CN110943889B - 一种智能变电站就地化环网通讯测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变电站就地化环网通讯测试装置及方法。本发明的测试装置包括FPGA、高速数字交叉开关和多个子机，FPGA的第一至第四测试网口分别与高速数字交叉开关连接，每个子机包括四个分别与高速数字交叉开关连接的子机网口；本发明的测试方法，包括FPGA将输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器的步骤；还包括子机的节点分别对测试报文帧进行处理的步骤。本发明通过切换高速数字交叉开关，可实现FPGA对双冗余双向环网中环网报文的监测，进而实现对双冗余双向环网运行状态的监控，也可单独对某个子机单独进行功能检测，保证双冗余双向环网的通讯可靠性。

Description

一种智能变电站就地化环网通讯测试装置及方法

技术领域

本发明属于智能变电站就地化测试技术领域，涉及一种智能变电站就地化环网通讯测试装置，还涉及一种智能变电站就地化环网通讯测试方法。

背景技术

随着智能变电站的快速发展，智能变电站的监视控制***智能化，在智能变电站中设置的合并单元和智能终端增多，合并单元和智能终端的应用增加了智能变电站监视回路和控制回路复杂程度，为保证智能变电站运行的可靠性，需要在智能变电站处设置继电保护设备，智能变电站继电保护装置主要有两个发展趋势：装置高度集成和装置就地化分散安装。装置的高集成度存在***的可靠性、实时性和运维检修存在风险。而装置就地化分布安装减少了数据传输环节,实现了对一次设备的“贴身保护”,提高了运行可靠性。就地化母差保护和分布式主变电保护装置设置多个子机，其结构图如图1所示，各个子机之间相互独立，各子机之间通过环网进行通信连接，高可用性无缝环网（HSR）具有网络故障恢复零延时，故障时不丢帧，网络可靠性强，***费用低等特点。

由于保护子机就地采集且通过环网共享数据，各子机独立进行保护逻辑判断。HSR环网承载了模拟量采样值，开入开出等实时数据的传输，网络链路的状态直接决定了继电保护设备正常运行。为了继电保护设备运行的可靠性，需要对环网的通信性能进行测试。

目前测试方法是通过串入网络测试仪器来实现。此方法测试方式单一，当其中一台或多台子机处于检修状态则无法完成环网测试；当多台子机需要同时测试时，需要多次插拔光纤连接线，操作繁琐、效率低下。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种智能变电站就地化环网通讯测试装置及方法，其通过切换高速数字交叉开关，可实现FPGA对双冗余双向环网中环网报文的监测，进而实现对双冗余双向环网运行状态的监控，也可单独对某个子机单独进行功能检测，以保证双冗余双向环网的通讯可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的一种技术方案如下：一种智能变电站就地化环网通讯测试装置，包括FPGA、高速数字交叉开关和多个子机，

所述的FPGA包括第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口；第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的发送端分别接高速数字交叉开关的高速差分输入端，第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的接收端分别接高速数字交叉开关的高速差分输出端；

所述的FPGA与高速数字交叉开关的I2C控制总线连接，

每个子机均包括子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D，每个子机的子机网口A、子机网口B共用一个MAC地址，每个子机的子机网口C、子机网口D共用一个MAC地址，同一子机的子机网口A、子机网口B构成一个节点，子机网口C、子机网口D构成另一个节点，

每个子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的输入端均与高速数字交叉开关的高速差分输出端连接；每个子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的输出端均与高速数字交叉开关的高速差分输入端连接。

作为上述测试装置的补充，FPGA将第一输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成保护环网；使得子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成启动环网；

FPGA将第二输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得FPGA的第一测试网口与其中一个子机的子机网口A连接，第二测试网口与同一子机的子机网口B连接，第三测试网口与同一子机的子机网口C连接，第四测试网口与同一子机的子机网口D连接；

FPGA将第三输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得FPGA的第一测试网口与一环形相邻的子机的子机网口A连接，FPGA的第二测试网口与另一环形相邻的子机的子机网口B连接，除与FPGA的第一测试网口连接的子机的子机网口A以及与FPGA的第二测试网口连接的子机的子机网口B以外，子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成***FPGA后的保护环网；使得FPGA的第三测试网口与一环形相邻的子机的子机网口C连接，FPGA的第四测试网口与另一环形相邻的子机的子机网口D连接，除与FPGA的第三测试网口连接的子机的子机网口C以及与FPGA的第四测试网口连接的子机的子机网口D以外，子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成***FPGA后的启动环网；

