CN104579797B - 智能变电站交换机信息流自动配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的智能变电站交换机信息流自动配置方法，应用于采用IEC61850通信的智能变电站，该方法从大量智能变电站通信集成实践中总结归纳得出，并具有很强的通用性，可以适应不同电压等级、不同拓扑结构变电站网络的通信配置。本发明通过模拟实际运行报文的传播，结合人工干预为全站信息流规划出高效、灵活的以变电站应用报文为索引的静态路径。本发明方法包含信息流路径检索、信息流路径正确性和完备性检测功能，并在此基础上提出了智能变电站改扩建中信息流的配置方法，实现了智能变电站交换机信息流配置过程的自动化。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站通信集成技术领域，本发明提供了一种交换机信息流的自动配置方法，根据电力设计院或变电站监控系统集成商提供的配置需求信息，结合变电站管理规范人工干预信息流走向，可得出满足监控系统集成要求的交换机配置文件。当变电站改建或扩建时，在已有配置基础上可得出信息流变更路径清单，合理控制交换机配置变更风险。
背景技术
智能变电站在国内已有大量应用，控制电缆和信号电缆被大量简化或取消，取而代之的设备间的通信问题变得越来越复杂。在人工配置交换机时，需要对全站数据通信有清晰的认识，任何一帧数据的配置都会造成全局性的影响。智能变电站的交换机人工配置工作不仅工作量巨大，极易出错，而且对配置人员的技术要求很高。
在变电站改建或扩建时，交换机的已有配置关系到变电站已投运部分稳定运行，交换机配置的修改必须保证电力系统安全运行，因此交换机的配置变更必须采用增量配置的方式，即已有配置不允许刷新，必须在已有配置基础上逐条增减路径，并对每条变更的路径做出风险评估。
智能变电站的交换机信息流配置有一定的规律可遵循，早期智能变电站工程实践中曾经尝试过使用组播注册协议(GMRP，GARP Multicast Registration Protocol)、多生成树协议(MSTP，Multiple Spanning Tree Protocol)等动态协议自动配置数据流，但由于交换机间的自协商动态过程时间较长、难于分析故障、不便于标准化管理，动态配置在智能变电站中已基本被禁止使用，广泛应用的是虚拟局域网(VLAN，Virtual Local AreaNetwork)等静态配置。动态配置虽然不适用于变电站运行，但动态配置可大大简化信息流的配置工作，结合变电站的一些运行规则，如交换机的级联拓扑结构、必须无环路运行、流量必须在规范要求的指标以下等，可以总结出变电站交换机配置的一般规律，进而自动完成智能变电站交换机信息流的配置。本发明的方法利用交换机动态配置的简单特性，实现了变电站交换机信息流安全可靠的静态配置方法。
发明内容
为解决智能变电站中信息流配置复杂、配置技术难度大、配置过程自动化水平低的问题，本发明公开了一种交换机信息流自动配置方法。本发明具体采用以下技术方案。
一种智能变电站交换机信息流自动配置方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：确定信息流的配置条件，所述配置条件包括变电站内交换机的配置情况；交换机间的级联关系；变电站内参与信息交互的装置与交换机的连接情况；所述装置各端口接收、发送报文的虚拟局域网标识VID；所述装置各端口发送报文的流量；
步骤2：结合步骤1中确定的变电站内参与信息交互的装置与交换机的连接情况，以及所述装置各端口接收、发送报文的虚拟局域网标识VID，确定全部交换机所有端口接收报文的VID清单和发送报文的VID清单，对于交换机的级联端口所述接收报文的VID清单和发送报文的VID清单为空；为所有交换机的端口分别建立一个阻断VID列表，所述阻断VID列表中记录本端口所禁止传播报文的VID值，所述阻断VID列表初始状态为空；
