專利名稱：一種智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及智能電網(wǎng)分組通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了滿足電力負(fù)荷高速增長(zhǎng)的需求，確保電力供應(yīng)的安全性和可靠性，提高電力供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能，國(guó)家制定了智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略。智能電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化發(fā)展特征，對(duì)承載電力通信的信息平臺(tái)的要求也越來(lái)越高。由于業(yè)務(wù)發(fā)展的IP化、寬帶化、多元化，傳統(tǒng)基于TDM核心的MSTP設(shè)備組網(wǎng)體系已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要?；贗P分組的傳送技術(shù)已經(jīng)逐漸被認(rèn)識(shí)和采納，并作為新一代智能電網(wǎng)通信信息平臺(tái)的主流傳輸技術(shù)。依托分組傳送技術(shù)的智能電網(wǎng)通信信息平臺(tái)可以稱作智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)，能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)構(gòu)建區(qū)域、光域綜合的測(cè)控保護(hù)體系。在分組傳送網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的不確定性，導(dǎo)致采用網(wǎng)絡(luò)命令觸發(fā)的同步精度存在誤差，同時(shí)，由于分組傳送網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的分散性，不適合采用硬件同步提供高精度的同步要求，因此，時(shí)間同步作為整個(gè)體系的重要關(guān)鍵要素，已經(jīng)列入了智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的考核指標(biāo)。只有充分完善時(shí)間同步機(jī)制的電網(wǎng)，才能稱為真正意義上高質(zhì)量、現(xiàn)代化的智能電網(wǎng)。而分組傳送技術(shù)可以通過(guò)IEEE1588V2協(xié)議定義的一種精確時(shí)間同步協(xié)議(Precision Time Protocol,縮寫(xiě)為PTP)，主要用于同步以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，在主從系統(tǒng)之間提供了網(wǎng)絡(luò)連接、基于信息報(bào)文的同步功能，從而實(shí)現(xiàn)分組傳送網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步要求。智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的PTP時(shí)間同步系統(tǒng)主要由端口電路部分和集中處理電路部分構(gòu)成；在現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)端口電路部分和集中處理電路部分的構(gòu)成和分工的不同，時(shí)間同步系統(tǒng)通常采用如下兩種實(shí)現(xiàn)方案一、采用分布式方案來(lái)實(shí)現(xiàn)在分布式方案中，端口電路部分主要包括分組通信端口模塊和嵌入式CPU，集中處理電路部分僅包含PTP集中處理模塊；在端口電路部分中每個(gè)分組通信端口模塊的PHY或MAC層完成PTP報(bào)文的識(shí)別和時(shí)間戳的生成處理，同時(shí)在端口電路部分中，還分別對(duì)每個(gè)分組通信端口模塊按照板卡級(jí)配置連接有一個(gè)嵌入式CPU，由各個(gè)分組通信端口模塊對(duì)應(yīng)配置的嵌入式CPU完成對(duì)包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文的捕獲、PTP報(bào)文相關(guān)信息的填充、解析和封裝、P2P模式下路徑延遲計(jì)算、滯留時(shí)間計(jì)算、偏移量計(jì)算等處理以及PTP協(xié)議處理，最后再將處理結(jié)果傳送至集中處理電路部分的PTP集中處理模塊進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間同步處理。分布式方案的問(wèn)題和缺點(diǎn)在于由于該方案需要在每個(gè)分組通信端口模塊中配置嵌入式CPU，使得分組傳送設(shè)備時(shí)間同步系統(tǒng)的總體成本偏高，并且板間協(xié)議交換類型復(fù)雜、缺乏層次性管理。二、采用集中式方案來(lái)實(shí)現(xiàn)在集中式方案中，端口電路部分僅包含分組通信端口模塊，集中處理電路部分主要包括集中交換處理模塊和PTP集中處理模塊；在端口電路部分的分組通信端口模塊上僅完成簡(jiǎn)單的PTP報(bào)文的識(shí)別和時(shí)間戳的生成處理，此后包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文連同業(yè)務(wù)報(bào)文一起通過(guò)業(yè)務(wù)總線傳送給集中處理電路部分的集中交換處理模塊，由集中交換處理模塊將包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文進(jìn)行對(duì)包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文的捕獲、PTP報(bào)文相關(guān)信息的填充、解析和封裝以及P2P模式下路徑延遲計(jì)算、滯留時(shí)間計(jì)算、偏移量計(jì)算等處理之后傳送給PTP集中處理模塊進(jìn)行協(xié)議處理和系統(tǒng)時(shí)間同步處理。