CN111740911B - 一种基于lldp发布智能变电站业务订阅关系的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法。所述方法包括以下步骤：过程层网络中的任意一台交换机接收到网络管理系统下发的IED设备数据订阅关系信息，结合交换机动态学习的接入的IED终端设备信息与根据LLDP连接关系得到的交换机间连接信息，交换机动态生成组播转发表，并通过LLDP扩展协议类型发布组播订阅关系，网络上其他交换机通过LLDP协议动态学习到组播订阅关系，并指导过程层网络数据流按学习到的组播表转发。本发明的方法可快速自动地实现智能变电站业务订阅关系的发布，能够有效提高工程调试施工的效率、消除接线及配置错误导致的安全隐患，保障电力系统安全运行。

Description

一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化控制，具体涉及一种智能变电站业务订阅关系的发布方法。
背景技术
智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，智能化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口仅接口和通信模型发生了变化，但过程层却由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
在此结构下交换机网络设备成为了智能变电站的核心基础设备，实现了设备间的互联、互通、互操作。在工程调试实施和运行维护过程中，过程层网络订阅关系通过静态组播或者动态组播协议GMRP(GARP Multicast Registration Protocol)来实现，对于静态组播要求设备与交换机的端口连接一一对应，组播交换机配置工作量大，同时也比较容易出错。动态组播GMRP协议依赖于变电站IED(Intelligent Electronic Device，智能电子设备)设备是否具备GMRP功能，目前国内大多IED设备并不具备GMRP协议功能，无法通过动态组播方式实现IEC61850的订阅交互关系。
因此，有必要提出一种新的智能变电站的业务订阅关系发布方法，以解决上述问题。
发明内容
发明目的：为了解决上述现状中的问题，本发明提出一种基于LLDP协议发布智能变电站业务订阅关系的方法，实现智能变电站的订阅关系动态学习。
技术方案：一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法，包括以下步骤：
网络管理系统根据智能变电站对应的SCD(substation configurationdescription)配置文件，提取IED数据订阅关系信息，并将所述信息下发给智能变电站过程层网络的任意一台交换机；
接收到所述IED数据订阅关系信息的交换机，通过第一扩展类型LLDPDU向相邻交换机发送所述IED数据订阅关系信息，所述相邻交换机接收并学习LLDP报文携带的所述IED数据订阅关系信息，并以同样方式将该信息进行扩散；
智能变电站过程层网络交换机通过捕获IED数据报文学习识别IED设备信息，通过LLDP协议交互获得交换机连接信息；
智能变电站过程层网络交换机根据IED设备信息、IED数据订阅关系信息和交换机间连接关系信息，生成IED订阅关系的组播表项信息，即订阅关系组播转发表；
智能变电站过程层网络交换机通过第二扩展类型LLDPDU向相邻交换机发送订阅关系组播转发表表项信息，所述相邻交换机接收并学习LLDP报文携带的订阅关系组播转发表，并以同样方式将该信息进行扩散。
其中，所述IED数据订阅关系信息包括：goose/sv报文组播地址、goose/sv报文类型、订阅数据的IED名称、数据来源IED名称、业务报文唯一标识appID、vlanID。
所述订阅关系组播转发表表项信息包括：组播地址、组播出端口列表、组播源IED名称。
进一步地，所述第一扩展类型LLDPDU和第二扩展类型LLDPDU是通过对LLDPDU中的TYPE保留字段进行扩展而构造的数据部分，通过扩展定义两个TYPE值A和B，使之对应的TLV分别携带IED数据订阅关系信息和订阅关系组播转发表信息，分别形成第一扩展类型LLDPDU和第二扩展类型LLDPDU。
进一步地，所述方法还包括：当IED设备与智能变电站过程层网络交换机连接接口变更和/或交换机网络拓扑变更时，感知到变更的交换机设备发起订阅关系组播转发表的更新，并通过第三扩展类型LLDPDU通知相邻交换机进行组播转发表配置变更，所述第三扩展类型LLDPDU为预先定义的TYPE C类型，其对应的TLV携带IED订阅信息变更通知。
