基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法技术

本发明专利技术公开了基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，包括以下步骤，根据变电站通信网络各业务报文属性信息，得到最小流调周期及其发送的数据帧个数；根据基于IEC61850定义的变电站通信网络各业务报文的实时性传输需求，设置最大抖动和最大时延的约束条件；调用约束函数，并计算满足约束条件的门控列表GCL；进一步的引入最优门控目标函数对门控列表GCL判断，最终得到最优时隙分配方案。本发明专利技术采用方法，在保障时间敏感业务可靠低时延传输的基础上，进一步保障其他业务流量的实时性，提高了基于TSN的变电站通信网络的带宽利用率。带宽利用率。带宽利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法


[0001]本专利技术涉及电力通信网络数据流量调度
，尤其是涉及基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法。

技术介绍

[0002]变电站是电力系统进行能量转换的关键节点。变电站自动化系统专门用于监测、控制和保护变电站及其相关馈线中的一次设备。随着IEC61850标准的推广与应用，变电站自动化系统越来越依赖变电站通信网络(Substation Communication Network，SCN)。随着变电站智能化程度的不断提高，变电站通信网络中数据业务流量的增长与关键控制业务数据传输需求的矛盾也日趋凸显，此时传统的以太网已不能满足智能变电站通信的需求，亟需引入新技术保证变电站关键控制业务数据传输的实时性。
[0003]为解决变电站通信网络各业务共网传输在大流量情况下的实时性问题，国内外研究者尝试采用时间敏感网络(Time
‑
Sensitive Networking，TSN)等技术提高数据传输的实时性。TSN脱胎于以太网协议体系，由一组IEEE协议组成，便于在现有以太网络中进行组网。相较于传统以太网，TSN具有数据流量整形、调度和时间同步等能力，可以有效提高时间敏感业务传输的QoS，但是目前采用的基于TSN的流量调度方案一般是通过为时间敏感业务设置保护带宽来实现的，这样的调度方案不仅影响非时间敏感业务的实时性，还往往造成带宽的浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，在保障时间敏感业务可靠低时延传输的基础上，通过优化调度方法进一步保障其他业务流量的实时性，提高基于TSN的变电站通信网络的带宽利用率。
[0005]基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，包括如下步骤：
[0006]S1：根据变电站通信网络各业务报文属性信息，得到最小流调周期及其发送的数据帧个数；其中，业务报文属性信息分为报文长度和发送频率；
[0007]S2：根据基于IEC61850定义的变电站通信网络各业务报文的实时性传输需求，设置最大抖动和最大时延的约束条件；
[0008]S3：调用约束函数计算门控列表，并判断得到的门控列表是否满足约束条件；其中，约束函数包括传输周期约束、时延约束、抖动约束、调度时刻约束；
[0009]S4：引入最优门控目标函数，进一步对门控列表进行判断，最终得到最优时隙配置方案。
[0010]优选的，步骤S1中最小流调周期的公式如下：
[0011]T
ct
＝minT
N
[0012]式中，T
N
为变电站通信网络中各业务报文的发送周期。
[0013]优选的，步骤S3中各约束函数的公式如下：
[0014]1)调度时刻约束：
[0015]T
s(i,p)
≤T
D(i,p)
+T
p(i,p)
+T
proc
‑
T
RE
[0016]T
s(i,p)
≥T
D(i,p
‑
1)
+2T
p(i,p
‑
1)
+T
proc
[0017]式中，i为流量序列；p为不同流量的帧序列；T
s(i,p)
为i流量的第p帧门控开启时间；T
D(i,p)
为i流量的第p帧离开时间；T
p(i,p)
为i流量的p帧长度；T
proc
为帧处理时间；T
RE
为门控开启的准备时间；T
D(i,p
‑
1)
为i流量的第p
‑
1帧离开时间；T
p(i,p
‑
1)
为i流量的第p
‑
1帧长度；
[0018]2)传输周期约束：
[0019][0020]J
max
+T
ct
≥T
s(i,p)
‑
T
s(i,p
‑
1)
[0021]式中，T
ct
为最小流调周期；T
p(i,1)
为i流量的第1帧长度；S表示流量的总序列数量；J
max
为最大抖动时间；T
s(i,p
‑
1)
i流量的第p
‑
1帧门控开启时间；
[0022]3)时延约束：
[0023]D
w
＝T
s(i,p)
‑
(T
D(i,p)
+T
p(i,p)
+T
proc
)
[0024]D
max
≥D
w
+T
D(i,p)
+2T
p(i,p)
+T
proc
[0025]式中，D
w
为转发等待时延；D
max
为最大时延时间；
[0026]4)抖动约束：
[0027][0028]J
max
≥D
w
+T
D(i,p)
+2T
p(i,p)
+T
proc
‑
D
averg
[0029]式中，P为i流量总帧序列集合；D
averg
为平均时延时间。
[0030]优选的，步骤S4中最优门控目标函数的公式如下：
[0031]min(T
s(i,1)
‑
T
s(j,1)
)
[0032]式中，T
s(i,1)
为i流量第1帧门控开启时间；T
s(j,1)
为j流量第1帧门控开启时间。
[0033]综上，本专利技术采用上述基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，具备以下有益效果：(1)采用线性约束的方法，综合了变电站通信网络多种业务报文共网传输的实时性需求，在保障关键业务流量的超低时延、超低抖动传输基础上，同时满足了其他各业务流量传输的实时性需求；(2)解决了变电站通信网络各业务共网传输在大流量情况下的实时性问题，并通过对门控列表GCL的优化大大提高了网络带宽利用率。
附图说明
[0034]图1为本专利技术方法的流程示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例的线路间隔网络连接模型。
具体实施方式
[0036]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0037]本方案的优化方法原理是通过设置约束条件，利用线性规划理论，计算最优的门控配置方案。下面以图2所示的由三个终端和一个TSN交换机组成的TSN网络进行方案阐述，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据变电站通信网络各业务报文属性信息，得到最小流调周期及其发送的数据帧个数；其中，业务报文属性信息分为报文长度和发送频率；S2：根据基于IEC61850定义的变电站通信网络各业务报文的实时性传输需求，设置最大抖动和最大时延的约束条件；S3：调用约束函数计算门控列表，并判断得到的门控列表是否满足约束条件；其中，约束函数包括传输周期约束、时延约束、抖动约束、调度时刻约束；S4：引入最优门控目标函数，进一步对门控列表进行判断，最终得到最优时隙配置方案。2.根据权利要求1所述的基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，其特征在于，步骤S1中最小流调周期的公式如下：T
ct
＝minT
N
式中，T
N
为变电站通信网络中各业务报文的发送周期。3.根据权利要求1所述的基于TSN的变电站通信网络多业务数据传输时隙配置方法，其特征在于，步骤S3中各约束函数的公式如下：1)调度时刻约束：T
s(i,p)
≤T
D(i,p)
+T
p(i,p)
+T
proc
‑
T
RE
T
s(i,p)
≥T
D(i,p
‑
1)
+2T
p(i,p
‑
1)
+T
proc
式中，i为流量序列；p为不同流量的帧序列；T
s(i,p)
为i流量的第p帧门控开启时间；T
D(i,p)
为i流量的第p帧离开时间；T
p(i,p)
为i流量的p帧长度；T
proc
为帧处理时间；T
RE
为门控开启的准备时间；T
D(i,p
‑
1)
为i流量的第p
‑
1帧离开时间；T
p(i,p
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：贾惠彬，赵伟凯，胡子函，武文瑞，吴堃，刘岩岩，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：