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4.2.4 网络延时定义
网络延时定义为一帧报文从发送者到接收者的网络传输花费的全部时间。网络延时由以下四部分组成:
-发送延时;
-交换机制延时;
-线路传输延时;
-帧排队延时。
(1)发送延时(T0)
T0定义为交换机发送节点在通信链路上从发送帧的第1个比特开始至发送完最后一个比特所需的时间。这个延时与被发送的帧的大小成正比,与速率成反比:
T0=FS/BR
这里T0是发送延时,FS是以位计算的帧大小,BR是以位/秒为单位计算的速率。
(2)交换机制延时(T1)
以太网交换机的内部是交换机制。交换机制由复杂的硬件电路执行存储转发引擎、MAC地址表、VLAN、QoS(Quality of Service)及其它的功能,执行这些逻辑功能便产生了延时。各个厂商交换机的交换机制延时各不相同,同一厂商的产品基本相同。交换机制延时一般为几个μs到十几个μs。目前智能变电站中使用的主流交换机的交换机制延时一般不大于7μs(比如MOXA PT-7728机制延时约为5μs左右)。
(3)线路传输延时(T2)
数据位在光纤链路上的传输速度大约是光速(3×108 m/s)的⅔。当部署很长距离以太网线路时,这个延时值得注意。对于100km/1km/100m的链路延时可以计算出:
T2(100km)= 1×105 / (⅔×3×108)≈500μs
T2(1km) = 1×103 / (⅔×3×108)≈5μs
T2(100m) = 1×102/ (⅔×3×108)≈0.5μs
对于智能变电站内过程层GOOSE网的传输距离而言,单条路径一般不会超过500m,线路传输延时和其它延时相比显得较小,可以忽略不计。
(4)帧排队延时(T3)
帧冲突在广播式以太网中存在,以太网交换机用队列结合存储转发机制来消除以太网中存在的帧冲突问题。而队列给延时引入了非确定性,原因归结于队列长度、网络负荷等因素。为了减轻重要数据帧的排队延时,引入了数据帧优先级机制,然而并不能保证服务的质量。
以上4种延时中,前3种延时由网络本身的硬件和软件决定,只有排队延时具有不确定性。要分析以太网延时,就必须分析出影响排队延时的因素,通过减小排队时延将有利于提高整个网络系统的实时性能。
4.2.5 延时分析结论
经延时计算,得出结论如下:
(1)从网络延时指标看,环形网络与星形网络的通信延时在最坏情况下均小于4ms,此两类网络结构可应用于智能变电站自动化系统。
(2)在环形网络中,节点信息的网络延时会随着环路中交换机数量的增加而增加;而在星形网络中(由中心交换机和下端交换机构成的两级网络),下端交换机数量的增加并不会增加信息的跨交换机传输时延(由于拓扑结构的原因,其通信链路中的交换机数量是恒定的)。星形网络的实时性要优于环形网络。
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