CN109688040A - 结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对智能变电站采用VLAN及静态组播等方式，存在配置和实际操作复杂，配置工作量巨大，且容易出现错误，效率较为低下的问题，提供一种结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法。该方法，包括：获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络物理结构；将智能变电站SCD文件导入交换机，得到各组播报文的转发关系，进而获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构；依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径，获得传输路径中各交换机的静态组播转发表。本发明可替代现有智能变电站基于VLAN划分的过程层组播技术，可充分发挥静态组播精准转发、方便验证的优点，具有广泛的应用场景。

Description

结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法

技术领域

本发明涉及智能变电站网络技术相关技术领域，具体地说，涉及一种结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法。

背景技术

智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，实现了变电站内智能电子信息共享和设备互操作的要求。其中，作为智能变电站核心的过程层交换机，承载着跳闸、闭锁信号等GOOSE报文和采样值SV报文等信息的传输，其工作可靠性直接影响以组网方式接收订阅报文的智能电子设备，包括保护装置、合并单元、智能终端、测控装置等。为了满足数据量大、实时性高的数据要求，GOOSE及SV报文采用过程层组播方式，目前主要包括基于VLAN及静态组播方式，前者实现了交换机各端口的逻辑隔离，具有安全性高、管理灵活等优势；后者对过程层报文实现了精准转发，可以有效限制和优化网络流量，并且具有维护便利、容易理解、可通过试验验证等优点。

当前，智能变电站过程层组播主要采用VLAN方式，随着大量智能站的建成及投运，其缺点也逐渐暴露：1)交换机VLAN配置和实际操作复杂，且各厂家VLAN配置和转发规则不同，导致VLAN配置完成后无有效的校验手段。2)交换机信息传输的完备性可以通过整组试验来开展，但由于VLAN采用“聚类”思想进行划分，VLAN内的智能电子设备会接收到大量本不需要接收的报文，占用大量的通信资源，并具有较大的安全隐患。系统内曾发生过断开直跳光纤后，GOOSE跳闸报文通过组网方式发送到智能终端，引起断路器误跳闸的恶性事件。静态组播存在的主要问题同样突出，目前通过手动配置交换机内部组播转发表，对于当前的智能变电站来说配置工作量巨大，且容易出现错误，效率较为低下，一般不作为智能站过程层组播技术的首选。

发明内容

本发明针对现有智能变电站采用VLAN及静态组播等方式，存在配置和实际操作复杂，配置完成后无有效的校验手段，VLAN内的智能电子设备会接收到大量本不需要接收的报文，占用大量的通信资源，并具有较大的安全隐患；而通过手动配置交换机内部组播转发表，对于当前的智能变电站来说配置工作量巨大，且容易出现错误，效率较为低下的问题，提供一种结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于，包括：

获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络物理结构；

将智能变电站SCD文件导入交换机，得到各组播报文的转发关系，进而获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构；

依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径，进而获得传输路径中各交换机的静态组播转发表。

本发明中，获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构，还包括基于组网方式，判断是否删除直连链路的转发关系的步骤。

本发明中，采用网采网跳的组网方式时，无需删除直连链路的转发关系；

或者，采用直采网跳的组网方式或者采用网采直跳的组网方式或者采用直采直跳的组网方式时；需要删除直连链路的转发关系。

本发明中，采用直采网跳的组网方式时，需要删除的直连链路的转发关系为以直传方式发送给相关保护的SV报文；

或者，采用网采直跳的组网方式时，需要删除的直连链路的转发关系为以直传方式发送给智能终端的GOOSE报文；

或者，采用直采直跳的组网方式时，需要删除的直连链路的转发关系为以直传方式发送给相关保护的SV报文及以直传方式发送给智能终端的GOOSE报文。

本发明中，获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构，还包括增加各智能电子设备虚端子的连接关系中未包含的转发关系的步骤。

