工业以太网交换机的一种固定时延控制方法技术

本发明专利技术涉及工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，它通过在通用的以太网交换机基础上增加固定时延控制结构实现，固定时延控制结构包括CFP模块和ACL模块两部分，它们是烧录了数据处理逻辑的芯片，采用数据包标记、数据包流控、数据标记流控的方法，保证特定业务流量通过交换机的时延相对固定。这种固定时延通信的交换机，可以在不改变已有网络拓扑设计的条件下，提供高稳定时延的实时网络通信服务；网络接入设备不需要精密时钟对时功能，就可以保证实时应用的操作时序要求；这种固定时延通信的交换机，适用于电力保护、精密控制等网络通信时延要求相对稳定的应用环境，尤其适用于电力保护装置的实时网络配置。

【技术实现步骤摘要】
工业以太网交换机的一种固定时延控制方法
本专利技术属于以太网络交换机领域，具体地说是一种适用于电力继电保护、精密控制设备网络通信时延要求的以太网交换机的固定时延控制方法，可应用于变电站，电力继电保护设备间实时计算机通信网络服务。
技术介绍
近年来随着智能变电站建设的普及和发展，在变电站二次回路中采用计算机网络通信已经成为一种成熟的技术方案。目前，由于业界能够提供的普通以太网交换机及工业交换机都不能满足继电保护对网络通信网络固定时延的特殊要求，因此在变电站建设实践中不得不采用间隔层、过程层与继电保护有关的设备“直采直跳”的方式。这样一方面提高了对变电站二次设备的设计要求，增加了站内结构的复杂性；另一方面，也使得网络采样网络跳闸等技术无法在生产中得以实践，影响到了保护可靠采样跳闸实现技术的进一步研究和提高。在这一背景下，急需一种网络交换机的固定时延控制方法，能够满足继电保护对网络固定时延的要求，可应用于电力二次回路计算机通信领域。
技术实现思路
本专利技术是一种提供固定时延通信的工业级以太网交换机的固定时延控制方法，适用于电力保护、精密控制等网络通信时延要求相对稳定的应用环境，它用在工业以太网交换机上。本专利技术采用的技术方案如下：工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，包括以下步骤：CFP模块将输入的数据包进行过滤和查找，得到用户所需的特殊数据帧以及用户不需要的普通数据帧，输出给ACL模块；ACL模块对特殊数据帧置最高优先级并输出。所述CFP模块执行以下步骤：解析模块将输入的数据包解析成以太网数据帧，发送给数据拆分模块和数据抓取引擎；数据拆分模块将以太网数据帧分割成多个数据切片，输出至查找引擎；策略引擎提供用户所需的规则，即数据匹配的规则定义；查找引擎将策略引擎的规则定义输入到过滤引擎，并将数据拆分模块发来的某以太网数据帧的多个数据切片输入到过滤引擎，得到匹配结果并输出至数据抓取引擎；过滤引擎根据规则定义确定以太网帧某字段的位置和比较值；并将字段对应的比较值与相同位置的数据切片的值进行比较；若相同，则匹配成功，否则匹配失败；数据抓取引擎将匹配成功对应的以太网帧作为特殊数据帧，否则为普通数据帧；将特殊数据帧和普通数据帧输出。所述CFP模块还执行以下步骤：统计引擎统计特殊数据帧和普通数据帧的个数。流量控制模块将最高优先级的特殊数据帧放入单独的缓冲区中，优先传输。工业以太网交换机的一种固定时延控制系统，包括：CFP模块，用于将输入的数据包进行过滤和查找，得到用户所需的特殊数据帧以及用户不需要的普通数据帧，输出给ACL模块；ACL模块，用于对特殊数据帧置最高优先级并输出。所述CFP模块包括：解析模块，用于将输入的数据包解析成以太网数据帧，发送给数据拆分模块和数据抓取引擎；数据拆分模块，用于将以太网数据帧分割成多个数据切片，输出至查找引擎；策略引擎，用于提供用户所需的规则，即数据匹配的规则定义；查找引擎，用于将策略引擎的规则定义输入到过滤引擎，并将数据拆分模块发来的某以太网数据帧的多个数据切片输入到过滤引擎，得到匹配结果并输出至数据抓取引擎；过滤引擎，用于根据规则定义确定以太网帧某字段的位置和比较值；并将字段对应的比较值与相同位置的数据切片的值进行比较；若相同，则匹配成功，否则匹配失败；数据抓取引擎，用于将匹配成功对应的以太网帧作为特殊数据帧，否则为普通数据帧；将特殊数据帧和普通数据帧输出。所述CFP模块还包括：统计引擎，用于统计特殊数据帧和普通数据帧的个数。工业以太网交换机的一种固定时延控制系统还包括流量控制模块，用于将最高优先级的特殊数据帧放入单独的缓冲区中，优先传输。本专利技术的有益效果及优点：1.本专利技术保证特定业务流量通过交换机的时延相对固定。2.可以在不改变已有网络拓扑设计的条件下，提供高稳定时延的实时网络通信服务；3.网络接入设备不需要精密时钟对时功能，就可以保证实时应用的操作时序要求。附图说明图1为本专利技术固定时延控制结构组成示意图；图2为CFP数据抓取示意图；图3为流量模块结构示意图；图4为IEEE802.2、IEEE802.3、RFC894以太网封装格式示意图。具体实施方式一种固定时延的以太网交换机，由通用的以太网交换机与固定时延控制结构组成；以太网交换机的物理端口配置，采用全光纤物理介质接口设计，使得线路时延统一；固定时延控制结构包括改进的CFP(数据抓取核心处理器)模块和改进的ACL(访问控制列表)模块，两者共同协作提供固定时延控制机制，如图1所示。这种固定时延控制机制，通过数据包标记、数据包流控，数据标记流控三个步骤，保证预留给相应的数据包相应的带宽，并保证数据的可靠传输，保证数据包从进入交换机到从交换机出来的时延相对稳定。所述数据包标记使用CFP机制获得相应的数据包抓取，然后交给ACL模块进行控制。所述CFP机制由解析模块、数据拆分模块、查找引擎、策略引擎、过滤引擎、统计引擎、数据抓取引擎等部分组成；数据包抓取包括数据解析、拆分、查找(包括策略匹配、过滤等子过程)、抓取、统计、输出等过程，如图2所示。所述ACL模块，对数据包进行的控制的动作为将相应类型的数据包的Qos优先级设置为最高级。所述解析模块，可以将输入的数据流解析成标准以太网数据帧。所述拆分模块，可以将标准以太网数据包进行分割，分割成32个slice，分割后的slice可以分别进行匹配，以加快匹配和后续步骤的处理速度。所述查找引擎，以拆分模块输出的slice为数据，调用策略引擎、过滤引擎的功能接口，判断当前以太网数据帧是否是符合查找条件的特殊应用数据帧。所述策略引擎，包含了用户预先定义的特殊应用数据包特征匹配规则和服务接口，由此可向用户提供针对特定业务、需要固定时延服务的数据包特征配置。所述过滤引擎，提供条件过滤接口和功能，根据输入的slice和匹配规则，实现数据的快速过滤。所述数据抓取引擎，缓存解析模块输出的数据帧，并根据查找引擎的处理结果判断当前数据帧是普通帧还是用户定义的特殊功能帧，并通过不同的接口输出；另外会调用统计引擎接口，实现数据包的统计分析。所述统计引擎，根据数据抓取引擎的输入数据，提供针对各类以太网数据包的统计和分析，向用户提供针对具体业务的数据包流量分析。所述流控数据标记，是针对特定业务特征进行判断标记，在发送队列中保证此数据优先发送，队列机制采用最优先模式，即只有在相应类型的数据包出来以后才允许其他数据包进入，详细过程如图3所示。所述数据包流控，用于保证相应类型的数据包一定的数据流量，数据包的流控分为两种：输入流控和输出流控。输入流控使用三个数据缓冲区，称为“木桶”(bucket)，分为Bucket0,Bucket1,Bucket2；在设置时将ACL设置的优先级最高的数据包放入单独的木桶中，并保证相应的木桶足够的带宽，这样其他类型的数据包包括广播包，其他数据流量则不会影响此Bucket中的数据的流量。输出流控需要保证高优先级的数据带宽在边界之下，保证优先传输。物理端口配置，采用全光纤物理介质接口设计，使得线路时延统一为光速，在线路长度小于2000m的应用环境中，线路时延小于1微秒，对时延稳定性的影响可以忽略不计。传统以太网交换机，增加新的配置项界面，提供针对特定业务固定时延服务的数据包特征配置交互。本专利技术的交换机产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，其特征在于包括以下步骤：CFP模块将输入的数据包进行过滤和查找，得到用户所需的特殊数据帧以及用户不需要的普通数据帧，输出给ACL模块；ACL模块对特殊数据帧置最高优先级并输出。

