CN102752224B

CN102752224B - 一种交换机报文转发方法和装置

Info

Publication number: CN102752224B
Application number: CN201210262768.7A
Authority: CN
Inventors: 黄明辉; 曹建东; 张弛; 陈志光; 竹之涵; 苏忠阳; 吴秋平
Original assignee: GUANGZHOU PTSWITCH COMPUTER TECHNOLOGY Co Ltd; GUANGDONG CENTER OF ELECTRIC DISPATCHING AND TRANSFORMING
Current assignee: GUANGZHOU PTSWITCH COMPUTER TECHNOLOGY Co Ltd; GUANGDONG CENTER OF ELECTRIC DISPATCHING AND TRANSFORMING
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: CN102752224A

Abstract

本发明提出一种交换机报文转发方法，包括步骤：解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表；解析接收到的报文，并利用所述IED接收报文配置表和所述IED发送报文配置表，得到IED端口表；根据所述IED接收报文配置表和所述IED端口表，形成交换机报文转发表；根据所述报文转发表进行报文转发。本发明还提出一种交换机报文转发装置，可以减少交换机转发报文时，导致的网络冲突，提高网络性能。

Description

一种交换机报文转发方法和装置

技术领域

本发明涉及交换机报文转发领域，特别是涉及一种交换机报文转发方法和装置。

背景技术

智能变电站过程层网络中交换机共负责转发三种类型的报文：对时报文、GOOSE报文以及SV报文。

交换机通过对源地址的解析并形成MAC地址表以实现学习功能，通过对目的地址的解析并查找MAC地址表以实现转发功能。

通过形成MAC地址表并按照该表进行报文的转发，已经在通信领域的交换机中广泛的应用，但是这种按照MAC地址表进行转发的方式，并不适用于GOOSE报文和SV报文的转发。主要是因为标准中规定GOOSE报文和SV报文的目的地址需采用组播地址；转发采用组播的方式，会导致网络的冲突增加，某些不应该收到报文的设备收到了报文，影响了网络的性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种形成交换机报文转发表的方法和装置，可以减少交换机转发报文时，导致的网络冲突，提高网络性能。

采用的技术方案是：

一种形成交换机报文转发表的方法，包括步骤：

解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

解析接收到的报文，并利用所述IED接收报文配置表和所述IED发送报文配置表，得到IED端口表；

根据所述IED接收报文配置表和所述IED端口表，形成交换机报文转发表。

一种形成交换机报文转发表的装置，包括步骤：

SCD文件解析单元，用于解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

报文解析单元，用于解析接收到的GOOSE报文和SV报文；

IED端口表产生单元，用于根据所述SCD文件解析单元的解析结果，以及所述报文解析单元的解析结果得到IED端口表；

报文转发表产生单元，用于根据所述IED接收报文配置表和所述IED端口表，形成交换机报文转发表；

报文转发单元，用于根据所述报文转发表进行报文转发。

本发明在交换机原有功能的基础上，添加了解读SCD文件的能力，通过解读SCD文件、解析GOOSE报文和SV报文的APPID以形成报文转发表，根据该转发表进行报文转发；免除复杂的VLAN配置，减少交换机转发报文时，导致的网络冲突；能够在报文采用组播地址的情况下，仍然能够将报文传到应该接收该报文的设备，而不应该接受该报文的设备不会接收到该报文，提高网络性能。

附图说明

图1为本发明方法的一个流程图；

图2为本发明方法中进行更新报文转发表的一个流程图；

图3为本发明装置的一个结构示意图；

图4为本发明装置的另一个结构示意图。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面将结合附图进行说明。