步骤3：以每台交换机端口的发送报文VID清单中各VID为索引，逐一完成每个VID的信息流路径检索，得到全部交换机所有端口发送报文VID的信息流路径；如存在多个交换机端口的发送报文使用相同VID的情况，应将相同VID的信息流路径合并；
步骤4：对步骤3所生成的信息流路径的正确性进行检查，避免以下几种异常情况：信息流路径不是最优路径、信息流存在环网路径、交换机端口流量超过允许值、信息流路径经历的交换机级数超过允许值、本间隔内报文外流；
检测到步骤3所生成的信息流路径出现上述异常情况时，返回步骤1，修改步骤1中信息流的配置条件，重新生成信息流路径；或者返回步骤2，修改步骤2中的交换机相关端口的阻断VID列表，禁止交换机某端口传播特定VID的模拟报文，从而改变所述VID的模拟报文的传播路径，然后重新生成信息流路径；直到所生成的信息流路径不再出现上述异常情况是，进入步骤5；
步骤5：以每个交换机端口的接收报文VID清单中各VID为索引，对每个VID信息流路径的完整性进行检查，凡是发送报文VID清单中包含了本VID的交换机端口，都必须存在于本VID的信息流路径内，否则表明某端口存在无法正确接收报文的情况，应修改步骤1中的配置条件，或者修改步骤2中的交换机相关端口的阻断VID列表，修改后返回步骤3，重新生成信息流路径；
步骤6：对完成步骤5后的信息流路径，按照不同厂家交换机可识别的配置文件格式，生成各台交换机的配置文件，将各配置文件下载到对应交换机内完成变电站内交换机的信息流配置。
采用本发明所述方法完成交换机信息流配置的智能变电站，当变电站改扩建时站内交换机信息流配置方法包括：首先对步骤1中确定的配置条件在改扩建前的基础上，增加改扩建需要新增的配置条件。然后按照本发明所述方法生成新的信息流路径。将新、旧信息流路径按照发送报文VID进行索引对比，得出信息流路径差异，对产生变化和新增加的路径逐一进行校核，判断是否影响变电站内已投运部分的正常运行，如影响已投运部分则修改新增的配置条件，或者修改交换机相关端口的阻断VID列表，修改后重新按照本发明所述方法生成信息流路径。最后，使用新的信息流路径和交换机各端口的阻断VID列表，生成新的交换机配置文件下载到交换机中，完成变电站改扩建时的交换机信息流配置。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过总结大量变电站工程实践，归纳出了一套规范的变电站交换机信息流配置方法，具有很强的通用性，适用于不同电压等级、不同拓扑结构变电站网络的通信配置。按照本发明所述方法可设计一套计算机程序，由计算机程序提供配置方法中各步骤所需要的配置输入、信息流路径展示和校核界面，并完成复杂的传播事件传播过程计算，实现交换机信息流的自动化配置。，通过本发明的方法，降低了对现场工程师对交换机配置的技术要求，节省工程调试人力。本发明所述方法在信息流配置过程中直观引入变电站运行中的交换机管理要求，加快了变电站工程实施进度。同时，提出了变电站改扩建过程中交换机的配置方法，确保改扩建时变电站信息流配置过程的安全。
附图说明
图1是智能变电站交换机信息流自动配置方法功能示意图；
图2是信息流路径检索传播事件处理流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细介绍。
图1为本发明方法的功能示意图，本发明方法通过以下步骤完成。
步骤1：在信息流配置前应确定的配置条件包括：(1)变电站内交换机的配置数量、交换机间的级联关系，其中每台交换机、交换机的每个端口均进行唯一性编号，每条交换机间的级联路径均需要标明两端的交换机编号和对应的端口编号。(2)变电站内的装置与交换机的连接关系，对变电站内的装置及装置端口均进行唯一性编号，交换机和装置的每个连接均需要标明所连接装置的编号及装置的端口编号。(3)变电站内装置每个端口接收和发送报文的VID标识。(4)变电站内每个装置端口发送报文的流量。配置条件(1)和(2)可从变电站的设计单位或者变电站监控系统集成商处获取；配置条件(3)可从全站的变电站配置描述文件(SCD，Substation Configuration Description)中获取；配置条件(4)为装置端口每个发送报文VID对应报文的流量，通过报文的长度以及报文发送频率计算得到，当多条报文共用同一VID，报文流量应为此VID对应所有报文的流量之和。
