一種支持報文存儲的交換的制造方法
【專利摘要】一種支持報文存儲的交換機。其包括CPU管理模塊、FPGA功能模塊、交換模塊、報文存儲模塊和PHY模塊；其中：CPU管理模塊分別與FPGA功能模塊和交換模塊相連接，F(xiàn)PGA功能模塊分別與交換模塊、報文存儲模塊和PHY模塊相連接。本實用新型效果：交換機實現(xiàn)報文的存儲將為數(shù)字化變電站在事故追憶時提供有利依據(jù)，從源頭存儲報文將有助于在分析問題時逐級查找報文傳輸中出現(xiàn)的相關(guān)異常情況，使得網(wǎng)采網(wǎng)跳模式下報文傳輸這一過程有了確切的分析依據(jù)。由于采用高性能的FPGA對報文進行管理分析，不會造成由于報文存儲而帶來交換過程時延的明顯增大，確保了交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延的可靠性。
【專利說明】一種支持報文存儲的交換機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種支持報文存儲的交換機。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的日趨成熟，網(wǎng)采網(wǎng)跳方式在現(xiàn)行的數(shù)字化變電站中廣泛使用。作為數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)的骨干單元，交換機在數(shù)字化變電站中的重要地位日益凸顯。數(shù)字化變電站中大量的網(wǎng)絡(luò)報文替代了原先常規(guī)站中的二次電纜傳輸站內(nèi)的電壓電流以及相關(guān)信號，這種方式使得一旦站內(nèi)出現(xiàn)某種故障時對于事故的原因難以溯源。雖然說現(xiàn)在數(shù)字化變電站中廣泛應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置對數(shù)字化變電站內(nèi)的相關(guān)報文進行分析和事故追憶，網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置通常從交換機的某一端口獲取相應(yīng)的報文。受限于這種報文獲取方式，網(wǎng)絡(luò)分析裝置只能對這些交換機提供的報文進行分析存儲，然而一旦發(fā)生站內(nèi)設(shè)備發(fā)出的報文經(jīng)過交換機出現(xiàn)丟失時，網(wǎng)絡(luò)分析裝置將無法捕獲到相關(guān)報文進行分析追憶。由交換機傳輸過程中因某些異常造成的延時傳輸這種異常網(wǎng)絡(luò)分析裝置也無法捕獲分析。交換機報文轉(zhuǎn)發(fā)過程中進出報文的差異性和時延的不確定性將成為網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置不可攻克的一個難點，尤其是交換機的傳輸時延分析在網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置層面實現(xiàn)較為困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種支持報文存儲的交換機。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型提供的支持報文存儲的交換機包括:CPU管理模塊、FPGA功能模塊、交換模塊、報文存儲模塊和PHY模塊；其中:CPU管理模塊分別與FPGA功能模塊和交換模塊相連接，F(xiàn)PGA功能模塊分別與交換模塊、報文存儲模塊和PHY模塊相連接；
[0005]CPU管理模塊為以微處理器為核心的控制器模塊，用于對交換模塊和FPGA功能模塊進行相關(guān)配置，并進行交換機相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理；
[0006]FPGA功能模塊為一可編程門陣列芯片構(gòu)成的邏輯電路，用于對PHY模塊接收到的報文進行相關(guān)處理，在報文收發(fā)時對報文進行相關(guān)分析，并實現(xiàn)報文的拷貝定向存儲到報文存儲模塊以及報文向交換模塊的傳遞；
[0007]交換模塊為交換機的核心元件交換芯片，通過串行外設(shè)SPI接口與CPU管理模塊之間連接；
[0008]報文存儲模塊為外接的存儲設(shè)備，用于存儲相關(guān)的報文信息；
[0009]PHY模塊為物理層接口芯片，用于為FPGA功能模塊提供以太網(wǎng)端口的接入通道。
[0010]所述的FPGA功能模塊主要包括晶振、復(fù)位電路、電源電路、程序下載電路、存儲器擴展部分；FPGA功能模塊與PHY模塊之間通過MII接口連接，與交換模塊之間的連接亦通過MII接口與交換模塊內(nèi)部的各個端口的MAC相連接，F(xiàn)PGA功能模塊為了實現(xiàn)存儲功能需外接報文存儲模塊。
[0011]所述的文存儲模塊采用IT的固態(tài)硬盤來保證足夠的存儲空間，F(xiàn)PGA功能模塊與報文存儲模塊之間的接口采用SATA接口。
[0012]所述的PHY模塊與FPGA功能模塊通過MII接口相連接，用于向外提供SFP/RJ45接口，便于光纖和雙絞線的連接。
[0013]本實用新型提供的支持報文存儲的交換機的效果:
