac和phy的接口。
14.其中，在所述延时可测和校时模块中，采用fpga来实现延时可测和ieee i588高精度同步对时协议。
15.上述方案中，延时可测和校时模块可选择xilinx或者altera的成熟fpga，根据要实现的功能计算所需的逻辑资源，确定具体型号，由于需要高精度时钟，fpga外部需要借一个恒温晶振。 fpga和switch之间是走普通的以太网接口传输数据，交换芯片有多少个网口，就对接多少个。
16.其中，对于延时可测功能，对于符合ieee802.3标准的数据裸包通过所述接口模块输入后，由所述fpga记录报文的第1个bit进入接口模块的时刻t1，将其写入sv报文内的指定位置，然后fpga将此报文送入所述交换模块交换到接口模块的输出口时，fpga记录此帧报文第1个bit从接口模块发出的时刻t2；然后fpga从报文中读出t1，计算得到此帧报文在交换机的驻留时间δt=t2
‑
t1，将此驻留延时δt写入sv报文内的指定位置,即实现了延时可测的功能。
17.其中，对于ieee i588高精度同步对时协议，通过fpga与所述管理模块配合，fpga内部包括时间标签单元和ieee协议实时时钟单元，其中时间标签单元用于对相关ieee 1588协议报文记录和标注时间标签；ieee协议实时时钟单元由外部恒温晶振提供参考时钟，进行初始化时钟和偏移量调整操作，并向外提供标准的秒脉冲时间信号。
18.上述方案中，本发明不需要专用的asic芯片，通过fpga和cpu的配合来实现延时可测功能和ieee i588高精度同步对时协议，让以太网交换机可同时兼容上述两项功能。
19.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供的一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机，通过管理模块、交换模块、接口模块、延时可测和校时模块的设置，实现了一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机方案，使交换机的硬件设计更加简化，降低成本的同时，还可兼容延时可测功能和ieee i588高精度同步对时协议，更能满足数字变电站中严苛的同步采样的要求。
附图说明
20.图1为本发明所述交换机的结构图示意图。
具体实施方式
21.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
22.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
23.实施例1如图1所示，一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机，包括管理模块、交换模块、接口模块、延时可测和校时模块；其中：所述管理模块用于对电力以太网交换机中的各个模块进行配置、监控以及人机交互功能，其与所述交换模块、接口模块、延时可测和校时模块电性连接，实现信息交互；所述交换模块与所述延时可测和校时模块电性连接，实现信息交互；所述延时可测和校时模块与所述接口模块电性连接，实现信息交互；所述所述接口模块上设置有多个网口，通过所述网口与外部以太网数据实现信息交互。
24.在具体实施过程中，通过管理模块、交换模块、接口模块、延时可测和校时模块的设置，实现了一种兼具延时可测和1588校时的电力以太网交换机方案，使交换机的硬件设计更加简化，降低成本的同时，还可兼容延时可测功能和ieee i588高精度同步对时协议，更能满足数字变电站中严苛的同步采样的要求。
25.更具体的，所述管理模块包括控制单元、人机交互单元和配置单元；其中：所述控制单元与所述人机交互单元电性连接，实现信息交互；所述控制单元与所述配置单元电性连接，实现信息交互；所述控制单元与所述交换模块、接口模块、延时可测和校时模块电性连接，实现信息交互。
26.更具体的，所述控制单元为cpu最小系统。
27.在具体实施过程中，控制单元可选用arm，powerpc或单片机等作为主控cpu，外扩内存，nor flash，cpld等组成最小系统实现。同时还需要扩展输出一个百兆管理网口和一个rs232调试串口。cpu通过各种不同得总线加载nor flash、nand flash ，管理主fpga，交
换芯片，phy芯片等。
28.更具体的，所述配置单元用于配置所述交换模块、接口模块、延时可测和校时模块。
29.更具体的，所述交换模块采用switch芯片实现以太网数据包交换功能。
30.在具体实施过程中，交换模块主要就是交换芯片的选择，交换芯片选用broadcom或者marvell的千兆交换芯片，根据所需的端口数量确定具体型号，交换芯片的千兆端口同时也可以配置为输出百兆光口。
31.更具体的，所述接口模块采用phy芯片搭建电路作为的以太网数据输入和输出的网口。
32.在具体实施过程中，接口模块主要时phy芯片和网络变压器以及rj45等外围电路，phy芯片选择集成度高的，业界常用的芯片即可。phy芯片挂在fpga下面，由fpga代码实现mac的功能，两者之间走的是mac和phy的接口。
33.更具体的，在所述延时可测和校时模块中，采用fpga来实现延时可测和ieee i588高精度同步对时协议。
34.在具体实施过程中，延时可测和校时模块可选择xilinx或者altera的成熟fpga，根据要实现的功能计算所需的逻辑资源，确定具体型号，由于需要高精度时钟，fpga外部需要借一个恒温晶振。 fpga和switch之间是走普通的以太网接口传输数据，交换芯片有多少个网口，就对接多少个。
35.更具体的，对于延时可测功能，对于符合ieee802.3标准的数据裸包通过所述接口模块输入后，由所述fpga记录报文的第1个bit进入接口模块的时刻t1，将其写入sv报文内的指定位置，然后fpga将此报文送入所述交换模块交换到接口模块的输出口时，fpga记录此帧报文第1个bit从接口模块发出的时刻t2；然后fpga从报文中读出t1，计算得到此帧报文在交换机的驻留时间δt=t2
‑
t1，将此驻留延时δt写入sv报文内的指定位置,即实现了延时可测的功能。
36.更具体的，对于ieee i588高精度同步对时协议，通过fpga与所述管理模块配合，fpga内部包括时间标签单元和ieee协议实时时钟单元，其中时间标签单元用于对相关ieee 1588协议报文记录和标注时间标签；ieee协议实时时钟单元由外部恒温晶振提供参考时钟，进行初始化时钟和偏移量调整操作，并向外提供标准的秒脉冲时间信号。
37.在具体实施过程中，本发明不需要专用的asic芯片，通过fpga和cpu的配合来实现延时可测功能和ieee i588高精度同步对时协议，让以太网交换机可同时兼容上述两项功能。
38.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。