先介绍以下内容涉及到的英文缩写对应的意义：

GOOSE：通用面向对象的变电站事件；

SV：采样值；

IED：智能电子设备；

VLAN：虚拟局域网；

APPID：应用标识；

Access Point：访问点。

请参考图1，本发明提出的一种形成交换机报文转发表的方法，包括步骤：

S101、解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

S102、解析接收到的报文，并利用IED接收报文配置表和IED发送报文配置表，得到IED端口表；

其中，接收到的报文可以是GOOSE报文和SV报文。GOOSE报文和SV报文的帧结构如下表(a)和表(b)所示：

(a)GOOSE报文的帧结构

(b)SV报文的帧结构

无论是GOOSE报文还是SV报文，前12个字节代表目的地址和源地址。0X8100，0X88B8和0X88BA为以太网类型标识，0X8100代表该字段之后的字段为VLAN(虚拟局域网)标志，0X88B8代表该条报文为GOOSE报文，而0X88BA代表该条报文为SV报文，0X88B8或者0X88BA后面跟随的字节为APPID。APPID为应用标识，GOOSE报文的应用标识在0x0到0x3FFF之间，唯一标识了一路GOOSE。SV的应用标识取值于0x4000到0x7FFF之间，唯一标识了一路采样值。数据为报文携带的数据信息，长度可变。CRC为循环冗余检验码。

S103、根据IED接收报文配置表和IED端口表，形成交换机报文转发表；

S104、根据报文转发表进行报文转发。

为更好的理解本发明，下面将分成几个部分来进行详细的说明。包括以下内容：

一、解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

A、解析SCD文件得到变电站中全部IED的配置情况，以及，得到SCD文件与变电站中全部IED的报文订阅关系；其中，配置情况包括：IED名称、IED中的所有接入点名称、各个接入点涉及的报文；

由于SCD文件是IEC 61850定义的用于智能变电站配置的文件，涵盖了描述智能变电站全部智能电子设备(IED)、通信配置和变电站拓扑结构等段落内容。因此，通过SCD文件的解析能够了解到整座变电站的智能电子设备(IED)配置情况以及它们之间的报文订阅关系。

B、根据配置情况，形成IED发送报文配置表；其中，IED发送报文配置表包括：第一应用标识、第一IED名称、第一接入点名称以及第一报文类型、第一控制块第一逻辑设备节点；应用标识为主键，用于唯一标识一路报文；

SCD文件在Communication中描述了全站的通信行为和通信连接。从Communication中的connected AP中，可以得到发送配置表中需要的各项信息。该表记录的是每个IED可以发送哪些报文。参见表2，每个IED对应多个APPID_GOOSE链路和APPID_SMV链路，作为报文发送的源。

一个子网中包含多个Connected AP(通信访问点)，通信访问点代表了一个接入点，可以发送/接收0个或多个GOOSE/SV报文。该接入点由apname(access point name)和IEDname共同描述并唯一标识，一个IED可以包含多个Access Point。Address中包含了报文发往的目的地址，该报文所属的VLAN，优先级以及APPID，APPID唯一标识一路报文。SCD文件同时对每台智能电子设备(IED)都进行了描述，包括IED的名称，IED所具备的端口(Access Point)以及每个端口所涉及的各路GOOSE报文或者SV报文。对SCD文件的解析可以得出信息树形结构：

IEDname : \{\begin{matrix} AccessPointname_1 \{\begin{matrix} APPID_GOOSE_1 \\ APPID_GOOSE_2 \\ . . . . . . \end{matrix} \\ AccessPointname_2 \{\begin{matrix} APPID_GOOSE_1 \\ APPID_GOOSE_2 \\ . . . . . . \end{matrix} \\ . . . . . . \\ AccessPointname_n { \end{matrix}

IEDname : \{\begin{matrix} AccessPointname_1 \{\begin{matrix} APPID_SV_1 \\ APPID_SV_2 \\ . . . . . . \end{matrix} \\ AccessPointname_2 \{\begin{matrix} APPID_SV_1 \\ APPID_SV_2 \\ . . . . . . \end{matrix} \\ . . . . . . \\ AccessPointname_n { \end{matrix}

一台IED设备有一个或多个端口。通过上述树形结构可以形成一个以APPID为主键构成的IED发送报文配置表，如表2所示：

表2 IED发送报文配置表

APPID	IEDName	apName	type	cbName	ldInst
						0001	ML2201	G1	GSE	gocb0	RPIT
4001	ML2201	G1	SMV	smvcb0	RPIT

其中，各表3各项的意义如表3所示

表3：表2中各表项含义

表2描述了APPID与IED设备以及每个IED设备不同端口(AP)的对应关系，也就是说，一旦能够从GOOSE报文或者SV报文中解析出它们所携带的APPID，就能获知接收该报文的交换机端口与发送该报文的IED设备以及IED设备对应的端口。

