CN107196823A - 一种基于iec61850芯片的网络风暴抑制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置及其方法，抑制装置采用IEC61850芯片实现，IEC61850芯片用于可编程的网络风暴检测以及网络风暴抑制；在IEC61850芯片中嵌入有网络控制器，所述网络控制器根据需求用于对网卡工作模式进行控制。本发明所采用的技术方案是：在IEC61850芯片中实现网络风暴的监测和抑制，IEC61850芯片能够有效抑制网络风暴对业务单元的影响，保证了业务处理的稳定可靠，同时提高了网络处理的性能，将会有助于智能设备的网络可靠性的提升，同时网络业务的芯片化，促进装置设计的模块化，提升设备的开发效率和维护效率。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置及其方法。
背景技术
在智能变电站中，IEC61850标准已经得到广泛应用。基于站控层、过程层的网络通信为实现变电站信息共享打下了坚实基础。然而，基于网络的信息传输在一定程度上带来了网络安全问题。如网络风暴危害已经造成的事故，并成为智能变电站研究的重要课题，在极端网络运行工况流量冲击下，设备出现运行过缓、重启或死机。因此，在智能变电站环境下应该采取有效手段，避免网络风暴产生。
目前对网络风暴抑制措施大多采用一些网络风暴监测和过滤算法，但只针对无效报文。而针对站控层和过程层的有效报文暂无办法，并且大多基于软件实现，效率低下。然而随着微电子技术、网络技术的快速发展，电力自动化设备呈现出模块化、智能化、集成化的趋势，IEC61850标准的芯片化，以单芯片的方式取代传统电力设备中的通信板插件，实现了间隔层设备与过程层、站控层的通信功能，从而大大降低数字变电站智能装置的开发难度和成本，有助于一、二次装置的集成，提高设备可靠性与稳定性，简化系统设计的复杂度。
传统网络设备采用通用的数据过滤模式，无法根据数字化变电站网络报文的业务特征，提供高效灵活的解决方案，需要研究依据智能变电站网络数据类型动态适应的可编程过滤策略技术。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置及其方法，对变电站过程层和站控层网络风暴进行检测和控制。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其改进之处在于，所述抑制装置采用IEC61850芯片实现，所述IEC61850芯片用于可编程的网络风暴检测以及网络风暴抑制；在所述IEC61850芯片中嵌入有网络控制器，所述网络控制器根据需求用于对网卡工作模式进行控制。
进一步地，所述IEC61850芯片包括通信模块、风暴判据模块、判别模块和上送模块；所述风暴判据模块通过通信模块与判别模块通信；
所述通信模块用于实现IEC61850标准的通信功能；所述风暴判据模块用于设置风暴判据；所述判别模块用于根据风暴判据对网络风暴进行判别；所述上送模块用于对判别后的广播报文和组播报文进行协议转换，并上送业务应用。
进一步地，所述风暴判据为智能变电站网络报文流量在风暴判别时间前大于门槛值；
所述风暴识别的门槛按照报文类别分别设置，所述风暴判别时间窗为10ms。
进一步地，还包括：
组播MAC地址过滤模块，用于智能变电站接收网络报文原始时刻，通过网络控制器进行组播MAC地址过滤；
进一步地，所述判别模块，进一步包括：
分类单元，用于对通过组播MAC地址过滤的网络报文类型进行分类；
判别单元，用于根据网络报文类型对网络风暴进行判别；
广播报文判别子单元，用于对广播报文进行判别；
组播报文判别子单元，用于对组播报文进行判别。
进一步地，所述IEC61850芯片适用于变电站站控层和过程层网络电力设备中。
本发明还提供一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置的抑制方法，其改进之处在于：
智能变电站接收网络报文原始时刻，组播MAC地址过滤模块通过网络控制器进行组播MAC地址过滤；
通过组播MAC地址过滤将网络报文类型分为广播报文和组播报文，判别模块根据风暴判据模块中的风暴判据分别对广播报文和组播报文进行判别；
