[发明专利]变电站通信网络中报文的多级子队列分层调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及变电站通信网络交换技术，具体涉及一种变电站通信网络中报文的多级子队列分层调度方法。

背景技术

变电站通信网络信息流的实时可靠性是评价智能变电站通信网络性能的重要指标。SV报文、GOOSE报文作为继电保护、监控等应用系统实现的载体，其实时可靠性直接决定了电力系统保护控制决策的有效性。因此，提高信息流实时可靠性传输是变电站自动化系统安全稳定和可靠运行的保证。

如表1所示IEC61850对变电站自动化系统报文性能作了严格详细的规定，依据对时间的要求将报文划分为：快速报文、中速报文、低速报文、原始数据报文、文件传输功能报文、访问控制命令报文、时间同步报文七大类，不同类型报文的实时性和可靠性要求如表1所示。由于不同类型报文性能要求及重要程度存在差异，为合理利用网络资源及满足信息流性能要求，需针对不同信息流提供差异性服务。

表1不同报文性能要求

然而，目前变电站报文传输采用的交换技术仅对报文进行简单的优先级划分，无法根据报文性能要求对各类报文精细调配资源，交换过程中各发送端口由缓存映射为单一队列，所有转发信息均在此队列中排队等候转发。这种不同类型信息“公平竞争、尽力而为”的服务原则，难以在网络拥塞、广播风暴等恶劣工况下满足关键报文实时可靠性要求。

如图5所示为目前变电站通信网络交换技术的实现架构。其工作原理为：当数据包到达交换机端口时，首先由接收机将报文接收；然后由数据包解析模块对部分数据内容进行解析，在此过程中可获得数据MAC地址、优先级别等属性；接着，由交换机引擎根据数据属性及交换矩阵中的地址表，将数据发往特定的端口并根据其优先级别在该端口队列进行排队；最后，当数据到达队头准备发送时由数据包封装模块对数据进行封装并由发送机将数据送出，数据包离开交换机。其有以下三个特点：

1)交换机端口识别报文优先级，却无法辨识报文类型（SV、GOOSE或MMS）和业务内涵（保护或测控）；

2)由于报文分类（SV/GOOSE/MMS）粒度过粗和缺乏对报文的识别能力，只能根据优先级高低简单调度报文，无法根据实时性能要求对各类报文精细调配资源，对报文进行分层调度；

3)对流经端口的报文欠缺解析能力，无法识别、排除和控制错误报文、突发报文等扰动报文。

因此，如何提高通信网络对信息类型的辨别能力、排除扰动报文、优化关键信息的调度方式、将报文的传输延时保证在一定的允许范围内，是提高信息传输实时可靠性的核心。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种信息传递的实时可靠性更高的变电站通信网络中报文的多级子队列分层调度方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种变电站通信网络中报文的多级子队列分层调度方法，包括以下步骤：

1)接收机接收报文，报文进入交换机；

2)数据解析模块、标签解析模块对报文进行解析，获得报文内容、标签、目的地址、VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）值、报文类型等信息；

3)测试生存时间TTL是否大于0，如果等于0说明该报文转发出现错误，丢弃报文结束流程；如果TTL大于0继续下一步骤；

4)根据报文目的地址及VLAN信息查找MAC地址表，并将报文发往对应端口；

5)根据报文标签标记值字段信息，识别报文类型，并将不同报文映射至基于标签的多级子队列中排队等候发送；

6)报文到达队列首端时，由标签封装模块为当前报文加上新的标签，数据封装模块对当前报文进行封装，发送机将当前报文送往下一交换机，转发流程结束。

更具体的，所述报文的标签是在原有报文基础上加上的4字节内容，用来实现报文类型辨别。

更具体的，所述标签共包括四个字段：(1)标记值，占20位；(2)试验COS，占3位；(3)栈S，占1位；(4)生存时间TTL，占8位，用来定时丢弃报文。其中标签标记值用于区分报文类型及业务类型，如图2所示为标签标记值字段分配方案，标签标记值前2位用于区分GOOSE、SV、MMS共3种报文类型，接着3位用于辨别如表1所示共7种报文业务类型，第6至第10共5位用于区分报文源头，最后10位用于保留备用；3位COS值用于保留测试；生存时间TTL，用于规定报文在网络中传输的时间上限，TTL定义为每经过一个标记交换路由器自动减1，当TTL为0时自动丢弃报文，TTL有效防止错误报文在网络中循环转发的情况。