CN106911436B - 一种并行双网冗余的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种并行双网冗余实现方法，属于电力工程的变电站自动化技术领域。变电站自动化系统大多采用双星型结构的并行双网，智能装置同时连接到双网上以保证数据安全。本发明通过在数据链路层控制发送接受并行双网的报文数据。发送时在链路层头部添加用于识别冗余信息的控制域(RCA)，并同时发送到两个网络上，接收时数据链路层提取报文头的RCA，根据RCA信息接受转发第一个收到的帧报文，丢弃后面收到重复的那帧报文。本发明的并行双网冗余方法能实现变电站网络通信的冗余，处理效率很高，能够实现无缝切换，能极大地提高变电站中智能装置网络的通信质量。

Description

一种并行双网冗余的实现方法
技术领域
本发明涉及一种并行双网冗余的实现方法，属于电力工程的自动化通信技术领域。
背景技术
目前国内变电站设计通信一般采用传统的并行双网架构，智能装置同时装有两块网卡分别连接到不同子网。智能装置同时从双网上接收网络报文，并将双网上接收的报文要都传送到应用层。智能装置在应用层进行冗余报文的处理，包括抛弃重复收到的帧，处理其中一帧报文。智能装置发送报文时应用层需同时发送两帧相同的报文至两个子网络上。智能装置这种应用层处理冗余报文方式效率低，并且容易丢失数据，同时网络故障时，双网切换时间过长，不能满足变电站网络通信对智能装置的要求，影响通信网络的安全性。为此最新的IEC61850第二版将PRP/HSR作为变电站双网冗余实现方法，特别是PRP作为并行双网冗余方法由于符合国内绝大部分变电站网络架构，已引起广泛关注。但是PRP协议采用后置的冗余控制标签，对于数据冗余处理带来不便，特别是现代操作系统网络协议栈数据均为非线性存储，定位此冗余控制标签需要先进行线性化处理，影响处理效率。同时PRP协议的双窗口抛弃算法较复杂，且对于装置重起或帧序号翻转等引起的重复序号报文没有较好的考虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种并行双网冗余实现方法，以解决目前变电站智能装置是在应用层冗余处理效率低、安全性差的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种双网冗余实现方法,该方法将双网上的接收的报文都传送到数据链路层,数据链路层根据收到报文的冗余控制域(RCA)判断数据是否冗余,并将冗余的数据丢弃，上送冗余处理后的一帧报文。
数据链路层发送报文时，应用层只发送一帧报文,通过数据链路层将报文复制为两份分别通过物理层发送至两个并行冗余的网络上。
所述报文冗余控制域RCA位于以太网报文头部，所述报文冗余控制域RCA包括协议标示SUFFIX、网络标示LANID、复位标志RST、报文序列号SEQ等部分。其中网络标示LANID、复位标志RST、报文序列号SEQ共同组成一32位无符号数。
所述数据链路层在判断是否冗余时,创建一个滑动窗口,通过滑动窗口提取第一个收到的帧报文,丢弃重复的那帧报文,只上送冗余处理后的一帧报文。
所述滑动窗口为持续的判断窗口,窗口中心为已接收报文帧序号最大值，窗口宽度为WS，窗口内每一点为此范围内帧序号对应帧的接收状态。
智能装置上电发送第一桢报文时将冗余控制域RCA中RST置位，后续的其他报文冗余控制域RCA中RST清零。
接收节点在接收到复位标志RST标志非0时清空滑动窗内数据，并依此建立新的滑动窗。
本发明的有益效果是:通过数据链路层实现冗余发送与接收处理，接收报文时，在从双网上接收报文并均传送到数据链路层，数据链路层提取第一个收到的帧报文,丢弃重复的那帧报文,然后只上送冗余处理后的那帧报文。发送报文时,应用层只发送一帧报文，在数据链路层对这帧报文进行复制,同时发送到两个网络上。本发明的并行冗余实现方法能实现变电站智能装置网络通信的冗余，处理效率高，且故障时无缝切换，能极大地提高变电站中保护装置网络的通信质量。
附图说明
图1是冗余实现整体结构图。
图2是包含RCA的帧结构。
图3是一个冗余报文接收流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
参见图1，本实施例的并行双网冗余的实现方法，其方法：首先定义一种识别冗余信息的控制域RCA，如图2。RCA包括协议SUFFIX、网络标示LANID、复位标志RST、报文序列号SEQ。协议SUFFIX 其实就是以太帧里的EtherType字段，用来指明本冗余协议。网络标示LANID主要用于区分不同的子网，对于并行上网来说就是AB网，一般A网值为0，B网值为1。复位标志RST用于标示装置复位或通信复位，复位后的第一帧报文此标志置1，后续帧报文标志为0。报文序列号SEQ为30位序列号，用于标示重复包。发送时不同随着发送不同包递增。在RCA中，LANID RST 以及SEQ组成一32为整数，占用4字节。30位的序列号最大优点为翻转时间长。在100 Mbit/s 以太网络，理论上从相同源接收到重复30位帧号最小时间约为1.8小时，因此完全不用考虑帧号翻转的问题。