FPGA将第四输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成保护环网；使得子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成启动环网；使得FPGA的第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的接收端分别与其中一个选定子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C、子机网口D的发送端连接，且第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的发送端均断开与选定子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的接收端的连接。

本发明采用的另一种技术方案如下：一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，包括以下步骤：

步骤1、FPGA将第二输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，

FPGA分别向虚拟保护环网和虚拟启动环网注入测试报文帧，子机分别位于虚拟保护环网和虚拟启动环网中的节点分别对测试报文帧进行处理；

步骤2、FPGA将第三输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，

FPGA分别向***FPGA后的保护环网和***FPGA后的启动环网注入测试报文帧，子机分别位于***FPGA后的保护环网和***FPGA后的启动环网中的节点分别对测试报文帧进行处理。

作为上述测试方法的补充，在步骤1、步骤2中测试报文帧为单播报文帧或多播报文帧或异常报文帧，

测试报文帧的报文帧结构主要包括目的地址、源地址、环网标签、应用协议数据单元和帧校验序列，单播报文帧中的目的地址为需要接收单播报文的节点的MAC地址；多播报文帧中的目的地址为固定设定地址值；

环网标签包括环网类型、路径标识符和报文传输序号。

作为上述测试方法的补充，在步骤1、步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理时，若测试报文帧为单播报文帧，进行如下处理：

步骤a1、节点的其中一个子机网口接收到单播报文帧后，比较节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址；

步骤a2、若节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址一致，则节点为目的节点，进一步判断节点的另一个子机网口在前是否收到有源地址相同、报文传输序号相同、且路径标识符不同的单播报文帧，

若没有收到，则将单播报文帧传送到节点对应的子机的应用层，且不通过节点的另一子机网口对外转发，

若收到，则丢弃；

步骤a3、若节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址不一致，则节点为中间节点，节点将单播报文帧通过节点的另一子机网口对外转发。

作为上述测试方法的补充，在步骤1、步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理时，若测试报文帧为多播报文帧，进行如下处理：

步骤b1、节点的其中一个子机网口接收到多播报文帧后，直接通过节点的另一个子机网口对外转发，若节点是第一次接收到多播报文帧，则将多播报文帧传送到节点对应子机的应用层，若节点不是第一次接收到多播报文帧，则不将多播报文帧传送到节点对应子机的应用层；

步骤b2、FPGA收到发出的多播报文帧停止转发多播报文帧。

作为上述测试方法的补充，在步骤1、步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理时，若测试报文帧为异常报文帧，进行如下处理：

步骤c1、进行设备重复报文帧判断：

若异常报文帧的源地址与节点的MAC地址相同，则判断异常报文帧为设备重复报文帧，将重复报文帧丢弃；

步骤c2、进行环网风暴报文帧判断：

若在设定冷却时间之内，节点的一个子机网口或者两个子机网口先后收到两个异常报文帧，且异常报文帧的源地址、报文传输序号、路径标识符均相同，则判断在后接收的异常报文帧为环网风暴报文帧，则直接丢弃环网风暴报文帧；

步骤c3、进行异常格式报文帧判断：

若异常报文帧不满足报文帧结构，则异常报文帧为异常格式报文帧，直接丢弃异常格式报文帧。

作为上述测试方法的补充，其还包括以下步骤：

步骤3、FPGA将第四输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，

FPGA通过第一测试网口～第四测试网口监测子机的子机网口A～子机网口D发送的环网报文帧，环网报文帧的报文帧结构与测试报文帧的报文帧结构相同，

根据环网报文帧获得报文帧结构、目的地址、源地址、报文传输序号和帧校验序列，

根据报文传输序号确定环网报文帧是否错序，根据获得的环网报文帧的报文帧结构以及帧校验序列判断应用协议数据单元的数据是否异常，

根据环网报文帧中的目的地址和源地址，统计保护环网和启动环网中节点以及对应的子机的个数。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明可切换FPGA与环网中子机的连接方式，且传输时延小，带宽高。