【技术特征摘要】
1.工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，其特征在于包括以下步骤：CFP模块将输入的数据包进行过滤和查找，得到用户所需的特殊数据帧以及用户不需要的普通数据帧，输出给ACL模块；ACL模块对特殊数据帧置最高优先级并输出。2.根据权利要求1所述的工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，其特征在于，所述CFP模块执行以下步骤：解析模块将输入的数据包解析成以太网数据帧，发送给数据拆分模块和数据抓取引擎；数据拆分模块将以太网数据帧分割成多个数据切片，输出至查找引擎；策略引擎提供用户所需的规则，即数据匹配的规则定义；查找引擎将策略引擎的规则定义输入到过滤引擎，并将数据拆分模块发来的某以太网数据帧的多个数据切片输入到过滤引擎，得到匹配结果并输出至数据抓取引擎；过滤引擎根据规则定义确定以太网帧某字段的位置和比较值；并将字段对应的比较值与相同位置的数据切片的值进行比较；若相同，则匹配成功，否则匹配失败；数据抓取引擎将匹配成功对应的以太网帧作为特殊数据帧，否则为普通数据帧；将特殊数据帧和普通数据帧输出。3.根据权利要求2所述的工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，其特征在于，所述CFP模块还执行以下步骤：统计引擎统计特殊数据帧和普通数据帧的个数。4.根据权利要求1所述的工业以太网交换机的一种固定时延控制方法，其特征在于，流量控制模块将最高优先级的特殊数据帧放入单独的缓冲区中，优先传输。5.工业以太网交换机...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，于同伟，韩嵩峰，王汉军，李喜旺，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，国网辽宁省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21