一体化网络报文分析仪研发可行性分析报告

南瑞继保•研发中心知识产权所有，未经正式许可，严禁复制、使用、或向第三方公开。共16页一体化网络报文分析仪研发可行性分析报告摘要：此文档是研发中心XX项目研发可行性分析报告。版本及修订说明：日期版本描述更改人员更改审核V1.0文档形成刘乐研发中心XX项目研发可行性分析报告知识产权所有，未经正式许可，严禁复制、使用、或向第三方公开。-1-目录1.项目背景......................................................................................................................................21.1项目研发原因..........................................................................................................................21.2市场调研情况..........................................................................................................................21.3产品指标要求..........................................................................................................................31.3.1产品功能要求..........................................................................................................................31.3.2产品性能要求..........................................................................................................................31.3.3产品具体要求分析..................................................................................................................32.装置结构&具体细节分析.............................................................................................................42.1装置机箱结构..................................................................................................................................52.2基于多核处理器的详细方案分析...................................................................................................52.2.1．网络报文时间戳实现方式.........................................................................................................52.2.2．网络报文压缩实现方式.............................................................................................................72.2.3．CPU多核工作分析及主流CPU性能分析.................................................................................83.装置实现方式............................................................................................................................103.1基于CAVIUM多核处理器的解决方案.........................................................................................103.2基于FREESCALE多核处理器的解决方案......................................................................................114.技术风险分析............................................................................................................................13研发中心XX项目研发可行性分析报告知识产权所有，未经正式许可，严禁复制、使用、或向第三方公开。-2-研发可行性分析报告1.项目背景1.1项目研发原因随着智能变电站的逐步普及，智能变电站过程层网络和站控层网络的运行状态的监视、记录、分析和报警将会越来越重要。国家电网和南方电网要求必须在智能变电站中配置网络报文记录功能和录波功能，为将来的问题处理和分析提供原始报文依据。