CN103326916A - 智能变电站自动划分并优化vlan的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能变电站自动划分并优化VLAN(虚拟局域网)的系统，包括按导入数据流向依次连接的数据导入模块、生成模块、校验模块和性能评估模块，其中生成模块还有数据直接发送给性能评估模块、校验模块和性能评估模块还分别有数据反馈给生成模块，最终性能评估模块输出数据。本发明还涉及采用所述系统用于智能变电站自动划分并优化VLAN的方法。本发明具有统一的划分原则，且划分合理清晰，可进行反校验，不会产生人为失误，减小人工配置智能变电站网络的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能变电站自动划分并优化VLAN(虚拟局域网)的系统。本发明还涉及采用所述系统用于智能变电站自动划分并优化VLAN的方法。
背景技术
目前，智能变电站以网络化通信为基础，其最大特点与优势是信息共享。在变电站中将会有越来越多的报文数据在通信网络中传输，系统对报文传输的实时性和可靠性提出了更高的要求，为此，有必要对智能变电站中的智能电子设备进行逻辑划分，将同一工作性质的设备集中在同一个VLAN中，限制传输信息在各个VLAN内部，减少跨VLAN的数据流量以减轻交换机的工作负荷，提高网络传输效率和通信质量，满足变电站实时性和可靠性要求。然而，现有VLAN技术在智能变电站中的应用并不成熟，VLAN划分原则模糊，导致某些不应该收到报文的设备依然收到了报文，某些应该收到报文的设备却没有收到报文。因此，需要一种可靠的方法使VLAN技术在智能变电站中的使用更加完善，使得设备应该收到的报文一定收到，不该收到的报文不收到或者尽量少收到，并实现智能变电站通信网络性能要求。
VLAN的组网方法有四种，分别为:基于端口划分VLAN、基于MAC地址划分VLAN、基于网络层划分VLAN、基于IP组播划分VLAN。结合变电站结构特性应该采用交换机端口号定义的VLAN，这种划分方法简单易实现，而且由于变电站里的设备不经常移动，于是不存在设备变动端口后需重新配置VLAN的缺点。但现有VLAN技术在变电站中的使用主要存在以下几个问题：
1、变电站VLAN划分困难，没有统一的划分原则，主要是根据管理人员的工作经验进行划分，而且变电站设备数量多，导致VLAN划分模糊；
2、智能变电站现有VLAN划分中没有进行反校验，一般只要求设备能够接收到应该接收的报文，并没有对接收到不应该接收到的报文进行相应的处理；
3、VLAN划分配置主要是通过人工进行一一设置，容易产生人为失误，导致VLAN划分不合理。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提出一种智能变电站自动划分并优化VLAN(虚拟局域网)的系统。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提出一种采用上述系统用于智能变电站自动划分并优化VLAN(虚拟局域网)的方法。
本发明的系统和方法，具有统一的划分原则，且划分合理清晰，可进行反校验，不会产生人为失误，减小人工配置智能变电站网络的工作量。
解决以上第一个技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能变电站自动划分并优化VLAN的系统，其特征是：包括按导入数据流向依次连接的数据导入模块、生成模块、校验模块和性能评估模块，其中生成模块还有数据直接发送给性能评估模块、校验模块和性能评估模块还分别有数据反馈给生成模块，最终性能评估模块输出数据；
所述的数据导入模块导入储存变电站网络拓扑结构的设备连接关系表、通信报文订阅关系表，并生成储存报文传输的路径集；
所述的生成模块负责对变电站设备进行VLAN划分：首先根据间隔划分的原则，按每一母线、变压器和馈线划分为一个VLAN，查询每个间隔的设备，将每个间隔的合并单元MU和该间隔内的其他所有IED划分到同一VLAN；其次按照功能划分的原则，将全站中为实现某一特定功能的所有设备划分到同一VLAN；再者将站控层的站控设备和服务器划分到同一VLAN；最后根据校验模块、性能评估模块的反馈信息进行相应的VLAN划分表更新优化；
所述的校验模块分为正校验和反校验两部分：
正校验是检验实现设备应该接收到的报文一定收到：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，判断是否能够接收到通信报文订阅关系表里作为订阅者该接收的所有报文，若不能，查询该没接收的报文的发布者设备，将其编入该设备所属的VLAN组；
