本發(fā)明涉及一種基于千兆網(wǎng)絡(luò)的采樣值幀解碼實(shí)現(xiàn)方法，屬于電力系統(tǒng)智能變電站技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

根據(jù)IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的描述和要求，智能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備根據(jù)其功能按過(guò)程層、間隔層、站控層三層分層布置。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將分三個(gè)階段逐步改進(jìn)，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式、過(guò)程層總線模式、過(guò)程總線和站控層總線合并即“三網(wǎng)合一”方式。

當(dāng)采用采樣值點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸時(shí)，合并單元的輸出與保護(hù)測(cè)控裝置間通過(guò)光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接相連。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸時(shí)，采樣值的傳輸路徑為單路徑的專用通道，可認(rèn)為整個(gè)路徑的傳輸延遲是固定的。因此，保護(hù)測(cè)控裝置通過(guò)對(duì)各路數(shù)據(jù)的輸入延遲進(jìn)行補(bǔ)償即可實(shí)現(xiàn)各路采樣值輸入之間的同步。優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、無(wú)資源競(jìng)爭(zhēng)，路徑上的傳輸延時(shí)固定；各合并單元、保護(hù)測(cè)控裝置間不需要進(jìn)行同步；工程應(yīng)用方案成熟，穩(wěn)定性和可靠性高。缺點(diǎn)是：保護(hù)測(cè)控裝置、合并單元需要的采樣接口數(shù)量較多，裝置硬件設(shè)計(jì)較復(fù)雜。系統(tǒng)擴(kuò)建時(shí)，合并單元接口數(shù)量或鏈路配置改動(dòng)升級(jí)較復(fù)雜，建設(shè)成本較高，降低了運(yùn)行維護(hù)的工作效率。

從技術(shù)角度看，采樣值組網(wǎng)傳輸是比較理想化的數(shù)據(jù)傳輸方案，技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)全站共享，而且系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展方便。與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方案對(duì)比，其合并單元、保護(hù)測(cè)控裝置等設(shè)備均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，采樣值先接入過(guò)程層交換機(jī)，然后通過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到各個(gè)保護(hù)測(cè)控裝置等二次設(shè)備中去。優(yōu)點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)相對(duì)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)資源能方便的共享，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)；保護(hù)測(cè)控裝置、合并單元等設(shè)備接口數(shù)量較少，配置方便靈活, 接口易于標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)擴(kuò)建時(shí)，新設(shè)備接入方便。缺點(diǎn)是：合并單元、保護(hù)測(cè)控裝置等設(shè)備必需要同步；采用全局同步時(shí)，合并單元總是在同一時(shí)刻向交換機(jī)發(fā)出大量數(shù)據(jù)，交換機(jī)的瞬時(shí)流量巨大，可能對(duì)交換機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

另外，依據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，由于單路采樣值數(shù)據(jù)報(bào)文流量巨大，一般為2-3M字節(jié)/秒，在交換機(jī)接入的一次設(shè)備采樣值輸出設(shè)備間隔較多時(shí)，在交換機(jī)端口上的瞬時(shí)數(shù)據(jù)流量巨大，易導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)排隊(duì)而產(chǎn)生較大的交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，且轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延長(zhǎng)短受端口流量的隨機(jī)變化影響。在變電站規(guī)模較大時(shí)，傳統(tǒng)的百兆交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)已無(wú)法滿足現(xiàn)有的工廠應(yīng)用的需要。因此，考慮采用基于千兆網(wǎng)的交換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)所有采樣值數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)化傳輸，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)上還可以實(shí)現(xiàn)站控層數(shù)據(jù)、GOOSE數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)的共網(wǎng)傳輸。

交換網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)吞吐量的升級(jí)，就對(duì)繼電保護(hù)二次設(shè)備的數(shù)據(jù)接收和處理能力提出了更高的要求。以最大接入16路采樣值幀計(jì)算，二次設(shè)備需要處理約32M字節(jié)/秒的數(shù)據(jù)流量，這將占據(jù)主CPU絕大部分的處理資源或者超出一般主CPU的處理能力，嚴(yán)重影響二次設(shè)備的性能。因此，必須采用硬件采樣值解碼的方法，直接從采樣值幀中抽取需要的數(shù)據(jù)，以降低數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求和主CPU的數(shù)據(jù)處理量，優(yōu)化二次設(shè)備的系統(tǒng)性能，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于千兆網(wǎng)絡(luò)的采樣值幀解碼實(shí)現(xiàn)方法，以滿足智能變電站中二次設(shè)備針對(duì)多間隔、海量SV采樣值基于千兆交換機(jī)組網(wǎng)傳輸?shù)亩卧O(shè)備數(shù)據(jù)接收處理的需要。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于千兆網(wǎng)絡(luò)的采樣值幀解碼實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

1）二次設(shè)備通過(guò)掛接在采樣值組網(wǎng)傳輸?shù)那д滓蕴W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的高速以太網(wǎng)接口，接收千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)暮Ａ康膩?lái)自多個(gè)一次設(shè)備間隔的電壓、電流量采樣值幀數(shù)據(jù)報(bào)文；

