Dispositivo electrónico inteligente con Ethernet segregado en tiempo real.

Un dispositivo electrónico inteligente segrega tramas de datos urgentes de las tramas de datos no urgentes en la recepción,

de modo tal que las tramas de datos urgentes puedan atenderse con mayor prioridad. Un dispositivo de conmutación se dispone entre una interfaz de red externa y múltiples puertos de red internos. En base a un indicio del tipo de datos de red, las tramas de datos urgentes se encaminan a uno de los puertos, y las tramas de datos no urgentes se encaminan a otro puerto. Un procesador acoplado con los puertos de red internos gestiona las tramas de datos urgentes antes de gestionar cualquier trama de datos no urgentes.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/049169.

Solicitante: SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2350 NE Hopkins Court 99163 Pullman ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MORRIS, ROBERT, LEE, TONY J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04L12/853 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04L TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION TELEGRAFICA (disposiciones comunes a las comunicaciones telegráficas y telefónicas H04M; selección H04Q). › H04L 12/00 Redes de datos de conmutación (interconexión o transferencia de información o de otras señales entre memorias, dispositivos de entrada/salida o unidades de tratamiento G06F 13/00). › para el tráfico en tiempo real.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo electrónico inteligente con Ethernet segregado en tiempo real

Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a aparatos y procedimientos para comunicar datos a y desde un dispositivo electrónico inteligente y, más específicamente, a aparatos y procedimientos de segregación de comunicaciones urgentes de las comunicaciones no urgentes dentro de un dispositivo electrónico inteligente, de modo tal que las comunicaciones urgentes puedan ser atendidas más rápidamente.

Descripción de la técnica anterior

La moderna red de suministro eléctrico utiliza una sofisticada red de Dispositivos Electrónicos Inteligentes (“DEI”) para asegurar un correcto funcionamiento. Por ejemplo, los DEI supervisan habitualmente diversas magnitudes de la línea de suministro eléctrico, tales como el voltaje y la corriente, para garantizar que un segmento dado de la línea de suministro eléctrico no ha fallado. Cuando ha fallado un segmento de la línea de suministro eléctrico, el DEI que supervisa ese segmento hará que un interruptor de circuito u otra forma de equipo conmutador funcione para aislar el segmento defectuoso de la línea de suministro eléctrico. Cuando un DEI toma una determinación para aislar un segmento de la línea de suministro eléctrico, en algunas circunstancias también puede enviar una comunicación a otro DEI para completar el aislamiento del segmento de línea de suministro eléctrico de la red de suministro eléctrico.

Además de datos de control, tales como los descritos anteriormente, los DEI habitualmente se comunican otros datos entre sí y con otros dispositivos implicados en los sistemas de protección y control de suministro eléctrico. Las comunicaciones de los DEI se han sofisticado lo bastante como para usar una amplia variedad de protocolos. En general, sin embargo, los DEI utilizan una única conexión de red, tal como una conexión de Ethernet. Si bien el uso de una única conexión proporciona muchas ventajas, tales como menores costes de cableado, equipos, pruebas y mano de obra, también presenta ciertos desafíos.

Un conmutador de red es un dispositivo de redes informáticas que conecta segmentos de red o puntos extremos. Los conmutadores de red presentan una gran variedad de tipos, tales como Token Ring (Anillo con Testigo) , Canal de Fibra y Ethernet, y también pueden usarse para conectar tipos variables de segmentos de red. Un conmutador de Ethernet es un conmutador de red que conecta diversos puntos extremos de Ethernet o segmentos de red entre sí.

Un conmutador de Ethernet funciona guardando las direcciones originales de MAC (Control de Acceso al Medio) de las tramas recibidas, así como el puerto por el cual se recibió una trama, en la tabla de direcciones de MAC. Un conmutador transmitirá luego selectivamente a un puerto alternativo, en base a la dirección de MAC de destino de la trama y a las entradas anteriores en la tabla de direcciones de MAC. Si se desconoce una dirección de MAC de destino, una dirección de difusión o una dirección de multidifusión, el conmutador transmitirá la trama por todos los puertos conectados, excepto aquel por el cual se recibió. Un último caso especial se da cuando la dirección de MAC de destino es la misma que la dirección original de MAC, donde el conmutador simplemente filtrará la trama hacia el exterior.