反校验实现IED设备不收到或者尽量少接收到不该接收的报文：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，判断是否会接收到除通信报文订阅关系表外的其他报文，若有，判断该报文的发布者设备能否移出这个VLAN组并对此VLAN组其他设备接收报文不造成影响，或者将该发布者设备与受到影响的设备再组多一个VLAN组；
所述的性能评估模块实现对链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表；
对于有不同传输路径的发布—订阅关系，根据网络性能在路径集中选择一条唯一路径；
选择原则：
如果优先考虑传输实时性的原则，首先选择报文经过最少交换机的路径；若经过交换机数目相同，再预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径；
如果优先考虑传输准确性的原则，即防止丢包，首先预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径，并估算此路径所在的链路带宽利用率不超过阀值；
选择完有不同传输路径的发布—订阅关系的唯一路径后，全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径，再进行全站网络性能预测评估并优化VLAN划分；
链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能评估并优化VLAN划分的方法如下：
链路带宽评估：对设备发送/接收的数据流估算，根据所收发报文的长度和频率估算出数据流量，对每一链路所传输的报文进行链路带宽利用率的估算，当某链路带宽利用率达到预定阀值（链路带宽的60%），查询通过此链路传输的每条报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若链路带宽利用率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
丢包性能评估：统计连接交换机端口的每条链路的接收转发报文速率之和，当某交换机接收转发报文速率达到预定阀值（交换机转发速率的80%），查询连接交换机的每条链路的每条传输报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若交换机接收转发报文速率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
报文网络传输的延时由光缆传输延时、交换机存储转发延时、交换延时和交换机帧排队延时四部分组成，其中前三部分可以预知并且计算的，光缆传输延时是光缆长度除以光缆光速（约2/3倍光速），单台交换机的存储转发延时等于帧长除以传输速率，交换机交换延时为固定值，一般工业以太网交换机的交换延时不超过10μs；只有交换机帧排队延时具有不确定性，主要是由于交换机发生帧冲突时均采用排队方式顺序传送，合理规划VLAN，防止报文在网络中广播发送而占用网络带宽，并减少相同优先级别报文帧排队延时，在正常情况下对网络带宽和丢包性能进行VLAN划分优化后网络的最大通信延时能够满足智能变电站实时性要求。
解决以上第二个技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能变电站自动划分并优化VLAN的方法，包括以下步骤：
S1将变电站网络拓扑结构的设备连接关系表和通信报文订阅关系表导入数据导入模块，并生成得到报文传输的路径集；
S2生成模块根据间隔、功能划分原则对VLAN进行初步划分，形成初步的VLAN表；
S3在校验模块进行正反校验，对初步VLAN表进行优化更新，使得设备应该收到的报文一定收到，不该收到的报文不收到或者尽量少收到；
S4在性能评估模块中，对有不同传输路径的发布—订阅关系，按照报文传输实时性、准确性原则在路径集中选择一条唯一路径；
S5在全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径后，对全站链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表。
所述的步骤S2包括以下子步骤：
S2-1根据间隔划分的原则，按每一母线、变压器和馈线划分为一个VLAN，查询每个间隔的设备，将每个间隔的合并单元MU和该间隔内的其他所有IED划分到同一VLAN；
S2-2按照功能划分的原则，将全智能变电站中为实现某一特定功能的所有设备划分到同一VLAN；
S2-3将站控层的站控设备和服务器划分到同一VLAN，形成初步的智能变电站VLAN划分表；
S2-4根据反馈信息进行相应的更新优化。
所述的步骤S3包括以下子步骤：
