CN113273135B - 变电站中的网络拓扑发现 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括：确定变电站系统中处于联网状态的多个设备，多个设备包括主机计算机、交换机和终端设备；确定多个设备的设备间连接关系；以及基于设备间连接关系，生成针对多个设备的布局视图，布局视图包括：包括主机计算机的表示的主机计算机层；包括表示交换机的总线的交换机层；以及包括终端设备的表示的终端设备层，主机计算机层和终端设备层中的每个连接到交换机层。

Description

变电站中的网络拓扑发现
技术领域
本公开的实施例一般涉及电力系统，并且特别地涉及变电站中的网络拓扑发现。
背景技术
随着电力系统中的自动化和智能化的发展，智能设备的数量明显增加。此外，继电保护的算法和逻辑已经演进到了先进水平。因此，设备间的通信连接关系变得越来越复杂，特别是当变电站的网络中存在冗余通信配置时。在这种情况下，设备的故障定位和维护将变得麻烦。
随着设备的增加和连接关系的增加，变电站中的设备的现有布局视图变得越来越复杂和不清楚。例如，难以看到终端设备与交换机或主机计算机之间的连接关系。
此外，现有的设备发现过程中还存在一种被称为“设备丢失”的现象。一些在线设备不能被自动发现，并且因此被称为设备丢失。
因此，在变电站中的网络拓扑发现中，存在对可以解决上述问题的至少一部分的改进的需求。
发明内容
一般而言，本公开的示例实施例提供一种用于变电站中的拓扑发现的方案。
在第一方面，提供了一种方法。方法包括：确定变电站系统中处于联网状态的多个设备，多个设备包括主机计算机、交换机和终端设备；确定多个设备的设备间连接关系；以及基于设备间连接关系，生成针对多个设备的布局视图，布局视图包括：包括主机计算机的表示的主机计算机层；包括表示交换机的总线的交换机层；以及包括终端设备的表示的终端设备层，主机计算机层和终端设备层中的每个连接到交换机层。
在一个实施例中，终端设备包括智能电子设备(IED)和时间源设备中的至少一个。
在一个实施例中，确定多个设备包括：向变电站系统中的每个网络地址发送第一回声请求；响应于从第一设备接收到对第一回声请求的第一响应，向包括第一设备的网络段中的每个网络地址发送第二回声请求；以及响应于从网络段中的第二设备接收到对第二回声请求的第二响应，将第二设备确定为多个设备中的一个设备。
在一个实施例中，确定多个设备还包括：响应于没有从网络段中的网络地址接收到对第二回声请求的第二响应，向网络段中的网络地址发送套接字客户端服务器(socketclient-server)连接请求；以及响应于从第三设备接收到对socket client-server连接请求的第三响应，将第三设备确定为多个设备中的一个设备。
在一个实施例中，方法包括获得针对多个设备的标识信息；并且其中布局视图包括标识信息的表示。
在一个实施例中，终端设备包括智能电子设备(IED)和时间源设备，并且其中获得标识信息包括：基于变电站配置描述(SCD)文件和IEEE媒体访问控制(MAC)地址表中的至少一个，确定针对IED的标识信息；以及基于简单网络时间协议(SNTP)协议和IEEE 1588协议中的至少一个，确定针对时间源设备的标识信息。
在一个实施例中，获得标识信息包括：基于简单网络管理协议(SNMP)协议，确定针对主机计算机和交换机的标识信息。
在一个实施例中，确定设备间连接关系包括：确定多个设备中的交换机之间的第一连接关系，作为设备间连接关系的一部分；以及基于IEEE媒体访问控制(MAC)地址表和针对交换机的地址转发表(AFT)，确定交换机与多个设备中包括的其余设备之间的第二连接关系，作为设备间连接关系的另外部分。
在一个实施例中，确定交换机之间的第一连接关系包括：基于发现协议和快速生成树协议(RSTP)协议中的至少一个，从交换机中发现一个或多个相邻交换机；基于简单网络管理协议(SNMP)协议获得针对交换机的AFT；以及基于AFT，发现其他交换机之间的连接关系。
在一个实施例中，生成布局视图包括：确定交换机的第一多个排列，第一多个排列使交换机和终端设备之间的连接线的总长度最小化；从交换机的第一多个排列确定交换机的第二多个排列，第二多个排列基于交换机的第一排列，使交换机之间的连接线的总长度最小化；以及从交换机的第二多个排列确定交换机的第三排列，第三排列基于交换机的第二排列，使主机计算机和交换机之间的连接线的总长度最小化；以及基于交换机的第三排列生成布局视图。
