CN104734951A - 用于传送电力网的保护数据的网络接口 - Google Patents

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Abstract

本发明题为用于传送电力网的保护数据的网络接口。本发明涉及一种用于变电站通信网络和电力网的分组交换WAN的冗余耦合的网络接口。该接口装置包括：第一冗余模块，包括可与变电站通信网络连接的两个LAN端口和第一接口端口；第二冗余模块，包括可与WAN连接的两个WAN端口和第二接口端口；以及第一交互工作模块，经由第一和第二接口端口将第一与第二冗余模块相连接，并且适合在第一与第二冗余模块之间转发保护数据。

Description

用于传送电力网的保护数据的网络接口
技术领域
本发明涉及变电站通信网络与电力网的分组交换WAN之间的电力网的保护数据的传输领域，具体来说，涉及用于变电站通信网络和电力网的分组交换WAN的冗余耦合的网络接口。
背景技术
WO 2013/030276描述一种用于在通过基于以太网的广域网WAN的传输期间保护基于以太网的关键数据服务的方法。WAN的源边缘节点中的业务通过并行冗余协议PRP来复制。两个复本均经由通过WAN的全冗余路径来发送。为了预定义这种冗余路径，使用多个生成树协议MSTP。在WAN的目标边缘节点中，检测复制分组，并且发送到预计数据宿的第一个，而删除到达的第二个。这对应于标准PRP功能性。不断检查相同信息的两个实体、即复制分组的到达，以便监测经过WAN的两个路径的可用性。这也对应于标准PRP功能性。
PRP是标准化协议，其能够用来复制基于以太网的业务，通过两个不同路径或网络将它发送，并且基于PRP分组中的预定义字段来删除复本。
图1示出在WAN边缘通信装置的接口与关键服务的应用的装置之间例如使用诸如E1、C37.94、X21、二进制I/O等的遗留协议、送往保护继电器的关键服务的基于非以太网、非IEC61850的通信的当前状况。待传送的关键数据服务的信息仅在通信装置内部的交互工作功能中转换成基于以太网的业务。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于变电站通信网络和电力网的分组交换WAN的冗余耦合的网络接口。优选地，该网络接口也是冗余的，以便使有关网络连接的单故障点问题为最小。
本发明的另一目的是通过复制以太网分组，但是使用专有而不是标准化协议添加额外信息(其由接收器使用，以便检测和删除复本)，来得到相似结果。
本发明的另一目的是使用MPLS作为MSTP的备选，以便设计经过广域网的冗余路径，因为这种技术成为将来WAN的主流技术。
在变电站内部，冗余LAN技术的使用处于早期考虑中，并且对这类技术的应用能够预计在不久或不太长远的将来是标准情况。考虑中的技术主要是PRP和高可用性无缝冗余度HSR。本发明的另一目的是提供一种用于以整个系统中较少或没有单故障点所引入的两个或更多位置之间的基于以太网的关键服务的冗余通信系统的解决方案。
本发明利用按照冗余标准PRP或HSR或者依照WO 2013/030276的WAN的冗余度的局域网。本发明引入硬件接口解决方案，其对于这些情况能够分布于若干冗余硬件模块。
这些目的通过一种按照独立权利要求的装置来实现。通过从属专利权利要求，优选实施例是显而易见的。
本发明提供一种用于在变电站通信网络与电力网的WAN之间传送电力网的保护数据的网络接口装置，包括：第一冗余模块，包括可与变电站通信网络连接的两个LAN端口和第一接口端口；第二冗余模块，包括可与WAN连接的两个WAN端口和第二接口端口；以及第一交互工作模块，经由第一和第二接口端口将第一与第二冗余盒相连接，并且适合在第一与第二冗余模块之间转发保护数据。两个LAN端口能够经由两个单独路径来提供到变电站LAN的连接，即，实现变电站LAN连接的冗余度。变电站通信网络可包括一个变电站LAN或者两个变电站LAN。换言之，两个LAN端口均可与一个变电站LAN或者与两个不同变电站LAN相连接。类似地，两个WAN端口也可实现WAN连接的冗余度。
