基于交换机数据传输延时测量的采样同步方案

摘要：采样值中用于传输和交换的数据单元在利用交换机进行传输时，因传输过程中出现的问题导致传输时间延长，而这个延长的时间没有规律可言，基于这个传输特性，我们现在的主要做法是全站在将传输的数据单元进行合并与同步处理时，接入报时一致的钟表，以此来达到消除时间延长的不确定性的目的。但是这样的做法也有不足之处，它会造成在实现采样一致的目标的同时，对外界的时间工具产生严重依赖，打破了完善功能不能以依赖外界对时系统为代价的原则。本文通过研究比较多种采样方式的优势与不足，提出了一种简单科学的采样方式，希望能对读者有所帮助。

关键词：采样同步；交换机；延时传输

一、采样方式同步分析

采样同步技术水平直接影响着网络采样能否从实验走向实际，得到广泛应用。因此我们需要分析各种采样方式，综合其优劣势，探寻到最佳采样方式，这对于准确把握住数据传输延迟的时间有很大的帮助作用。

1.我国目前普遍采用的采样模式。现在“直采”是继电保护最常用的采样方式。所谓直采，就是继电保护装置同合并单元之间的连接方式是直接交换传输数据，点对点交流。直采的好处就是其采样值报文具有固定的传输延长时间，消除了不确定性，知道了固定时长，补偿起来就简单多了。与“直采”比较起来，“网采”就是利用互联网络达到采样值传输的目的的，这种模式可以省下一大批光缆，并且接线结构简单明了，数据传输分享更便捷，与科学技术发展接轨。但是“网采”一个非常大的缺点就是延时的不确定性，所以网络采样同步技术能否发展完善直接关系着“网采”能否顺利得到实际化应用。

2.采样同步方式分析。通常继电保护装置采用一般的采样方式时，它是通过控制采样的先后顺序并且在采样过程中确保电路能够实现不同的通道来达到采样同步的目的的。在采样这一过程中，可能会存在一些影响同步的因素比如低通回路的参变量的偏差等，但是这些因素并不会对整个工程有所影响。

合并单元与智能电子设备之间在进行采样时出现的传输延时问题与采样使用的方式脱不了关系。当合并元与继电保护装置之间采用“直采”模式时，数据传输延长的时间是确定的并且是一个固定值。智能变电站中“直采”模式下，光线长度小于等于两千米，所以可知这时传输的延长时间的数量级为微秒，非常小，因此这个延长时间对继电保护装置的影响可以忽略不计。当合并单元与保护装置采用的是“网采”模式时，特别是在一个智能电子设备同时读取多个设备数据的情况下，因为这些设备并不是在同一时间传输的数据，智能电子设备在接收这些设备传送的数据时，可能会出现各个设备传送的数据排队依次进入智能电子设备接收数据的入口的情况，并且不能确定设备传输数据排队时的先后顺序，所以交换机在传输、交换数据信息时就不能得知准确的延长时间，源于此原因，我们才断定“网采”模式下，采样值报文的传输数据的延长时间是不断变化的。

二、基于数据传输延时测量的同步方案的基本原理

在测算数据传载过程中延误的时间的基础上，设计该方案所遵循的准则为：在交换机的进出端口进行SV报文加密数据并制成电子凭证的工作。SV报文在传送过程中延误的时长是不确定的，需计算采样值经过输入输出端口所用时长，精准确定Sampled Value采样值在交换机传输过程中延误的时间，将计算结果记录在SV报文的时间域里。多个交换机建立映射关系，累计计算各SV报文采样的延误时长，Sampled Value数据收集装置通过收集时间域中采样值的延误时长取得总延时信息。

任取两台交换机进行检测实验，详细记录数据信息进出交换机两端口的时间，计算传输所用时长。保护装置以实际时间为准，该装置在保护采样数值时可以使用直接采样或网络采样的方式，通过额定延误时长和累积总延时数值复原各个间隔的SV采集时间，完成同步采样方案。类似于直接采样方式，不需要经过交换机端口，点对点将样本数据直接传送到测量装置中。

三、同步方案延時精度测量及分析

创建检测系统精准测量交换机的延误时长，首先向交换机中输送采样值数据测得传输时间差，再通过直传光纤导入到timestamp的检测装置中。通过网络风暴发生设备干扰信息在单台或多台映射中的交换机上的转换时长，排除掉设备在工作过程中的花费的时间，经过一系列计算证明交换机测出的的延误时长与数据转载时限之间的存在联系。通过大量测验表明，不同数据信息的传输和流量差异下，交换机的精准程度趋近于四十纳秒，多台具有映射关系的交换机的精准程度也稳定在一定纳秒范围内。

同步采样方案时时跟踪分析系统运行的频段，对被监测的信号的极限值进行收集整理，在依据一定的规则对数据进行计算和处理，采样的频率与电力设备主体运行的速率维持在一定的比值范围。晶体振荡器消耗能量极低、启动时间短、精确度高并且稳定性能好，适用于延时检测工作。MU技术可以支持多个用户端的通信信号的输送提高了数据输送速率。数据在不同设备之间的传送也存在延误时间，用户设备通讯流量对交换机的干扰微乎及微，但晶体振荡器的震动频率形成的误差，严重影响交换机的检测数据传输的延误时长工作。若排除外界因素的干扰，交换机测试延时的工作更加精准。

四、同步方案应用分析

综合智能化继电站的所有保护措施，差动保护设施对于Sampled Value同步的反应最为敏锐。差动保护是流经电流互感器进出接头的电流差值，利用流经某一节点的总电流为零这一准则实行差动保护，在工作时将电力设施当做一个结点，如果电力设施正常运转则电流流经差动保护装置前后的数值相同，如果电力设施发生意外情况则流经装置的电流差值大于零，当差值大于差动保护装置的安全电流值范围时，保护设备发出预警信号，断开被保护的设施与其他设备的联接。差动保护的优点在于运行没有延时性、简单易操作等。

针对差动保护与同步同步方案，智能化继电保护准则中没有确切的声明。研究分析智能化变电继电设施的保护技术需要注意以下几项：一则研发针对性的保护技术时需要具有可操作性、及时性和敏捷性，可以分析继电网中发生的意外事故并合理处理。二则变压器主体与其他设备的连接点需要设立保护装置，多采用集成化的安置方式，还可以安装监控装置，实现智能化、信息化远程控制变电站继电器。

使用数据传输延误时长的测算方法时，对用户设备的数据接受时间的进行时时监测，确保可以正确检测交换机传送数据的延误时长，如果交换机在传送数据延时产生误差时，保护设备可以快速应对，及时封锁规避可能发生的各种意外情况。利用这种方法极大程度的减少了同步方案出现漏洞的机会，扩大了了方案的容许错误的范围。

总结

交换机传输数据延误时长的测算技术简单易操作，实时监测用户设备接收数据的时间并打好时间戳，为直接采样的方式提供保护装置的技术性保护措施。将SV报文中的采样信息传输过程转化为延误时长，其他操作基本不变，保证程序基本不改动。同步方案的不足之处在于测量传输数据的延误时间需要使用专门的交换机，随着科技发展和检测技术的不断创新，可以研发出替代交换机进行延误时长检测计量的专业性设备，趋于完善的测量技术以及不断降低的设施费用都有利于同步方案的改善与进一步发展。

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作者简介：姓名：李达国，男，汉族；出生年月：1985年11月19日；籍贯：天津市；学历：硕士研究生；职称：中级工程师；单位名称：天津生态城投资开发有限公司