在一个实施例中，生成布局视图包括：响应于针对终端设备中的第一终端设备的连接线穿过其他设备中的至少一个设备，沿着总线移动第一终端设备的表示，使得连接线不穿过任何其他设备。
在第二方面，提供了一种计算设备。计算设备包括处理器；以及存储指令的计算机可读存储介质，指令在由处理器执行时，使得处理器执行第一方面的方法。
在第三方面，提供了一种变电站。变电站包括：主机计算机；耦合到主机计算机的交换机；耦合到交换机的终端设备；以及第二方面的计算设备。
在第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储指令，该指令在由计算设备执行时，使得计算设备执行第一方面的方法。
应当理解，本发明内容不旨在标识本公开的实施例的关键或本质特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过以下描述，本公开的其他特征将变得容易理解。
附图说明
通过附图中对本公开的一些实施例的更详细的描述，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是示意性地图示可以在其中实现本公开的实施例的系统的框图；
图2是根据本公开的实施例的流程图，其图示了变电站中的拓扑发现的方法；
图3A是根据本公开的实施例的流程图，其图示了变电站中的设备发现的方法；
图3B是根据本公开的实施例的流程图，其图示了变电站中的设备发现的方法；
图4示出了根据本公开的实施例的变电站的布局视图；
图5示出了根据本公开的实施例的变电站的布局视图的一部分；
图6示出了根据本公开的实施例的变电站的布局视图的一部分，其中虚拟格子被示出；以及
图7示出了根据本公开的实施例的变电站的布局视图的一部分。
贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。
具体实施方式
现在将参考一些示例实施例来描述本公开的原理。应当理解，这些实施例仅出于说明目的而被描述，并且帮助本领域技术人员理解和实现本公开，并不暗示对本公开范围的任何限制。本文描述的公开可以以除了下面描述的方式之外的各种方式来被实现。
如本文所使用的，术语“包括”及其变型应当被理解为意指“包括但不限于”的开放术语。术语“基于”应当被理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应当被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当被理解为“至少一个其他实施例”。明确和隐含的其他定义可以在下面被包括。
图1是图示可以在其中实现本公开的实施例的系统100的框图。系统100包括变电站系统102，也被称为变电站的网络。变电站系统102包括主机计算机、交换机和终端设备或最终设备，诸如智能电子设备(IED)和时间源设备。根据本公开的实施例，系统100还包括后端104，后端104被配置成执行拓扑发现和生成布局视图。根据本公开的实施例，系统100还可以包括前端106，前端106被配置成输出布局视图和与用户输入交互。
图2是根据本公开的一些实施例的流程图，其图示了变电站中的拓扑发现的方法200。方法200可以在后端104并且可选地在前端106处被实施。方法200现在将参考系统100来被描述，但是也可以在任何其他合适的系统中被实施。
在框202处，系统可以确定变电站系统中处于联网状态的多个设备。多个设备包括主机计算机、交换机和终端设备，诸如IED和时间源设备。这也可以被称为设备发现过程。
在一些实施例中，网络设备的发现可以包括扫描IP地址并且生成IP-MAC地址对应表。在扫描IP地址时，主机计算机首先可以通过使用因特网控制消息协议(ICMP)协议，对在子网掩码范围内的每个可能配置的IP地址，向网络连续发送“探测(ping)”请求。如果某个在线设备响应了该请求，则主机计算机将接收到响应报文，然后系统将知道该设备的状态为在线，并且收集其IP地址的值。
在收集在线设备的IP地址后，当生成IP-MAC地址对应表时，系统可以获得在线设备的MAC地址，并且在通过使用ARP协议查询主机计算机的ARP IP-MAC地址表的辅助下，生成IP-MAC地址对应表。