集中式方案主要存在的問(wèn)題在于①對(duì)于需要在分組通信端口模塊中進(jìn)行PTP報(bào)文的識(shí)別和時(shí)間戳的生成處理，會(huì)增加至少10個(gè)字節(jié)的時(shí)間戳開(kāi)銷，并且包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文連同業(yè)務(wù)報(bào)文一起通過(guò)業(yè)務(wù)總線進(jìn)行傳送，這就要求采用PTP同步的設(shè)備間的報(bào)文的包間間隔(Inter Packet Gap，簡(jiǎn)稱IPG)必須增加，進(jìn)而導(dǎo)致了業(yè)務(wù)有效帶寬的下降；②由于是通過(guò)業(yè)務(wù)總線進(jìn)行帶內(nèi)傳輸，在分組通信端口模塊進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)定后到集中交換處理模塊前的這段傳輸路徑，如果需要對(duì)數(shù)據(jù)流帶寬進(jìn)行管理的話，必須考慮保證包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，特別是在接口帶寬與系統(tǒng)交換能力配額超載·(Over-Subscription)的分組傳送設(shè)備中，會(huì)導(dǎo)致該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和實(shí)現(xiàn)難度大大增加。③系統(tǒng)中由集中交換處理模塊需要將包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文從數(shù)據(jù)流中捕獲、分離出來(lái)并傳送到PTP集中處理模塊，當(dāng)需要支持PTP端口的數(shù)量較多時(shí)，為了保證同步精度，要求集中交換處理模塊的硬件處理能力較強(qiáng)，從而導(dǎo)致硬件成本的增加。因此，在智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)中亟需一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確時(shí)間同步協(xié)議功能且成本相對(duì)低廉的時(shí)間同步系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)，在滿足精確時(shí)間同步協(xié)議功能的前提下，通過(guò)對(duì)PTP分組傳送設(shè)備的模塊化、層次化，達(dá)到降低智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)中時(shí)間同步系統(tǒng)總體成本的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)手段一種智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)，包括一個(gè)時(shí)間精確同步集中處理單元和若干個(gè)端口 PTP處理單元；所述時(shí)間精確同步集中處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的PTP協(xié)議處理模塊和系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊；每個(gè)所述端口 PTP處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊；所述時(shí)間精確同步集中處理單元的PTP協(xié)議處理模塊分別與各個(gè)端口 PTP處理單元的PTP報(bào)文處理模塊通過(guò)與業(yè)務(wù)總線相獨(dú)立的PTP報(bào)文總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接。上述的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)中，作為一種優(yōu)選方案，所述時(shí)間精確同步集中處理單元中的PTP協(xié)議處理模塊采用嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)。上述的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)中，作為一種優(yōu)選方案，所述端口 PTP處理單元中的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊均采用FPGA實(shí)現(xiàn)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下有益效果I、本實(shí)用新型的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫調(diào)整，將承載層的時(shí)間同步功能有效從業(yè)務(wù)層中分離，大大降低了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)和代價(jià)。2、本實(shí)用新型的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)采用協(xié)同式構(gòu)架設(shè)計(jì)，對(duì)硬件支撐平臺(tái)要求較低，擺脫了對(duì)底層硬件平臺(tái)高性能、高功耗、管理復(fù)雜等束縛，使用通用的、低成本的可編程邏輯器件以及主流性能的嵌入式處理器即可完成，降低了智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)中時(shí)間同步系統(tǒng)的總體成本。3、本實(shí)用新型的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)采用協(xié)同式構(gòu)架設(shè)計(jì)，功能層次清晰、擴(kuò)展能力強(qiáng)，設(shè)備擴(kuò)展無(wú)需做平臺(tái)系統(tǒng)級(jí)改造，只需相應(yīng)增加端口 PTP處理單元即可滿足大部分網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用。

