一种全光交换网络边缘节点光分组数据组帧方法.pdf

本发明提供一种面向电力业务在时延、实时性、可靠性方面的不同传输需求的电力全光交换网络边缘节点的光分组数据组帧方法，包括：(1)构建基于复合门限的多队列并行组帧阵列；(2)变电站的合并单元和智能终端将业务报文的以太网数据包输入到边缘节点；(3)判断输入到边缘节点的以太网数据包的业务类型和是否符合实时性要求；(4)将以太网数据包映射到组帧队列进行组帧；(5)组帧队列将组装好的数据组帧发送给边缘节点的发送队列，经输出单元上载到全光交换网络进行传输。本发明采用多队列复合门限并行组帧机制进行数据组帧，实现全光交换网络的电力业务接入，在保证关键业务传输实时性的同时，提高全光交换网络的利用率。

1.  一种全光交换网络边缘节点光分组数据组帧方法，其特征在于，所述方法包括下述步 骤：
(1)构建基于复合门限的多队列并行组帧阵列；
(2)变电站的合并单元和智能终端将业务报文的以太网数据包输入到边缘节点；
(3)判断输入到边缘节点的以太网数据包的业务类型和是否符合实时性要求；
(4)将以太网数据包映射到组帧队列进行组帧；
(5)组帧队列将组装好的数据组帧发送给边缘节点的发送队列，经输出单元上载到全光 交换网络进行传输。

2.  如权利要求1所述的边缘节点光分组数据组帧方法，其特征在于，所述步骤(1)中， 组帧阵列由多个组帧队列组成，各组帧队列的等待时间门限T和长度门限L按照本队列的实 时性等级和需要映射的业务类型进行设置；对电力业务中高实时的SV报文业务按即时转发 策略设置，T＝0s，L＝0bit；对中实时要求的GOOSE报文业务设置T＝13μs，T＝1518bit；对 低实时的MMS报文业务设置T＝100μs，L＝7590bit。

3.  如权利要求1所述的边缘节点光分组数据组帧方法，其特征在于，所述步骤(3)中， 业务类型包括高实时业务、中实时业务和低实时业务；边缘节点接收到业务报文后，解析业 务报文的类型字段，对报文的类型进行判断；业务报文包含：SV报文、GOOSE报文和MMS 报文；其中SV报文的实时性要求最高，为高实时业务；GOOSE报文实时性要求比SV报文 低，为中实时业务；MMS报文实时性要求最低，为低实时业务。

4.  如权利要求1所述的边缘节点光分组数据组帧方法，其特征在于，所述步骤(4)中， 根据业务的优先级和实时性要求将以太网数据包映射到不同的组帧队列进行组帧，SV报文业 务进入最高实时队列进行组帧，GOOSE业务和MMS进入满足各自业务需求的T和L值的队 列进行组帧；各个组帧队列独立组帧、并行处理，按设置好的组帧策略完成业务数据组帧。

5.  如权利要求1所述的边缘节点光分组数据组帧方法，其特征在于，所述步骤(4)包 括下述步骤：
A、SV报文进入实时性最高的组帧队列1，GOOSE进入组帧队列2，MMS进入实时性 要求低的组帧队列n；
B、在组帧队列1中，设置数据组帧策略为等待时间T0＝0，进行组帧，以保证SV业务 的高实时性；在组帧队列2中，设置数据组帧策略为报文等待时间达到最大门限T2或队列2 等待的数据包长度达到最大长度门限L2后，进行组帧；在组帧队列n中，设置数据组帧策略 为报文等待时间达到最大门限Tn或队列n等待的数据包长度达到最大长度门限Ln后，进行 组帧；
C、组帧队列2到组帧队列n按照实时性要求从高到低，所设置的等待时间门限T2至Tn 逐渐变长，数据长度门限L2至Ln逐渐增加；具体的等待时间门限T和数据长度门限L可根 据具体的电力业务的实时性要求和报文长度特性进行合理的设定。对电力业务中高实时的SV 业务按即时转发策略进行设置，即T＝0s，L＝0bit；对中实时要求的GOOSE业务设置T＝13μ s，T＝1518bit；对低实时的MMS业务设置T＝100μs，L＝7590bit。

