[发明专利]具备SDH网络精确对时功能的专用网络交换方法及设备

说明书

技术领域

本发明属于数据交换领域，涉及具备SDH网络精确对时功能的专用网络交换方法及设备，本发明在电力系统网络精确同步对时中得到应用。

背景技术

随着通讯技术的发展，以及智能电网发展的需求，广域保护逐渐发展起来，但是广域保护必须要解决的问题就是分散的各个变电站之间的实时数据传输以及精确时间同步。目前多数变电站之间的数据连结通道时SDH网络，用于电力系统的日常调度数据传输、图像监控传输、运行维护管理等数据传输。由于各个变电站之间距离远，分布广，所以很难在短期内重新敷设专门用于广域保护的实时数据通道，即使将现有的SDH网络升级成具备网络精确对时功能也需要耗费时间和巨大资金。如何在现有的SDH网络上实现各个变电站的实时数据的同步采集、传输便成为广域保护系统的关键技术。目前各个变电站内部的合并单元、智能终端以及广域保护设备数据传输通道都采用的是实时以太网技术，在该技术上实现的基于以太网络的精确对时已经成熟，但是如何将站内的以太网精确对时和SDH网络（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系网络，将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络）结合起来，成为实现广域保护系统精确对时的难点之一。将各个变电站的实时数据集中到广域保护设备需要一个数据交换设备，而为了实现网络精确对时，该网络交换设备必须具备IEEE-1588的硬件辅助计时功能，这个功能用于精确记录对时报文在通过交换机时的“驻留时间”和通讯延迟，以便在对时计算中将这些时间扣除。目前具备IEEE-1588的硬件辅助计时功能的交换机已经比较成熟。同时将以太网数据转换为SDH数据的转换设备（ethernet  over SDH 简称EOS，基于SDH的以太环网）也比较常用。也就是将以太网数据转换为SDH通道数据从传输的角度来说已经可以实现，但是在这个转换过程中所带来的延迟和延迟抖动在所有的EOS设备都没有计算出来，同时即使计算出来也很难加入到网络精确对时的报文中。鉴于目前的技术状况和实际的广域保护系统需求，本发明将EOS集成在交换机中，并且通过FPGA将对时报文从以太网转换到SDH报文的时间记录下来，并且传递给CPU，以便在网络精确对时计算中扣除。

发明内容

本发明的目的是，提出具备SDH网络精确对时功能的专用网络交换方法及设备，提出一个具有和SDH网络接口，并且能够实现在SDH网络上利用IEEE-1588协议实现变电站间的网络精确对时的专用交换机。该交换机具备24个Gbit的网络接口，这些接口可以实现以太网接口，也可以实现SDH的接口。在交换机内部不仅实现网络数据的交换，而且记录精确的网络数据的传输延迟、处理延迟以及EOS（ethernet over SDH）转换延迟。通过精确记录这些延迟，我们可以根据IEEE-1588协议（网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准），通过SDH网络实现分散的各个变电站之间的网络精确对时。对时精度达到1μs。从而满足广域保护系统对各个变电站同步采样的需求。

本发明通过以下技术方案实现的：具备SDH网络精确对时功能的专用网络交换方法，电网的变电主站内的主时钟，发送符合IEEE-1588协议的网络对时报文，然后通过能够实现以太网到SDH网络转换的交换机（转换器），将网络对时报文发送到各个子变电站；在各子变电站中，在通过SDH网络转换为以太网的交换机将网络对时报文转换为以太网协议的传递报文，本发明的实现步骤如下：

交换机包括内部CPU和三层网络交换芯片（Broadcom 56520）实现以太网的数据交换，同时每一个以太网的数据交换接口配置（选择是否采用EOS芯片）实现EOS转换，EOS的转换是通过MAXIMM的DS33M30实现的Gbit到OC-3/STM-1数据（155.52M速率）转换；层网络交换芯片的数据接口为RGMII接口（以太网MAC与PHY之间的媒体接口、单工，是一个普通高速串行信号），后者是通用可编程串行接口，差分输入输出），EOS转换芯片输出为Serdes接口，FPGA通过接收RGMII接口的数据和Serdes接口的数据，判断是否是IEEE-1588对时报文，并且记录下接收精确时间，计算出同一网络报文从RGMII接口输入到Serdes输出的时延，并且通过数据总线接口送给内部CPU，CPU将这个延迟记录下来，通过随后的采用IEEE-1588协议的方法将follow-up报文通过网络发送出去，从而在随后的计算中扣除这个时间，完成网络精确对时；