圖I為本實(shí)用新型智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)如圖I所示，包括一個(gè)時(shí)間精確同步集中處理單元和若干個(gè)端口 PTP處理單元。其中，時(shí)間精確同步集中處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的PTP協(xié)議處理模塊和系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊；端口 PTP處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊；時(shí)間精確同步集中處理單元的PTP協(xié)議處理模塊分別與各個(gè)端口 PTP處理單元的PTP報(bào)文處理模塊通過(guò)與業(yè)務(wù)總線相獨(dú)立的PTP報(bào)文總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接。由此以來(lái)，在本實(shí)用新型的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)中，各個(gè)端口 PTP處理單元中的分組通信端口模塊依然完成PTP報(bào)文的識(shí)別和時(shí)間戳的生成處理，同時(shí)各個(gè)端口 PTP處理單元中的PTP報(bào)文處理模塊便可以用于對(duì)包含時(shí)間戳的PTP報(bào)文進(jìn)行捕獲、PTP報(bào)文相關(guān)信息的填充、解析、處理和封裝以及P2P模式下路徑延遲計(jì)算、滯留時(shí)間計(jì)算、偏移量計(jì)算等處理；然后，各個(gè)端口 PTP處理單元中的PTP報(bào)文處理模塊將處理過(guò)后的PTP報(bào)文數(shù)據(jù)通過(guò)PTP報(bào)文總線傳送給時(shí)間精確同步集中處理單元中的PTP協(xié)議處理模塊；時(shí)間精確同步集中處理單元中的PTP協(xié)議處理模塊便集中完成PTP協(xié)議處理，最后由時(shí)間精確同步集中處理單元中的系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊完成系統(tǒng)時(shí)間同步處理，從而實(shí)現(xiàn)精確時(shí)間同步協(xié)議功能。可以看到，本實(shí)用新型協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)采用了與現(xiàn)有技術(shù)不同的協(xié)同式構(gòu)架結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)中，各個(gè)端口 PTP處理單元不僅可以完成PTP報(bào)文的識(shí)別和時(shí)間戳的生成處理，還可以完成PTP報(bào)文進(jìn)行捕獲、PTP報(bào)文相關(guān)信息的填充、解析、處理和封裝以及P2P模式下路徑延遲計(jì)算、滯留時(shí)間計(jì)算、偏移量計(jì)算等處理，從而端口 PTP處理單元已經(jīng)承擔(dān)了大量的PTP底層處理，同時(shí)每個(gè)端口 PTP處理單元僅需要承擔(dān)來(lái)自其相應(yīng)分組通信端口的PTP底層處理，因此也不需要具備很強(qiáng)的硬件處理性能，通常情況下，端口 PTP處理單元中的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊均采用FPGA (可編程邏輯器件)實(shí)現(xiàn)即可滿足要求，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以通過(guò)集成技術(shù)將端口 PTP處理單元中的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊集成在一塊FPGA器件上實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步的降低其成本；另一方面，由于大量的PTP底層處理已經(jīng)被各個(gè)端口 PTP處理單元承擔(dān)，因此也相應(yīng)降低了對(duì)精確同步集中處理單元的硬件支撐能力要求，并且精確同步集中處理單元采用了雙處理模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由PTP協(xié)議處理模塊和系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊分別完成PTP協(xié)議處理和系統(tǒng)時(shí)間同步處理，從而無(wú)需使用高價(jià)格、大功耗的高性能處理器，PTP協(xié)議處理模塊可以采用成本較低的嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)，只需要保證PTP協(xié)議處理模塊的集中處理能力能夠滿足對(duì)各個(gè)端口 PTP處理單元的PTP協(xié)議處理即可，而系統(tǒng)時(shí)間同步處理則可以采用成本更加低廉的FPGA實(shí)現(xiàn)；由此，與現(xiàn)有技術(shù)中智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的時(shí)間同步系統(tǒng)相比而言，本實(shí)用新型智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)的總體成本得到降低。