步骤2：通过上述配置条件(2)和(3)，为全部交换机所有端口分别建立接收报文VID清单和发送报文VID清单；对于交换机的级联端口，接收报文的VID清单和发送报文的VID清单都为空。同时，为所有交换机端口分别再建立一个阻断VID列表，阻断VID列表中记录交换机本端口所禁止传播报文的VID值，所有阻断VID列表在初始状态时为空。
步骤3：以每台交换机端口的发送报文VID清单中各VID为索引，逐一完成每个VID的信息流路径检索，得到全部交换机所有端口发送报文VID的信息流路径。检索前，为每个VID建立一个传播事件，所述传播事件有两个属性，一个是传播事件的唯一标识，即为本VID；一个是传播路径，记录传播事件在传播过程中所经历的交换机端口；通过传播事件在交换机各端口的模拟传播，得到所述传播事件的传播路径，即为本VID的信息流路径。图2为传播事件在交换机某端口传播的处理流程图,以某一个传播事件为例，其传播过程为：将该传播事件依次模拟传播到本交换机的各其他端口，传播至某端口时，首先检查该传播事件是否已在该端口传播过，若是则传播终止，否则继续检查该传播事件的VID是否包含在该端口的阻断VID列表中，若是则传播终止，否则继续检查该端口的连接情况，如果该端口是与变电站内的装置相连的端口，则检查传播事件的VID是否包含在该端口的接收报文VID清单内，若是则该传播事件所传播经历的交换机端口就为有效信息流路径，将该信息流路径进行保存，否则该信息流路径无效，舍弃该信息流路径；如果该端口是与其他交换机级联的端口，则将传播事件发送至对端交换机，在对端交换机各端口继续进行递归传播；重复上述过程，完成该传播事件在全部交换机所有端口的模拟传播，得到该传播事件的全部信息流路径。一个传播事件的传播完成后，再依次完成全部交换机所有传播事件的模拟传播，得到全部交换机所有发送报文VID的信息流路径。
步骤4：得到全部交换机所有发送报文VID的信息流路径后，进行信息流路径正确性的检查，应检查以下几方面内容：
(1)信息流路径是否为最优路径。对于每一条信息流路径，从该路径的发送端口到接收端口之间，不应有比该路径所经历的交换机端口更少的路径。
(2)信息流是否存在环网路径。每一条信息流路径所经历的交换机端口，不应存在构成环路的情况。
(3)交换机端口流量是否超过允许值。通过信息流路径，可以确定各交换机端口所传播的所有报文的VID，交换机端口流量为各VID所对应报文的流量之和，每个交换机端口的流量应低于变电站运行管理所要求的允许值。
(4)信息流路径经历的交换机级数超过允许值。通过每一条信息流路径所经历的交换机端口，即可确定该路径所经历的交换机级数，该数值应低于变电站运行管理所要求的允许值。
(5)间隔内报文外流。按照变电站运行管理的要求，有些报文应限制在变电站某设备间隔内部传播，对于此类报文应检查报文所对应VID的信息流路径，该路径应只包含该间隔所属的交换机端口。
出现上述信息流异常情况时，通过人为干预信息流路径的方式解决，具体可采取的措施包括：(1)修改信息流配置条件，增加交换机之间的级联路径；(2)修改信息流配置条件，对变电站内参与信息交互装置端口的接收、发送报文进行调整；(3)修改相关交换机端口的阻断VID列表，将指定VID添加进该阻断VID列表中，禁止此端口传播使用该VID的报文。
采取上述措施后需要重新进行信息流路径检索，生成新的信息流路径。