C、根据IED发送报文配置表和订阅关系，生成IED接收报文配置表；其中，IED接收报文配置表包括：第二应用标识、第二IED名称、第二接入点名称以及第二报文类型。

解析SCD文件可得到SCD文件与变电站中全部IED的报文订阅关系，在该订阅关系中的内容“ExtRef”：表示逻辑设置节点对数据项的引用；根据“ExtRef”中的内容：IEDName、ldInst、doName(数据对像名称)和daName(数据属性名称)，在之前解析的IED发送报文配置表中找到通信访问点接收报文的APPID，生成IED接收报文APPID配置表，如表4所示。

表4：IED接收报文配置表

APPID	IEDName	apName	type	ldInst
					4001	PM2201	S1	SMV	LD0
4001	P22001	S1	SMV	PROT

其中，表4中内容第二行表示IED“PM2201”的端口“S1”接收APPID为4001的SV报文。

其中，表4中各表项的意义，如表5所示。

表5：表:4中各表项的意义

表4描述了报文所携带的APPID与接收该报文的IED设备以及每个IED设备不同端口的对应关系；也就是说，一旦能够从GOOSE报文或者SV报文中解析出它们所携带的APPID，就能获知该报文需要发送到哪个IED设备的哪个端口。

综合IED发送报文配置表和接收报文配置表的信息，即可以得到整座变电站的虚拟连线，即可知道哪条报文从哪里来要到那里去。

二、解析接收到的报文，并利用IED接收报文配置表和IED发送报文配置表，得到IED端口表；

可以根据以下步骤得到IED端口表，包括步骤：

步骤1、接收报文；

步骤2、解析报文，得到报文的应用标识；

步骤3、利用IED发送报文配置表和IED接收报文配置表，确定报文的传递路径；

步骤4、根据传递路径，得到报文的应用标识与交换机接收报文的端口的映射关系；

其中，可以采用如下表6来表示报文的应用标识与交换机接收报文的端口的映射关系；

表6：报文应用标识APPID与交换机接收报文端口的映射表

APPID	交换机接收报文端口

表6中的【交换机接收报文端口】即为该条报文进入交换机的端口号。

步骤5、根据映射关系和IED接收报文配置表，得到IED端口表；其中，IED端口表包括：报文的应用标识、第三IED名称、第三接入点名称以及交换机接收报文的端口。

三、根据IED接收报文配置表和IED端口表，形成交换机报文转发表。

交换机报文转发表的形成，可采用如下方式：

由于IED端口表是通过APPID作为纽带形成了IED设备与交换机各端口的对应关系，而IED接收报文配置表也是通过APPID作为纽带确定报文应该去往的目的IED端口，结合两表即可形成以APPID为纽带的报文转发表。如表7所示。

表7：报文转发表

APPID	Member

其中，表7中各表项的意义如表8所示。

表8：表7中各表项的意义

上表7中，Member是一个由32位数字构成的字段，每一位代表着交换机的每个端口，第n位为1，表示转发到(n+1)端口，第n位为0，表示不转发到(n+1)端口。表7的形成意味着交换机可通过解析报文的APPID从而判断将该报文转发到交换机的哪个端口，实现了报文确定链路的转发，理论上能提供相对于VLAN更加强大的减少网络报文冲突的能力。

进行上述一、二以及三的流程，即可得到报文的转发表，其中，交换机报文转发表包括：报文的应用标识和将报文发往的目标端口。

在其中一个实施方式中，根据实际情况，可能需要对目前的交换机的IED进行更新，这就需要对已形成的报文转发表进行更新；其中，更新IED端口包括添加IED端口和删除IED端口。