S3-1正校验：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，检查是否能够接收到通信报文订阅关系表里作为订阅者该接收的所有报文，若不能，查询该没接收的报文的发布者设备，将其编入该设备所属的VLAN组；
S3-2反校验：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，检查是否会接收到除通信报文订阅关系表外的其他报文，若有，判断该报文的发布者设备能否移出这个VLAN组并对此VLAN组其他设备接收报文不造成影响，或者将该发布者设备与受到影响的设备再多组一个VLAN组。
所述的步骤S4包括以下子步骤：
S4-1对于有不同传输路径的发布—订阅关系，根据网络性能在路径集中选择一条唯一路径：
若优先考虑传输实时性，首先选择报文经过最少交换机的路径；若经过交换机数目相同，再综合评估各路径报文经过的交换机的实际接收转发报文数量及其报文处理能力，选择交换机实际接收转发报文数量较小、报文处理能力强的路径；
若优先考虑传输准确性，即防止丢包，首先预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径，并估算此路径所在的链路带宽利用率不超过阀值；
S4-2进行全站网络性能预测评估并优化VLAN划分，链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能评估并优化VLAN划分的具体方法如下：
链路带宽利用率评估：
链路带宽评估：对设备发送/接收的数据流估算，根据所收发报文的长度和频率即可估算出数据流量；对每一链路所传输的报文进行链路带宽利用率的估算，当某链路带宽利用率达到预定阀值（例如链路带宽的60%），查询通过此链路传输的每条报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若链路带宽利用率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
丢包性能评估：统计连接交换机端口的每条链路的接收转发报文速率之和，当某交换机接收转发报文速率达到预定阀值（例如交换机转发速率的80%），查询连接交换机的每条链路的每条传输报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若交换机接收转发报文速率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
网络延时网络性能评估：报文网络传输的延时由光缆传输延时、交换机存储转发延时、交换延时和交换机帧排队延时四部分组成：光缆传输延时是光缆长度除以光缆光速（约2/3倍光速），单台交换机的存储转发延时等于帧长除以传输速率，交换机交换延时为固定值，一般工业以太网交换机的交换延时不超过10μs；
交换机帧排队延时具有不确定性，主要是由于交换机发生帧冲突时均采用排队方式顺序传送，合理规划VLAN，防止报文在网络中广播发送而占用网络带宽，并减少相同优先级别报文帧排队延时，在正常情况下对网络带宽和丢包性能进行VLAN划分优化后网络的最大通信延时能够满足智能变电站实时性要求。
有益效果：本发明的智能变电站自动划分并优化VLAN的方法，通过已知的变电站网络拓扑结构的设备连接关系表和通信报文订阅关系表得到各报文的传输路径集，并按照一定划分原则对设备进行VALN初步划分，然后进行正反校验优化，使得设备该收到的报文一定要收到，不该收到的报文不收到或者尽量少收到，并根据一定原则在每一路径集中选择一条唯一路径，最后对全站通信网络性能包括延时、链路带宽和丢包等进行评估，提高网络性能并实现VLAN优化更新。这样，智能变电站中的设备进行VLAN自动优化划分，使得设备应该收到的报文一定收到，不该收到的报文不收到或者尽量少收到，实现通信网络性能的要求，并且不需要管理人员根据经验进行VLAN人工划分，减小人工配置智能变电站网络的工作量，并减少人工划分VLAN的不合理之处。
附图说明
图1为本发明实施例各功能模块连接图；
图2为本发明具体实施例的变电站网络拓扑结构图；
图3为本发明具体实施例的生成模块流程图；
图4为本发明具体实施例的校验模块流程图；
图5为本发明具体实施例的性能评估模块流程图；
图6为本发明方法实施方式流程。
具体实施方式
参见图1，本发明的智能变电站自动划分并优化VLAN的系统实施例，包括按导入数据流向依次连接的数据导入模块、生成模块、校验模块和性能评估模块，其中生成模块还有数据直接发送给性能评估模块、校验模块和性能评估模块还分别有数据反馈给生成模块，最终性能评估模块输出数据。