2、本发明创建了由保护环网和启动环网构成的双冗余双向环网，提出了一种数据传输的可靠方式。

3、本发明通过切换高速数字交叉开关，可实现FPGA对双冗余双向环网中环网报文的监测，进而实现对双冗余双向环网运行状态的监控，也可单独对某个子机单独进行功能检测，保证双冗余双向环网的通讯可靠性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中由保护环网和启动环网构成的双冗余双向环网的结构示意图（连接方式一）；

图2为本发明具体实施方式中测试装置的连接示意图；

图3为本发明具体实施方式中连接方式二的连接示意图；

图4为本发明具体实施方式中连接方式三的连接示意图；

图5为本发明具体实施方式中连接方式四的连接示意图；

图6为本发明具体实施方式中高速数字交叉开关的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种智能变电站就地化环网通讯测试装置，包括FPGA(现场可编程逻辑门阵列)、高速数字交叉开关、CPU操作台和多个子机，如图2所示。

FPGA包括4个测试网口，分别为第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口；第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的发送端分别接高速数字交叉开关的高速差分输入端，第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的接收端分别接高速数字交叉开关的高速差分输出端。

FPGA与高速数字交叉开关的I2C控制总线连接，FPGA通过I2C控制总线写入输入输出配置信息到高速数字交叉开关内的输入输出连接寄存器，可以将环网和FPGA的4个测试网口进行多种组合连接。

CPU操作台包括CPU主控机、显示器和键盘，CPU操作台搭建人机交互界面，CPU操作台和FPGA通过以太网网线连接进行通信。

如图6所示，高速数字交叉开关包括多路高速差分输入端（多达40路）、多路高速差分输出端（多达40路），以及控制这些高速差分输入端与高速差分输出端之间连接关系的I2C控制总线；将输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，任何一路高速差分输入端可以连接到任何一路或多路高速差分输出端，同样任何一路高速差分输出端可以连接到任一路或多路高速差分输入端；高速差分输入端和高速差分输出端之间的连接点延时约为920皮秒，连接的高速差分输入端与高速差分输出端具备高达4.25Gbps带宽。

环网包括多个子机，每个子机均包括子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D，每个子机的子机网口A、子机网口B共用一个MAC地址，每个子机的子机网口C、子机网口D共用一个MAC地址，同一子机的子机网口A、子机网口B构成一个节点，子机网口C、子机网口D构成另一个节点。

每个子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的输入端均与高速数字交叉开关的高速差分输出端连接；每个子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的输出端均与高速数字交叉开关的高速差分输入端连接。

通过配置高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，可实现以下连接方式：

连接方式一、如图1所示，FPGA将第一输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成保护环网，在保护环网中，同一子机的子机网口A和子机网口B构成一个节点；使得子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成启动环网，在启动环网中，同一子机的子机网口C和子机网口D构成一个节点。

连接方式二、如图3所示，FPGA将第二输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得FPGA的第一测试网口与其中一个子机的子机网口A连接，第二测试网口与同一子机的子机网口B连接，第三测试网口与同一子机的子机网口C连接，第四测试网口与同一子机的子机网口D连接。在连接方式二中，FPGA的第一测试网口-第四测试网口模拟与所连接的子机的环形相邻的两个子机的四个子机网口的收发，使得子机的子机网口A和子机网口B作为一个节点位于虚拟保护环网中，子机的子机网口C和子机网口D作为一个节点位于虚拟启动环网中，实现对子机的保护环网测试和启动环网测试。

连接方式三、如图4所示，FPGA将第三输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得FPGA的第一测试网口与一环形相邻的子机的子机网口A连接，FPGA的第二测试网口与另一环形相邻的子机的子机网口B连接；除与FPGA的第一测试网口连接的子机的子机网口A以及与FPGA的第二测试网口连接的子机的子机网口B以外，子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成***FPGA后的保护环网；

使得FPGA的第三测试网口与一环形相邻的子机的子机网口C连接，FPGA的第四测试网口与另一环形相邻的子机的子机网口D连接；除与FPGA的第三测试网口连接的子机的子机网口C以及与FPGA的第四测试网口连接的子机的子机网口D以外，子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成***FPGA后的启动环网。

在连接方式三中，FPGA模拟一个子机，形成***FPGA后的保护环网和启动环网，同一子机的子机网口A和子机网口B构成一个节点，同一子机的子机网口C和子机网口D构成一个节点。