所述未包含的转发关系包括故障录波器、网络报文分析仪、PMU的虚端子连接关系中的一种或一种以上的组合。

本发明中，任两个智能电子设备之间的数据传输路由不超过4个交换机。

本发明中，依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径，包括：

根据网络逻辑结构的转发关系表，确定每个转发关系的发送端和接收端；

采用预设算法确定组播报文的转发路径，所述路径包含完整的报文转发策略，报文传输经过的每个交换机端口。

本发明中，依据网络物理结构，还包括自行定义物理拓扑各链路的权重的步骤，每个链路的具体权重根据信息交互延时或交换机各端口转发延时确定。

本发明中，获得传输路径中各交换机的静态组播转发表，包括：

对于一个组播报文，汇总订阅该报文所形成的所有转发路径，以交换机为单位进行合并，以确定接收该组播报文后交换机应当转发的端口列表；

对所有组播报文进行相同的操作，得到完整的端口转发列表；

以交换机可识别的格式，将端口转发列表生成为静态组播转发表，并将静态组播转发表写入交换机配置中。

本发明，结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，通过基于交换机的自动侦听和判别技术，可自动实现物理拓扑的准确识别；通过基于SCD文件的虚端子的自动解析，可自动获得智能电子设备之间的发布订阅关系，进而获得组网方式下的转发关系；通过物理拓扑和逻辑转发关系的结合，可自动计算获得转发路径及静态组播转发表，最终形成可应用的交换机静态组播配置文件。本发明提出的方法可替代现有智能变电站基于VLAN划分的过程层组播技术，可充分发挥静态组播精准转发、方便验证的优点，具有广泛的应用场景。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的主旨在于，通过对现有智能变电站采用VLAN及静态组播等方式的研究，发现存在配置和实际操作复杂，配置完成后无有效的校验手段，VLAN内的智能电子设备会接收到大量本不需要接收的报文，占用大量的通信资源，并具有较大的安全隐患；而通过手动配置交换机内部组播转发表，对于当前的智能变电站来说配置工作量巨大，且容易出现错误，效率较为低下的问题，通过本发明提供一种结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法以解决上述问题。

参见图1，本发明结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，基本逻辑是获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络物理结构；将智能变电站SCD文件导入交换机，得到各组播报文的转发关系，进而获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构；依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径，进而获得传输路径中各交换机的静态组播转发表。

具体而言，在智能变电站中，各智能电子设备在完成配置后并接入交换机后，会自动发送组播报文，交换机可实时侦听各端口接收的组播报文，该组播报文的目的MAC地址为全站唯一，且与智能电子设备一一对应。通过报文侦听，交换机可自动识别每个端口所连接的智能电子设备。交换机与交换机之间一般通过级联端口互相连接，交换机与交换机之间可通过级联端口交互各自的物理拓扑，并在各交换机处形成全站物理拓扑。即在现有的智能变电中，获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络物理结构(物理拓扑)是自动的，也可以说物理拓扑是自动感知的。

根据标准要求，任两个智能电子设备之间的数据传输路由不应超过4个交换机，而且当前智能站网络设计一般采用星型结构，不采用环网结构，因而网络物理拓扑相对简单。另一方面，智能站投运后物理拓扑一般不会发生变化，物理拓扑生成后一般也不需要变化。上述要求也是本发明可以较好运行的要求。

本发明的核心发明点是对智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构的应用。具体而言，SCD文件中包含了各智能电子设备虚端子连接关系，在交换机处导入SCD文件并进行解析可方便的获取该连接关系，进而得到各组播报文的转发关系。考虑到本发明主要研究智能电子设备发送的组播报文的转发策略，因而以组播报文的发布端作为基准，针对每一个智能设备发布的组播报文进行搜索，提取的内容包括每个虚端子连接的组播地址、IED名称以及订阅该组播报文的智能电子设备的IED名称等。

当然，本发明主要针对组网方式下传输的信息量，在获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构时，除了上述内容外，还包括转发关系进行一定的处理，包括删除部分直连链路的转发关系、增加虚端子中未包含的转发关系，具体内容如下：

需要删除的转发关系为直连链路对应的转发关系。针对组网方式的不同，可分为四种情况：1)网采网跳：此种组网方式下SV及GOOSE组播报文均通过交换机传输，无直采直跳链路，因而无需剔除直传链路。2)直采网跳：此种组网方式下需要剔除的内容为以直传方式发送给相关保护的SV报文，例如220kV线路间隔合并单元发往母差保护、线路保护的SV报文。3)网采直跳：此种组网方式下需要剔除的内容为以直传方式发送给智能终端的GOOSE报文，例如500kV主变保护发往各间隔智能终端的GOOSE跳闸报文。4)直采直跳：该方式为目前常见组网方式，需要剔除的内容包括以直传方式发送给相关保护的SV报文及以直传方式发送给智能终端的GOOSE报文。

