高會(huì)生，于文思，韓東升

（華北電力大學(xué)電子與通信工程系，河北省 保定市071003）

0 引言

在風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中，主要通信技術(shù)由以太網(wǎng)及PROFINET技術(shù)組成。但傳統(tǒng)以太網(wǎng)無(wú)法提供有限低時(shí)延傳輸保證[1]，PROFINET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)硬件兼容性較差[2]。為保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高效傳輸，風(fēng)電場(chǎng)需要高效統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)以保障系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（time-sensitive networking，TSN）是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加流控機(jī)制，綜合可靠性傳輸?shù)认嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)而形成高可靠、低時(shí)延的傳輸網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[3]闡述了TSN技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并對(duì)其部署于電力通信網(wǎng)的可行性進(jìn)行理論分析。

目前TSN技術(shù)尚不完善，在風(fēng)電場(chǎng)通信場(chǎng)景下，其傳輸過(guò)程受多種因素影響，需對(duì)其時(shí)延特性進(jìn)行全面分析。關(guān)于時(shí)延特性的研究，文獻(xiàn)[4]采用基于概率模型建模分析法驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延數(shù)據(jù)的平穩(wěn)及非周期性特征；文獻(xiàn)[5]通過(guò)OMNeT++仿真平臺(tái)對(duì)TSN流控機(jī)制時(shí)延情況及傳輸性能加以分析；文獻(xiàn)[6]給出了基于排隊(duì)論的電網(wǎng)高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)幀傳輸平均延遲的表達(dá)式。文獻(xiàn)[7-8]基于確定網(wǎng)絡(luò)演算理論分析了基于時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)及TSN的端到端最差時(shí)延及其影響因素。但上述方法僅涉及較為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不適用于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景分析。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及TSN流控機(jī)制工作原理，提出了基于數(shù)據(jù)輸入?輸出曲線的TSN時(shí)延分析模型，并對(duì)時(shí)延及影響因素加以計(jì)算分析。通過(guò)算例驗(yàn)證了該時(shí)延分析方法的可行性及正確性，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)高效調(diào)控提供參考依據(jù)。

1 基于TSN的風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

1.1 風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

風(fēng)電場(chǎng)平穩(wěn)運(yùn)行依賴于控制中心的及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)度，因此需要實(shí)時(shí)可靠的通信網(wǎng)絡(luò)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

風(fēng)電場(chǎng)受地勢(shì)等客觀因素影響，其通信網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。文中所提方法適用于常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，本文以可靠性較高的環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例分析其時(shí)延特性，如圖1所示。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)環(huán)型通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Ring communication network structure of wind farm

在風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)（wind turbine generator，WTG）內(nèi)部署2臺(tái)交換機(jī)：機(jī)艙交換機(jī)（nacelle switch，NS）及風(fēng)塔交換機(jī)（tower switch，TS）。NS、TS為通信終端系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)（switch，SW）作為數(shù)據(jù)接入節(jié)點(diǎn)接入環(huán)網(wǎng)。NSi、TSi這2臺(tái)交換機(jī)經(jīng)工業(yè)電腦（industrial personal computer，IPC）連 接 到SWi。每一環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，包括1臺(tái)環(huán)網(wǎng)中心交換機(jī)（center switch，CS）將環(huán)網(wǎng)中各臺(tái)交換機(jī)連接到升壓站中的控制中心服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（supervisory control and data acquisition，SCADA）。

通信網(wǎng)絡(luò)以光纖作為傳輸介質(zhì)。由于其低衰減特性，信號(hào)保真度高、保密性強(qiáng)，光纖接入也作為電力通信網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛的接入方式。

基于TSN的通信網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)差別，只需將TSN技術(shù)搭載于環(huán)網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)，其規(guī)模和大小可通過(guò)SWi的數(shù)量調(diào)節(jié)伸縮。

1.2 風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

風(fēng)電場(chǎng)“風(fēng)機(jī)（W）?控制中心（S）”網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)按照電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)劃分為7類[2]，表1給出了相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求指標(biāo)。

表1 風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)分類Table 1 Wind farm data classification

由表1可知，在風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)類型較多，對(duì)時(shí)延要求也存在較大差異。傳統(tǒng)以太網(wǎng)中各類型流量之間相互影響，產(chǎn)生較大時(shí)延冗余，數(shù)據(jù)傳輸延遲無(wú)法保證，甚至造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。TSN通過(guò)流控機(jī)制合理調(diào)度，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)低時(shí)延傳輸，從而提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