数据导入模块导入存储变电站网络拓扑结构的设备端口连接关系表、通信报文订阅关系表，并生成储存报文传输的路径集。
其中：数据导入模块存储的变电站网络拓扑结构的设备端口连接关系表，见下面表1。
表1设备端口连接关系表
| 设备端口A | 设备端口B |
| 交换机1_端口1 | MU IED_T1 |
| 交换机1_端口2 | P&C IED1_T1 |
| 交换机1_端口3 | P&C IED2_T1 |
| 交换机1_端口4 | 智能操作箱1_T1 |
| 交换机1_端口5 | 智能操作箱2_T1 |
| 交换机1_端口7 | 中央交换机_端口8 |
| 交换机1_端口8 | 交换机3_端口7 |
| 交换机2_端口1 | MU IED_T2 |
| 交换机2_端口2 | P&C IED1_T2 |
| 交换机2_端口3 | P&C IED2_T2 |
| 交换机2_端口4 | 智能操作箱1_T2 |
| 交换机2_端口5 | 智能操作箱2_T2 |
| 交换机2_端口7 | 交换机5_端口8 |
| 交换机2_端口8 | 中央交换机_端口7 |
| 交换机3_端口1 | MU IED_S |
| 交换机3_端口2 | P&C IED1_S |
| 交换机3_端口3 | 智能操作箱_S |
| 交换机3_端口7 | 交换机1_端口8 |
| 交换机3_端口8 | 交换机4_端口7 |
| 交换机4_端口1 | MU IED_F1 |
| 交换机4_端口2 | P&C IED1_F1 |
| 交换机4_端口3 | 智能操作箱_F1 |
| 交换机4_端口7 | 交换机3_端口8 |
| 交换机4_端口8 | 交换机5_端口7 |
| 交换机5_端口1 | MU IED_F2 |
| 交换机5_端口2 | P&C IED1_F2 |
| 交换机5_端口3 | 智能操作箱_F2 |
| 交换机5_端口7 | 交换机4_端口8 |
| 交换机5_端口8 | 交换机2_端口7 |
| 中央交换机_端口1 | 服务器 |
| 中央交换机_端口2 | 站控中心 |
| 中央交换机_端口7 | 交换机2_端口8 |
| 中央交换机_端口8 | 交换机1_端口7 |
变电站网络拓扑结构见图2。
生成模块负责对变电站设备进行VLAN划分：首先根据间隔划分的原则，按每一母线、变压器和馈线等划分为一个VLAN，查询每个间隔的设备，将每个间隔的合并单元MU和该间隔内的其他所有IED划分到同一VLAN；其次按照功能划分的原则，将全站中为实现某一特定功能的所有设备划分到同一VLAN；再者将站控层的设备和服务器等划分到同一VLAN；最后根据校验模块、性能评估模块的反馈信息进行相应的VLAN划分表更新优化。
校验模块分为正校验和反校验两部分：
正校验是检验实现设备应该接收到的报文一定收到：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，判断是否能够接收到通信报文订阅关系表里作为订阅者该接收的所有报文，若不能，查询该没接收的报文的发布者设备，将其编入该设备所属的VLAN组。
反校验实现IED设备不收到或者尽量少接收到不该接收的报文：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，判断是否会接收到除通信报文订阅关系表外的其他报文，若有，判断该报文的发布者设备能否移出这个VLAN组并对此VLAN组其他设备接收报文不造成影响，或者将该发布者设备与受到影响的设备再组多一个VLAN组。
性能评估模块实现对链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表。
对于有不同传输路径的发布—订阅关系，根据网络性能在路径集中选择一条唯一路径；
选择原则：
如果优先考虑传输实时性的原则，首先选择报文经过最少交换机的路径；若经过交换机数目相同，再预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径；
如果优先考虑传输准确性的原则，即防止丢包，首先预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径，并估算此路径所在的链路带宽利用率不超过阀值。
选择完有不同传输路径的发布—订阅关系的唯一路径后，全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径，再进行全站网络性能预测评估并优化VLAN划分。
链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能评估并优化VLAN划分的方法如下：