发明人已经标识了设备发现的现有方法的许多问题，这些问题将在下面被描述。
1.扫描IP地址的方法通过使用ICMP协议仅支持“Ping”请求。因此，如果一些特定设备出于安全考虑禁用了响应“Ping”请求的功能，则系统将不能发现这些特定设备。出现“设备丢失”的现象。
2.第二问题的出现取决于需要被扫描的IP地址的量。如果IP地址的量较少，扫描的过程很短，则不存在问题，例如子网掩码配置成255.255.255.0，则只存在254个IP地址需要被扫描。如果IP地址的量非常大，例如当子网掩码被配置成255.255.0.0时，存在65334个IP地址需要被扫描，目前主流系统无法避免很大的问题：长时间消耗和设备发现丢失。
测试指示，如果子网掩码被配置成255.255.0.0，则IP扫描过程的耗时4小时以上，同时出现“设备丢失”的现象。
“设备丢失”的现象是网络中的某些设备实际上是存活的，但设备发现系统不能找出它们。有以下2个原因：
a.使用多线程以异步方式“ping”IP地址的过程，导致线程阻塞，并且该问题使得中继数据包丢失。
b.动态ARP IP-MAC地址表在主机计算机中的默认存在时间仅为2分钟。这意味着，如果每次“Ping”的时段超过2分钟，则所获得的在线IP地址就不能在ARP IP-MAC地址表中找出对应的MAC地址。
3.一些类似的系统使用多线程异步发送“ping”请求来解决长时间消耗的问题。但是，如果超时值和暂停时间的调节没有做好，就会经常出现“设备丢失”的现象。因为如果这两个时间被设置太短，则线程阻塞将引起ping响应数据包丢失，并且误认为IP无效，引起“设备丢失”，同时使得CPU和存储器占用很高。反之，如果这两个时间被设置太长，扫描和收集IP地址的时间周期有超过动态ARP IP-MAC地址表在主机计算机中的默认存在时间的风险，并且引起“设备丢失”，同时使得时间消耗也被延长。
为了解决上述问题，提出了一种用于设备发现的方法，即快速搜索方法。在该方法中，系统可以向变电站系统中的每个网络地址发送第一回声请求。例如，回声请求可以是ping请求。以该方式，系统可以确定响应回声请求的网络段，继而缩小设备发现的范围。
如果从第一设备接收到对第一回声请求的第一响应，则系统可以向包括第一设备的网络段中的每个网络地址发送第二回声请求。
如果从网络段中的第二设备接收到对第二回声请求的第二响应，则系统可以将第二设备确定为多个设备中的一个设备。
另外，如果没有从网络段中的网络地址接收到对第二回声请求的第二响应，则系统可以向该网络段中的网络地址发送套接字客户端服务器(socket client-server)连接请求。以该方式，系统可以发现回声请求被禁用的设备。例如，如果从第三设备接收到对socket client-server连接请求的第三响应，则将第三设备确定为多个设备中的一个设备。
图3A是图示诸如IP地址的网络地址扫描方法300的流程图。
在框302处，系统可以收集响应回声请求的网络段。例如，系统将通过“ping”一次或多次(例如5次)，来扫描当前子网掩码范围内每个可能配置的IP地址。该阶段重点收集网络段，目的是缩小需要被扫描的IP地址的范围。例如，如果子网掩码为“255.255.0.0”，则存在65334个IP地址需要被扫描。但是，可能所有在线设备的真实IP地址在10.10.110.0到10.10.114.254之间。因此，系统将仅收集从10.10.110.XX到10.10.114.XX的网络段。
在框304处，系统可以扫描所收集的网络段中的每个网络段一轮或多轮，例如最多5轮。更具体地，在每一轮期间，系统将通过使用多线程，在每个网络段中从子IP地址1到255异步发送“ping”请求。为了优化IP扫描的整体时间，系统将在IP地址响应“Ping”请求时立即记录该IP地址，并且该IP在下一轮中不会再次被“Ping”。
在每轮循环之间，系统始终监控线程池的占用的状态，如果线程池接近满载，则系统将进入等待的状态，直到线程池的资源被充分释放为止。
在框306处，系统可以ping所收集的网络段中的每个地址多次，以便避免出现设备丢失的现象。例如，系统在一轮中将连续ping单个IP地址5次，总共256轮。
在框308处，系统将通过使用TCP协议，向所收集的网络段中没有响应的IP地址发送“socket client-server”连接请求，以便发现禁用“Ping”请求的响应的一些特定设备。