上送模块对判别后的广播报文和组播报文进行协议转换，并上送业务应用。
进一步地，所述对广播报文进行判别包括：
统计广播报文流量；
广播报文流量计算，并判别广播报文流量是否大于门槛值；
根据是否大于门槛值判别广播报文是否存在网络风暴，如果广播报文存在网络风暴，则将广播报文直接丢弃；否则，正常接收广播报文。
进一步地，所述对组播报文进行判别包括：
判别组播报文为SV报文或GOOSE报文；
SV报文或GOOSE报文流量计算，并判别SV报文或GOOSE报文流量是否大于门槛值，进而判别SV报文或GOOSE报文是否存在网络风暴；
优选的，若为SV报文，对SV报文进行APPID过滤和SV报文流量统计，并对SV报文流量计算，判别SV报文流量是否大于门槛值，若大于门槛值，则判别SV报文为网络风暴报文，将SV报文直接丢弃；否则，正常接收SV报文；
优选的，若为GOOSE报文，对GOOSE报文进行APPID过滤，并判别GOOSE报文内容是否固定，若固定，则统计GOOSE报文中每个GOOSE控制块的流量；否则，判别GOOSE报文前后内容是否一致，若一致，则直接丢弃GOOSE报文；若不一致，正常接收GOOSE报文。
进一步地，若GOOSE报文内容不固定，统计每个GOOSE控制块的流量，并判别流量是否大于门槛值，若大于门槛值，则判别GOOSE报文为网络风暴报文，将GOOSE报文直接丢弃；否则，正常接收GOOSE报文。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
本发明所采用的技术方案是：在IEC61850芯片中实现网络风暴的监测和抑制，IEC61850芯片能够有效抑制网络风暴对业务单元的影响，保证了业务处理的稳定可靠，同时提高了网络处理的性能，将会有助于智能设备的网络可靠性的提升，同时网络业务的芯片化，促进装置设计的模块化，提升设备的开发效率和维护效率。
针对智能变电站网络数据类型相对固定的特点，提出组播MAC地址过滤模块，能够高效的面向网络特性的过滤策略。利用可编程的过滤策略引擎，用户只需提供简单明确的过滤规则即可达到抑制网络风暴的目的。同时，引擎采用专用芯片硬件支持，软件只需处理有效的业务数据，提高了数据处理效率，保证了装置的稳定可靠。该方法提高了现有变电站设备网络风暴蓄力效率，提升了变电站设备网络安全。
附图说明
图1是本发明提供的IEC61850芯片网络控制器框架示意图；
图2是本发明提供的可编程网络风暴抑制方法流程模式。
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详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
实施例一、
如图1所示，为本发明提供的IEC61850芯片网络控制器框架示意图，本发明提供一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，抑制装置采用IEC61850芯片实现，所述IEC61850芯片用于可编程的网络风暴检测以及网络风暴抑制。所述IEC61850芯片包括依次连接的控制模块、DPRAM和IEC61850转换模块；所述控制模块包括输入输出模块、主控模块和HML处理器，在IEC61850芯片中嵌入有网络控制器，网络控制器与所述输入输出模块连接；网络控制器根据需求用于对网卡工作模式进行控制。
进一步地，所述IEC61850芯片还包括通信模块101、风暴判据模块102、判别模块103和上送模块104；所述风暴判据模块102通过通信模块101与判别模块103通信；
所述通信模块101用于实现IEC61850标准的通信功能；所述风暴判据模块102用于设置风暴判据；所述判别模块103用于根据风暴判据对网络风暴进行判别；所述上送模块104用于对判别后的广播报文和组播报文进行协议转换，并上送业务应用。
进一步地，所述风暴判据为智能变电站网络报文流量在风暴判别时间前大于门槛值；
所述风暴识别的门槛按照报文类别分别设置，所述风暴判别时间窗为10ms。
进一步地，还包括：
组播MAC地址过滤模块，用于智能变电站接收网络报文原始时刻，通过网络控制器进行组播MAC地址过滤；
优选的，所述判别模块，进一步包括：
分类单元，用于对通过组播MAC地址过滤的网络报文类型进行分类；