连接方式四、如图5所示，FPGA将第四输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成保护环网；使得子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成启动环网；同时，使得FPGA的第一测试网口的接收端与其中一个子机的子机网口A的发送端连接，第二测试网口的接收端与其中一个子机的子机网口B的发送端连接，第三测试网口的接收端与其中一个子机的子机网口C的发送端连接，第四测试网口的接收端与其中一个子机的子机网口D的发送端连接，第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的发送端均配置为不连接状态。上述与FPGA的四个测试网口连接的四个子机网口可以是同一子机的四个子机网口，也可以是不同子机的四个子机网口。

在连接方式四中，在不断开启动环网和保护环网的前提下，FPGA可以检测同一子机的四个子机网口发送的环网报文，也可通过改变输入输出配置信息，检测不同子机的子机网口送的环网报文，同一子机的子机网口A和子机网口B构成一个节点，同一子机的子机网口C和子机网口D构成一个节点。

实施例2

一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，包括以下步骤：

步骤1、FPGA将第二输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，实现连接方式二，

FPGA分别向虚拟保护环网和虚拟启动环网注入测试报文帧，子机分别位于虚拟保护环网和虚拟启动环网中的节点分别对测试报文帧进行处理。

步骤2、FPGA将第三输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，实现连接方式三，

FPGA分别向***FPGA后的保护环网和***FPGA后的启动环网注入测试报文帧，子机分别位于***FPGA后的保护环网和***FPGA后的启动环网中的节点分别对测试报文帧进行处理。

在步骤1、步骤2中测试报文帧为单播报文帧或多播报文帧或异常报文帧。

测试报文帧的报文帧结构主要包括目的地址、源地址、环网标签、应用协议数据单元和帧校验序列（FCS）。单播报文帧中的目的地址为需要接收单播报文的节点的MAC地址；多播报文帧中的目的地址为固定设定地址值。

环网标签包括以下部分：

1.环网类型（DSR Ether Type）: 环网类型字 DSR EtherType = 0x892F 。

2.路径标识符（PathID）：路径标识符由3个位的环网号NetID和1个位的发送网口号LanID组成，其中，前3位的环网号NetID用于指示不同的环网；最末位的发送网口号LanID指示环网方向，若发送网口号LanID为0时，报文帧从子机的子机网口A（例如：环网号NetID为0）或子机网口C（例如：环网号NetID为1）发出，若发送网口号LanID为1时，报文帧从子机的子机网口B（例如：环网号NetID为0）或子机网口D（例如：环网号NetID为1）发出。

3.报文传输序号（Sequence number）：测试报文帧的发布者，每发送一帧测试报文帧，报文传输序号加1，用于识别是否为重复报文。

在步骤1、步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理包括以下步骤：

步骤a、若测试报文帧为单播报文帧，

步骤a1、节点的其中一个子机网口接收到单播报文帧后，比较节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址，

步骤a2、若节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址一致，则节点为目的节点，进一步判断节点的另一个子机网口在前是否收到有源地址相同、报文传输序号相同、且路径标识符不同的单播报文帧，

若没有收到，则将单播报文帧传送到节点对应的子机的应用层，且不通过节点的另一子机网口对外转发。

若收到，则丢弃，即将单播报文帧不传送到节点对应的子机的应用层，也不通过节点的另一子机网口对外转发。

步骤a3、若节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址不一致，则节点为中间节点，节点将单播报文帧通过节点的另一子机网口对外转发。

步骤b、若测试报文帧为多播报文帧，

步骤b1、节点的其中一个子机网口接收到多播报文帧后，直接通过节点的另一个子机网口对外转发，若节点是第一次接收到多播报文帧，则将多播报文帧传送到节点对应子机的应用层，若节点不是第一次接收到多播报文帧，则不将多播报文帧传送到节点对应子机的应用层；

步骤b2、FPGA（多播报文帧发布者）收到发出的多播报文帧停止转发多播报文帧。

步骤c、若测试报文帧为异常报文帧：

步骤c1、进行设备重复报文帧判断：

若异常报文帧的源地址与节点的MAC地址相同，则判断异常报文帧为设备重复报文帧，将重复报文帧丢弃，即不通过节点的另一子机网口对外转发，也不向节点对应的子机的应用层传输异常报文帧；