链路带宽评估：对设备发送/接收的数据流估算，根据所收发报文的长度和频率估算出数据流量，对每一链路所传输的报文进行链路带宽利用率的估算，当某链路带宽利用率达到预定阀值（链路带宽的60%），查询通过此链路传输的每条报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若链路带宽利用率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化。
丢包性能评估：统计连接交换机端口的每条链路的接收转发报文速率之和，当某交换机接收转发报文速率达到预定阀值（交换机转发速率的80%），查询连接交换机的每条链路的每条传输报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若交换机接收转发报文速率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化。
报文网络传输的延时由光缆传输延时、交换机存储转发延时、交换延时和交换机帧排队延时四部分组成，其中前三部分可以预知并且计算的，光缆传输延时是光缆长度除以光缆光速（约2/3倍光速），单台交换机的存储转发延时等于帧长除以传输速率，交换机交换延时为固定值，一般工业以太网交换机的交换延时不超过10μs。只有交换机帧排队延时具有不确定性，主要是由于交换机发生帧冲突时均采用排队方式顺序传送，合理规划VLAN，防止报文在网络中广播发送而占用网络带宽，并减少相同优先级别报文帧排队延时，在正常情况下对网络带宽和丢包性能进行VLAN划分优化后网络的最大通信延时能够满足智能变电站实时性要求。
参见图6，采用上述系统进行智能变电站自动划分并优化VLAN的方法实施例，包括以下步骤：
S1将变电站网络拓扑结构的连接关系表和通信报文订阅关系表导入数据导入模块，并生成得到报文传输的路径集；
本实施例的变电站网络拓扑结构见图2。
设备端口连接关系表见下面表1。
表1设备端口连接关系表
| 设备端口A | 设备端口B |
| 交换机1_端口1 | MU IED_T1 |
| 交换机1_端口2 | P&C IED1_T1 |
| 交换机1_端口3 | P&C IED2_T1 |
| 交换机1_端口4 | 智能操作箱1_T1 |
| 交换机1_端口5 | 智能操作箱2_T1 |
| 交换机1_端口7 | 中央交换机_端口8 |
| 交换机1_端口8 | 交换机3_端口7 |
| 交换机2_端口1 | MU IED_T2 |
| 交换机2_端口2 | P&C IED1_T2 |
| 交换机2_端口3 | P&C IED2_T2 |
| 交换机2_端口4 | 智能操作箱1_T2 |
| 交换机2_端口5 | 智能操作箱2_T2 |
| 交换机2_端口7 | 交换机5_端口8 |
| 交换机2_端口8 | 中央交换机_端口7 |
| 交换机3_端口1 | MU IED_S |
| 交换机3_端口2 | P&C IED1_S |
| 交换机3_端口3 | 智能操作箱_S |
| 交换机3_端口7 | 交换机1_端口8 |
| 交换机3_端口8 | 交换机4_端口7 |
| 交换机4_端口1 | MU IED_F1 |
| 交换机4_端口2 | P&C IED1_F1 |
| 交换机4_端口3 | 智能操作箱_F1 |
| 交换机4_端口7 | 交换机3_端口8 |
| 交换机4_端口8 | 交换机5_端口7 |
| 交换机5_端口1 | MU IED_F2 |
| 交换机5_端口2 | P&C IED1_F2 |
| 交换机5_端口3 | 智能操作箱_F2 |
| 交换机5_端口7 | 交换机4_端口8 |
| 交换机5_端口8 | 交换机2_端口7 |
| 中央交换机_端口1 | 服务器 |
| 中央交换机_端口2 | 站控中心 |
| 中央交换机_端口7 | 交换机2_端口8 |
| 中央交换机_端口8 | 交换机1_端口7 |
变压器间隔T1与其他间隔设备间通信报文订阅关系表见下面表2。
表2通信报文订阅关系表
| 发布者 | 订阅者 | 报文类型 |
| MU IED_T1 | P&C IED1_T1 | SAV |
| MU IED_T1 | P&C IED2_T1 | SAV |
| P&C IED1_T1 | 智能操作箱1_T1 | GOOSE |
| P&C IED2_T1 | 智能操作箱2_T1 | GOOSE |
| 智能操作箱1_T1 | P&C IED1_T1 | GOOSE |
| 智能操作箱2_T1 | P&C IED2_T1 | GOOSE |
| P&C IED1_T1 | 服务器 | 设备状态信息 |
| P&C IED2_T1 | 服务器 | 设备状态信息 |
| 智能操作箱1_T1 | 服务器 | 设备状态信息 |