步骤5：在进行传播事件信息流路径检索时，传播事件是根据交换机各端口的发送报文VID建立的，为保证交换机各端口所有应接收报文都能正确接收，对信息流路径的完整性进行检查。进行信息流路径完整性检查时，以每个交换机端口的接收报文VID清单中各VID为索引，凡是发送报文VID清单中包含了本VID的交换机端口，都必须存在于本VID的信息流路径内，否则表明某端口存在无法正确接收报文的情况，也需要通过人为干预信息流路径的方式解决，具体可采取的措施与步骤4中相同，修改信息流配置条件或交换机端口的阻断VID列表后，重新进行信息流路径检索，生成新的信息流路径。
步骤6：根据全部的信息流路径，得到交换机各端口所属的VID配置，可确定各台交换机的VLAN配置结果，将VLAN配置结果按照各厂家交换机可识别的配置文件格式，生成各台交换机的配置文件，将各配置文件下载到对应交换机内完成变电站内交换机的信息流配置。由于变电站内监控系统与各交换机都直接连接，可在变电站监控系统上，通过简单网络管理协议(SNMP，Simple Network Management Protocol)等协议，完成交换机配置文件的自动下载。
按照本发明的信息流配置方法，可设计专门的计算机程序，由计算机程序提供的人机交互界面，完成信息流配置条件和交换机端口各VID清单、阻断VID列表的输入和修改，并直观展示完整的信息流路径，便于进行信息流路径的检查和校验；同时，计算机程序可自动完成传播事件复杂重复的传播过程，以及交换机配置文件的生成和下载，实现交换机信息流的自动配置。
采用本发明所述方法完成交换机信息流配置的智能变电站，当变电站改扩建时站内交换机信息流配置方法包括：首先在改扩建前配置条件的基础上增加改扩建需要新增的配置条件。然后按照本发明所述方法，生成新的信息流路径。将新、旧信息流路径按照发送报文VID进行索引对比，得出信息流路径差异，对产生变化和新增加的路径逐一进行校核，判断是否影响变电站内已投运部分的正常运行，如影响已投运部分则修改新增的配置条件，或者修改交换机相关端口的阻断VID列表，修改后重新按照本发明所述方法生成信息流路径。最后，使用新的信息流路径和交换机各端口的阻断VID列表，生成新的交换机配置文件下载到交换机中，完成变电站改扩建时交换机信息流配置。针对以上的增量配置过程，可设计专门的计算机程序，通过计算机图形界面可直观展示改扩建前后信息流配置条件和信息流路径的差异，有利于对站内已投运部分影响的分析，避免交换机配置的错误。
本发明以VLAN配置为例说明，本发明的范围不应局限于这些描述。任何在本发明原理范围内的修改、改进都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种智能变电站交换机信息流自动配置方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：确定信息流的配置条件，所述配置条件包括变电站内交换机的配置情况；交换机间的级联关系；变电站内参与信息交互的装置与交换机的连接情况；所述装置各端口接收、发送报文的虚拟局域网标识VID；所述装置各端口发送报文的流量；
步骤2：结合步骤1中确定的变电站内参与信息交互的装置与交换机的连接情况，以及所述装置各端口接收、发送报文的虚拟局域网标识VID，确定全部交换机所有端口接收报文的VID清单和发送报文的VID清单，对于交换机的级联端口所述接收报文的VID清单和发送报文的VID清单为空；为所有交换机的端口分别建立一个阻断VID列表，所述阻断VID列表中记录本端口所禁止传播报文的VID值，所述阻断VID列表初始状态为空；
步骤3：以每台交换机端口的发送报文VID清单中各VID为索引，逐一完成每个VID的信息流路径检索，得到全部交换机所有端口发送报文VID的信息流路径；如存在多个交换机端口的发送报文使用相同VID的情况，应将相同VID的信息流路径合并；
步骤4：对步骤3所生成的信息流路径的正确性进行检查，避免以下几种异常情况：信息流路径不是最优路径、信息流存在环网路径、交换机端口流量超过允许值、信息流路径经历的交换机级数超过允许值、本间隔内报文外流；