步骤c2、进行环网风暴报文帧判断：

若在设定冷却时间之内，节点的一个子机网口或者两个子机网口先后收到两个异常报文帧，且异常报文帧的源地址、报文传输序号、路径标识符均相同，则判断在后接收的异常报文帧为环网风暴报文帧，则直接丢弃环网风暴报文帧；

步骤c3、进行异常格式报文帧判断：

若异常报文帧不满足报文帧结构，则异常报文帧为异常格式报文帧，直接丢弃异常格式报文帧。

步骤3、FPGA将第四输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，实现连接方式四，在本实施例中，FPGA的4个测试网口的接收端分别与同一子机的4个子机网口的发送端连接。

FPGA通过第一测试网口～第四测试网口监测子机的子机网口A～子机网口D发送的环网报文帧，环网报文帧的报文帧结构与测试报文帧的报文帧结构相同。

根据环网报文帧获得报文帧结构、目的地址、源地址、报文传输序号和帧校验序列（FCS），

根据报文传输序号确定环网报文帧是否错序，根据获得的环网报文帧的报文帧结构以及帧校验序列判断应用协议数据单元的数据是否异常，

根据环网报文帧中的目的地址和源地址，统计保护环网和启动环网中节点以及对应的子机的个数。

本发明利用FPGA控制数字交叉开关，灵活切换，可以与任何一台子机或多台子机进行组建环网进行测试，可以解码环网报文，模拟环网报文收发和转发，对环网报文的报文格式、延时及单播传输多播传输机制进行测试，灵活多变。可以旁路监听环网报文，此方式可以不改变环网延时情况下，对环网报文进行丢包、异常、错序，以及记录环网中的个数。一般接入4个子机，也可以接入多个子机，满足就地化设备测试需求，不影响拓扑结构的情况下，FPGA智能切换控制，灵活组网测试，省去了繁杂布线的人工成本，也节约了调试时间，提高调试测试效率。当一台或多台机子处于故障或因故障退出，也可以通过切换数字交叉模拟开关，隔离故障机，测试其他子机，或者单独测试故障机，无需更改配线，提高效率。

本文中所描述的实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。

Claims (10)

1.一种智能变电站就地化环网通讯测试装置，包括FPGA、高速数字交叉开关和多个子机，其特征在于，

所述的FPGA包括第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口；第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的发送端分别接高速数字交叉开关的高速差分输入端，第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的接收端分别接高速数字交叉开关的高速差分输出端；

所述的FPGA与高速数字交叉开关的I2C控制总线连接；

每个子机均包括子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D，每个子机的子机网口A和子机网口B共用一个MAC地址，每个子机的子机网口C和子机网口D共用一个MAC地址；同一子机的子机网口A和子机网口B构成一个节点，子机网口C和子机网口D构成另一个节点；

每个子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的输入端均与高速数字交叉开关的高速差分输出端连接；每个子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的输出端均与高速数字交叉开关的高速差分输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试装置，其特征在于，

所述的FPGA将第一输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成保护环网；使得子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成启动环网；

所述的FPGA将第二输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得FPGA的第一测试网口与其中一个子机的子机网口A连接，第二测试网口与同一子机的子机网口B连接，第三测试网口与同一子机的子机网口C连接，第四测试网口与同一子机的子机网口D连接；

所述的FPGA将第三输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得FPGA的第一测试网口与一环形相邻的子机的子机网口A连接，FPGA的第二测试网口与另一环形相邻的子机的子机网口B连接，除与FPGA的第一测试网口连接的子机的子机网口A以及与FPGA的第二测试网口连接的子机的子机网口B以外，子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成***FPGA后的保护环网；使得FPGA的第三测试网口与一环形相邻的子机的子机网口C连接，FPGA的第四测试网口与另一环形相邻的子机的子机网口D连接，除与FPGA的第三测试网口连接的子机的子机网口C以及与FPGA的第四测试网口连接的子机的子机网口D以外，子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成***FPGA后的启动环网；