目前，网络报文记录功能和录波功能分别采用报文记录仪和录波器两种装置分别实现，由于两种功能在原始报文捕获等许多方面存在重叠，因此，在智能变电站各项功能整合的大环境下必然会将网络报文记录功能和录波功能整合在一台装置上形成一体化网络报文记录分析装置。一体化网络报文记录分析装置同时具备故障录波分析装置功能和网络报文记录分析装置功能。为了提升我公司在智能电网领域的产品配套能力和产品竞争力，研发符合智能电网应用的一体化网络记录分析装置将成为必然。1.2市场调研情况目前智能变电站建设数目每年都在增长，一体化网络报文记录分析装置市场需求很大，每个智能变电站均需配置2台~4台的一体化装置实现报文记录和录波分析功能。目前国内主流录波器厂家均有一体化网络记录分析仪投放市场，如国电南思NSR500系列设备，武汉中元ZH-5N装置，广州思唯奇M8100装置，上海许继N5000等厂家已有很多相关产品挂网运行。一体化网络报文记录分析仪国网，南网的招标价格一般是：1台分析仪+1台记录仪的价格为8万元左右，1台分析仪+2台记录仪价格为11-12万元左右。研发中心XX项目研发可行性分析报告知识产权所有，未经正式许可，严禁复制、使用、或向第三方公开。-3-1.3产品指标要求根据南方电网公司的《一体化运行记录分析装置》和国家电网公司的《智能变电站网络报文记录及分析装置技术条件》标准要求，研制一体化网络报文记录分析装置应符合如下主要功能及指标要求。1.3.1产品功能要求1．对全站各种网络报文进行实时监视、捕捉、分析、存储和统计功能。2．具备故障录波功能；3．支持按照61850标准建模，具备完善的自描述功能；4．支持IRIG-B、IEC1588，SNTP对时功能。1.3.2产品性能要求1.装置至少能接纳400Mb/s的报文，最好能够达到600Mbps或800Mbps。2.报文时间戳精度达到1us;3.装置应有6TB的磁盘，读写速度至少为50MB/s;4.装置时钟精度：SNTP同步对时精度不超过±100ms。IRIG-B同步对时精度不超过±4us。IEC61588同步对时精度不超过±1us。5.装置至少具有8个百兆千兆记录口；2个站控层百兆通信口；6.装置具有调试接口，LCD接口，SAS接口；7.装置外观具有电源指示灯、告警指示灯、端口连接状态指示灯、硬盘指示灯等；8.装置支持双电源供电，110、220DC/AC；1.3.3产品具体要求分析1.3.3.1装置CPU处理速度要求智能变电站过程层的报文数据信息量非常大报文流量计算，按照1个数据集，22个通道计算，一帧SV（9-2）报文的总长度：34+4+81+8×22=295个字节。如果采样率4000Hz，1个MU：300Byte×4000/s=1.2MB/s；南网规范要求每个装置接入不少于60个MU：1.2×60=72MB/s。SV+GOOSE+mms+104报文大约为75MB/s。所以装置应具有处理75MB/s的能力。内存应不少于8Ｇ．研发中心XX项目研发可行性分析报告知识产权所有，未经正式许可，严禁复制、使用、或向第三方公开。-4-1.3.3.2装置存储容量要求装置存储应支持磁盘冗余（RAID）技术，支持RAID0，RAID5。存储容量不少于50TB，确保GOOSE报文保存周期应不少于半年，MMS报文保存周期应不少于3个月，SV报文保存周期应不少于1周，1588报文保存周期不少于1个月，异常事件记录存储不少于1000条。按照上述要求计算：按照总的报文接入能力为75MB/s计算：75MB/s×3600s/小时×24h/天*7天=43.258TB。按照要求应配置50TB的磁盘。磁盘存取速度达到75MB/s。建议磁盘接口选择SAS接口，同时兼容SATA接口。1.3.3.3装置外接接口要求(1)装置具有8个100/1000Mbps网络监听端口，电口，光口可选配。电口：100M/1000Mbps自适应。光口：LC100M/1000Mbps。(2)应具有至少2个千兆站控层通信端口。(3)USB2.0接口2个，RS232调试接口1个。(4)提供接口便于扩展磁盘容量大小．(5)装置支持SNTP,Ｂ码,1588对时接口：SNTP同步对时精度不超过±100ms。IRIG-B同步对时精度不超过±4us。IEC61588同步对时精度不超过±1us。1.3.3.4装置外观要求(1)一体化装置的正面（非出线端）应设置装置品牌标志、型号名称。应设置装置运行工况指示灯，包括：通信端口工作状态指示灯、装置运行指示灯、录波起动指示灯和装置故障指示灯等。杭州思维奇等厂家装置有液晶显示，但无键盘。(2)一体化装置的背面接线端口应标明端口序号或名称，电源端子上方应标注接线说明。2研发中心XX项目研发可行性分析报告知识产权所有，未经正式许可，严禁复制、使用、或向第三方公开。-5-2.装置结构&具体细节分析2.1装置机箱结构鉴于该网络分析仪的性能和主要应用场合，装置尺寸应为1U或者2U标准机箱，具体优缺点如下表所示：比对项目1U机箱2U机箱尺寸占用空间少，安装方便占用空间较大电源双电源设计需使用横版结构，较占用机箱内部空间双电源可采用竖版结构液晶1U机箱不易于安装液晶，显示装置状态只能通过指示灯2U机箱可使用5.寸以下小液晶，可以选用彩屏显示按键无法增加如有需要，可考虑触摸屏或薄膜按键硬盘安装由于机箱高度所限，双硬盘设计只能为横向并排放置。双硬盘可选择横向并排或纵向并排散热机箱空间小，不利于芯片热量散发空间相对较大，可使用导热管方式的散热结构综述基于各方面考虑，建议使用2U机箱。2.2基于多核处理器的详细方案分析通过市场调研和目前市面上的各厂家网络分析仪方案分析，新设计的一体化网络报文分析仪解决方案为单芯片一体化解决方案，不采用分布式解决方案。一体化解决方案中按主要功能及该功能的实现方式具体分析如下：2.2.1．网络报文时间戳实现方式网络分析仪需对接收到的报文做精准的时间记录，报文记录数据分辨率≤1us。具体实现方