在每一轮期间，在系统收集了在线设备的IP地址后，它将读取主机计算机中的ARPIP-MAC表，以便在该表的存在时间内及时得到信息。
该设备发现的方法接受支持最多65334个设备在线，并且最大时间消耗从现有方案的4小时缩短到10分钟。对于变电站内的网络，该方法的有效范围是绰绰有余的。不存在“设备丢失”的现象。
本公开的实施例与现有方案之间的性能比较被表示在下表中。
现有方案 本公开
子网掩码 255.255.0.0, 255.255.0.0，
Ping的IP量 256*256-2＝65334 256*256-2＝65334
时间消耗 >＝4小时 最大10分钟
设备发现丢失 是 否
显然，本公开的实施例大幅增加了效率，同时没有出现“设备丢失”的现象。
随着变电站智能化的发展，变电站的网络中使用的IED和交换机的类型越来越多样化。这种情况给故障定位的任务带来了很大的问题。目前，还没有一款产品具备设备标识的能力。
此外，系统可以提供对变电站的网络中的主要和所关注的设备的标识完整功能，主要和所关注的设备包括主机计算机、IED、交换机和时间源设备。系统可以支持设备标识信息的文本描述和图形呈现中的至少一种。系统可以使用一种或多种方法和协议来实现设备标识的过程。
在一些实施例中，对于系统中已经配置的IED，系统可以从变电站配置描述(SCD)文件获得相关信息，包括技术密钥、IED系列类型、制造商、IP地址、MAC地址、面向通用对象的变电站事件(GOOSE)和样本值(SV)信息。对于系统中未配置的其他设备，系统将查询由IEEE委员会提供的MAC地址表，来标识设备名称、制造商、IP地址和MAC地址。
在一些实施例中，系统可以通过使用SNMP协议来确定主机计算机标识。例如，系统可以从具有特定对象标识符(OID)的主机计算机的管理信息库(MIB)获得相关信息，包括主板配置、中央处理器(CPU)负载、存储器占用、操作系统等。系统可以获得主机计算机的制造商、MAC地址、IP地址信息。
在一些实施例中，系统可以通过使用SNMP协议来确定交换机标识。例如，系统可以通过特定的OID从交换机中的MIB获得相关信息，包括产品名称、类型、制造商、IP地址和MAC地址。一些类型的交换机支持通用公共OID，但一些制造商仅支持私有OID。系统不仅可以支持对支持通用公共OID的所有交换机的标识，还可以支持对支持私有OID的一些交换机的标识。
在一些实施例中，系统可以确定针对时间源设备的标识信息。对于仅支持SNTP协议的时间源设备，系统将向变电站的网络发送时钟同步请求。如果响应消息中的时间源的值不是本地的，而是全球定位系统(GPS)或其他，则系统会将该设备视为时间源。对于支持IEEE 1588精密时钟同步协议的时间源设备，系统将捕获网络中的PTP公告报文。在解析消息后，系统可以获得时间源设备的MAC地址、主时间源的类型。参考由IEEE委员会提供的MAC地址表，系统可以获得相关信息，包括制造商、MAC地址和IP地址。
返回图2，在框204处，系统可以确定多个设备的设备间连接关系。
图3B是图示确定设备的设备间连接关系的方法350的流程图。
在框351处，系统可以从所发现的设备列表选择交换机。系统可以根据适当的属性(诸如网桥)来从所发现的设备区分交换机。使用SNMP协议，系统可以利用OID 2.17.1.1.0从交换机的MIB获得桥接网络性质信息。但是，对于常见的终端设备(例如像IED)，使用该OID无法获得任何信息。这意味着如果系统向某个普通终端设备发送具有OID 2.17.1.1.0的“Get”请求，则系统接收的响应将为空。因此，可以从所发现的设备列表选择交换机。
在框352处，系统可以获得AFT(地址转发表)和相关信息。使用SNMP协议，系统可以获得完整的AFT(地址转发表)、端口的数目和端口的状态。AFT包含所有目的地MAC地址，尽管存在冗余。例如，如果交换机1的端口1连接到交换机2的端口2，则交换机1的AFT不仅包含交换机2的端口2的MAC地址，还包含交换机2的其他端口的所有MAC地址。以下步骤可以去除冗余的MAC地址，并且获得准确的端口-端口连接关系信息。
在框353处，系统可以通过使用LLDP协议来发现相邻交换机。如果交换机支持LLDP协议，则系统可以通过特定的OID从当前交换机的MIB获得连接关系信息，包括IP地址、MAC地址以及当前交换机与其相邻交换机之间连接的端口。