其次智能装置发送报文时，应用层报文到达链路层时，对这帧报文进行复制，然后在原报文source MAC与EtherType之间分别填加RCA域，填充内容除LANID外其他完全一样。RCA域中SUFFIX填固定值，LANID分别置0、1，SEQ为装置保存得的30位无符号数，发送完此帧后保存值自动加一。若发送报文为上电后的第一帧报文，还需要将RST标志置1，否则置0。然后将2帧报文同时分别发送到两个子网络上(AB网)。
最后智能装置接收报文时，如图3，数据链路层在进行冗余处理时,创建并保持一个滑动判断窗口。窗口宽度为WS，窗口中间序号为已接收最大帧号(其接受状态为1)，窗口序号上限为CurSeqMax+WS/2 (不包括该值)，序号下限为CurSeqMax-WS/2。
接收节点通过此滑动窗决定是否丢弃接收帧。若本次接收帧的序列号CurSeq在滑动窗外部,则不论其为那个子网的报文直接丢弃，滑动窗也不做任何变动。若本次接收帧的序列号在滑动窗内部，则要分以下几种情况分别处理：
若CurSeq在CurSeqMax及 CurSeqMax+WS/2之间，即位于滑动窗上部，此时查看滑动窗口中CurSeq序号对应的接收状态，若已接收，这直接丢弃，滑动窗口也不变动；若不曾接收，则在对应的接收状态上置已接收标志，同时滑动窗口前移CurSeq-CurSeqMax：窗口下限改为CurSeq-WS/2，上限改为CurSeq-WS/2；同时CurSeqMax+WS/2 至CurSeq-WS/2的接收状态全部清空为未接收；中心点改为CurSeq，状态改为已接收，CurSeqMax也更新为CurSeq。
若CurSeq在CurSeqMax及 CurSeqMax-WS/2之间，即位于滑动窗下部，此时查看滑动窗中CurSeq序号对应的接收状态，若已接收，这直接丢弃，滑动窗不变；若不曾接收，则在对应的接收状态上置已接收标志，滑动窗也不变。
另外智能装置接收报文时，若接收报文的RCA域中复位标志RST已置位，说明装置已经重起，这时需要重新初始化滑动窗，设置窗口上下限分别为CurSeq+WS/2、CurSeq-WS/2，CurSeqMax更新为CurSeq。
本发明将在应用层实现冗余的方式通过数据链路层实现。接收报文时，在从双网上接收报文并均传送到数据链路层，数据链路层提取第一个收到的帧报文,丢弃重复的那帧报文,然后只上送冗余处理后的那帧报文。发送报文时,应用层只发送一帧报文，在数据链路层对这帧报文进行复制,同时发送到两个网络上。本发明的并行冗余实现方法能实现变电站智能装置网络通信的冗余，处理效率高，且故障时无缝切换，能极大地提高变电站中保护装置网络的通信质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种并行双网冗余实现方法，其特征在于：其方法为：
(1)将双网构架上接收的报文均传送到数据链路层；
(2)当网卡驱动发送数据链路层报文时，在链路层报文头部插入冗余控制域，同时向两个并行网络的网卡发送报文；
(3)数据链路层接收报文时，数据链路层根据接收到报文的冗余控制域通过滑动窗口判断接收报文是否冗余，将冗余报文丢弃，上送冗余处理后的一帧报文；
所述步骤(3)中，所述滑动窗口为持续滑动的判断窗口，窗口内每一点代表帧序号及其对应的接收状态，根据接收帧序号与滑动窗口实现接收帧的抛弃处理，即实现判断接收报文是否冗余的处理，所述抛弃处理方法如下：
当接收帧序号不在滑动窗内时，直接丢弃；
当接收帧序号在滑动窗内时，根据窗内数据判断此帧是否已接收，已接收的直接丢弃报文，未接收的先设置接收状态为已接收，同时判断帧序号是否大于已接收帧号，若成立则滑动窗向前移。
2.如权利要求1所述的并行双网冗余实现方法，其特征在于：所述步骤(2)中，冗余控制域包括协议标示SUFFIX、网络标示LANID、复位标志RST以及报文序列号SEQ。
3.如权利要求2所述的并行双网冗余实现方法，其特征在于：所述网络标示LANID、复位标志RST、报文序列号SEQ共同组成一32位无符号数。
4.如权利要求1所述的并行双网冗余实现方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述滑动窗口提取第一个收到的帧报文，丢弃重复的那帧报文,只上送冗余处理后的一帧报文。
5.如权利要求1所述的并行双网冗余实现方法，其特征在于：所述窗口中心为已接收报文帧序号最大值，窗口宽度为WS。
6.如权利要求1所述的并行双网冗余实现方法，其特征在于：所述步骤(2)中，数据链路层向两个并行网络的网卡发送报文时应用层只发送一帧报文,通过数据链路层将该一帧报文复制为两份分别通过物理层发送至两个并行冗余的网络上。
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