【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力二次设备，具体涉及一种全连接网络的实时数据交互系统及方法。
技术介绍
1、电力二次保护控制设备是电力系统中的重要组成部分，负责对电力系统一次设备的状态监视和保护控制。随着新型电力系统建设不断推进，核心电力二次保护控制设备需要适应新的故障特征，满足电网高比例电力电子设备的快速控制需求。算法复杂度提升和快速控制响应需要更强的计算资源，系统硬件一般采用扩展计算cpu板实现计算资源的灵活扩展，同时采用全连接网络组网以达到计算cpu板间通信无阻塞效果。保护控制业务算法程序可拆分部署在多块计算cpu板上，每块板卡并行完成单板计算，并通过全连接网络实时交互数据通信实现整个设备系统协同控制。
2、考虑电力二次保护控制设备因外部复杂电磁环境、极端气候等恶劣运行环境对设备内部cpu运行和背板高速信号传输存在干扰等情况，计算cpu之间数据交互通信报文可能出现错误，导致全连接网络上某些通道上通信异常，影响业务算法的协同控制流程，极端情况下可能导致对一次设备的控制保护功能失效。
3、为解决上述问题，现有解决方案一种是从物理上增加冗余链路，对任意两块需要数据交互的cpu板卡间通信链路进行双网冗余设计，冗余网络形式一般包括点对点的双网和手拉手环网，收发cpu板卡同时从主网和冗余网络上发送和接收报文，实现一个网络中断后能继续使用另一个网络进行通信。另一种是从收发控制流程上增加通信报文确认和重发处理，例如输出cpu板卡发送数据后须等待接收cpu板应答确认，输入cpu板卡收到报文后向发送cpu板卡回复确认报文；输出cpu板
4、cn104283658公开的一种基于prp并行冗余保护装置的双网冗余实现方法，提出在数据链路层实现双网冗余和冗余处理方式。该公开方案主要针对装置外部通信，对于保护装置内部的板间数据通信，如果也采用双网冗余设计，则单板卡cpu的高速通信接口数量翻倍，当装置内板卡数量较多时，可能出现cpu的硬件资源无法满足需求，必须采用高速通信接口资源更多的cpu，极大增加系统硬件成本；如果cpu硬件资源保持不变，则系统最大可扩展计算节点的数量需减少，显著降低系统综合算力。
5、cn112202690公开的一种基于交换和环网冗余的高速总线网络，总线网络需要系统相邻节点手拉手连接，并且首尾节点连接形成环网。该公开方案中装置内部的板间总线网络，环网结构中非相邻节点之间通信必须经过中间节点转发，增加固定延时，并且固定延时随着中间节点的数量增多而成倍增长。当装置内cpu板卡数量较多时，极大增加计算cpu板卡间实时数据交互的延时，不能满足装置内部各板件间快速协同控制的系统要求。
6、对于从收发控制流程上增加通信报文确认和重发处理的解决方案，如果传输链路发生永久性故障或者干扰造成连续两包链路通信报文错误，会导致两块cpu板间实时数据交互永久中断不能恢复或者至少丢失一次控制响应周期的协同控制数据；另一方面，输出cpu板卡的超时等待时间设置须至少大于单次报文在链路上的往返两次传输延时，再考虑一次超时重发报文传输延时，则一次数据交互的最大链路传输延时至少大于3倍单次报文传输延时；数据交互固有传输延时的增加会导致系统控制响应周期变长，可能无法满足低延时场景下快速控制保护设备对数据交互的实时性要求。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种全连接网络的实时数据交互系统及方法，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。
2、技术方案：本专利技术的一种全连接网络的实时数据交互系统，包括点对点交叉连接的全连接网络，全连接网络上任意两个节点之间通过链路直接连结，同时任意两个节点之间通过至少一个第三方节点实现间接连结，全连接网络中每个节点对应一块cpu板卡；
3、任意两块cpu板卡之间具有一条主通信链路和一条备通信链路，主通信链路是两块数据交互cpu板卡之间的直接连接通信链路，备通信链路是两块数据交互cpu板卡之间通过第三方cpu板卡的单次转发实现连接的通信链路；
4、输出cpu板卡将待发送数据分别从主通信链路和备通信链路同时发出去，位于备通信链路上的第三方cpu板卡接收到输出cpu板卡发送的数据后，将该数据从备通信链路转发出去；输入cpu板卡从主通信链路接收输出cpu板卡发送的数据，同时从备通信链路接收第三方cpu板卡转发的输出cpu板卡发送的数据；当输入cpu板卡接收主通信链路数据失败时，从备通信链路接收输出cpu板卡发送的数据。
5、进一步地，cpu板卡为单核或多核处理器。
6、基于同样的专利技术构思，本专利技术所述的实时数据交互系统的实时数据交互方法，包括：指定一块cpu板卡兼任系统管理配置节点；
7、系统管理配置节点根据其上存储的所有cpu板卡配置信息，按照指定数据编排顺序得到任意两块cpu板卡之间数据交互的输出输入映射关系，按照两两数据交互的输出、输入cpu板卡整理生成输出cpu板卡的数据发送关系表和输入cpu板卡的数据接收关系表，并分别下发给输出、输入cpu板卡；
8、系统管理配置节点根据任意两块cpu板卡之间数据交互的输出输入映射关系，确定两块cpu板卡之间的主通信链路，进一步根据所有cpu板卡配置信息，通过静态网络拓扑算法确定该两块cpu板卡之间的备通信链路；系统管理配置节点将主、备通信链路信息分别下发给对应的输出、输入cpu板卡，同时下发给对应的第三方cpu板卡；
9、数据交互的输出cpu板卡、输入cpu板卡和第三方cpu板卡均通过自动端口探测处理，确定本板每个网口序口与板卡地址映射关系；