请参考图2，下面对更新报文转发表的过程进行描述：

S201、开始；

S202、接收GOOSE报文和SV报文，然后进行解析，得到报文转发表；

S203、判断是否更新IED端口配置；

判断是否更新IED端口配置，若是，则进行步骤S204；若否，则进行步骤S205。

S204、获取当前IED端口表中的IED名称和接入点名称；以及，获取更新IED端口配置前的交换机端口号；

S205、结束报文转发表更新流程；

S206、判断在当前IED接收报文配置表中，是否查找到与上述IED名称和接入点名称相匹配的应用标识；

判断在当前IED接收报文配置表中，是否查找到与上述IED名称和接入点名称相匹配的应用标识，若判断为是，则进行步骤S207；若判断为否，则进行步骤S205。

S207、判断在当前报文转发表中是否查找到与上述相匹配的应用标识匹配的记录；

判断在当前报文转发表中是否查找到与上述相匹配的应用标识匹配的记录，若判断为是，则进行步骤S209；若判断为否，则进行步骤S208。

S208、将以上述匹配的应用标识为主键的记录，添加到报文转发表；

S209、在报文转发表中，更新目标端口号。

在报文转发表中，更新目标端口号，将报文转发表中的交换机接收报文的端口号标识置为0，表示不转发到该交换机接收报文的端口号的下一个端口；将更新IED端口配置前的交换机端口号标识置为1，表示转发到更新IED端口配置前的交换机端口号的下一个端口；返回上述步骤S202。

下面介绍本发明装置，请参考图3，一种形成交换机报文转发表的装置，包括：

SCD文件解析单元301，用于解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

具体的，SCD文件解析单元301解析SCD文件，得到变电站中全部IED的配置情况，以及，得到SCD文件与变电站中全部IED的报文订阅关系；其中，配置情况包括：IED名称、IED中的所有接入点名称、各个接入点涉及的报文；

SCD文件解析单元301根据配置情况，形成IED发送报文配置表；其中，IED发送报文配置表包括：第一应用标识、第一IED名称、第一接入点名称以及第一报文类型；应用标识为主键，用于唯一标识一路报文；

根据IED发送报文配置表和订阅关系，生成IED接收报文配置表；其中，IED接收报文配置表包括：第二应用标识、第二IED名称、第二接入点名称以及第二报文类型。

报文解析单元302，用于解析接收到的GOOSE报文和SV报文；

具体的，报文解析单元302接收报文；

然后解析报文，得到报文的应用标识；

利用IED发送报文配置表和IED接收报文配置表，确定报文的传递路径；

根据传递路径，得到报文的应用标识与交换机接收报文的端口的映射关系；

根据映射关系和IED接收报文配置表，得到IED端口表；其中，IED端口表包括：报文的应用标识、第三IED名称、第三接入点名称以及交换机接收报文的端口。

IED端口表产生单元303，用于根据SCD文件解析单元的解析结果，以及报文解析单元的解析结果得到IED端口表；

其中，交换机报文转发表包括：报文的应用标识和将报文发往的目标端口。

报文转发表产生单元304，用于根据IED接收报文配置表和IED端口表，形成交换机报文转发表；

报文转发单元305，用于根据报文转发表进行报文转发。

另外，根据实际情况，可能需要对目前的交换机的IED进行更新，这就需要对已形成的报文转发表进行更新；这就需要对图3发明装置进行改进，请参考图4，形成交换机报文转发表的装置还包括：检测单元306、获取单元307、查找单元308以及更新单元309；

其中，当检测单元306检测到IED端口配置有更新时，通知获取单元307获取当前的IED端口表中的IED名称和接入点名称；以及，获取更新IED端口配置前的交换机端口号；

查找单元308根据当前的IED端口表中的IED名称和接入点名称、取更新IED端口配置前的交换机端口号，在当前的IED接收报文配置表中查找对应的应用标识；

当查找单元308未查找到对应的应用标识时，通知更新单元309添加以对应的应用标识为主键的记录到交换机报文转发表；并在交换机报文转发表中，更新目标端口号；

通知报文解析单元302继续解析接收到的GOOSE报文和SV报文。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种交换机报文转发方法，其特征在于，包括步骤：

解析变电站配置描述(Substation Configuration Description，SCD)文件，得到智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

根据所述IED接收报文配置表和所述IED端口表，形成交换机报文转发表；

根据所述报文转发表进行报文转发。

2.根据权利要求1所述的交换机报文转发方法，其特征在于，

所述解析SCD文件，得到IED发送报文配置表以及IED接收报文配置表的步骤具体为：

解析SCD文件得到变电站中全部IED的配置情况，以及，得到所述SCD文件与变电站中全部IED的报文订阅关系；其中，所述配置情况包括：IED名称、IED中的所有接入点名称、各个所述接入点涉及的报文；