| 智能操作箱2_T1 | 服务器 | 设备状态信息 |
变压器间隔T1与其他间隔设备间的报文传输路径集见下面表3。
表3报文传输路径集
S2生成模块主要实现对变电站设备进行VLAN划分，生成模块根据按间隔、功能划分等原则对VLAN进行初步划分，形成初步的VLAN表；
参见图3，S2具体包括以下子步骤：
S2-1根据间隔划分的原则，按每一母线、变压器和馈线划分为一个VLAN，查询每个间隔的设备，将每个间隔的合并单元MU和该间隔内的其他所有IED划分到同一VLAN；
S2-2按照功能划分的原则，将全智能变电站中为实现某一特定功能的所有设备划分到同一VLAN。
如为实现某一母差保护功能，将其相关的所有MU和IED组成一个VLAN；再者将站控层的站控设备和服务器等划分到同一VLAN。从而形成初步的智能变电站的VLAN表，如表4所示。
表4VLAN表
S2-3将站控层的站控设备和服务器划分到同一VLAN，形成初步的智能变电站VLAN划分表；
S2-4根据反馈信息进行相应的更新。
生成模块能够根据校验模块、性能评估模块的反馈信息进行相应的VLAN划分表更新优化，如某设备编入/移出VLAN、增加新的VLAN等。
S3在校验模块进行正反校验，对初步VLAN表进行优化更新，使得设备应该收到的报文一定收到，不该收到的报文不收到或者尽量少收到。
参见图4，步骤S3包括以下子步骤：
S3-1正校验：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，检查是否能够接收到通信报文订阅关系表里作为订阅者该接收的所有报文，若不能，查询该没接收的报文的发布者设备，将其编入该设备所属的VLAN组。
S3-2反校验：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，检查是否会接收到除通信报文订阅关系表外的其他报文，若有，判断该报文的发布者设备能否移出这个VLAN组并对此VLAN组其他设备接收报文不造成影响，或者将该发布者设备与受到影响的设备再多组一个VLAN组。
S4性能评估模块主要是实现对链路带宽利用率、丢包和网络延时等网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表。
在性能评估模块中，首先对有不同传输路径的发布—订阅关系，按照报文传输实时性、准确性等原则在路径集中选择一条唯一路径。
参见图5，步骤S4包括以下子步骤：
S4-1对于有不同传输路径的发布—订阅关系，需要根据网络性能在路径集中选择一条唯一路径：
若优先考虑传输实时性，首先选择报文经过最少交换机的路径；若经过交换机数目相同，再综合评估各路径报文经过的交换机的实际接收转发报文数量及其报文处理能力，选择交换机实际接收转发报文数量较小、报文处理能力强的路径；
若优先考虑传输准确性，即防止丢包，首先预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径，并估算此路径所在的链路带宽利用率不超过阀值；
S4-2选择完有不同传输路径的发布—订阅关系的唯一路径后，全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径，对此再进行全站网络性能预测评估并优化VLAN划分，链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能评估并优化VLAN划分的方法如下：
链路带宽利用率评估：
链路带宽评估：对设备发送/接收的数据流估算，根据所收发报文的长度和频率即可估算出数据流量，如变压器间隔的MU发出的SV报文长度为171字节，采样率为80点/周期，即可以估算数据流量为80×50×171×8=5.472Mbit/s。
对每一链路所传输的报文进行链路带宽利用率的估算，当某链路带宽利用率达到预定阀值（例如链路带宽的60%），查询通过此链路传输的每条报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若链路带宽利用率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
丢包性能评估：统计连接交换机端口的每条链路的接收转发报文速率之和，当某交换机接收转发报文速率达到预定阀值（例如交换机转发速率的80%），查询连接交换机的每条链路的每条传输报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若交换机接收转发报文速率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