6.  如权利要求1所述的边缘节点光分组数据组帧方法，其特征在于，所述步骤(5)中， 由边缘节点数据组帧后接入全光交换网络，经由输出单元上载到全光网络并传输到连接有测 控装置、故障录波、保护装置和安稳装置的边缘节点，再进行下行解帧，传送到相应设备。

一种全光交换网络边缘节点光分组数据组帧方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统中智能通信技术领域的组帧方法，具体讲涉及一种全光交换网 络边缘节点光分组数据组帧方法。
背景技术
随着智能电网的建设，对电力系统中通信功能的要求越来越严格。由于电力系统的环境 一般较为恶劣，所以需要可靠的数据通信方式。全光交换网络可以避免通信网络各个节点上 的多次光-电转换，使通信网络不再受制于电子器件本身存在的带宽和功耗等缺陷造成的“电 子瓶颈”的足限，大幅提升了通信网络带宽和实时性，降低了网络设备功耗。同时，全光交 换技术具有天然的抗电磁干扰能力，能可靠应用于电磁环境恶劣的电力通信领域。全光交换 网络边缘节点对电力业务数据进行光分组组帧是电力业务接入全光网络传输的重要环节。
全光分组交换网络中，针对电力业务数据的突发性和高可靠性要求，需要将电力业务数 据汇聚组装在不同的分组包中。基于光分组长度门限的组装机制下，只有当分组包达到一定 数量后才发送到交换网中，分组包长度是固定的，这可能造成部分数据包延迟较大；而基于 光分组时间门限的组装机制和算法，以固定间隔产生并周期性送入光网络中，可能造成分组 包未装满就发送，网络资源利用率较低，或者造成数据拥塞。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种全光交换网络边缘节点光分组数据组帧 方法，该方法面向电力业务在时延、实时性、可靠性方面的不同传输需求，针对不同类型的 电力业务设置不同的时间和长度的复合门限，采用多队列复合门限并行组帧机制进行数据组 帧，实现全光交换网络的电力业务接入，在保证关键业务传输实时性的同时，提高全光交换 网络的利用率。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种全光交换网络边缘节点光分组数据组帧方法，其改进之处在于，所述方 法包括下述步骤：
(1)构建基于复合门限的多队列并行组帧阵列；
(2)变电站的合并单元和智能终端将业务报文的以太网数据包输入到边缘节点；
(3)判断输入到边缘节点的以太网数据包的业务类型和是否符合实时性要求；
(4)将以太网数据包映射到组帧队列进行组帧；
(5)组帧队列将组装好的数据组帧发送给边缘节点的发送队列，经输出单元上载到全光 交换网络进行传输。
进一步地，所述步骤(1)中，组帧阵列由多个组帧队列组成，各组帧队列的等待时间门 限T和长度门限L按照本队列的实时性等级和需要映射的业务类型进行设置；(针对不同类 型的电力业务设置不同的基于时间和长度的复合门限。对高实时性业务，设置较小的等待时 间门限和数据长度门限，对低实时性业务设置相对较长的等待时间门限和数据长度门限)对 电力业务中高实时的SV报文业务按即时转发策略设置，T＝0s，L＝0bit；对中实时要求的 GOOSE报文业务设置T＝13μs，T＝1518bit；对低实时的MMS报文业务设置T＝100μs， L＝7590bit。
进一步地，所述步骤(3)中，业务类型包括高实时业务、中实时业务和低实时业务；边 缘节点接收到业务报文后，解析业务报文的类型字段，对报文的类型进行判断；业务报文包 含：SV报文、GOOSE报文和MMS报文；其中SV报文的实时性要求最高，为高实时业务； GOOSE报文实时性要求比SV报文低，为中实时业务；MMS报文实时性要求最低，为低实 时业务。