[0014]交換機實現(xiàn)報文的存儲將為數(shù)字化變電站在事故追憶時提供有利依據(jù)，從源頭存儲報文將有助于在分析問題時逐級查找報文傳輸中出現(xiàn)的相關(guān)異常情況，使得網(wǎng)采網(wǎng)跳模式下報文傳輸這一過程有了確切的分析依據(jù)。由于采用高性能的FPGA對報文進行管理分析，不會造成由于報文存儲而帶來交換過程時延的明顯增大，確保了交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延的可靠性。同時通過對交換機存儲和轉(zhuǎn)發(fā)報文的對比分析我們可以獲知交換機的數(shù)據(jù)幀丟失情況和交換機的存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延，對于分析交換機的相關(guān)性能指標具有一定的參考意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型提供的支持報文存儲的交換機的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2為本實用新型中FPGA功能模塊外圍結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提供的支持報文存儲的交換機進行詳細說明。
[0018]如圖1所示，本實用新型提供的支持報文存儲的交換機包括:CPU管理模塊1、FPGA功能模塊2、交換模塊3、報文存儲模塊4和PHY模塊5 ;其中:CPU管理模塊I分別與FPGA功能模塊2和交換模塊3相連接，F(xiàn)PGA功能模塊2分別與交換模塊3、報文存儲模塊4和PHY模塊5相連接；
[0019]CPU管理模塊I為以微處理器為核心的控制器模塊，用于對交換模塊3和FPGA功能模塊2進行相關(guān)配置，并進行交換機相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理；
[0020]FPGA功能模塊2為一可編程門陣列芯片構(gòu)成的邏輯電路，用于對PHY模塊5接收到的報文進行相關(guān)處理，在報文收發(fā)時對報文進行相關(guān)分析，并實現(xiàn)報文的拷貝定向存儲到報文存儲模塊4以及報文向交換模塊3的傳遞；
[0021 ] FPGA功能模塊2的外圍結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要包括晶振、復(fù)位電路、電源電路、程序下載電路、存儲器擴展等部分。FPGA功能模塊2與PHY模塊5之間通過MII接口連接，與交換模塊3之間的連接亦通過MII接口與交換模塊3內(nèi)部的各個端口的MAC相連接，F(xiàn)PGA功能模塊2為了實現(xiàn)存儲功能需外接報文存儲模塊4 ；
[0022]交換模塊3為交換機的核心元件交換芯片，通過串行外設(shè)SPI接口與CPU管理模塊I連接，用于對從FPGA功能模塊2接收到的報文進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)；
[0023]報文存儲模塊4為外接的存儲設(shè)備，用于存儲相關(guān)的報文信息；
[0024]所述的報文存儲模塊4采用IT的固態(tài)硬盤來保證足夠的存儲空間，F(xiàn)PGA功能模塊2與報文存儲模塊4之間的接口采用SATA接口。
[0025]PHY模塊5為物理層接口芯片，用于為FPGA功能模塊2提供以太網(wǎng)端口的接入通道;
[0026]PHY模塊5與FPGA功能模塊2通過MII接口相連接，用于向外提供SFP/RJ45接口，便于光纖和雙絞線的連接；PHY模塊5的對外接口將接收到的相關(guān)報文通過MII接口傳遞給FPGA功能模塊2。
[0027]FPGA功能模塊2與PHY模塊5之間通過MII數(shù)據(jù)接口進行連接和數(shù)據(jù)交換；當報文從PHY模塊5傳遞到FPGA功能模塊2時，F(xiàn)PGA功能模塊2通過監(jiān)聽和分析MII接口上的信號，在報文接收時刻獲取該時刻的時間戳，將時間戳的獲取點定位于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層之間，在接收到采樣數(shù)據(jù)包的第一個比特時就打上時間戳，這樣可以消除協(xié)議棧的延時和抖動，獲取的時間戳最為精確。在獲取報文接收時間戳的同時，F(xiàn)PGA功能模塊2將接收到的報文進行“拷貝”，其中的一份報文由FPGA功能模塊2進行報文解析，判斷報文的類型即MMS/G00SE/SV，根據(jù)報文類型的不同將這些報文存儲到報文存儲模塊4之中預(yù)先劃分好的不同的報文存儲空間之內(nèi)，與報文同時存儲的還有報文的接收時間戳信息，F(xiàn)PGA功能模塊2復(fù)制的另一份報文通過FPGA功能模塊2與交換模塊3之間的MII接口傳遞給與之相連的交換模塊3中的MAC，然后交換模塊3按照本身的存儲轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則進行有序的存儲轉(zhuǎn)發(fā)。