根据所述配置情况，形成所述IED发送报文配置表；其中，所述IED发送报文配置表包括：第一应用标识、第一IED名称、第一接入点名称以及第一报文类型、第一控制块第一逻辑设备节点；应用标识为主键，用于唯一标识一路报文；

根据IED发送报文配置表和所述订阅关系，生成所述IED接收报文配置表；其中，所述IED接收报文配置表包括：第二应用标识、第二IED名称、第二接入点名称以及第二报文类型。

3.根据权利要求1所述的交换机报文转发方法，其特征在于，

所述解析接收到的报文，并利用所述IED接收报文配置表和所述IED发送报文配置表，得到IED端口表的步骤具体为：

接收报文；

解析所述报文，得到所述报文的应用标识；

利用所述IED发送报文配置表和所述IED接收报文配置表，确定所述报文的传递路径；

根据所述传递路径，得到所述报文的应用标识与交换机接收所述报文的端口的映射关系；

根据所述映射关系和所述IED接收报文配置表，得到所述IED端口表；其中，所述IED端口表包括：所述报文的应用标识、第三IED名称、第三接入点名称以及交换机接收所述报文的端口。

4.根据权利要求1至3任一项所述的交换机报文转发方法，其特征在于，

所述交换机报文转发表包括：所述报文的应用标识和将所述报文发往的目标端口。

5.根据权利要求4所述的交换机报文转发方法，其特征在于，

在所述根据IED接收报文配置表和所述IED端口表，形成交换机报文转发表的步骤后，当更新IED端口配置时，获取当前的IED端口表中的IED名称和接入点名称；以及，获取更新IED端口配置前的交换机端口号；

根据所述当前的IED端口表中的IED名称和接入点名称、所述取更新IED端口配置前的交换机端口号，在当前的IED接收报文配置表中查找对应的应用标识；

当未查找到所述对应的应用标识时，添加以所述对应的应用标识为主键的记录到所述交换机报文转发表；

在所述交换机报文转发表中，更新所述目标端口号；继续所述解析接收到的通用面向对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Events，GOOSE)报文和采样值(Sampled Values，SV)报文的步骤。

6.一种交换机报文转发装置，其特征在于，包括：

SCD文件解析单元，用于解析变电站配置描述(Substation ConfigurationDescription，SCD)文件，得到智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)发送报文配置表以及IED接收报文配置表；

报文解析单元，用于解析接收到的通用面向对象的变电站事件(GenericObject Oriented Substation Events，GOOSE)报文和采样值(Sampled Values，SV)报文；

报文转发单元，用于根据所述报文转发表进行报文转发。

7.根据权利要求6所述的交换机报文转发装置，其特征在于，

所述SCD文件解析单元解析SCD文件，得到变电站中全部IED的配置情况，以及，得到所述SCD文件与变电站中全部IED的报文订阅关系；其中，所述配置情况包括：IED名称、IED中的所有接入点名称、各个所述接入点涉及的报文；

所述SCD文件解析单元根据所述配置情况，形成所述IED发送报文配置表；其中，所述IED发送报文配置表包括：第一应用标识、第一IED名称、第一接入点名称以及第一报文类型；应用标识为主键，用于唯一标识一路报文；

8.根据权利要求6所述的交换机报文转发装置，其特征在于，

所述报文解析单元接收报文；

然后解析所述报文，得到所述报文的应用标识；

9.根据权利要求6至8任一项所述的交换机报文转发装置，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的交换机报文转发装置，其特征在于，所述形成交换机报文转发表的装置还包括：检测单元、获取单元、查找单元以及更新单元；

其中，当所述检测单元检测到IED端口配置有更新时，通知所述获取单元获取当前的IED端口表中的所述IED名称和所述接入点名称；以及，获取更新IED端口配置前的交换机端口号；

所述查找单元根据所述当前的IED端口表中的所述IED名称和所述接入点名称、所述取更新IED端口配置前的交换机端口号，在当前的IED接收报文配置表中查找对应的应用标识；

当所述查找单元未查找到所述对应的应用标识时，通知所述更新单元添加以所述对应的应用标识为主键的记录到所述交换机报文转发表；并在所述交换机报文转发表中，更新所述目标端口号；

通知所述报文解析单元继续解析接收到的GOOSE报文和SV报文。