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基于IEEE1588标准交换机的研究和设计

作　者: 张涛允
导　师: 张振华；秦立军
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 以太网交换机 工业以太网 IEEE1588标准 PTP协议 交换芯片 交换机软件系统 Vxworks
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


目前IEC61850标准已成为变电站通信网络和系统的唯一国际标准,按照IEC61850标准体系的描述,采用工业以太网作为变电站自动化系统的基本通信网络,硬接线连接将被基于交换式以太网的通信网络所代替。工业以太网的关键部件——工业以太网交换机,用于构建电力系统中各种网络架构和传输各种控制命令和监测数据,并通过网络传输电力设备之间的跳闸命令和闭锁信号。同时,电力系统中的监控和保护设备,都必须通过铜缆或光缆将自身的通讯报文汇集到交换机并转发出去,大量的数据交换要求交换机必须具有充足的交换容量和快速的交换能力,以及很低的交换延迟,以满足监控系统通讯的可靠性和实时性。2002年底颁布的IEEE1588协议——网络化测量和控制系统的精确时钟同步协议,是用于测量和自动化系统中的高精度网络时钟同步协议。它在总结之前各种各样通讯模式下的同步时钟的方法同时,开创性地解决了总线网络的同步时钟问题以及跨网段的同步时钟问题,同时提出了在不同层次实施该协议可得到不同等级的同步时钟精度。鉴于IEEE1588标准高精度的分布式网络对时特点,研究和开发支持IEEE1588标准并应用于电力系统的工业以太网交换机具有重要的意义。文章通过对IEEE1588标准的研究和分析,对工业以太网交换机硬件和软件进行研究和设计,并提出具体设计方案。交换机的硬件设计包括对CPU模块、交换芯片、外围存储、电源模块等硬件电路的设计。其中交换芯片是通过对三家主要交换芯片厂商的产品进行详细比对而作出选择。软件模块的设计主要是针对交换机的软件管理结构进行设计的,以嵌入式系统Vxworks为基础,设计交换机BSP、驱动程序、通信模块等。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题的背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 研究现状  10-12
    1.2.1 IEEE1588标准  10-11
    1.2.2 支持IEEE1588标准的交换机现状  11-12
  1.3 本文主要研究内容  12-13
第2章 IEEE1588标准  13-18
  2.1 概述  13
  2.2 IEEE1588与其它对时协议的对比  13-14
  2.3 PTP精确时间协议  14-17
    2.3.1 PTP域  14-15
    2.3.2 PTP端口  15-16
    2.3.3 时钟节点  16
    2.3.4 最优时钟  16-17
  2.4 本章小结  17-18
第3章 PTP时钟同步模型和同步原理  18-37
  3.1 PTP协议原理概述  18-19
  3.2 PTP系统通讯机制  19-20
  3.3 PTP时钟属性  20-21
  3.4 PTP时钟模型  21-23
  3.5 时钟数据集  23-24
  3.6 最佳主时钟算法  24-29
    3.6.1 数据集比较算法  24-27
    3.6.2 状态选择算法  27-29
  3.7 PTP系统的数据类型  29-30
    3.7.1 基本数据类型  29
    3.7.2 时间戳类型  29-30
  3.8 PTP同步原理  30-34
    3.8.1 请求应答机制  31-32
    3.8.2 端延时机制  32-34
  3.9 本地时钟同步  34
  3.10 网络传输延迟分析  34-35
  3.11 本章小结  35-37
第4章 交换机设计概述  37-43
  4.1 设计思路  37-38
  4.2 交换机主要性能  38-42
    4.2.1 VLAN  38-40
    4.2.2 STP、RSTP  40
    4.2.3 QoS优先级  40-41
    4.2.4 组播技术  41
    4.2.5 流量控制  41-42
  4.3 本章小结  42-43
第5章 交换机硬件设计  43-61
  5.1 设计方案  43
  5.2 DP83640  43-48
    5.2.1 概述  43-45
    5.2.2 时钟结构  45
    5.2.3 时间设定的验证  45-46
    5.2.4 实现透明时钟  46-48
  5.3 CPU模块  48-51
  5.4 外部存储器部分  51-54
    5.4.1 FLASH  51-52
    5.4.2 EEPROM  52-53
    5.4.3 SDRAM  53-54
  5.5 交换芯片  54-58
  5.6 电源设计  58-59
  5.7 本章小结  59-61
第6章 交换机软件设计  61-67
  6.1 软件结构  61
  6.2 板级支持包BSP的开发  61-63
  6.3 驱动程序  63-64
    6.3.1 串行接口  63
    6.3.2 以太网口  63-64
  6.4 通信模块  64-65
  6.5 交换机设备管理  65-66
  6.6 本章小结  66-67
第7章 结论和展望  67-69
参考文献  69-73
在硕士学位期间发表的论文及其它成果  73-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化
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