CN109687985A - 一种变电站过程层网络自动配置方法及系统 - Google Patents

一种变电站过程层网络自动配置方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变电站过程层网络配置方法及系统，包括：对基于变电站设备预先构建的设备物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略；所述OpenFlow协议支持的转发策略包括SDN组表和流表；将所述组表和流表下发至SDN交换机，完成过程层网络自动配置，提高运行维护人员的工作效率，提升过程层网络安全性，对电子系统安全稳定运行，提高供电可靠性具有重要的实现意义。本发明设计合理，有效地解决了传统交换机带来的一系列问题，减少交换机各端口转发报文的数量，减少网络阻塞，提高报文传输的可靠性和实时性。

Description

一种变电站过程层网络自动配置方法及系统
技术领域
本发明涉及变电站自动化技术领域，具体涉及一种智能变电站过程层网络自动配置方法及系统。
背景技术
智能变电站作为智能电网建设的六大环节之一，是电网基础运行参量采集点、管控执行点，为智能电网提供标准的、可靠的节点支撑。变电站通信网络是连接变电站内各种智能电子设备的纽带，是变电站自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用性。
通信网络是装置间互联互通、实现互操作的物理媒介。在智能变电站中，由于过程层网络需要传输和交互采样数据、控制数据，对交换机之间数据的有效提取要求越来越高，因此其重要性已经不亚于保护控制装置本身。为了减少交换机各端口转发报文的数量，防止网络阻塞，提高报文传输的可靠性、实时性以及快速性，需对组网设备进行VLAN(VirtualLocal Area Network)划分。VLAN(虚拟局域网)技术是目前数字化变电站中应用最广的报文过滤技术，因为它不涉及设备本身，只需对交换机进行配置即可。但是该种方法对于交换机的配置较为繁琐，增加了现场施工和维护的复杂性，一旦网络结构有调整就必须重新划分VLAN，工作量较大。同时，面对不同厂商、不同年代、不同型号的交换机设备，从设备的采购、设计、集成、部署、维护运行、升级改造等环节需要投入大量的工作人员及需要不同厂家的售后服务人员配合，导致网络建设成本和运维成本长期高居不下。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种变电站过程层网络配置方法，在针对过程层设备物理端口建模的基础上，通过解析物理端口描述文件，分别生成设备端口模型、链路模型及逻辑子网模型，进而形成用于实现组播传输方式的组表及流表，并基于SDN技术中的南向接口下发到SDN交换机中，具体包括：
对基于变电站设备预先构建的设备物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略；
所述OpenFlow协议支持的转发策略包括SDN组表和流表；
将所述组表和流表下发至SDN交换机。
优选的，所述预先构建的设备物理端口描述文件，包括：逻辑子网层级、物理设备层级、物理端口层级。
优选的，所述逻辑子网层级基于程层网络按变电站内电压等级及网络类型为依据划分为多个逻辑子网，包括所述逻辑子网的名字、类型、描述信息。
优选的，所述物理设备层级包括设备名称和根据传输报文的类型定义的访问点。
优选的，所述设备包括二次设备和SDN交换机，当所述设备为SDN交换机时，所述物理设备层级还包括dpid属性，所述dpid属性用于对所述SDN交换机的身份识别。
优选的，所述物理端口层级包括端口号及连接标识；
所述端口包括：在同一子网内具有相同访问点的设备端口传输同一种类型的报文；
所述连接标识包括：连接设备和SDN交换机光缆的标识。
优选的，所述对物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略，包括：
对物理端口描述文件进行解析生成设备端口模型；
所述设备端口模型包括设备端口的端口号，具有相同连接标识的不同设备端口的端口模型形成链路模型；
所述逻辑子网中具有相同访问点的所有的链路模型生成逻辑子网模型；
基于所述逻辑子网模型，将同一逻辑子网内具有相同访问点的交换机端口生成组表；
基于所述逻辑子网模型，将每个交换机端口都生成流表项，多个流表项组成流表，同一逻辑子网内的交换机端口对应的流表项调用子网对应的组表。
优选的，对所述物理端口描述文件的解析采用DOM技术。
优选的，所述将所述组表和流表下发至SDN交换机包括：通过南向接口将所述SDN组表与流表通过SDN控制器及OpenFlow协议下发到SDN交换机。
本发明还提供一种变电站过程层网络配置系统，包括：文件构建模块，用于基于变电站设备预先构建设备物理端口描述文件；
文件生成模块，用于对所述物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略；所述OpenFlow协议支持的转发策略包括SDN组表和流表；
任务下发模块，用于将所述SDN组表和流表下发至SDN交换机。
优选的，所述文件构建模块包括：
逻辑子网层级构建单元，用于基于过程层网络构建逻辑子网层，包括所述逻辑子网的名字、类型、描述信息；
物理设备层级构建单元，用于基于过程层网络构建物理设备层，包括设备名称和根据传输报文的类型定义的访问点；
物理端口层级构建单元，用于基于所述过程层网络构建物理端口层，包括端口号及连接标识；所述端口包括：在同一子网内具有相同访问点的设备端口传输同一种类型的报文；所述连接标识包括：连接设备和SDN交换机光缆的标识。