在框354处，系统可以通过使用RSTP协议来发现交换机之间连接关系。如果交换机不支持LLDP协议，系统将使用RSTP协议来发现交换机之间的连接关系。使用RSTP协议，系统可以通过特定OID，从当前交换机中的MIB获得STP表。然后，系统可以知道根桥(root)端口、主干(Trunk)端口和阻塞(blocking)端口。最后，系统可以发现交换机之间的连接关系。
在框355处，系统可以基于AFT发现其余交换机之间的连接关系。例如，系统可以使用基于AFT的方法，来发现其余交换机之间的连接关系，并且删除从框352获得的地址转发表中的冗余信息。
在基于AFT的方法中，系统首先获得交换机的所有AFT。然后，系统可以审阅端口的状态，并且找出连接到其他交换机的端口。系统可以将每个交换机的AFT与其他交换机的AFT一一相交，找出直接连接的交换机。
在框356处，系统可以更新连接关系的信息，删除冗余信息，并且保存结果。
在框357处，系统可以发现交换机和其他类型的设备之间的连接关系。通过将所发现的设备的MAC地址表与交换机的AFT进行比较，系统可以发现交换机与其他类型设备的连接关系。
返回到图2，在框206处，系统可以基于设备间连接关系生成针对多个设备的布局视图。布局视图包括：包括主机计算机的表示的主机计算机层；包括表示交换机的总线的交换机层；以及包括终端设备的表示的终端设备层。主机计算机层和终端设备层中的每个连接到交换机层。
图4示出了说明性布局视图，包括主机计算机402-406、交换机412-418和终端设备421-452。交换机层包括表示交换机412-418的水平总线，并且主机计算机402-408和终端设备421-452连接到总线。
现有的布局视图随着设备和连接关系的增加而变得越来越复杂和不清楚。但是，三层布局可以使设备的布局更加清楚，即使设备的数目大幅增加。
在一些实施例中，为了尽可能减少连接线，避免交叉连接线的现象，提出了一种优化方法。例如，系统可以确定交换机的第一多个排列，第一多个排列使交换机和终端设备之间的连接线的总长度最小化。然后，系统可以从交换机的第一多个排列确定交换机的第二多个排列，第二多个排列基于交换机的第一排列，使交换机之间的连接线的总长度最小化。然后，系统从交换机的第二多个排列确定交换机的第三排列，第三排列基于交换机的第二排列，使主机计算机和交换机之间的连接线的总长度最小化。交换机的第三排列可以用于生成布局视图。
例如，第一目标是搜索使终端设备层中连接线的总长度最短的最优布局。交换机布局的种类直接影响终端设备和交换机总线之间连接线的长度和复杂性。由于变电站的网络中终端设备的量最大，因此该层中的连接关系最复杂。因此，第一目标是搜索最优的交换机组合，以使终端设备层中的连接线的总长度最短。
在一些实施例中，计算过程被描述如下。
步骤1.假设从某个设备到其最近相邻交换机的距离为具有1的值的单位长度。例如，IED 421和交换机412之间的距离是单位长度。因此，如果某个IED穿过另一个交换机总线，并且连接到另外的交换机线，则连接线的长度为1X3＝3。
步骤2.对交换机进行全排列，并且在每种交换机组合下，计算终端设备层中的连接线的总长度。
交换机的组合的量为：
CombineCntswitch＝Cntswitch！
CombineCntswitch表示交换机的组合的量，Cntswitch表示交换机的量，并且符号“！”意指阶乘运算。例如，4！＝4×3×2×1＝24。
终端设备层中的连接线的总长度为：
TOTLengthfinalLayer表示终端设备层中连接线的总长度，Lengthdevice表示设备与其对应的交换机之间的连接线的长度，Ndevice表示设备的数目。
对于CombineCntswitch个交换机组合，终端设备层中连接线的总长度的所有值可以被表示为：
ArrayfinalLayer＝[TOTLength_1finalLayer,TOTLength_2finalLayer...,TOTLength_nfinalLayer]
ArrayfinalLayer表示在所有交换机组合下的终端设备层中连接线的总长度的阵列。TOTLength_nfinalLayer表示在n个交换机组合下的终端设备层中连接线的总长度。