1.3 TSN流控機(jī)制

TSN為工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸提供了新的排隊(duì)與轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，包含5種流控機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)特征，本文以IEEE 802.1 Qbv[9]標(biāo)準(zhǔn)定義的時(shí)間感知整形器(time-aware shaper，TAS)為例，分析風(fēng)電數(shù)據(jù)在TSN中傳輸時(shí)延特性。

在TAS中，可根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)際傳輸需求設(shè)定1~8個(gè)數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列，如圖2所示。交換機(jī)中過(guò)濾結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)幀幀頭信息將其導(dǎo)入相應(yīng)的緩沖隊(duì)列。緩沖隊(duì)列出口由一門(mén)(Gate)控制，當(dāng)門(mén)開(kāi)啟時(shí)該隊(duì)列中數(shù)據(jù)幀具備傳輸條件，關(guān)閉時(shí)在隊(duì)列內(nèi)等待。門(mén)狀態(tài)由預(yù)先設(shè)定的門(mén)控列表（gate control lists，GCL）控制。在GCL中o代表門(mén)打開(kāi)，c代表門(mén)關(guān)閉。TAS工作機(jī)制等價(jià)于時(shí)分多址（time division multiple access，TDMA）工作原理。同時(shí)IEEE 802.1 Qbv定義了先行檢查機(jī)制，用于保證幀的完整發(fā)送。因此，GCL參數(shù)中，門(mén)開(kāi)時(shí)長(zhǎng)應(yīng)大于對(duì)應(yīng)隊(duì)列中緩存流量中最長(zhǎng)幀的傳輸時(shí)長(zhǎng)，調(diào)度周期TGCL應(yīng)大于

圖2 TAS交換機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of TAS switch

該標(biāo)準(zhǔn)定義了保護(hù)帶(Guard Band)機(jī)制。在“報(bào)告記錄”等較低時(shí)延要求的數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)隙結(jié)束前增加保護(hù)帶，以保證“保護(hù)數(shù)據(jù)”傳輸時(shí)隙開(kāi)始時(shí)沒(méi)有其余數(shù)據(jù)幀正在傳輸，造成等待延遲。

圖1 中SWi搭載TSN技術(shù)，將各業(yè)務(wù)流量分離緩存。通過(guò)門(mén)的打開(kāi)、關(guān)閉操作，最大程度上避免了各業(yè)務(wù)流量之間的交疊影響。當(dāng)SW1中“保護(hù)數(shù)據(jù)”緩沖隊(duì)列門(mén)打開(kāi)時(shí)，該類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀由SW1傳輸?shù)絊W2，進(jìn)入緩沖隊(duì)列等待下一次傳輸。通過(guò)時(shí)間門(mén)控制發(fā)送狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了各業(yè)務(wù)類型數(shù)據(jù)有限低時(shí)延傳輸。

2 TSN時(shí)延特性分析

2.1 傳輸時(shí)延

文獻(xiàn)[10]指出，通信網(wǎng)絡(luò)中端到端時(shí)延為數(shù)據(jù)傳輸路徑中每一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的延遲總和。因此需重點(diǎn)分析傳輸路徑中數(shù)據(jù)每經(jīng)過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行緩沖及調(diào)度消耗的時(shí)間。

根據(jù)TSN網(wǎng)絡(luò)調(diào)度特性及TAS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理，將數(shù)據(jù)傳輸流程所產(chǎn)生的時(shí)延加以分類，詳見(jiàn)表2。

表2 時(shí)延分類Table 2 Classification of latency

存儲(chǔ)時(shí)延、輸出時(shí)延、鏈路時(shí)延在數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程視為確定值。本文將上述確定時(shí)延之和定義為傳輸結(jié)構(gòu)恒定轉(zhuǎn)發(fā)延遲dtech。

排隊(duì)時(shí)延包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)却舆t以及門(mén)結(jié)構(gòu)關(guān)閉產(chǎn)生的門(mén)閉阻塞延遲。排隊(duì)時(shí)延的不確定性是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延產(chǎn)生抖動(dòng)的主要因素。在風(fēng)電場(chǎng)通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)種類較多，傳輸需求各有不同，調(diào)度情況復(fù)雜，因此亟需合理的時(shí)延分析模型研究其時(shí)延特性。