需要增加的转发关系为虚端子连接中未包含的转发关系。在当前的智能变电站中，故障录波器、网络报文分析仪、PMU等设备一般不进行建模，SCD文件中不体现其虚端子订阅关系，因而，为确保组播报文的准确转发，需要将这类设备的转发关系手动增加至转发关系表中。

完成上述操作后，依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径。在建立物理拓扑连接后，各智能电子设备、交换机各端口成为一个转发节点，转发节点与转发节点之间的物理连接形成一个链路，其中交换机各端口通过其内部总线形成一条链路。可以自行定义物理拓扑各链路的权重，其中链路可分为智能电子设备与交换机之间的链路、交换机与交换机之间的链路、同一交换机不同端口之间的链路，每个链路的具体权重根据信息交互延时或交换机各端口转发延时确定。交换机根据前述得出的转发关系(表)，确定每个转发关系的发送端和接收端，采用预设的算法确定组播报文的转发路径，该路径包含了完整的报文转发策略，可详细到报文传输经过的每个交换机端口，对于算法可以采用现有成熟的用Dijkstra算法，由于本领域技术人员对于上述算法是熟知的，此处不再累述。

最后，获得传输路径中各交换机的静态组播转发表。具体而言根据各组播文件传输路径，计算得到传输路径中各交换机组播转发表。具体计算方法如下：对于某一个组播报文，汇总订阅该报文所形成的所有转发路径，以交换机为单位进行合并，以确定接收该组播报文后交换机应当转发的端口列表；对所有组播报文进行相同的操作，得到完整的端口转发列表；以交换机可识别的格式，将端口转发列表生成为静态组播转发表，并将静态组播转发表写入交换机配置中。

为了更好的理解本发明，以下以一具体的实例进行示例性说明。该实例为一个500kV智能变电站实训室为例，该站采用3/2接线方式，共包含一个完整串和一个不完整串，其中第一串为完整串，包含三个开关5011、5012和5013，5011和5012开关间为5141线路间隔，5012和5013开关间为5001主变；第二串为不完整串，包含两个开关5021和5022，5021和5022开关间为5142线路间隔。该智能站取消合并单元，采用模拟量直接接入保护装置方式，实训室保护均采用单套配置，下面介绍应用于该智能站的静态组播自动生成方法。

物理拓扑自动感知：

各智能电子设备在完成配置后并接入交换机后，会自动发送组播报文，交换机通过实时侦听各端口发送的组播报文，可以得到每个端口所连智能电子设备信息。需要注意的是，在智能站SCD文件中，故障录波器、网络报文分析仪、PMU和电度表不建模，不设置虚端子连接，这类设备仅被动侦听交换机转发的组播报文，因而交换机无法侦听此类设备的端口，需要进行一定的手动设置。此外，级联端口主要用于交换机与交换机之间的信息交互，该端口会侦听到大量报文，也需要简单的手动设置即可确认其连接关系。交换机在获得本身的拓扑连接后，通过级联端口交互各自的物理拓扑，并在各交换机处形成全站物理拓扑。以实训室为例，拓扑结构如下图所示：

表1实训智能变电站网络拓扑结构

虚端子解析：

SCD文件中包含了各智能电子设备虚端子连接关系，在交换机处导入SCD文件可方便的获取该连接关系。考虑到本发明主要研究智能电子设备发送的组播报文的转发策略，因而以组播报文的发布端作为基准，针对每一个智能设备发布的组播报文进行搜索，下表仅以PB5013发布的组播报文(目的MAC地址为01-0C-CD-01-00-09)为例介绍需要提取的内容。下表中内部通道表示该智能电子设备PB5013发布的内容，外部IED为订阅PB5013组播报文的外部IED，外部端子描述为进一步的阐述，例如，第6个通道为PB5013断路器保护失灵时发送给PB5012断路器保护的闭锁重合闸信号。

表2实训智能变电站虚端子解析

转发关系增减：

该步骤需要进行两步处理：1)由于该站采用模拟量采样保护装置，无合并单元，因而无需删减直采回路，但仍需要删减直跳回路。具体删减的内容即为5013智能终端对应的转发关系。2)由于该站故障录波器和网络报文分析仪不设虚端子连接，无法通过解析虚端子获得PB5013发往故障录波器和网络报文分析仪的转发关系，只能通过手动增加其转发关系。需要注意的是本实训室中故障录波一接入交换机1，故障录波器二接入交换机2，可通过最短路径选择就近的故障录波器，以降低交换机间级联网口传输的数据量。