[0028]當報文經(jīng)過存儲按照轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則從某一端口轉(zhuǎn)發(fā)出去時，F(xiàn)PGA功能模塊2監(jiān)聽與之相連的該端口的MII接口上的信號，在報文從交換模塊3發(fā)送出去的時刻產(chǎn)生該報文的發(fā)送時間戳，與報文接收時的處理方式相同，F(xiàn)PGA功能模塊2將報文拷貝一份用于和報文發(fā)送時間戳一同存儲到相應(yīng)報文的存儲區(qū)域，另一份報文則由FPGA功能模塊2傳遞給與之相連接的PHY模塊5，從而實現(xiàn)報文的傳輸。
[0029]交換機報文的存儲實現(xiàn)了按類存儲，端口接收和發(fā)送的報文分區(qū)域存儲，在不同的存儲區(qū)域中又根據(jù)報文類型的不同實現(xiàn)不同類型報文的分類存儲，這種存儲方式極大地為后期存儲報文的分析提供便利。例如我們能夠通過對比同一幀報文接收時間戳和發(fā)送時間戳來得知該報文在交換機內(nèi)部的存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延。
[0030]本實用新型提供的支持報文存儲的交換機的特點:
[0031]由于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置的分析報文均源自交換機側(cè)，所有的報文均為交換機轉(zhuǎn)發(fā)報文，并非真正的合并單元或者智能終端等發(fā)出的源頭報文，無法溯源對事故進行追憶?？紤]到交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)機制，網(wǎng)采網(wǎng)跳所有的裝置發(fā)出的源端報文都會經(jīng)過交換機再進行轉(zhuǎn)發(fā)，這種方式使得交換機成為第一個接收到裝置源頭報文的二次設(shè)備，我們可以利用交換機對接收到的報文進行實時存儲，在該報文從目標端口轉(zhuǎn)發(fā)出去時我們在此對報文進行存儲，從而在報文接收和發(fā)送兩個時刻對報文進行實時存儲，便于異常情況下對存儲報文進行分析事故追憶。
[0032]本實用新型已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，本實用新型并不局限于上述實施例，根據(jù)本實用新型的教導(dǎo)還可以做出多種變型和修改，例如在報文存儲的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)報文的離線分析工作等，這些變型和修改均落在本實用新型所要求保護的范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種支持報文存儲的交換機，其特征在于:所述的支持報文存儲的交換機包括:CPU管理模塊(1)、FPGA功能模塊(2)、交換模塊(3)、報文存儲模塊(4)和PHY模塊(5);其中:CPU管理模塊(1)分別與FPGA功能模塊⑵和交換模塊(3)相連接，F(xiàn)PGA功能模塊⑵分別與交換模塊(3)、報文存儲模塊(4)和PHY模塊(5)相連接； CPU管理模塊(1)為以微處理器為核心的控制器模塊，用于對交換模塊(3)和FPGA功能模塊(2)進行相關(guān)配置，并進行交換機相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理； FPGA功能模塊⑵為一可編程門陣列芯片構(gòu)成的邏輯電路，用于對PHY模塊(5)接收到的報文進行相關(guān)處理，在報文收發(fā)時對報文進行相關(guān)分析，并實現(xiàn)報文的拷貝定向存儲到報文存儲模塊⑷以及報文向交換模塊⑶的傳遞； 交換模塊⑶為交換機的核心元件交換芯片，通過串行外設(shè)SPI接口與CPU管理模塊(1)之間連接； 報文存儲模塊(4)為外接的存儲設(shè)備，用于存儲相關(guān)的報文信息； PHY模塊(5)為物理層接口芯片，用于為FPGA功能模塊⑵提供以太網(wǎng)端口的接入通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持報文存儲的交換機，其特征在于:所述的FPGA功能模塊(2)主要包括晶振、復(fù)位電路、電源電路、程序下載電路、存儲器擴展部分；FPGA功能模塊(2)與PHY模塊(5)之間通過MII接口連接，與交換模塊(3)之間的連接亦通過MII接口與交換模塊(3)內(nèi)部的各個端口的MAC相連接，F(xiàn)PGA功能模塊(2)為了實現(xiàn)存儲功能需外接報文存儲模塊(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持報文存儲的交換機，其特征在于:所述的文存儲模塊(4)采用1T的固態(tài)硬盤來保證足夠的存儲空間，F(xiàn)PGA功能模塊(2)與報文存儲模塊(4)之間的接口采用SATA接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持報文存儲的交換機，其特征在于:所述的PHY模塊(5)與FPGA功能模塊(2)通過MII接口相連接，用于向外提供SFP/RJ45接口，便于光纖和雙絞線的連接。
【文檔編號】H04L12/931GK204089874SQ201420527030
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】楊曉靜, 王偉力, 陳天恒, 王瑤, 王鑫, 謝峰, 潘琦 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司