2.2 時(shí)延分析

確定網(wǎng)絡(luò)演算理論[11]基于節(jié)點(diǎn)i內(nèi)數(shù)據(jù)的到達(dá)曲線?服務(wù)曲線模型，用于反映網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最差處理性能。文獻(xiàn)[8]基于上述模型分析了GCL參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)i內(nèi)目標(biāo)流量M傳輸?shù)挠绊?，并通過(guò)最大水平差計(jì)算最差傳輸時(shí)延。

圖3 揭示了4種場(chǎng)景下2種模型的差別。由

式中：i表示節(jié)點(diǎn)編號(hào)；表示節(jié)點(diǎn)i內(nèi)第j個(gè)傳輸時(shí)隙數(shù)據(jù)輸出曲線。

當(dāng)交換機(jī)存在多個(gè)輸入端口時(shí)，不同輸入端的同一業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)幀進(jìn)入同一緩沖隊(duì)列，造成“自排隊(duì)”競(jìng)爭(zhēng)。該節(jié)點(diǎn)為各輸入端口中數(shù)據(jù)輸入曲線之和為

通信網(wǎng)絡(luò)中“數(shù)據(jù)爆發(fā)只增加一次延遲[12]”，因此后續(xù)交換機(jī)對(duì)應(yīng)端口輸入曲線由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)交換機(jī)輸出端口的輸出曲線確定：

式中：n表示數(shù)據(jù)輸入時(shí)隙總數(shù)；表示節(jié)點(diǎn)i中第j個(gè)傳輸時(shí)隙數(shù)據(jù)幀輸出累計(jì)長(zhǎng)度。

j傳輸時(shí)隙數(shù)據(jù)幀的端到端時(shí)延為各節(jié)點(diǎn)時(shí)延之和加上各節(jié)點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)恒定轉(zhuǎn)發(fā)延遲：

式中N表示傳輸路徑中間節(jié)點(diǎn)數(shù)。

目標(biāo)流量M端到端最差時(shí)延為

2.3 算法設(shè)計(jì)

圖4 算法流程圖Fig.4 Flowchart of the algorithm

其關(guān)鍵步驟總結(jié)如下文所述。

2）生成工具曲線。在本文所用模型中，工具曲線包括輸入曲線及 輸出曲線根據(jù)數(shù)據(jù)幀參數(shù)，結(jié)合式（2）、（3）繪制節(jié)點(diǎn)目標(biāo)流量M的根據(jù)以及鏈路傳輸速率以文獻(xiàn)[8]所示方法計(jì)算服務(wù)時(shí)長(zhǎng)并繪制各節(jié)點(diǎn)目標(biāo)流量M的及 后續(xù)節(jié)點(diǎn)

3）統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。結(jié)合式（1）、（4）、（5）計(jì)算不同GCL參數(shù)下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)各節(jié)點(diǎn)及端到端時(shí)延，比較分析GCL參數(shù)對(duì)時(shí)延影響關(guān)系。

通過(guò)上述流程，對(duì)不同GCL參數(shù)下的時(shí)延加以統(tǒng)計(jì)，量化分析其對(duì)系統(tǒng)時(shí)延的影響程度，從而為風(fēng)電場(chǎng)合理配置通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)提供理論依據(jù)。

本文選取不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ头謩e計(jì)算對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)下數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延參數(shù)，來(lái)對(duì)該算法的正確性及可行性加以驗(yàn)證。同時(shí)，對(duì)比分析了TSN與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的時(shí)延特性，驗(yàn)證了TSN的靈活性及實(shí)時(shí)性。

3 算例

3.1 算例說(shuō)明

為證明TSN通信網(wǎng)部署方案及時(shí)延分析模型的可行性及適用性，本節(jié)以“保護(hù)數(shù)據(jù)”及“模擬測(cè)量”業(yè)務(wù)為目標(biāo)流量，在Matlab R2019b環(huán)境下按照?qǐng)D4流程計(jì)算了簡(jiǎn)單拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)及多節(jié)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中不同GCL參數(shù)下傳輸時(shí)延。最后對(duì)比分析了TSN與傳統(tǒng)以太網(wǎng)傳輸模式，說(shuō)明了TSN滿足風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)所需的有限低時(shí)延特性。