优选地，第一冗余模块适合识别由LAN端口所接收的数据分组和数据分组的复本，并且丢弃数据分组或复本，以及第二冗余模块适合复制从第二接口端口所接收的数据分组，并且复制数据分组被标记。
优选地，第二冗余模块适合丢弃从WAN端口所接收的数据分组或者数据分组的复本，以及第一冗余模块适合复制从第一接口端口所接收的数据分组。
优选地，第一冗余模块适合丢弃从LAN端口所接收的数据分组或者数据分组的复本，以及第二冗余模块适合复制从第二接口端口所接收的数据分组。
优选地，第一冗余模块是高可用性无缝冗余HSR红盒（HSR redbox），以及第二冗余模块是并行冗余协议PRP红盒。
优选地，接口装置还包括设置在第二冗余模块与WAN之间的MPLS协议引擎，其中MPLS协议引擎包括两个MPLS标记单元，其配置成将不同MPLS标签添加到数据分组和数据分组的复本。不同MPLS标签指示冗余WAN路径，其是物理上分离的网络连接导线。
优选地，第一冗余模块的LAN端口之一是不活动的，以及第二冗余模块的两个WAN端口是活动的。在这种情况下，朝向变电站LAN的接口模块透明地起作用，即，第一冗余模块作为连接线进行工作，而不提供任何冗余度。从交互工作模块所转发的数据分组将由第二冗余模块来复制，并且朝向WAN标记有不同的MPLS标签。
按照一优选实施例，本发明提供一种在冗余变电站通信网络与电力网的冗余WAN之间传送电力网的保护数据的网络接口系统，其包括如上所述的第一和第二网络接口装置，其中第二冗余模块的每个只有一个WAN端口是活动的。
优选地，第一网络接口装置的第一和第二冗余模块的每个只有一个LAN或WAN端口是活动的。在这种情况下，第一和第二冗余模块可与不同变电站LAN(其能够是冗余LAN)相连接。在两种接口装置中，数据分组经由交互工作模块从第一冗余模块转发到朝向WAN的第二冗余模块，其中具有不同的MPLS标签。
优选地，第一和第二网络接口装置的第一冗余模块的每个有一个LAN端口朝向变电站通信网络是活动的，而第一和第二网络接口装置的第一冗余模块的其它LAN端口彼此互连，并且其中第一和第二网络接口装置的第二冗余模块的每个只有一个WAN端口是活动的。
优选地，第一和第二网络接口装置的第一冗余模块是高可用性无缝冗余HSR红盒，以及第一和第二网络接口装置的第二冗余模块是并行冗余协议PRP红盒。
优选地，第一和第二网络接口装置的第一冗余盒适合识别由LAN端口所接收的数据分组和数据分组的复本，其中允许两个副本、即数据分组和和复本中的第一个通过，而丢弃另一副本。存在例如从HSR到PRP格式的转换，其中必须注意，在新格式中，副本的同一标识符应当如当前按照HSR格式来使用。这是关键，这个格式转换能够在两个不同的、即冗余硬件模块中进行。此外，网络接口系统还可包括MPLS协议引擎，其中具有两个MPLS标记单元，其配置成将不同MPLS标签分别添加到数据分组和数据分组的复本。
附图说明
下文中将参照附图示出的优选示范实施例更详细地说明本发明主题，附图包括：
图1示意示出到冗余WAN核心的遗留接口；
图2示意示出按照IEC 61850-90-1的GOOSE和SV隧道方式，其中存在两个冗余WAN连接；
图3示意示出按照本发明的一优选实施例、用于WAN和变电站通信网络的冗余耦合的接口装置；
图4示意示出按照本发明的使用情况、用于WAN和变电站通信网络的冗余耦合的接口装置；
图5示意示出按照本发明的更优选实施例、用于WAN和变电站通信网络的冗余耦合的接口装置；以及
图6示意示出按照本发明的更优选实施例、用于WAN和变电站通信网络的冗余耦合的接口装置。