进一步地，所述步骤(4)中，根据业务的优先级和实时性要求将以太网数据包映射到不 同的组帧队列进行组帧，SV报文业务进入最高实时队列进行组帧，GOOSE业务和MMS进 入满足各自业务需求的T和L值的队列进行组帧；各个组帧队列独立组帧、并行处理，按设 置好的组帧策略完成业务数据组帧。
进一步地，所述步骤(4)包括下述步骤：
A、SV报文进入实时性最高的组帧队列1，GOOSE进入组帧队列2，MMS进入实时性 要求低的组帧队列n；
B、在组帧队列1中，设置数据组帧策略为等待时间T0＝0，进行组帧，以保证SV业务 的高实时性；在组帧队列2中，设置数据组帧策略为报文等待时间达到最大门限T2或队列2 等待的数据包长度达到最大长度门限L2后，进行组帧；在组帧队列n中，设置数据组帧策略 为报文等待时间达到最大门限Tn或队列n等待的数据包长度达到最大长度门限Ln后，进行 组帧；
C、组帧队列2到组帧队列n按照实时性要求从高到低，所设置的等待时间门限T2至Tn 逐渐变长，数据长度门限L2至Ln逐渐增加；具体的等待时间门限T和数据长度门限L可根 据具体的电力业务的实时性要求和报文长度特性进行合理的设定。对电力业务中高实时的SV 业务按即时转发策略进行设置，即T＝0s，L＝0bit；对中实时要求的GOOSE业务设置T＝13μ s，T＝1518bit；对低实时的MMS业务设置T＝100μs，L＝7590bit。
进一步地，所述步骤(5)中，由边缘节点数据组帧后接入全光交换网络，经由输出单元 上载到全光网络并传输到连接有测控装置、故障录波、保护装置和安稳装置的边缘节点，再 进行下行解帧，传送到相应设备。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
1、本发明利用基于复合门限的帧组装机制，解决不同优先级电力业务实时、可靠、高效 接入到电力全光网络进行传输的问题。
2、本发明针对电力业务流量变化及实时性要求，提供一种基于时间和长度复合门限的光 分组成帧技术，设置多样化组帧策略，将不同类型的业务通过不同的组帧队列进行组帧，实 现复杂业务环境下光分组优化组帧，满足业务实时性要求，提高系统资源利用率。
附图说明
图1是本发明提供的基于时间和长度复合门限的数据组帧示意图；
图2是本发明提供的智能变电站全光通信网络示意图；
图3是本发明提供的电力全光交换网络边缘节点组帧流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种电力全光交换网络中边缘节点的光分组数据组帧的方法，针对不同类型 的电力业务设置不同的时间和长度的复合门限，采用多队列复合门限并行组帧机制进行数据 组帧，实现全光交换网络的电力业务接入，在保证关键业务传输实时性的同时，提高全光交 换网络的利用率。
本发明提供的电力全光交换网络边缘节点组帧流程图如图3所示，包括下述步骤：
(1)构建基于复合门限的多队列并行组帧阵列。组帧阵列由多个组帧队列组成，各组帧 队列的等待时间门限T和长度门限L按照本队列的实时性等级和需要映射过来的业务类型进 行合理设置。各个组帧队列独立组帧、并行处理，按设置好的组帧策略完成相应业务数据组 帧。针对不同类型的电力业务设置不同的基于时间和长度的复合门限。对高实时性业务，设 置较小的等待时间门限和数据长度门限，对低实时性业务设置相对较长的等待时间门限和数 据长度门限。对电力业务中高实时的SV业务按即时转发策略进行设置，即T＝0s，L＝0bit； 对中实时要求的GOOSE业务设置T＝13μs，T＝1518bit；对低实时的MMS业务设置T＝100 μs，L＝7590bit。
(2)变电站的合并单元和智能终端将业务报文的以太网数据包输入到边缘节点；
变电站的合并单元和智能终端将业务报文发送到边缘节点，由边缘节点进行数据组帧后 接入全光交换网络，经由全光网络传输到连接有测控装置、故障录波、保护装置、安稳装置 等设备的边缘节点，再进行下行解帧，传送到相应的设备。