De suma importancia, como se ha descrito anteriormente, es que ciertas comunicaciones son más urgentes que otras comunicaciones. Por ejemplo, los datos de control o las muestras en tiempo real pueden solamente tener valor para un periodo limitado de tiempo y, en consecuencia, puede decirse que son más urgentes que los datos de configuración de un administrador, que pueden tener valores de naturaleza más permanente. Por ejemplo, un DEI puede recibir datos de control urgentes usando el producto IEC 61850 GOOSE (Generic Object Oriented System Event – Suceso Genérico de Sistema Orientado a Objetos) o, preferiblemente, Mirrored Bits®. El uso de una conexión física dificulta que un DEI pueda discriminar entre datos urgentes y datos no urgentes. En general, la pila de red atiende los datos en el orden en que se recibieron.

Una solución de la técnica anterior que los DEI han empleado es que un DEI incorpore una pila de red personalizada que “fisga” las tramas de datos recibidas en busca de datos urgentes, y procesa primero esas tramas. Si bien este enfoque permite que los datos más urgentes se atiendan primero, incluye: i) el coste de un tiempo significativo del procesador, ya que debe buscar entre los datos recibidos y ii) complejidad, en forma de una pila de software personalizada.

Objetivos de la invención En consecuencia, es un objetivo de esta invención proporcionar un Dispositivo Electrónico Inteligente y un procedimiento para gestionar datos urgentes recibidos en base a una prioridad.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un Dispositivo Electrónico Inteligente y un procedimiento para gestionar datos urgentes recibidos en base a una prioridad, sin aumentar significativamente la carga del procesador.

Otras ventajas de la invención revelada quedarán claras para una persona medianamente experta en la técnica. Debería entenderse, sin embargo, que un sistema, un procedimiento o un aparato podrían poner en práctica la invención revelada sin lograr todas las ventajas enumeradas, y que la invención protegida está definida por las reivindicaciones.

Sumario de la invención La invención revelada logra sus objetivos proporcionando un dispositivo electrónico inteligente, así como un procedimiento que funciona dentro de un dispositivo electrónico inteligente (“DEI”) para optimizar la gestión de datos de red. Los datos de red se reciben por una interfaz de red externa desde, por ejemplo, otro DEI. Los datos de red se examinan en busca de un indicio de un tipo de datos de red y, en base al indicio de tipo de datos de red, los datos se encaminan a un primer puerto de red interno o a un segundo puerto de red interno, mientras que los datos urgentes se encaminan al primer puerto de red interno y los datos no urgentes se encaminan al segundo puerto de red interno.

En una realización, los datos pueden encaminarse a puertos urgentes y no urgentes en base a la dirección de red que originó una trama de datos específica. Por ejemplo, en un sistema de Ethernet, la dirección de MAC de origen o de destino puede servir como un indicio de tipo de datos de red para distinguir entre tramas de Ethernet urgentes y no urgentes. Tal realización puede utilizar un conmutador de Ethernet interno al DEI para encaminar datos a puertos de Ethernet dentro del DEI.

En otra realización, el protocolo subyacente al que se remite una trama puede usarse como un indicio de tipo de datos de red, y hacer que los datos se encaminen a puertos urgentes y no urgentes. Por ejemplo, los datos de los productos IEC-61850 GOOSE o Mirrored Bits® pueden encaminarse al puerto urgente, mientras que otros datos pueden encaminarse al puerto no urgente.

En otra realización que está especialmente bien adaptada para su empleo dentro de redes de difusión, tal como Ethernet, puede emplearse un circuito de filtrado de paquetes. El circuito de filtrado de paquetes puede disponerse ventajosamente entre la conexión de red externa y el primer puerto de red interno, y examinará todas las tramas urgentes recibidas para eliminar por filtrado aquellas tramas que estén dirigidas a un DEI distinto. Esto impedirá que un dispositivo de procesamiento gaste tiempo de procesamiento dando servicio a comunicaciones urgentes dirigidas a un DEI distinto.

Breve descripción de los dibujos Aunque los rasgos característicos de esta invención se señalarán específicamente en las reivindicaciones, la invención en sí, y la forma en que puede hacerse y usarse, pueden entenderse mejor con referencia a la siguiente descripción, considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos, que forman parte de la misma, y en los cuales los números iguales de referencia se refieren a partes iguales en toda la extensión de las diversas vistas, y en los cuales:

la Figura 1 es un diagrama simplificado de esquema de línea de un sistema de distribución de energía eléctrica que ilustra el uso de dispositivos electrónicos inteligentes que supervisan una red de suministro eléctrico;

la Figura 2 es un diagrama en bloques de un dispositivo electrónico inteligente que segrega datos de red, según esta revelación;

la Figura 3 es un diagrama en bloques simplificado de una solución de hardware para segregar datos de red según esta revelación;

la Figura 4 es un diagrama en bloques simplificado que ilustra componentes de hardware y software...