有益效果：LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)是一种标准的、公开的链路层网络拓扑信息交换协议，已得到主流网络设备商的支持。本发明通过扩展LLDP协议字段来实现订阅关系动态学习，由于LLDP是交换机普遍支持的协议，在普通交换机的基础上仅需要将LLDPDU中的保留的TYPE类型扩展，构建相应的TLV就能够将订阅关系信息、订阅关系变更、组播表在网络中发布和学习，和静态组播相比，实现了动态学习，降低了配置工作量，和GMRP方式相比，不需要对IED设备加以改造，实现起来更加简便。本发明只需要SCD配置文件就可实现订阅关系的提取，根据LLDP的协议交互就可实现订阅关系的自动发布、扩散和自动更新，从而能够有效提高工程调试施工的效率、消除接线及配置错误导致的安全隐患，保障电力系统安全运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的发布智能变电站业务订阅关系的方法流程图；
图2是本发明实施例提供的网络结构和配置参数实施组网示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1，本发明提供的一种基于LLDP协议发布智能变电站业务订阅关系方法，包括以下步骤：
(1)网络管理系统根据智能变电站对应的SCD配置文件，提取IED数据订阅关系信息，订阅关系信息可以包括：goose/sv报文组播地址、goose/sv报文类型、业务报文的唯一标识appID、订阅数据的IED名称(IED name)、vlanID。IED数据订阅关系是指IEC61850协议标准中，描述GOOSE/SV控制块的订阅发布关系，在SCD配置文件中IED设备通过ExtRef关键字来描述该订阅关系，对应的GOOSE/SV控制块信息通过goose/sv报文携带发送到通信网络上，goose/sv报文的关键字段信息包括：组播地址、vlanID、报文类型、appID。因此通过解析SCD配置文件即可获得相应的信息。
在本发明实施例中，网络结构和配置参数校验实施组网示意图如图2所示，所有交换机都具有LLDP协议扩展功能，以交换机SW2收到订阅关系为例。本实施例中网络管理系统从SCD文件提取的订阅关系信息包括：goose/sv报文组播地址、goose/sv报文类型、appID、订阅数据的IED name。示例如表1所示。
表1订阅关系信息
Figure BDA0002562069250000031
(2)网络管理系统将提取的IED数据订阅关系信息，通过IEC61850文件服务或者FTP等方式下发给智能变电站过程层网络的任意一台交换机。在本实施例中，交换机SW2收到该IED数据订阅关系信息。
(3)接收到网络管理系统发送的IED数据订阅关系信息的交换机，即交换机SW2，通过扩展类型的LLDPDU向相邻的交换机(即SW1和SW3)发送IED数据订阅关系信息，相邻的交换机SW1和SW3接收LLDPDU扩展类型报文，并学习记录LLDPDU扩展类型报文携带的IED数据订阅关系信息。这里LLDPDU扩展类型报文是指封装了扩展类型的LLDPDU的LLDP报文。
相邻交换机收到LLDPDU扩展类型报文后，如果该交换机连接的不是终端设备，那么就会继续通过LLDPDU扩展类型报文将该IED数据订阅关系信息再发送给它的相邻交换机，从而扩散到整网；对于环形组网，当交换机收到报文后，发现报文里信息本地已经存在，此时就不再扩散。
本发明扩展使用LLDPDU中的TYPE保留字段，扩展定义三个TYPE值，使之对应的TLV携带相应的信息。
LLDPDU的TYPE类型值9～126为协议保留，在本实施例中选取3个保留TYPE类型值100、101、102作为扩展类型，分别用来进行IED数据订阅关系信息发布、IED订阅组播表信息发布、IED订阅信息变更通告。应当理解，此处选取的三个TYPE类型值仅是为了示例的作用，而不是限制本方法必须使用100、101、102这三个类型。具体含义如表2所示。
表2 LLDPPDU扩展类型
Figure BDA0002562069250000041
其中“说明”列对应的就是该TLV里面的value信息，length的长度是这些信息长度的和。
(4)智能变电站过程层网络交换机动态学习网络拓扑及连接关系。
智能变电站过程层网络交换机具备IED设备信息学习能力，即能够通过捕获IED数据报文学习识别IED设备信息；交换机上的IED设备信息包括：IED name、交换机连接端口号、设备对应的vlanID，学习到的信息样例如下表：
表3学习到的IED设备信息
Figure BDA0002562069250000042
Figure BDA0002562069250000051
智能变电站过程层网络交换机通过LLDP协议，学习到交换机之间的连接关系和对应接口信息。
(5)交换机对学习到的IED设备信息与IED数据订阅关系信息进行分析处理，生成IED订阅关系的组播表项信息，即订阅关系组播转发表。
例如，交换机根据IED数据订阅关系信息表1中的IED name1，通过步骤4学习到如表3所示的设备信息，交换机结合表1订阅关系信息和表3的IED设备信息数据进行分析，将LLDP协议学到的网络连接关系识别出来的级联端口，加入到所有的订阅关系组播转发表中。生成如表4所示的组播转发表。