优选的，所述文件生成模块包括：
解析单元，用于对物理端口描述文件进行解析生成设备端口模型；
第一构建单元，用于根据所述设备端口模型中具有相同连接标识的不同设备端口的端口模型生成链路模型；
第二构建单元，用于根据所述逻辑子网中具有相同访问点的所有的链路模型生成逻辑子网模型；
生成单元，用于根据构建后的逻辑子网模型将同一逻辑子网内具有相同访问点的交换机端口生成组表；将每个交换机端口都生成流表项，多个流表项组成流表。
优选的，所述任务下发模块用于：在所述组表和流表生成后，通过SDN控制器及OpenFlow协议下发到SDN交换机。
优选的，所述文件构建模块还包括：端口描述文件构建单元用于：通过对SCD文件进行解析，提取所述SCD文件中网络通信部分并进行修改，生成XML格式的所述物理端口描述文件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出一种智能变电站过程层网络自动配置方法及系统，在针对过程层设备物理端口建模的基础上，通过解析物理端口描述文件，形成包括SDN组表和流表的OpenFlow协议支持的转发策略，进而根据组表及流表实现组播传输方式，并发到SDN交换机中。
本发明提供的技术方案，在整个过程中只需维护设备物理端口描述文件，根据描述文件实现过程层网络的自动配置，减轻工作人员的工作量，减少因网络的复杂性带来的人为操作上的失误，提高变电站过程层网络的安全性，对电力系统安全稳定运行，提高供电可靠性具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明的智能变电站过程层网络自动配置流程示意图；
图2为本发明的基于mininet仿真的网络拓扑示意图；
图3为本发明的逻辑子网模型示意图；
图4为本发明的组表查询结果示意图；
图5为本发明的流表查询结果示意图；
图6为本发明的运行结果示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明,下面用仿真来验证该方法的正确性和可行性。
设备物理端口描述文件的建立。
过程层网络包括逻辑子网层级、物理设备层级、物理端口层级；
逻辑子网层级分为若干个逻辑子网，子网采用“SubNetwork”元素定义，属性值包括名字、类型、描述信息即“name”、“type”、“desc”。物理设备层级中的设备物理描述采用“ConnectedAP”元素定义，包括：设备名称和根据传输报文的类型定义的访问点，即“iedName”、“apName”。
所述访问点定义了传输相同类型报文的设备端口的集合。
当设备为交换机时，还可以包括属性“dpid”。
ConnectedAP元素下包含若干“PhysConn”元素，用于描述装置访问点物理端口。PhysConn元素的“type”属性值为“Connection”时定义第一个物理网口，“RedConn”为其它冗余物理连接网口定义。当采用冗余连接或多个连接时，PhysConn元素可重复出现，但“type”属性应为“RedConn”。
<P type＝"Cable">元素表明物理电缆(或光缆)连接身份标示，是用来连接两个访问点的。
<P type＝"Port">元素表明端口号。
定义示例如下：
图1为本发明的智能变电站过程层网络自动配置流程示意图。通过对设备物理端口建模，解析生成逻辑子网模型，进而形成流表及组表，并通过控制器通过南向接口下发至SDN交换机，完成过程层网络自动配置。
图2为基于mininet仿真平台仿真的网络拓扑图。其中包含一台SDN交换机和10台IED设备，10台设备分别与交换机的10个端口相连，物理端口描述文件按照此拓扑建立，其中1～4端口连接子网“GOOSE”网，6～9端口连接子网“SV”网，5、10端口为备用端口，暂不参与数据传输。
其中定义的设备物理端口描述文件为：
对此描述文件进行解析，生成组表及流表并下发至交换机。
图3为逻辑子网模型示意图，通过物理端口描述文件解析获得逻辑子网模型，其中物理端口描述文件解析包括以下几个步骤：
1、基于DOM技术解析物理端口描述文件；
2、解析结束后，每个设备中的每个端口形成如下所示设备端口模型(IED)；
3、由同一物理光缆及其连接的两个访问点形成如下所示链路模型；
4、由同一子网中所有的链路模型形成如下所示逻辑子网模型。逻辑子网模型是一种关联容器，其中容器的“键”为子网的name属性，“值”为子网内所有的Link结构体，此关联存储容器记录了逻辑子网模型。
图4及图5为组表及流表下发至交换机后查询结果示意图。其中，网络自动配置策略的生成及下发，如下所示：
网络自动配置策略是指根据上述设备物理端口描述文件解析后，形成逻辑子网模型，基于此逻辑子网模型形成SDN技术中的组表和流表、并通过南向接口将组表与流表下发至SDN交换机。
1、组表的生成。过程层网络是通过组播的方式发送报文，组播则由组表去实现。由同一子网内的交换机端口生成一个组表，组表的结构如下所示：
其中，“group_id”是组表的id，在同个交换机内唯一，“port”是交换机的端口号。
2、流表的生成。
组表的调用是由流表实现的，流表由若干个流表项组成。同一子网内的端口对应的流表项调用子网对应的组表，以交换机端口1为例，流表项的结构如下所示：
同一子网中，其他端口的流表项只需修改“in_port”的值。
3、下发组表和流表至交换机。
流表和组表的通过南向接口下发至SDN交换机。
图6为文件运行结果。由图可以看出，设备1～4可以相互转发报文，属于同一组播，设备6～9可以相互转发报文，属于同一组播。而设备5、10由于是备份设备，所对应的端口没有下发任何流表及组表的配置，因此不能与其他端口转发报文。