2）將接收到的多個(gè)采樣值幀，分別與二次設(shè)備的多個(gè)采樣值幀接收配置進(jìn)行匹配判別，并對(duì)正確匹配的采樣值幀進(jìn)行解析，抽取相應(yīng)的采樣值通道數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中；

3）通過(guò)異步總線與CPU處理器進(jìn)行接口，在需要時(shí)將多路采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的采樣值幀數(shù)據(jù)輸出至CPU中進(jìn)行電量數(shù)據(jù)的下一步處理。

前述的步驟1）中，所述每個(gè)采樣值幀數(shù)據(jù)報(bào)文的流量為3M字節(jié)/秒。

前述的步驟2），首先在二次設(shè)備中配置若干幀解碼塊，幀解碼塊匹配判別并解析采樣值幀數(shù)據(jù)，具體過(guò)程如下：

（2-1）將接收到的采樣值幀的目的地址，與采樣值幀接收配置中的多播地址信息進(jìn)行匹配，決定當(dāng)前接收的采樣值幀是否屬于本數(shù)據(jù)幀配置，如果采樣值幀目的地址無(wú)匹配項(xiàng)，表明二次設(shè)備不需要該幀數(shù)據(jù)信息，則立即丟棄該采樣值幀，不作處理；

（2-2）當(dāng)多播地址匹配時(shí)，按照IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約采樣值幀結(jié)構(gòu)，對(duì)采樣值幀頭部結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行ASN.1規(guī)則解碼，獲取頭部結(jié)構(gòu)的SVID采樣值標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)；

（2-3）將ASN.1解碼后獲得的SVID采樣值標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，逐字節(jié)與采樣值幀接收配置中的采樣值標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行匹配，判別當(dāng)前接收的采樣值幀是否屬于本數(shù)據(jù)幀配置，如果SVID采樣值標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)不匹配，表明二次設(shè)備不需要該幀數(shù)據(jù)信息，則立即丟棄該采樣值幀，不作處理；

（2-4）當(dāng)步驟（2-3）的判別全部成功時(shí)，根據(jù)采樣值幀接收配置的通道索引序號(hào)抽取采樣值幀中對(duì)應(yīng)序號(hào)的采樣值幀數(shù)據(jù)；

（2-5）每當(dāng)通道索引序號(hào)匹配抽取到相應(yīng)的采樣值幀時(shí)，則按順序?qū)⒉蓸又祹瑪?shù)據(jù)內(nèi)容，填寫到采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，當(dāng)通道索引序號(hào)為零時(shí)，表示匹配完成，則將采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)后面所有未使用的數(shù)據(jù)項(xiàng)全部置0；當(dāng)通道索引序號(hào)大于采樣值幀的數(shù)據(jù)通道號(hào)時(shí)，表明報(bào)文不匹配，則立即丟棄該采樣值幀，并將采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)全部清零；

（2-6）對(duì)采樣值幀數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行判別，判斷其是否符合IEC 61850-9-2規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容要求，如不符合要求，則認(rèn)為采樣值幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則丟棄該采樣值幀，并將采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)全部清零；如果符合要求，則在采樣值幀數(shù)據(jù)判別解析正確時(shí)將采樣值幀數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。

前述的幀解碼塊可根據(jù)接收采樣值幀數(shù)據(jù)配置項(xiàng)數(shù)量自動(dòng)擴(kuò)展。

前述的多個(gè)采樣值幀數(shù)據(jù)的匹配判別、解析過(guò)程并行處理，且各個(gè)采樣值幀數(shù)據(jù)的處理方式一致。

前述的采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)基于標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)先出隊(duì)列FIFO構(gòu)建，可緩存多次采樣值幀，在采樣值幀數(shù)據(jù)匹配判別解析正確時(shí)寫入采樣值幀數(shù)據(jù)。

前述的步驟（2-4）中，建立一個(gè)采樣值計(jì)數(shù)器，根據(jù)通道索引序號(hào)匹配待抽樣的采樣值幀內(nèi)容，IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)中每個(gè)采樣值占8個(gè)字節(jié)，則每8個(gè)字節(jié)計(jì)數(shù)一次;每完成一次匹配，讀取下個(gè)待匹配的通道索引序號(hào)，通道索引序號(hào)從小到大排列。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可用于智能變電站內(nèi)，實(shí)現(xiàn)海量采樣值幀組網(wǎng)傳輸?shù)目焖俳邮仗幚?，為目前智能變電站基于采樣值組網(wǎng)傳輸?shù)暮Ａ坎蓸又祹焖倨ヅ浜蛨?bào)文數(shù)據(jù)快速預(yù)解析處理提供了一種便捷有效的解決方案。