表4组播转发表信息
Figure BDA0002562069250000052
其中的key表征了数据流的关键特征，第一列为报文的目的MAC地址，第二列为所带VLAN标识，其中的MAC为组播MAC地址，代表了一个组播组。Data表征了应将该数据流往何处转发的指导信息，端口(port)是该组播组中的成员接口，Iedname1是成员接口所连接的IED设备，单播MAC地址是设备对应的终端MAC地址，appid是对应的业务报文，是通过学习的IED设备信息和交换机连接关系中获得。
(6)交换机通过扩展类型LLDPDU，即类型101对应的TLV，向相邻的交换机发送订阅关系组播转发表表项信息，相邻的交换机接收对应的LLDPDU扩展类型报文，并学习记录LLDPDU扩展类型报文携带的订阅关系组播转发表。同样地，相邻交换机需要将该订阅关系组播转发表进行整网扩散。
交换机学习完成其他交换机发布的组播转发表信息后，向周边交换机发学习完成通知消息。此处使用类型102对应的TLV进行发布。
过程层网络数据流按学习到的组播表转发。优选地，网络管理系统可以读取智能变电站过程层网络交换机上的订阅关系组播转发表，并进行订阅关系的校验核对以及可视化展示。
(7)当IED设备与交换机连接接口变更、交换机网络拓扑变更时，感知到变更的交换机设备发起订阅关系组播转发表的更新，并通过对应扩展类型LLDPUD通知相邻交换机进行组播转发表配置变更，及变更后的组播表信息。
此处通过类型102对应的TLV向相邻交换机通告组播表项发生变更，然后使用类型101对应的TLV把变更后的组播表项通告给网络上的相邻交换机。相邻交换机接收到通告报文后，进入到表项更新处理，等待新的组播转发表信息；接收到新的转发表信息后对自身设备上的转发表进行更新，同时进行扩散。

Claims (5)

1.一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
网络管理系统根据智能变电站对应的SCD配置文件，提取IED数据订阅关系信息，并将所述信息下发给智能变电站过程层网络的任意一台交换机；
接收到所述IED数据订阅关系信息的交换机，通过第一扩展类型LLDPDU向相邻交换机发送所述IED数据订阅关系信息，所述相邻交换机接收并学习LLDP报文携带的所述IED数据订阅关系信息，并以同样方式将该信息进行扩散；
智能变电站过程层网络交换机通过捕获IED数据报文学习识别IED设备信息，通过LLDP协议交互获得交换机连接信息；
智能变电站过程层网络交换机根据IED设备信息、IED数据订阅关系信息和交换机间连接关系信息，生成IED订阅关系的组播表项信息，即订阅关系组播转发表；
智能变电站过程层网络交换机通过第二扩展类型LLDPDU向相邻交换机发送订阅关系组播转发表表项信息，所述相邻交换机接收并学习LLDP报文携带的订阅关系组播转发表，并以同样方式将该信息进行扩散；
所述第一扩展类型LLDPDU和第二扩展类型LLDPDU是通过对LLDPDU中的TYPE保留字段进行扩展而构造的数据部分，通过扩展定义两个TYPE值A和B，使之对应的TLV分别携带IED数据订阅关系信息和订阅关系组播转发表信息，分别形成第一扩展类型LLDPDU和第二扩展类型LLDPDU。
2.根据权利要求1所述的一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法，其特征在于，所述IED数据订阅关系信息包括：goose/sv报文组播地址、goose/sv报文类型、订阅数据的IED名称、数据来源IED名称、业务报文唯一标识app ID、vlanID。
3.根据权利要求1所述的一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法，其特征在于，所述订阅关系组播转发表表项信息包括：组播地址、组播出端口列表、组播源IED名称。
4.根据权利要求1所述的一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法，其特征在于，所述方法还包括：当IED设备与智能变电站过程层网络交换机连接接口变更和/或交换机网络拓扑变更时，感知到变更的交换机设备发起订阅关系组播转发表的更新，并通过第三扩展类型LLDPDU通知相邻交换机进行组播转发表配置变更，所述第三扩展类型LLDPDU为预先定义的TYPE C类型，其对应的TLV携带IED订阅信息变更通知。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的一种基于LLDP发布智能变电站业务订阅关系的方法，其特征在于，所述方法还包括：网络管理系统读取智能变电站过程层网络交换机上的订阅关系组播转发表，并进行订阅关系的校验核对以及可视化展示。
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