表3实训智能变电站转发关系表

转发路径计算：

结合表1的物理拓扑和表3的逻辑转发关系，采用常见的寻路算法即可得到转发路径表。在表4中，以PB5013断路器保护发往2母母差保护的失灵联跳信号为例，该GOOSE信号由交换机1的6端口(即PB5013断路器保护连接在交换机1上的端口)发出，交换机1接收后将其转发至级联端口G1，交换机2从其级联端口G1上接收该GOOSE报文，并转发至端口16，这样端口16中的2M母差保护即可接收到该GOOSE报文。

表4实训智能变电站转发路径

静态组播转发表生成：

得到转发路径后，对PB5013断路器保护发布的组播报文来说，即可方便得到每一个交换机接收到该报文后的转发端口。如表5所示，交换机1在接收到PB5013发布的组播报文后，也即收到目的MAC地址为01-0C-CD-01-00-09的组播报文后，自动转发至端口8，9，G1，3，2，16。交换机2在接收到PB5013发布的组播报文后，也即收到目的MAC地址为01-0C-CD-01-00-09的组播报文后，自动转发至端口16。交换机将表5所述静态组播转发表写入配置文件中，即可完成对PB5013发布的组播报文的自动转发。

表5交换机静态组播转发表

通过对每个智能电子设备发布的报文进行2.1-2.5步骤中的运算，可以得到交换机1和交换机2对所有组播报文的转发表如下：

表6交换机静态组播转发总表

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于，包括：

获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络物理结构；

将智能变电站SCD文件导入交换机，得到各组播报文的转发关系，进而获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构；

依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径，进而获得传输路径中各交换机的静态组播转发表。

2.根据权利要求1所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构，还包括基于组网方式，判断是否删除直连链路的转发关系的步骤。

3.根据权利要求2所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：采用网采网跳的组网方式时，无需删除直连链路的转发关系；

或者，采用直采网跳的组网方式或者采用网采直跳的组网方式或者采用直采直跳的组网方式时；需要删除直连链路的转发关系。

4.根据权利要求2所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：采用直采网跳的组网方式时，需要删除的直连链路的转发关系为以直传方式发送给相关保护的SV报文；

或者，采用网采直跳的组网方式时，需要删除的直连链路的转发关系为以直传方式发送给智能终端的GOOSE报文；

或者，采用直采直跳的组网方式时，需要删除的直连链路的转发关系为以直传方式发送给相关保护的SV报文及以直传方式发送给智能终端的GOOSE报文。

5.根据权利要求1所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：获取智能变电站接入交换机的各智能电子设备的网络逻辑结构，还包括增加各智能电子设备虚端子的连接关系中未包含的转发关系的步骤。

6.根据权利要求5所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：所述未包含的转发关系包括故障录波器、网络报文分析仪、PMU的虚端子连接关系中的一种或一种以上的组合。

7.根据权利要求1所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：任两个智能电子设备之间的数据传输路由不超过4个交换机。

8.根据权利要求1所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：依据网络物理结构和网络逻辑结构，计算组播报文的物理转发路径，包括：

根据网络逻辑结构的转发关系表，确定每个转发关系的发送端和接收端；

采用预设算法确定组播报文的转发路径，所述路径包含完整的报文转发策略，报文传输经过的每个交换机端口。

9.根据权利要求1所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：依据网络物理结构，还包括自行定义物理拓扑各链路的权重的步骤，每个链路的具体权重根据信息交互延时或交换机各端口转发延时确定。

10.根据权利要求1所述的结合物理拓扑和虚端子的智能变电站静态组播配置方法，其特征在于：获得传输路径中各交换机的静态组播转发表，包括：

对于一个组播报文，汇总订阅该报文所形成的所有转发路径，以交换机为单位进行合并，以确定接收该组播报文后交换机应当转发的端口列表；

对所有组播报文进行相同的操作，得到完整的端口转发列表；

以交换机可识别的格式，将端口转发列表生成为静态组播转发表，并将静态组播转发表写入交换机配置中。