网络延时网络性能评估：报文网络传输的延时由光缆传输延时、交换机存储转发延时、交换延时和交换机帧排队延时四部分组成，其中前三部分可以预知并且计算的：光缆传输延时是光缆长度除以光缆光速（约2/3倍光速），单台交换机的存储转发延时等于帧长除以传输速率，交换机交换延时为固定值，一般工业以太网交换机的交换延时不超过10μs；
交换机帧排队延时具有不确定性，主要是由于交换机发生帧冲突时均采用排队方式顺序传送，合理规划VLAN，防止报文在网络中广播发送而占用网络带宽，并减少相同优先级别报文帧排队延时，在正常情况下对网络带宽和丢包性能进行VLAN划分优化后网络的最大通信延时能够满足智能变电站实时性要求。
S5在全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径后，对全站链路带宽利用率、丢包和网络延时等网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表。
Claims (5)
1.一种智能变电站自动划分并优化VLAN的系统，其特征是：包括按导入数据流向依次连接的数据导入模块、生成模块、校验模块和性能评估模块，其中生成模块还有数据直接发送给性能评估模块，校验模块和性能评估模块还分别有数据反馈给生成模块，最终性能评估模块输出数据；
所述的数据导入模块导入储存变电站网络拓扑结构的设备连接关系表、通信报文订阅关系表，并生成储存报文传输的路径集；
所述的生成模块负责对变电站设备进行VLAN划分：首先根据间隔划分的原则，按每一母线、变压器和馈线划分为一个VLAN，查询每个间隔的设备，将每个间隔的合并单元MU和该间隔内的其他所有IED划分到同一VLAN；其次按照功能划分的原则，将全站中为实现某一特定功能的所有设备划分到同一VLAN；再者将站控层的站控设备和服务器划分到同一VLAN；最后根据校验模块、性能评估模块的反馈信息进行相应的VLAN划分表更新优化；
所述的校验模块分为正校验和反校验两部分：
正校验是检验实现设备应该接收到的报文一定收到：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，判断是否能够接收到通信报文订阅关系表里作为订阅者该接收的所有报文，若不能，查询该没接收的报文的发布者设备，将其编入该设备所属的VLAN组；
反校验实现IED设备不收到或者尽量少接收到不该接收的报文：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，判断是否会接收到除通信报文订阅关系表外的其他报文，若有，判断该报文的发布者设备能否移出这个VLAN组并对此VLAN组其他设备接收报文不造成影响，或者将该发布者设备与受到影响的设备再组多一个VLAN组；
所述的性能评估模块实现对链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表；
对于有不同传输路径的发布—订阅关系，根据网络性能在路径集中选择一条唯一路径,选择原则：
如果优先考虑传输实时性的原则，首先选择报文经过最少交换机的路径；若经过交换机数目相同，再预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径；
如果优先考虑传输准确性的原则，即防止丢包，首先预测评估各路径报文经过的交换 机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径，并估算此路径所在的链路带宽利用率不超过阀值；
选择完有不同传输路径的发布—订阅关系的唯一路径后，全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径，再进行全站网络性能预测评估并优化VLAN划分；
链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能评估并优化VLAN划分的方法如下：
链路带宽评估：对设备发送/接收的数据流估算，根据所收发报文的长度和频率估算出数据流量，对每一链路所传输的报文进行链路带宽利用率的估算，当某链路带宽利用率达到预定阀值，查询通过此链路传输的每条报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若链路带宽利用率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
丢包性能评估：统计连接交换机端口的每条链路的接收转发报文速率之和，当某交换机接收转发报文速率达到预定阀值，查询连接交换机的每条链路的每条传输报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若交换机接收转发报文速率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