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento que funciona dentro de un dispositivo electrónico inteligente, para optimizar la gestión de datos de red para el dispositivo electrónico inteligente, incluyendo el dispositivo electrónico inteligente una interfaz de red externa, un primer puerto de red interno y un segundo puerto de red interno, caracterizado porque comprende las etapas de:

i) recibir datos de red en la interfaz de red externa;

ii) examinar los datos de red recibidos en busca de un indicio del tipo de datos de red; y

iii) dirigir los datos de red al primer puerto de red interno si el indicio del tipo de datos de red indica un origen urgente de red.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende adicionalmente la etapa de dirigir los datos de red al segundo puerto de red interno si el indicio del tipo de datos de red indica un origen no urgente de red.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica una dirección de red.

4. El procedimiento de la reivindicación 1 caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica un protocolo específico.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica datos de control.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la interfaz de red externa es una interfaz de Ethernet.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo electrónico inteligente incluye adicionalmente un circuito integrado conmutador de Ethernet, y en el cual la etapa de dirección es realizada por el circuito integrado conmutador de Ethernet.

8. El procedimiento de la reivindicación 6, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red es una dirección de MAC de Ethernet.

9. El procedimiento de la reivindicación 6, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica datos de IEC61850 GOOSE.

10. El procedimiento de la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo electrónico inteligente incluye adicionalmente un circuito de filtrado de paquetes, estando el circuito de filtrado de paquetes dispuesto entre la interfaz de red externa y el primer puerto de red, comprendiendo adicionalmente el procedimiento la etapa de filtrar datos de red provenientes de un origen urgente de red y de descartar cualquier dato no destinado al dispositivo electrónico inteligente.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, caracterizado porque el circuito de filtrado de paquetes es una FPGA.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo electrónico inteligente incluye adicionalmente un procesador conectado eléctricamente con el primer puerto de red interno y con el segundo puerto de red interno, y en el cual el procesador procesa datos recibidos por el primer puerto de red interno antes de procesar datos recibidos por el segundo puerto de red interno.

13. Un dispositivo electrónico inteligente caracterizado porque comprende:

iv) una interfaz de red externa adaptada para recibir datos de red;

v) un primer puerto de red interno;

vi) un segundo puerto de red interno; y

vii) un circuito de conmutación en comunicación eléctrica con la interfaz de red externa, el primer puerto de red interno y el segundo puerto de red interno, en donde el circuito de conmutación examina los datos de red en busca de un indicio del tipo de datos de red y encamina los datos de red al primer puerto de red interno cuando el indicio del tipo de datos de red indica un origen de red urgente.

14. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 13, caracterizado porque el circuito de conmutación encamina datos al segundo puerto de red interno si el indicio del tipo de datos de red indica un origen de red no en

tiempo real.

15. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 13, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica una dirección de red.

16. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 13, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica un protocolo específico.

17. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 13, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica datos de control.

18. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 13, caracterizado porque la interfaz de red externa es una interfaz de Ethernet.

19. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 18, caracterizado porque el circuito de conmutación es un circuito de conmutación de Ethernet.

20. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 18, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red es una dirección de MAC de Ethernet.

21. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 18, caracterizado porque el indicio del tipo de datos de red indica datos de IEC-61850 GOOSE.

22. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 19, caracterizado porque comprende adicionalmente un circuito de filtrado de paquetes acoplado con la interfaz de red externa, el primer puerto de red interno y el primer puerto de red interno, en donde el circuito de filtrado de paquetes descarta todo dato proveniente de un origen de red en tiempo real no destinado al dispositivo electrónico inteligente.

23. El dispositivo electrónico inteligente de la reivindicación 22, caracterizado porque el circuito de filtrado de paquetes es una FPGA.

I

V

Figura 2

300 Interfaz de Ethernet 250

252 254 238A 230 238B Microcontrolador FPGA Circuito integrado Conmutador de Ethernet

Figura 3

Figura 4

250A 300 Interfaz de Ethernet Interfaz de Ethernet 250B

252 254 238A 230 238B Microcontrolador FPGA Circuito integrado Conmutador de Ethernet

Figura 5


 

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