判别单元，用于根据网络报文类型对网络风暴进行判别。
优选的，所述判别单元，进一步包括：
广播报文判别子单元，用于对广播报文进行判别；
组播报文判别子单元，用于对组播报文进行判别。
进一步地，在所述IEC61850芯片中嵌入有网络控制器，所述网络控制器与所述输入输出模块连接；所述网络控制器根据需求用于对网卡工作模式进行控制。
进一步地，所述IEC61850芯片适用于变电站站控层和过程层网络电力设备中。
由于IEC61850芯片内部包含以太网卡控制器，因此可以多以太网卡工作模式，对报文进行芯片级过滤，从源头杜绝无用报文进入装置。本发明首先根据智能变电站网络报文特点，客户根据实际的需求，进行可编程的策略配置，进行网络风暴的辨识，并以此在IEC61850芯片中设置风暴判据。变电站中网络风暴的特点是报文流量较风暴前突增。网络风暴识别的判别时间窗设置为10ms，以方便精确统计报文频率，风暴识别的判别门槛可按照报文类别分别设置。网络风暴识别门槛芯片处理能力尽量保留裕度，保证在一般网络流量压力下尽量保留网络功能，如果网络风暴特征特别明显时，采取中断网络报文接收处理的方法，避免网络风暴对设备的冲击。考虑到根据网卡在运用哈希算法对组播报文进行过滤时，存在过滤“漏洞”，可适当抬高风暴识别门槛，避免对网络风暴的误判，广播、单播的风暴识别门槛可参照此方法设置。
实施例二、
本发明还提供一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置的抑制方法，如图2所示，依据网络风暴规则对网络风暴进行判别，在网卡对报文进行硬件过滤后，先由芯片内网卡模块按照报文目的MAC地址进行判别，对报文类型进行分类，分别对组播、广播报文进行判别。若为广播报文，然后是否存在网络风暴，如果某目的MAC报文存在风暴，可将报文直接丢弃，避免风暴报文对芯片IEC61850协议通信的冲击；若正常接收报文，经处理后上送业务应用。如果为组播报文，判别为SV报文还是GOOSE报文，若为SV报文，重复类似广播报文的抑制过程，若为GOOSE报文，在判断为风暴时，需进行前后连续报文内容是否相同判断，若不相同需要继续上送业务应用，否则，进行丢弃，进而完成智能变电站网络风暴的抑制。
本发明的方法包括下述步骤：
S1、智能变电站接收网络报文原始时刻，组播MAC地址过滤模块通过网络控制器进行组播MAC地址过滤；
S2、通过组播MAC地址过滤将网络报文类型分为广播报文和组播报文，判别模块根据风暴判据模块中的风暴判据分别对广播报文和组播报文进行判别；
S3、上送模块对判别后的广播报文和组播报文进行协议转换，并上送业务应用。
进一步地，所述对广播报文进行判别包括：
统计广播报文流量；
广播报文流量计算，并判别广播报文流量是否大于门槛值；
根据是否大于门槛值判别广播报文是否存在网络风暴，如果广播报文存在网络风暴，则将广播报文直接丢弃；否则，正常接收广播报文。
进一步地，所述对组播报文进行判别包括：
判别组播报文为SV报文或GOOSE报文；
SV报文或GOOSE报文流量计算，并判别SV报文或GOOSE报文流量是否大于门槛值，进而判别SV报文或GOOSE报文是否存在网络风暴；
优选的，若为SV报文，对SV报文进行APPID过滤和SV报文流量统计，并对SV报文流量计算，判别SV报文流量是否大于门槛值，若大于门槛值，则判别SV报文为网络风暴报文，将SV报文直接丢弃；否则，正常接收SV报文；
优选的，若为GOOSE报文，对GOOSE报文进行APPID过滤，并判别GOOSE报文内容是否固定，若固定，则统计GOOSE报文中每个GOOSE控制块的流量；否则，判别GOOSE报文前后内容是否一致，若一致，则直接丢弃GOOSE报文；若不一致，正常接收GOOSE报文。
进一步地，若GOOSE报文内容不固定，统计每个GOOSE控制块的流量，并判别流量是否大于门槛值，若大于门槛值，则判别GOOSE报文为网络风暴报文，将GOOSE报文直接丢弃；否则，正常接收GOOSE报文。
所述流量是否大于门槛值作为网络风暴识别的判别时间窗，所述判别时间窗设置为10ms。