报文网络传输的延时由光缆传输延时、交换机存储转发延时、交换延时和交换机帧排队延时四部分组成。
2.一种智能变电站自动划分并优化VLAN的方法，包括以下步骤：
S1将变电站网络拓扑结构的设备连接关系表和通信报文订阅关系表导入数据导入模块，并生成得到报文传输的路径集；
S2生成模块根据间隔、功能划分原则对VLAN进行初步划分，形成初步的VLAN表；
S3在校验模块进行正反校验，对初步的VLAN表进行优化更新，使得设备应该收到的报文一定收到，不该收到的报文不收到或者尽量少收到；
S4在性能评估模块中，对有不同传输路径的发布—订阅关系，按照报文传输实时性、准确性原则在路径集中选择一条唯一路径；
S5在全站通信网络每条报文传输都只有一条唯一路径后，对全站链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能进行预期评估，并根据评估结果对VLAN划分进行再次优化更新，形成最终的VLAN表。
3.根据权利要求2所述的智能变电站自动划分并优化VLAN的方法，其特征是：
所述的步骤S2包括以下子步骤：
S2-1根据间隔划分的原则，按每一母线、变压器和馈线划分为一个VLAN，查询每个间隔的设备，将每个间隔的合并单元MU和该间隔内的其他所有IED划分到同一VLAN；
S2-2按照功能划分的原则，将全智能变电站中为实现某一特定功能的所有设备划分到同一VLAN；
S2-3将站控层的站控设备和服务器划分到同一VLAN，形成初步的智能变电站VLAN划分表；
S2-4根据反馈信息进行相应的更新优化。
4.根据权利要求3所述的智能变电站自动划分并优化VLAN的方法，其特征是：
所述的步骤S3包括以下子步骤：
S3-1正校验：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，检查是否能够接收到通信报文订阅关系表里作为订阅者该接收的所有报文，若不能，查询该没接收的报文的发布者设备，将其编入该设备所属的VLAN组；
S3-2反校验：对变电站每一设备逐一查询其相关的通信报文订阅关系表和VLAN表，查询该设备所属的VLAN组，检查是否会接收到除通信报文订阅关系表外的其他报文，若有，判断该报文的发布者设备能否移出这个VLAN组并对此VLAN组其他设备接收报文不造成影响，或者将该发布者设备与受到影响的设备再多组一个VLAN组。
5.根据权利要求4所述的智能变电站自动划分并优化VLAN的方法，其特征是：
所述的步骤S4包括以下子步骤：
S4-1对于有不同传输路径的发布—订阅关系，根据网络性能在路径集中选择一条唯一路径：
若优先考虑传输实时性，首先选择报文经过最少交换机的路径；若经过交换机数目相同，再综合评估各路径报文经过的交换机的实际接收转发报文数量及其报文处理能力，选择交换机实际接收转发报文数量较小、报文处理能力强的路径；
若优先考虑传输准确性，即防止丢包，首先预测评估各路径报文经过的交换机的接收转发报文速率，选择交换机接收转发报文速率较低的路径，并估算此路径所在的链路带宽利用率不超过阀值；
S4-2进行全站网络性能预测评估并优化VLAN划分，链路带宽利用率、丢包和网络延时网络性能评估并优化VLAN划分的具体方法如下：
链路带宽利用率评估：
链路带宽评估：对设备发送/接收的数据流估算，根据所收发报文的长度和频率即可估算出数据流量；对每一链路所传输的报文进行链路带宽利用率的估算，当某链路带宽利用率达到预定阀值，查询通过此链路传输的每条报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若链路带宽利用率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
丢包性能评估：统计连接交换机端口的每条链路的接收转发报文速率之和，当某交换机接收转发报文速率达到预定阀值，查询连接交换机的每条链路的每条传输报文是否是必要传输的报文，如果不是必要传输的报文，将该链路移出该报文发布者设备所属的VLAN组，否则保持不变；若交换机接收转发报文速率没有达到预定阀值，则不再继续查询进行VLAN优化；
网络延时网络性能评估：报文网络传输的延时由光缆传输延时、交换机存储转发延时、交换延时和交换机帧排队延时四部分组成：光缆传输延时是光缆长度除以光缆光速，单台交换机的存储转发延时等于帧长除以传输速率，交换机交换延时为固定值，工业以太网交换机的交换延时不超过10μs。
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