[发明专利]环形通信网络中多节点同步采样和数据传输方法

说明书

本发明公开了一种环形通信网络中多节点同步采样和数据传输方法，主节点生成与系统采样间隔Ts一致的同步脉冲AD_CVT和传输触发脉冲TX_SYN，同时主节点在AD_CVT的控制下完成本地实时数据采集并在TX_SYN信号触发下完成数据传输；同时各控制节点将物理信道划分为实时和非实时两个逻辑信道，将实时采样数据业务归入到实时逻辑信道中传输，并将实时采样数据通过交错抽取并从环网的两个不同方向发出，将非实时数据归入非实时逻辑信道传输。本发明方法实现了环网中各控制节点的同步采样和同步数据传输，提高了数据采样的效率和数据传输的实时性。

技术领域

本发明涉及电力系统自动化和工业控制技术领域，具体涉及一种环形通信网络中多节点同步采样和数据传输方法。

背景技术

在电力系统广域保护和广域过程控制领域，为精确地保留信号的相位信息，或对异步发生的事件进行精确时序分析，需要对某一组过程量进行严格异地同步等间隔采集。为了提高系统实时处理能力和异步事件响应速度需要各个过程量采集控制装置的采样数据能够实时上送，并且处理装置的命令设置信息需要实时地发往执行机构或调节机构。

对广域测量和控制系统来说，系统规模大、测控节点物理分布较远、组网成本高，如何保证全系统的严格等间隔同步采样和实时数据的同步低抖动回传就成为难题。当数据采集和传输系统扩展到更远的距离时，和局域网相比意味着数据传输系统的故障概率和维护成本在升高，如何提高传输可靠性和缩短故障恢复时间成为系统设计者另一个难题。另一方面，由于环形拓扑提供低成本的技术方案(特别当交换元件集成在节点内时)，由于环网中每个节点具有连接到两个相邻节点的两个通信端口，可以在任一或两个方向上进行数据传输，从而提供抵御链路故障的弹性，而环形拓扑带来的传输延迟不容忽略。

但就广域测量和控制系统来说，系统级同步采样并没有统一的实现方法，现有的系统级同步采样控制方法和传输方法主要包括以下四种方法：

(1)基于卫星时钟同步法：利用GPS或北斗模块为不同物理分布节点提供秒脉冲，各节点采样同步于GPS或北斗模块输出的秒脉冲实现全局同步采样。

(2)基于硬实时级联式多节点同步采样和数据传输方法：确定级联系统的采样间隔T，并将物理信道划分为实时和非实时两个逻辑信道，将具有硬实时要求的业务归入到实时逻辑信道中传输，将通用业务归入非实时逻辑信道传输，由上层的数据通信管理装置控制系统级同步采样和实时数据的同步传输。

(3)基于FDDI(光纤分布式数据接口)、令牌环或环形冗余协议RRP(IEC62439-7Ring-based Redundancy Protocol)等环形网络的技术思路进行数据采集和传输。

(4)依托现场总线思路，利用高度可用无缝冗余HSR(IEC62439-3ParallelRedundancy Protocol(PRP)and High-availability Seamless Redundancy(HSR))的环形通信网络的技术：由系统中的主节点向环网的两个方向发布冗余的实时数据加载帧，由系统中数据源节点将过程数据插入每个帧的预定和专用字段，目的节点最后从该对冗余帧中首先到达的加载冗余帧中提取过程数据。

上述的同步采样控制方法均存在不足之处：

对于方法(1)，GPS和北斗(BDS)同步法受捕获卫星数量影响，以及自然环境和社会环境等因素的制约，并且需要相应的硬件支持，对天线的安装位置要求较高，需要额外的数据传输通道，成本较高。

对于方法(2)，基于网络级联的方法实现了多节点同步数据采集和传输，由于缺乏冗余链路，在链路故障时将会导致系统功能丧失。

对于方法(3)，基于RRP系列的环网网络故障恢复时间较长，即使在1000BASE-X链路上最快也要4ms以上，如果考虑物理链路延迟，恢复时间可能进一步延长，将严重影响实时业务的性能，基于RRP技术的链路冗余的实现是以牺牲实时性为代价的。