10、输出cpu板卡根据数据发送关系表，将待发送数据组成报文并根据网口序号与板卡地址映射关系，将报文从主通信链路输入cpu板卡和备通信链路输入cpu板卡的对应两个网口分别发送；备通信链路上第三方cpu板卡根据网口序号与板卡地址映射关系，从输出cpu板卡对应网口接收报文，并将报文从输入cpu板卡对应网口转发出去；
11、输入cpu板卡根据数据接收关系表，根据通信的网口序号与板卡地址映射关系，分别从主通信链路输出cpu板卡和备通信链路第三方cpu板卡的对应两个网口接收报文；输入cpu板卡首先判断主通信链路报文是否收到并且进行校验；如果收到且校验正确，则使用主通信链路接收数据；如果没有收到主通信链路报文或报文校验错误，则对备通信链路接收报文进行校验，如果收到且校验正确，则使用备通信链路接收数据；如果主备通信链路报文均校验失败，则置系统闭锁和告警，退出运行，提示人工进行处置。
12、进一步地，所有cpu板卡配置信息包括板卡数量和每块板卡的通信板卡地址。
13、进一步地，输出cpu板卡的数据发送关系表包括发送数据的源地址和报文中偏移、以及对应输入cpu板卡地址。
14、进一步地，输入cpu板卡的数据接收关系表包括接收数据的目标地址和报文中偏移、以及对应输出cpu板卡地址。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种全连接网络的实时数据交互系统，其特征在于，包括点对点交叉连接的全连接网络，全连接网络上任意两个节点之间通过链路直接连结，同时任意两个节点之间通过至少一个第三方节点实现间接连结，全连接网络中每个节点对应一块CPU板卡；
2.根据权利要求1所述的实时数据交互系统，其特征在于，CPU板卡为单核或多核处理器。
3.一种权利要求1所述的实时数据交互系统的实时数据交互方法，其特征在于，包括：指定一块CPU板卡兼任系统管理配置节点；
4.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，所有CPU板卡配置信息包括板卡数量和每块板卡的通信板卡地址。
5.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，输出CPU板卡的数据发送关系表包括发送数据的源地址和报文中偏移、以及对应输入CPU板卡地址。
6.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，输入CPU板卡的数据接收关系表包括接收数据的目标地址和报文中偏移、以及对应输出CPU板卡地址。
7.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，系统管理配置节点将数据
8.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，所述静态网络拓扑算法，包括：系统管理配置节点以全连接网络中每块输出CPU板卡的每张数据发送关系表为单位，逐一计算数据发送关系表对应两块输出、输入CPU板卡之间的备通信链路；
9.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，所述自动端口探测处理，包括：每块CPU板卡对本板与全连接网络的每个连接网口发送广播握手请求报文，网口上对侧板卡收到广播握手请求报文后，回复握手应答报文；每块CPU板卡通过所述发送握手请求与接收握手应答报文交互流程，该CPU板卡可以确认每个网口的对侧板卡地址，即确认本板与全连接网络上其它CPU板卡通信的网口序口与板卡地址映射关系。
10.根据权利要求9所述的实时数据交互方法，其特征在于，基于网口序口与板卡地址映射关系，输出CPU板卡发送报文时能够根据接收报文板卡地址确定本板发送网口序号，输入CPU板卡接收报文时能够根据发送报文板卡地址确定本板接收网口序号。
...【技术特征摘要】
1.一种全连接网络的实时数据交互系统，其特征在于，包括点对点交叉连接的全连接网络，全连接网络上任意两个节点之间通过链路直接连结，同时任意两个节点之间通过至少一个第三方节点实现间接连结，全连接网络中每个节点对应一块cpu板卡；
2.根据权利要求1所述的实时数据交互系统，其特征在于，cpu板卡为单核或多核处理器。
3.一种权利要求1所述的实时数据交互系统的实时数据交互方法，其特征在于，包括：指定一块cpu板卡兼任系统管理配置节点；
4.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，所有cpu板卡配置信息包括板卡数量和每块板卡的通信板卡地址。
5.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，输出cpu板卡的数据发送关系表包括发送数据的源地址和报文中偏移、以及对应输入cpu板卡地址。
6.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，输入cpu板卡的数据接收关系表包括接收数据的目标地址和报文中偏移、以及对应输出cpu板卡地址。
7.根据权利要求3所述的实时数据交互方法，其特征在于，系统管理配置节点将数据发送关系表、输入cpu板卡地址、第三方cpu板卡地址下发给输出cpu板卡；系...
【专利技术属性】
技术研发人员：张连生，夏雨，胡国，戴欣欣，巴超，张卯安，顾益庆，易开楠，沈志浩，许结智，常承启，严丽萍，吴海华，张吉，刘拯，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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