(3)判断输入到边缘节点的以太网数据包的业务类型和实时性要求；
边缘节点接收到业务报文后，解析业务报文的类型字段，对报文的类型进行判断，进行 实时性要求映射。智能变电站全光通信网络中，如图2，业务类型包括高实时业务、中实时 业务和低实时业务；边缘节点接收到业务报文后，解析业务报文的类型字段，对报文的类型 进行判断。典型的业务报文包含：SV报文、GOOSE报文和MMS报文；其中SV报文的实 时性要求最高，为高实时业务；GOOSE报文实时性要求比SV报文低，为中实时业务；MMS 报文实时性要求最低，为低实时业务。
(4)基于业务分类的多队列复合门限并行组帧机制：根据业务的优先级和实时性要求将 数据包映射到不同的组帧队列进行组帧。SV业务进入最高实时队列进行组帧，GOOSE业务 和MMS进入满足各自业务需求的T和L的队列进行组帧。包括下述步骤：
A、SV报文进入实时性最高的组帧队列1，GOOSE进入组帧队列2，MMS进入实时性 要求低的组帧队列n；
B、在组帧队列1中，设置数据组帧策略为等待时间T0＝0，进行组帧，以保证SV业务 的高实时性；在组帧队列2中，设置数据组帧策略为报文等待时间达到最大门限T2或队列2 等待的数据包长度达到最大长度门限L2后，进行组帧；在组帧队列n中，设置数据组帧策略 为报文等待时间达到最大门限Tn或队列n等待的数据包长度达到最大长度门限Ln后，进行 组帧；
(5)C、组帧队列2到组帧队列n按照实时性要求从高到低，所设置的等待时间门限T2 至Tn逐渐变长，数据长度门限L2至Ln逐渐增加；具体的等待时间门限T和数据长度门限 L可根据具体的电力业务的实时性要求和报文长度特性进行合理的设定。对电力业务中高实 时的SV业务按即时转发策略进行设置，即T＝0s，L＝0bit；对中实时要求的GOOSE业务设置 T＝13μs，T＝1518bit；对低实时的MMS业务设置T＝100μs，L＝7590bit。组帧队列将组装好 的数据组帧发送给边缘节点的发送队列，经输出单元上载到全光交换网络并传输到连接有测 控装置、故障录波、保护装置和安稳装置的边缘节点，再进行下行解帧，传送到相应设备。
实施例
以智能变电站通信网络的边缘节点组帧过程为例，具体介绍组帧流程，如图3所示。
业务报文输入到边缘节点后，首先进行业务类型判断，将不同的业务映射到不同的组帧 队列中。SV报文进入实时性最高的组帧队列1，GOOSE进入组帧队列2，MMS进入实时性 要求低的组帧队列n。在组帧队列1中，设置数据组帧策略为等待时间T1＝0，即立刻组帧， 以保证SV业务的高实时性；在组帧队列2中，设置数据组帧策略为报文等待时间达到最大 门限T2或队列2等待的数据包长度达到最大长度门限L2后，进行组帧；在组帧队列n中， 设置数据组帧策略为报文等待时间达到最大门限Tn或队列n等待的数据包长度达到最大长度 门限Ln后，进行组帧。队列2到队列n按照实时性要求从高到低，所设置的时间门限T2至 Tn逐渐变长，数据长度门限L2至Ln也逐渐增加。具体的时间门限T和数据长度门限L可 根据具体的电力业务的实时性要求和报文长度特性进行合理的设定。
组帧队列将组装好的数据组帧发送给边缘节点的发送队列，经输出单元上载到全光交换 网络进行传输。
本发明的光分组数据组帧方法，实施方案中以智能变电站全光通信网络为例进行了详细 描述，但不仅限于智能变电站全光通信网络边缘节点组帧，在电力系统通信技术领域还有许 多类似应用，例如针对智能配用电的配电、负荷控制、用电信息采集等业务也可使用本发明 的所述机制。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体 实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换， 均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。