附图所使用的参考标号及其主要含意在参考标号的列表中以概括形式列示。大体上，附图中，相同部件提供有相同参考标号。
具体实施方式
如所述，PRP是标准化冗余协议，其可比较容易地由专有协议来替换。通用规划可能是：在冗余数据服务的源节点，复制将要通过冗余介质所发送的数据分组；以及在分组中的适当位置、例如作为有效载荷的报头或报尾来添加目标节点识别分组的复本以及丢弃复本所需的信息。
为了通过网格WAN中的两个全冗余路径来路由复制信息，MPLS可用来构建这样两个全冗余路径。通信源节点则需要将两个相关但不同的MPLS标签添加到各数据分组的两个副本，以便确保在WAN的MPLS核心内部，相同信息的两个副本经由两个冗余路径来路由。
图2示出一种可能的解决方案，其中WAN边缘装置与关键服务的应用的装置之间的接口是基于以太网的、例如按照IEC61850、GOOSE或SV的基于以太网的服务。但是，这种本地基于以太网的连接不是冗余的。因此，图2中的IWF的基本功能是接受来自非冗余变电站LAN的关键数据分组，使用例如PRP对它们进行复制，并且采用通过WAN的非冗余传输所需的附加路由选择信息、例如在MSTP或者按照IEC61850、GGOSE或SV的保护服务的情况下的VLAN标签来对它们进行扩展。但是，这种本地基于以太网的连接不是冗余的。因此，图2中的IWF的基本功能是接受来自非冗余变电站LAN的关键数据分组，使用例如PRP对它们进行复制，并且采用通过WAN的非冗余传输所需的附加路由选择信息、例如在MSTP或者按照IEC61850、GGOSE或SV的保护服务的情况下的VLAN标签来对它们进行扩展。但是，这种本地基于以太网的连接不是冗余的。因此，图2中的IWF的基本功能是接受来自非冗余变电站LAN的关键数据分组，使用例如PRP对它们进行复制，并且采用通过WAN的非冗余传输所需的附加路由选择信息、例如在MSTP或者按照IEC61850、GGOSE或SV的保护服务的情况下的VLAN标签来对它们进行扩展。但是，这种本地基于以太网的连接不是冗余的。因此，图2中的IWF的基本功能是接受来自非冗余变电站LAN的关键数据分组，使用例如PRP对它们进行复制，并且采用通过WAN的非冗余传输所需的附加路由选择信息、例如在MSTP的情况下的VLAN标签或者在MPLS的情况下的MPLS标签来对它们进行扩展。具体来说，复制/去除复本的功能不能分布于一个以上硬件模块。因此，在按照图2的系统中，WAN通信是冗余和容错的，但是，接口硬件、IWF以及LAN/变电站内部的本地通信是冗余的，并且均是系统中的单故障点。
为了进一步改进到变电站LAN和WAN的连通性，本发明提供如图3所示的接口装置。
图3示出朝向LAN 20的HSR红盒11，其能够配置成断开或者是不活动的，即，只有朝向LAN 20的一个端口是活动的，并且分组在两个方向没有任何修改或功能而经过。HSR红盒11能够工作在特殊HSR-PRP模式，其中将冗余HSR业务转换成冗余PRP业务的两个实例之一或者反之。
用于附加功能的远程保护功能、即交互工作功能IWF 12能够对基于以太网的关键数据服务来运行。附加功能例如是保护服务的通信信道的质量的恒定监控、GOOSE消息中编码的二进制命令的事件记录器、如两端的两个变电站的不同配置最终所请求的GOOSE和SV消息的即时修改(例如VLAN ID、MAC地址等)或者变电站LAN与广域网之间的边界上的基于以太网的消息的认证/检验。
PRP红盒13能够配置成断开或者是不活动的，即，只有朝向WAN 30的一个端口是活动的，并且分组在两个方向没有任何修改或功能而经过。PRP红盒13能够工作在标准PRP模式，并且复制朝向WAN 30的非冗余业务或者去除从WAN 30朝向LAN 20的方向的复本。