检测到步骤3所生成的信息流路径出现上述异常情况时，返回步骤1，修改步骤1中信息流的配置条件，重新生成信息流路径；或者返回步骤2，修改步骤2中的交换机相关端口的阻断VID列表，禁止交换机某端口传播特定VID的模拟报文，从而改变所述VID的模拟报文的传播路径，然后重新生成信息流路径；直到所生成的信息流路径不再出现上述异常情况时，进入步骤5；
步骤5：以每个交换机端口的接收报文VID清单中各VID为索引，对每个VID信息流路径的完整性进行检查，凡是发送报文VID清单中包含了本VID的交换机端口，都必须存在于本VID的信息流路径内，否则表明某端口存在无法正确接收报文的情况，应修改步骤1中的配置条件，或者修改步骤2中的交换机相关端口的阻断VID列表，修改后返回步骤3，重新生成信息流路径；
步骤6：对完成步骤5后的信息流路径，按照不同厂家交换机可识别的配置文件格式，生成各台交换机的配置文件，将各配置文件下载到对应交换机内完成变电站内交换机的信息流配置。
2.根据权利要求1所述的智能变电站交换机信息流自动配置方法，其特征在于：
在步骤1中，变电站内交换机的配置情况包括交换机的配置数量、交换机间的级联关系，其中每台交换机、交换机的每个端口均有唯一编号，每条交换机间的级联路径均需要标明两端的交换机编号和对应的端口编号；
变电站内参与信息交互的装置和交换机连接情况，其内容包括每台装置和交换机的连接关系，每台装置、装置的每个端口均有唯一编号，交换机和装置的每个连接均需要标明所连接装置的编号及装置的端口编号；
装置端口发送报文流量包括每个发送报文VID对应报文的流量，当多条报文共用同一VID，报文流量应为此VID对应所有报文的流量之和。
3.根据权利要求1所述的智能变电站交换机信息流自动配置方法，其特征在于：
在步骤3中，交换机所有端口各发送报文VID的信息流路径检索方法如下：为每个VID建立一个传播事件，所述传播事件有两个属性，一个是传播事件的唯一标识，即为本VID；一个是传播路径，记录传播事件在传播过程中所经历的交换机端口；通过传播事件在交换机各端口的模拟传播，得到所述传播事件的传播路径，即为本VID的信息流路径；
传播事件的传播过程为，将某台交换机第1个端口发送报文的VID清单中第1个VID的传播事件，依次模拟传播到本交换机的各其他端口，传播至某端口时，首先检查该传播事件是否已在该端口传播过，若是则传播终止，否则继续检查该传播事件的VID是否包含在该端口的阻断VID列表中，若是则传播终止，否则继续检查该端口的连接情况，如果该端口是与变电站内的装置相连的端口，则检查传播事件的VID是否包含在本端口接收报文的VID清单内，若是则该传播事件所传播经历的交换机端口就为有效信息流路径，将该信息流路径进行保存，否则该信息流路径无效，舍弃该信息流路径；如果该端口是与其他交换机级联的端口，则将传播事件发送至对端交换机，在对端交换机各端口继续进行递归传播；重复上述过程，完成该传播事件在全部交换机所有端口的模拟传播，得到该传播事件的全部信息流路径；一个传播事件的传播完成后，再依次完成全部交换机所有传播事件的模拟传播，得到全部交换机所有发送报文VID的信息流路径。
4.根据权利要求1所述的智能变电站交换机信息流自动配置方法，其特征在于：采用所述方法完成交换机信息流配置的智能变电站，当变电站改扩建时，站内交换机信息流配置方法还包括：首先对步骤1中确定的配置条件在改扩建前的基础上，增加改扩建需要新增的配置条件；然后按照步骤1-6生成新的信息流路径；将新、旧信息流路径按照发送报文VID进行索引对比，得出信息流路径差异，对产生变化和新增加的路径逐一进行校核，判断是否影响变电站内已投运部分的正常运行；如影响已投运部分则修改新增的配置条件，或者修改交换机相关端口的阻断VID列表，修改后重新生成新的信息流 路径；最后，使用新的信息流路径和交换机各端口的阻断VID列表，生成新的交换机配置文件下载到交换机中，完成变电站改扩建时的交换机信息流配置。
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