根據(jù)文獻(xiàn)[13]對(duì)風(fēng)電及電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)描述，表1中各業(yè)務(wù)流量傳輸參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表3。在TSN交換機(jī)中，7類業(yè)務(wù)分別對(duì)應(yīng)交換機(jī)中7個(gè)緩沖隊(duì)列，傳輸工作互不干擾。同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)中“模擬測(cè)量”及“狀態(tài)信息”業(yè)務(wù)通過(guò)“數(shù)據(jù)輪詢”業(yè)務(wù)以“詢問(wèn)?應(yīng)答”模式傳輸。在實(shí)際部署中，“數(shù)據(jù)輪詢”業(yè)務(wù)門(mén)結(jié)構(gòu)關(guān)閉后“模擬測(cè)量”及“狀態(tài)信息”業(yè)務(wù)門(mén)結(jié)構(gòu)同時(shí)開(kāi)啟?！皥?bào)告記錄”及“視頻監(jiān)控”業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)門(mén)結(jié)構(gòu)為常開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)鏈路空閑時(shí)，上述2項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，避免帶寬資源浪費(fèi)。

表3 數(shù)據(jù)幀參數(shù)Table 3 Data frame parameters

本節(jié)以最小發(fā)送間隔傳輸?shù)摹澳M測(cè)量”為例分析計(jì)算其傳輸時(shí)延情況。設(shè)網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸速率為100 Mbit/s。

3.2 簡(jiǎn)單拓?fù)涫纠?/h3>

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸前交換機(jī)對(duì)傳輸路徑可用性加以判斷。當(dāng)圖1所示三節(jié)點(diǎn)環(huán)網(wǎng)中某節(jié)點(diǎn)或鏈路發(fā)生故障，數(shù)據(jù)僅能通過(guò)1條鏈路進(jìn)行傳輸，傳輸路徑如圖5所示。G鏈路故障，IPC1數(shù)據(jù)流經(jīng)最長(zhǎng)傳輸路徑到達(dá)環(huán)網(wǎng)中心交換機(jī)CS。

圖5 環(huán)網(wǎng)傳輸路徑Fig.5 Transmission path of ring network

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)信息傳輸需求，按照?qǐng)D4流程設(shè)定分析計(jì)算圖5各個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)最差時(shí)延平均時(shí)延及時(shí)延方差σi。假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)恒定轉(zhuǎn)發(fā)延遲dtech為5 μs[10]。

為分析TGCL對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的影響，設(shè)“保護(hù)數(shù)據(jù)”為50μs，TGCL分別為100μs、200μs、300μs。3種場(chǎng)景下傳輸時(shí)延見(jiàn)表4。

表4 不同T GCL下“保護(hù)數(shù)據(jù)”時(shí)延Table 4"Protection traffic"latencies under different T GCL

當(dāng)TGCL減少，全局時(shí)間內(nèi)門(mén)閉阻隔減少，減小。當(dāng)TGCL與傳輸流量的發(fā)送周期為整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，最小且數(shù)據(jù)分布最為集中。

表5 不同下“模擬測(cè)量”時(shí)延Table 5"Analogue measurements"latencies under different

表5 不同下“模擬測(cè)量”時(shí)延Table 5"Analogue measurements"latencies under different

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通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知，本文提出的時(shí)延分析模型及算法適用于TSN時(shí)延特性分析。驗(yàn)證了GCL參數(shù)對(duì)時(shí)延影響關(guān)系。

3.3 多節(jié)點(diǎn)拓?fù)涫纠?/h3>

本文采用文獻(xiàn)[14]提供的風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以包含風(fēng)機(jī)數(shù)目最多（18臺(tái)）的環(huán)網(wǎng)為例分析數(shù)據(jù)傳輸端到端時(shí)延情況。

TSN交換機(jī)根據(jù)文獻(xiàn)[15]定義選擇最近的傳輸路徑進(jìn)行發(fā)送，因此當(dāng)通信環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)流經(jīng)最多節(jié)點(diǎn)交換機(jī)個(gè)數(shù)為10。