所述的FPGA将第四输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，使得子机的子机网口A与一环形相邻的子机的子机网口B连接，子机的子机网口B与另一环形相邻的子机的子机网口A连接，形成保护环网；使得子机的子机网口C与一环形相邻的子机的子机网口D连接，子机的子机网口D与另一环形相邻的子机的子机网口C连接，形成启动环网；使得FPGA的第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的接收端分别与其中一个选定子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的发送端连接，且第一测试网口、第二测试网口、第三测试网口和第四测试网口的发送端均断开与选定子机的子机网口A、子机网口B、子机网口C和子机网口D的接收端的连接。

3.一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，利用权利要求2所述智能变电站就地化环网通讯测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、FPGA将第二输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，

FPGA分别向虚拟保护环网和虚拟启动环网注入测试报文帧，子机分别位于虚拟保护环网和虚拟启动环网中的节点分别对测试报文帧进行处理；

步骤2、FPGA将第三输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，

FPGA分别向***FPGA后的保护环网和***FPGA后的启动环网注入测试报文帧，子机分别位于***FPGA后的保护环网和***FPGA后的启动环网中的节点分别对测试报文帧进行处理。

4.根据权利要求3所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，在步骤1及步骤2中测试报文帧为单播报文帧、多播报文帧或异常报文帧，

测试报文帧的报文帧结构包括目的地址、源地址、环网标签、应用协议数据单元和帧校验序列，单播报文帧中的目的地址为需要接收单播报文的节点的MAC地址；多播报文帧中的目的地址为固定设定地址值；

所述的环网标签包括环网类型、路径标识符和报文传输序号。

5.根据权利要求4所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，在步骤1及步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理时，若测试报文帧为单播报文帧，进行如下处理：

步骤a1、节点的其中一个子机网口接收到单播报文帧后，比较节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址；

步骤a2、若节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址一致，则节点为目的节点，进一步判断节点的另一个子机网口在前是否收到有源地址相同、报文传输序号相同、且路径标识符不同的单播报文帧，

若没有收到，则将单播报文帧传送到节点对应的子机的应用层，且不通过节点的另一子机网口对外转发，

若收到，则丢弃；

步骤a3、若节点的MAC地址与单播报文帧的目的地址不一致，则节点为中间节点，节点将单播报文帧通过节点的另一子机网口对外转发。

6.根据权利要求4所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，在步骤1及步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理时，若测试报文帧为多播报文帧，进行如下处理：

步骤b1、节点的其中一个子机网口接收到多播报文帧后，直接通过节点的另一个子机网口对外转发，若节点是第一次接收到多播报文帧，则将多播报文帧传送到节点对应子机的应用层，若节点不是第一次接收到多播报文帧，则不将多播报文帧传送到节点对应子机的应用层；

步骤b2、FPGA收到发出的多播报文帧停止转发多播报文帧。

7.根据权利要求4所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，在步骤1及步骤2中，节点分别对测试报文帧进行处理时，若测试报文帧为异常报文帧，进行如下处理：

步骤c1、进行设备重复报文帧判断；

步骤c2、进行环网风暴报文帧判断；

步骤c3、进行异常格式报文帧判断：

若异常报文帧不满足报文帧结构，则异常报文帧为异常格式报文帧，直接丢弃异常格式报文帧。

8.根据权利要求7所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，步骤c1中，若异常报文帧的源地址与节点的MAC地址相同，则判断异常报文帧为设备重复报文帧，将重复报文帧丢弃。

9.根据权利要求7所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，步骤c2中，若在设定冷却时间之内，节点的一个子机网口或者两个子机网口先后收到两个异常报文帧，且异常报文帧的源地址、报文传输序号和路径标识符均相同，则判断在后接收的异常报文帧为环网风暴报文帧，则直接丢弃环网风暴报文帧。

10.根据权利要求5所述的一种智能变电站就地化环网通讯测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤3、FPGA将第四输入输出配置信息通过I2C控制总线写入高速数字交叉开关的输入输出连接寄存器，

FPGA通过第一测试网口～第四测试网口监测子机的子机网口A～子机网口D发送的环网报文帧，环网报文帧的报文帧结构与测试报文帧的报文帧结构相同，

根据环网报文帧获得报文帧结构、目的地址、源地址、报文传输序号和帧校验序列，

根据报文传输序号确定环网报文帧是否错序，根据获得的环网报文帧的报文帧结构以及帧校验序列判断应用协议数据单元的数据是否异常，

根据环网报文帧中的目的地址和源地址，统计保护环网和启动环网中节点以及对应的子机的个数。

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