MPLS协议引擎14能够将第2层以太网转换成MPLS、即第2.5层，并且将不同MPLS标签添加到数据服务的两个副本，以便确保两个实例经由WAN 30中的冗余路径来路由。
基于这个接口装置，能够定义三种示范使用情况，以便将非冗余或冗余LAN架构连接到冗余WAN：
图4示出非冗余变电站LAN和非冗余硬件耦合。在这种情况下，不存在来自变电站LAN 20的冗余业务，并且接口模块本身不是冗余的。朝向LAN 20的HSR红盒11断开，即，到LAN的单一非冗余耦合。PRP红盒13接通，即，业务经过复制。复制业务的两个副本标记有不同的MPLS标签，并且按照冗余方式通过冗余MPLS核心WAN 30来发送。
图5示出按照PRP的冗余变电站LAN 20的接口装置的使用。在这里，本申请同时使用两个冗余接口模块10。在两个模块10上，朝向LAN 20的HSR红盒11断开。两个模块10的两个LAN接口15a和15b连接到两个冗余PRP LAN 20a、20b。在两个模块10上，朝向WAN 30的PRP红盒13断开。两个模块仅操控来自PRP协议的副本之一。两个模块10上的业务标记有不同的MPLS标签，并且按照冗余方式通过冗余MPLS核心WAN 30来发送。这个实施例提供全冗余解决方案，即，冗余LAN通信、接口硬件和WAN通信，而没有单故障点。
图6示出按照HSR的冗余变电站LAN 20的接口装置的使用。在这里，本申请也同时使用两个冗余接口模块10。在两个模块上，朝向LAN 20的HSR红盒11配置成工作在HSR-PRP模式，即，将HSR转换成冗余PRP业务的两个实例之一，反过来也是一样。此外，在两个模块中，朝向WAN的PRP红盒13断开。两个模块仅操控来自PRP协议的副本之一。两个模块上的业务标记有不同的MPLS标签，并且按照冗余方式通过冗余MPLS核心WAN来发送。本优选实施例提供全冗余解决方案，即，冗余LAN通信、接口硬件和WAN通信，而没有单故障点。
WAN核心的许多通信边缘装置按照硬件冗余方式来构建。对于图5和图6所示的用于将冗余HSR或PRP LAN耦合到冗余WAN通信的两种使用情况，按照本发明所要求的两个硬件模块10因此可存在于同一HW冗余通信装置中。包括LAN、通信边缘装置以及WAN通信的整个链仍然是全冗余的，而没有任何单故障点。
虽然在附图和以上描述中详细描述了本发明，但是这种描述被认为是说明性或示范性而不是限制性的。通过研究附图、本公开和所附权利要求书，对所公开的实施例的变更是本领域的技术人员能够理解和实施的，并且实施要求保护的本发明。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，以及不定冠词“一”、“一个”并不排除多个。在不同权利要求中引述某些元件或步骤的唯一事实并不表示这些元件或步骤的组合不能有利地使用、具体来说作为对实际权利要求相关性的补充，任何其他有意义的权利要求组合将理解为被公开。
标号列表
10　 网络接口装置
11　 第一冗余模块
12　 交互工作功能、交互工作模块、远程保护功能
13　 第二冗余模块
14　 MPLS引擎
15a　LAN端口
15b　LAN端口
16a　WAN端口
16b　WAN端口
17　 接口端口
18　 接口端口
20　 变电站通信网络、变电站LAN
20a　变电站LAN A
20b　变电站LAN B
30　 WAN。

Claims (13)

1.一种网络接口装置(10)，用于在变电站通信网络(20)与电力网的WAN(30)之间传送所述电力网的保护数据，包括：
第一冗余模块(11)，包括可与所述变电站通信网络(20)连接的两个LAN端口(15a，15b)和第一接口端口(17)；
第二冗余模块(13)，包括可与所述WAN(30)连接的两个WAN端口(16a，16b)和第二接口端口(18)；