本发明根据数字化变电站网络报文的业务特征，提供高效灵活的解决方案，提供依据智能变电站网络数据类型动态适应的可编程过滤策略技术，对变电站过程层和站控层网络风暴进行检测和控制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其特征在于，所述抑制装置采用IEC61850芯片实现，所述IEC61850芯片用于可编程的网络风暴检测以及网络风暴抑制；在所述IEC61850芯片中嵌入有网络控制器，所述网络控制器根据需求用于对网卡工作模式进行控制。
2.如权利要求1所述的基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其特征在于，所述IEC61850芯片包括通信模块、风暴判据模块、判别模块和上送模块；所述风暴判据模块通过通信模块与判别模块通信；
所述通信模块用于实现IEC61850标准的通信功能；所述风暴判据模块用于设置风暴判据；所述判别模块用于根据风暴判据对网络风暴进行判别；所述上送模块用于对判别后的广播报文和组播报文进行协议转换，并上送业务应用。
3.如权利要求2所述的基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其特征在于，所述风暴判据为智能变电站网络报文流量在风暴判别时间前大于门槛值；
所述风暴识别的门槛按照报文类别分别设置，所述风暴判别时间窗为10ms。
4.如权利要求1所述的基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其特征在于，还包括：
组播MAC地址过滤模块，用于智能变电站接收网络报文原始时刻，通过网络控制器进行组播MAC地址过滤。
5.如权利要求2所述的基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其特征在于，所述判别模块，进一步包括：
分类单元，用于对通过组播MAC地址过滤的网络报文类型进行分类；
判别单元，用于根据网络报文类型对网络风暴进行判别；
广播报文判别子单元，用于对广播报文进行判别；
组播报文判别子单元，用于对组播报文进行判别。
6.如权利要求1-5中任一项所述的基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置，其特征在于，所述IEC61850芯片适用于变电站站控层和过程层网络电力设备中。
7.一种基于IEC61850芯片的网络风暴抑制装置的抑制方法，其特征在于：
智能变电站接收网络报文原始时刻，组播MAC地址过滤模块通过网络控制器进行组播MAC地址过滤；
通过组播MAC地址过滤将网络报文类型分为广播报文和组播报文，判别模块根据风暴判据模块中的风暴判据分别对广播报文和组播报文进行判别；
上送模块对判别后的广播报文和组播报文进行协议转换，并上送业务应用。
8.如权利要求7所述的抑制方法，其特征在于，所述对广播报文进行判别包括：
统计广播报文流量；
广播报文流量计算，并判别广播报文流量是否大于门槛值；
根据是否大于门槛值判别广播报文是否存在网络风暴，如果广播报文存在网络风暴，则将广播报文直接丢弃；否则，正常接收广播报文。
9.如权利要求7所述的抑制方法，其特征在于，所述对组播报文进行判别包括：
判别组播报文为SV报文或GOOSE报文；
SV报文或GOOSE报文流量计算，并判别SV报文或GOOSE报文流量是否大于门槛值，进而判别SV报文或GOOSE报文是否存在网络风暴；
若为SV报文，对SV报文进行APPID过滤和SV报文流量统计，并对SV报文流量计算，判别SV报文流量是否大于门槛值，若大于门槛值，则判别SV报文为网络风暴报文，将SV报文直接丢弃；否则，正常接收SV报文；
若为GOOSE报文，对GOOSE报文进行APPID过滤，并判别GOOSE报文内容是否固定，若固定，则统计GOOSE报文中每个GOOSE控制块的流量；否则，判别GOOSE报文前后内容是否一致，若一致，则直接丢弃GOOSE报文；若不一致，正常接收GOOSE报文。
10.如权利要求9所述的抑制方法，其特征在于，若GOOSE报文内容不固定，统计每个GOOSE控制块的流量，并判别流量是否大于门槛值，若大于门槛值，则判别GOOSE报文为网络风暴报文，将GOOSE报文直接丢弃；否则，正常接收GOOSE报文。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170922 |