不僅如此，在本實(shí)用新型的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)中，時(shí)間精確同步集中處理單元的PTP協(xié)議處理模塊分別與各個(gè)端口 PTP處理單元的PTP報(bào)文處理模塊是通過(guò)與業(yè)務(wù)總線相獨(dú)立的PTP報(bào)文總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接，也就是說(shuō)，PTP協(xié)議處理模塊與各個(gè)PTP報(bào)文處理模塊的數(shù)據(jù)通信并不占用業(yè)務(wù)總線的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬，實(shí)現(xiàn)了 PTP功能支撐層與業(yè)務(wù)層的有效分離，既滿足了系統(tǒng)對(duì)PTP消息傳送的帶寬要求，同時(shí)更可以在業(yè)務(wù)層面靈活、SP時(shí)地根據(jù)需要調(diào)整業(yè)務(wù)處理，滿足網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和調(diào)整的要求，其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)也比較餓哦你故意，并且采用這樣的協(xié)同式構(gòu)架設(shè)計(jì)，對(duì)協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)的擴(kuò)展無(wú)需做平臺(tái)系統(tǒng)級(jí)改
造，只需相應(yīng)增加端口 PTP處理單元即可滿足大部分網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用，使得其應(yīng)用前景也更加廣闊。本實(shí)用新型智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫調(diào)整，將承載層的時(shí)間同步功能有效從業(yè)務(wù)層中分離，大大降低了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)和代價(jià)，使得設(shè)備對(duì)硬件支撐平臺(tái)要求更低，擺脫了對(duì)底層硬件平臺(tái)高性能、高功耗、管理復(fù)雜等束縛，使用通用的、低成本的FPGA (可編程邏輯器件)以及主流性能的嵌入式CPU處理器即可完成，降低了智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)中時(shí)間同步系統(tǒng)的總體成本。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)時(shí)間精確同步集中處理單元和若干個(gè)端口 PTP處理單元； 所述時(shí)間精確同步集中處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的PTP協(xié)議處理模塊和系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊； 每個(gè)所述端口 PTP處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊； 所述時(shí)間精確同步集中處理單元的PTP協(xié)議處理模塊分別與各個(gè)端口 PTP處理單元的PTP報(bào)文處理模塊通過(guò)與業(yè)務(wù)總線相獨(dú)立的PTP報(bào)文總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間精確同步集中處理單元中的PTP協(xié)議處理模塊采用嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，所述端口 PTP處理單元中的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊均采用FPGA實(shí)現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)的協(xié)同式時(shí)間同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)時(shí)間精確同步集中處理單元和若干個(gè)端口PTP處理單元；時(shí)間精確同步集中處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的PTP協(xié)議處理模塊和系統(tǒng)時(shí)間同步處理模塊；每個(gè)端口PTP處理單元包括相互數(shù)據(jù)連接的分組通信端口模塊和PTP報(bào)文處理模塊；所述時(shí)間精確同步集中處理單元的PTP協(xié)議處理模塊分別與各個(gè)端口PTP處理單元的PTP報(bào)文處理模塊通過(guò)與業(yè)務(wù)總線相獨(dú)立的PTP報(bào)文總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接；其協(xié)同式構(gòu)架設(shè)計(jì)擺脫了對(duì)底層硬件平臺(tái)高性能、高功耗、管理復(fù)雜等束縛，降低了智能電網(wǎng)分組通信信息平臺(tái)中時(shí)間同步系統(tǒng)的總體成本，并具功能層次清晰、擴(kuò)展能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)H04L7/00GK202713329SQ20122042096
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者張韞協(xié), 李蒙 申請(qǐng)人:和記奧普泰通信技術(shù)有限公司