第一交互工作模块(12)，经由所述第一接口端口(17)和所述第二接口端口(18)将所述第一冗余模块(11)与所述第二冗余模块(13)相连接，并且适合在所述第一与所述第二冗余模块(11，13)之间转发保护数据。
2.如权利要求1所述的网络接口装置，
其中，所述第一冗余模块(11)适合识别由所述LAN端口(15a，15b)所接收的数据分组和所述数据分组的复本，并且丢弃所述数据分组或者所述复本，以及
所述第二冗余模块(13)适合复制从所述第二接口端口(18)所接收的所述数据分组，并且所述复制数据分组被标记。
3.如权利要求1所述的网络接口装置，
其中，所述第二冗余模块(13)适合丢弃从所述WAN端口(16a，16b)所接收的数据分组或者所述数据分组的复本，以及
所述第一冗余模块(11)适合复制从所述第一接口端口(17)所接收的所述数据分组。
4.如权利要求1所述的网络接口装置，
其中，所述第一冗余模块(11)适合丢弃从所述LAN端口(15a，15b)所接收的数据分组或者所述数据分组的复本，以及
所述第二冗余模块(13)适合复制从所述第二接口端口(18)所接收的所述数据分组。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的网络接口装置，
其中，所述第一冗余模块(11)是高可用性无缝冗余HSR红盒，以及所述第二冗余模块(13)是并行冗余协议PRP红盒。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的网络接口装置，还包括：
设置在所述第二冗余模块(13)与所述WAN(30)之间的MPLS协议引擎(14)，其中所述MPLS协议引擎包括两个MPLS标记单元，其配置成将不同MPLS标签添加到所述数据分组和所述数据分组的复本。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的网络接口装置，其中，所述第一冗余模块(11)的所述LAN端口之一(15a或15b)是不活动的，而所述第二冗余模块(13)的所述两个WAN端口(16a，16b)是活动的。
8.如权利要求1至6中的任一项所述的网络接口装置，其中，所述第二冗余模块(11)的所述WAN端口之一(16a或16b)是不活动的，而所述第一冗余模块(13)的所述两个LAN端口(15a，15b)是活动的。
9.一种网络接口系统，用于在冗余变电站通信网络与电力网的冗余WAN之间传送所述电力网的保护数据，包括如权利要求1所述的第一和第二网络接口装置，其中所述第二冗余模块的每个只有一个WAN端口是活动的。
10.如权利要求7所述的网络接口系统，
其中，所述第一网络接口装置的所述第一冗余模块和所述第二冗余模块的每个只有一个LAN或WAN端口是活动的。
11.如权利要求7所述的网络接口系统，
其中，所述第一和第二网络接口装置的所述第一冗余模块的每个只有朝向所述变电站通信网络的一个LAN端口是活动的，而所述第一和第二网络接口装置的所述第一冗余模块的其它LAN端口彼此互连，以及
所述第一和第二网络接口装置的第二冗余模块的每个只有一个WAN端口是活动的。
12.如权利要求6至9中的任一项所述的网络接口装置，
其中，所述第一和第二网络接口装置的所述第一冗余模块是高可用性无缝冗余HSR红盒，以及所述第一和第二网络接口装置的所述第二冗余模块是并行冗余协议PRP红盒。
13.如权利要求6至10中的任一项所述的网络接口系统，
其中，所述第一和第二网络接口装置的所述第一冗余盒适合识别由所述LAN端口所接收的数据分组和所述数据分组的复本，以及
所述网络接口系统还包括MPLS协议引擎，其中具有两个MPLS标记单元，其配置成将不同MPLS标签分别添加到所述数据分组和所述数据分组的复本。
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