本发明提出一种智能变电站过程层网络自动配置方法及系统，在针对过程层设备物理端口建模的基础上，通过解析物理端口描述文件，分别生成设备端口模型、链路模型及逻辑子网模型，进而形成用于实现组播传输方式的组表及流表，并基于SDN技术中的南向接口下发到SDN交换器中。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，包括：
对基于变电站设备预先构建的设备物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略；
所述OpenFlow协议支持的转发策略包括SDN组表和流表；
将所述组表和流表下发至SDN交换机。
2.如权利要求1所述的一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述预先构建的设备物理端口描述文件，包括：逻辑子网层级、物理设备层级、物理端口层级。
3.如权利要求2所述的一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述逻辑子网层级为将过程层网络按变电站内电压等级及网络类型划分得到的多个逻辑子网的集合，包括所述逻辑子网的名字、类型、描述信息。
4.如权利要求2所述的一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述物理设备层级包括设备名称和根据传输报文的类型定义的访问点。
5.如权利要求4所述的变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述设备包括二次设备和SDN交换机，当所述设备为SDN交换机时，所述物理设备层级还包括dpid属性，所述dpid属性用于对所述SDN交换机的身份识别。
6.如权利要求4所述的一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述物理端口层级包括端口号及连接标识；
所述端口包括：在同一子网内具有相同访问点的设备端口传输同一种类型的报文；
所述连接标识包括：连接设备和SDN交换机光缆的标识。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述对物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略，包括：
对物理端口描述文件进行解析生成设备端口模型；
所述设备端口模型包括设备端口的端口号，具有相同连接标识的不同设备端口的端口模型形成链路模型；
所述逻辑子网中具有相同访问点的所有的链路模型生成逻辑子网模型；
基于所述逻辑子网模型，将同一逻辑子网内具有相同访问点的交换机端口生成组表；
基于所述逻辑子网模型，将每个交换机端口都生成流表项，多个流表项组成流表，同一逻辑子网内的交换机端口对应的流表项调用子网对应的组表。
8.如权利要求1所述的一种变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述对物理端口描述文件的解析采用DOM技术。
9.如权利要求1所述的变电站过程层网络配置方法，其特征在于，所述将所述组表和流表下发至SDN交换机包括：
通过南向接口将所述SDN组表与流表通过SDN控制器及OpenFlow协议下发到SDN交换机。
10.一种变电站过程层网络配置系统，其特征在于，所述系统包括：
文件构建模块，用于基于变电站设备预先构建设备物理端口描述文件；
文件生成模块，用于对所述物理端口描述文件进行解析，形成OpenFlow协议支持的转发策略；所述OpenFlow协议支持的转发策略包括SDN组表和流表；
任务下发模块，用于将所述SDN组表和流表下发至SDN交换机。
11.如权利要求10所述的一种变电站过程层网络配置系统，其特征在于，所述文件构建模块包括：
逻辑子网层级构建单元，用于基于过程层网络构建逻辑子网层，包括所述逻辑子网的名字、类型、描述信息；
物理设备层级构建单元，用于基于过程层网络构建物理设备层，包括设备名称和根据传输报文的类型定义的访问点；
物理端口层级构建单元，用于基于所述过程层网络构建物理端口层，包括端口号及连接标识；所述端口包括：在同一子网内具有相同访问点的设备端口传输同一种类型的报文；所述连接标识包括：连接设备和SDN交换机光缆的标识。
12.如权利要求10所述的一种变电站过程层网络配置系统，其特征在于，所述文件生成模块包括：
解析单元，用于对物理端口描述文件进行解析生成设备端口模型；
第一构建单元，用于根据所述设备端口模型中具有相同连接标识的不同设备端口的端口模型生成链路模型；
第二构建单元，用于根据所述逻辑子网中具有相同访问点的所有的链路模型生成逻辑子网模型；
生成单元，用于根据构建后的逻辑子网模型将同一逻辑子网内具有相同访问点的交换机端口生成组表；将每个交换机端口都生成流表项，多个流表项组成流表。
13.如权利要求10所述的一种变电站过程层网络配置系统，其特征在于，所述任务下发模块用于：在所述组表和流表生成后，通过SDN控制器及OpenFlow协议下发到SDN交换机。
14.如权利要求12所述的一种变电站过程层网络配置系统，其特征在于，所述文件生成模块还包括：
端口描述文件构建单元，用于通过对SCD文件进行解析，提取所述SCD文件中网络通信部分并进行修改，生成XML格式的所述物理端口描述文件。
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