為分析GCL參數(shù)對(duì)風(fēng)電通信網(wǎng)中流量端到端時(shí)延的影響，將“保護(hù)數(shù)據(jù)”TGCL分別設(shè)為200 μs、300μs、400μs和500 μs，“模擬測(cè)量”TGCL分別設(shè)為600μs、750μs、900μs和2000μs。同時(shí)“保護(hù)數(shù)據(jù)”分別設(shè)為50μs、100 μs、150μs和200 μs，“模擬測(cè)量”分別設(shè)為100 μs、250 μs、400μs和550μs，以不同形狀表示不同TGCL下數(shù)據(jù)端到端時(shí)延。圖6為一個(gè)變化周期內(nèi)端到端時(shí)延。

圖6 不同GCL參數(shù)下端到端時(shí)延Fig.6 End-to-end latencies under different GCL parameters

通過(guò)上述分析可知，該時(shí)延分析模型及算法適用于工程實(shí)際網(wǎng)絡(luò)時(shí)延計(jì)算。通過(guò)配置合理的GCL參數(shù)，TSN能夠滿足風(fēng)電通信系統(tǒng)低時(shí)延需求，為T(mén)SN技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)等工業(yè)領(lǐng)域推廣實(shí)施及配置優(yōu)化提供了理論參考依據(jù)。

3.4 傳統(tǒng)以太網(wǎng)對(duì)比分析

傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用“絕對(duì)優(yōu)先級(jí)調(diào)度”模式。數(shù)據(jù)幀到達(dá)時(shí)，交換結(jié)構(gòu)對(duì)鏈路可用性加以判斷，當(dāng)鏈路中無(wú)數(shù)據(jù)幀正在傳輸，且緩沖隊(duì)列中無(wú)高優(yōu)先級(jí)幀等待，目標(biāo)流量進(jìn)行傳輸。但該模式不能對(duì)流量加以整形處理，因此傳統(tǒng)以太網(wǎng)無(wú)法提供確定時(shí)延保證，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延可預(yù)測(cè)性隨著路徑節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而降低。表6為“保護(hù)數(shù)據(jù)”業(yè)務(wù)在圖5所示結(jié)構(gòu)中2種傳輸技術(shù)下的時(shí)延數(shù)據(jù)，其中TSN選定2組GCL參數(shù)進(jìn)行分析。設(shè)傳統(tǒng)以太網(wǎng)中恒定轉(zhuǎn)發(fā)延遲為10μs[10]。

由表6數(shù)據(jù)及3.2、3.3節(jié)分析可知，TSN通過(guò)GCL參數(shù)對(duì)流量的整形處理，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸需求將同時(shí)到達(dá)數(shù)據(jù)幀分隔到不同服務(wù)時(shí)隙，從而影響數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延及其可預(yù)測(cè)性。在TSN調(diào)度中，合理配置GCL參數(shù)（場(chǎng)景1）其傳輸性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)以太網(wǎng)傳輸模式，當(dāng)GCL參數(shù)與數(shù)據(jù)調(diào)度需求不匹配時(shí)（場(chǎng)景2），TSN傳輸時(shí)延較傳統(tǒng)以太網(wǎng)更長(zhǎng)。因此，在風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)應(yīng)用中需根據(jù)各業(yè)務(wù)傳輸需求合理配置GCL參數(shù)，保證其良好傳輸性能的同時(shí)避免帶寬浪費(fèi)。

表6 “保護(hù)數(shù)據(jù)”傳輸時(shí)延對(duì)比Table 6 Comparison of "protection traffic"latencies

4 結(jié)論

針對(duì)當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題，本文提出基于TSN風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)部署方案，并建立TAS數(shù)據(jù)輸入?輸出曲線模型，推導(dǎo)出風(fēng)電場(chǎng)通信業(yè)務(wù)時(shí)延計(jì)算方法，并以兩則算例探討了GCL參數(shù)對(duì)時(shí)延的影響，驗(yàn)證了算法的正確性。結(jié)果表明，通過(guò)合理配置相關(guān)參數(shù)，TSN傳輸性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)以太網(wǎng)。為解決風(fēng)電通信系統(tǒng)現(xiàn)有問(wèn)題、優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)配置，合理分配網(wǎng)絡(luò)資源提供了參考依據(jù)。

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)與可再生能源控制的結(jié)合受到廣泛關(guān)注，但風(fēng)電系統(tǒng)通信方案不夠成熟，無(wú)法立即實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)搭載。下一步應(yīng)完善風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的通信規(guī)范，以高效的通信技術(shù)推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)搭載建設(shè)及數(shù)字化智慧風(fēng)電廠建設(shè)進(jìn)程。