附圖說(shuō)明

圖1為基于千兆網(wǎng)絡(luò)的采樣值幀硬件解碼實(shí)現(xiàn)方法的簡(jiǎn)要流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明針對(duì)電力系統(tǒng)在智能變電站中多間隔、海量SV采樣值基于千兆交換機(jī)組網(wǎng)傳輸?shù)亩卧O(shè)備數(shù)據(jù)接收處理問題，提出了一種可有效降低設(shè)備CPU的數(shù)據(jù)處理帶寬要求和數(shù)據(jù)處理量的海量采樣值幀快速匹配和報(bào)文快速預(yù)解析處理技術(shù)。

圖1是本發(fā)明基于千兆網(wǎng)絡(luò)的采樣值幀硬件解碼實(shí)現(xiàn)方法的簡(jiǎn)要流程圖。

首先，二次設(shè)備通過(guò)掛接在采樣值組網(wǎng)傳輸?shù)那д滓蕴W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的高速以太網(wǎng)接口，接收千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)暮Ａ康膩?lái)自多個(gè)一次設(shè)備間隔的電壓、電流量采樣值幀數(shù)據(jù)報(bào)文，每個(gè)采樣值幀的報(bào)文流量一般為3M字節(jié)/秒。

然后將接收到的多個(gè)采樣值幀，分別與設(shè)備的多個(gè)采樣值幀接收配置進(jìn)行匹配判別，對(duì)正確匹配的采樣值幀進(jìn)行解析，抽取相應(yīng)的采樣值通道數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。具體過(guò)程如下：

二次設(shè)備中配置規(guī)?？筛鶕?jù)接收采樣值幀數(shù)據(jù)配置項(xiàng)數(shù)量自動(dòng)擴(kuò)展的幀解碼塊，使多個(gè)采樣值幀數(shù)據(jù)匹配、解析流程并行處理，且各個(gè)采樣值幀數(shù)據(jù)的處理方式一致，采樣值幀數(shù)據(jù)配置為單獨(dú)的一項(xiàng)配置內(nèi)容，包含所需接收采樣值報(bào)文幀的所有特征信息。

幀解碼塊處理采樣值幀數(shù)據(jù)，具體過(guò)程如下：

（1）將接收到的源數(shù)據(jù)采樣值幀的目的地址，與采樣值幀接收配置中的多播地址信息進(jìn)行匹配，決定當(dāng)前接收的采樣值幀是否屬于本數(shù)據(jù)幀配置。如果源數(shù)據(jù)采樣值幀目的地址無(wú)匹配項(xiàng)，表明設(shè)備不需要該幀數(shù)據(jù)信息，則立即丟棄該采樣值幀，不作處理。

（2）當(dāng)多播地址匹配時(shí)，按照IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約幀結(jié)構(gòu)，對(duì)采樣值幀頭部結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行ASN.1規(guī)則解碼，獲取頭部結(jié)構(gòu)的SVID采樣值標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。

（3）將ASN.1解碼后獲得的SVID采樣值標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，逐字節(jié)與采樣值幀接收配置中的采樣值標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行匹配，判別當(dāng)前接收的采樣值幀是否屬于本數(shù)據(jù)幀配置。如果SVID采樣值標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)不匹配，表明設(shè)備不需要該幀數(shù)據(jù)信息，則立即丟棄該采樣值幀，不作處理。

（4）當(dāng)步驟（3）的判別全部成功時(shí)，根據(jù)采樣值幀接收配置的通道索引序號(hào)抽取采樣值報(bào)文中對(duì)應(yīng)序號(hào)的采樣值幀數(shù)據(jù)。建立一個(gè)采樣值計(jì)數(shù)器，根據(jù)通道索引序號(hào)匹配待抽樣的采樣值幀內(nèi)容。由于IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)中每個(gè)采樣值占8個(gè)字節(jié)，則每8個(gè)字節(jié)計(jì)數(shù)一次；每完成一次匹配，讀取下個(gè)待匹配的通道索引序號(hào)，索引序號(hào)從小到大排列。

（5）每當(dāng)通道索引序號(hào)匹配抽取到相應(yīng)的采樣值幀時(shí)，則按順序?qū)⒉蓸又祹瑪?shù)據(jù)內(nèi)容，填寫到采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。當(dāng)通道索引序號(hào)為零時(shí)，表示匹配完成，則將采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)后面所有未使用的數(shù)據(jù)項(xiàng)全部置0。當(dāng)通道索引序號(hào)大于源數(shù)據(jù)采樣值幀的數(shù)據(jù)通道號(hào)時(shí)，表明報(bào)文不匹配，則立即丟棄該采樣值幀，并將采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)全部清零。

（6）對(duì)采樣值幀數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行判別，判斷其是否符合IEC 61850-9-2規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容要求。如不符合要求，則認(rèn)為采樣值幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則丟棄該采樣值幀，并將采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)全部清零。如果符合要求，則在采樣值幀數(shù)據(jù)判別解析正確時(shí)將采樣值幀數(shù)據(jù)寫入基于標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)先出隊(duì)列構(gòu)建的采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。

最后，通過(guò)異步總線與CPU處理器進(jìn)行接口，在需要時(shí)將多路采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的采樣值幀數(shù)據(jù)輸出至CPU中進(jìn)行電量數(shù)據(jù)的下一步處理。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。