步骤3.选择使终端设备层中连接线的总长度最短的交换机的组合。
第二目标是搜索使交换机层中连接线的总长度最短的最佳布局。在通过实现第一目标获得的交换机组合之中，希望搜索使交换机层中连接线的总长度最短的最佳布局。详细计算过程如下：
步骤1.通过使用与实现第一目标的过程中的步骤1相同的计算方法，假设相邻交换机之间的距离为具有1的值的单位长度，因此，如果第一交换机和第三交换机彼此连接，则这两个交换机之间的距离是1x2＝2。例如，交换机412和交换机416之间的距离是两个单位长度，并且交换机412和交换机414之间的距离是一个单位长度。
步骤2.在实现第一目标的过程中获得的每个交换机组合下，计算交换机层中连接线的总长度。
交换机层中连接线的总长度为：
TOTLengthswitchLayer表示交换机层中连接线的总长度，Lengthswitch表示设备与其对应的交换机之间的连接线的长度，Nswitch表示设备的数目。
对于CombineCntswitch个交换机组合，交换机层中连接线的总长度的所有值可以被表示为：
ArrayswitchLayer＝[TOTLength_1switchLayer,TOTLength_2switchLayer...,TOTLength_nswitchLayer]
ArrayswitchLayer表示在所有交换机组合下的交换机层中连接线的总长度的阵列。
TOTLength_nswitchLayer表示在n个交换机组合下的交换机层中连接线的总长度。
步骤3.选择使交换机层中连接线的总长度最短的交换机组合。
第三目标是搜索使主机计算机层中连接线的总长度最短的最优布局。在实现第二目标的上述过程后得到的交换机组合之中，期望搜索使主机计算机层连接线的总长度最短的最佳布局。详细计算过程如下：
步骤1.使用与实现第一目标的过程的步骤1相同的计算方法，假设主机计算机和第二最近交换机之间的距离为具有1的值的单位长度，因此如果主机计算机和第四交换机相互连接，则主机计算机和第四交换机之间的距离是1x3＝3。例如，主机计算机404和交换机414之间的距离是单位长度，并且主机计算机406和交换机418之间的距离是三个单位长度。
步骤2.在实现第二目标的过程中获得的每个交换机组合下，计算主机计算机层中连接线的总长度。
主机计算机层中连接线的总长度为：
TOTLengthPCLayer表示主机计算机层中连接线的总长度。
LengthPC表示设备和其对应的交换机之间的连接线的长度。
NPC表示设备的数目。
对于CombineCntswitch个交换机组合，主机计算机层中的连接线的总长度的所有值可以被表示为：
ArrayPCLayer＝[TOTLength_1PCLayer,TOTLength_2PCLayer...,TOTLength_nPCLayer]
ArrayPCLayer表示在所有交换机组合下的主机计算机层中连接线的总长度的阵列。
TOTLength_nPCLayer表示在n个交换机组合下的主机计算机层中连接线的总长度。
步骤3.选择使主机计算机层连接线的总长度最短的交换机组合。事实上，可以获得两种最优化的交换机组合。这2种组合是反向对称的，例如第一组合是交换机1、交换机3、交换机4、交换机2；第二组合是交换机2、交换机4、交换机3、交换机1。原则上，任何组合可以作为结果。但是，为了适应视觉习惯，可以选择其第一交换机具有更多终端设备的组合作为最终最优结果。
全排列方法的时间消耗将随着元素的数目的增加而指数增加。测试指示，如果交换器的数目为7，则全排列的时间消耗为大约0.7秒，但是当交换器的数目为10时，该值增加到4小时。
因此，为了兼顾时间消耗，当交换机的数目超过7个时，可以将交换机分成两组。对每个组进行全排列，并且对其应用上述优化方法。然后，可以获得两组最优的交换机组合。然后，可以对两组最优组合应用全排列，并且可以获得最优的交换机组合。14个交换机消耗的最大时间为大约4秒。如果交换机的数目进一步增加，则交换机可以被分成两组以上。
在一些实施例中，某些IED的连接线可以穿过其他IED。如图5中所示，IED 522的连接线穿过IED 532，并且IED 523的连接线穿过IED 533和543。该图示可以引起察看者的混淆和困难。
在一些实施例中，如果确定用于第一终端设备的连接线穿过其他设备中的至少一个设备，则沿着总线移动第一终端设备的表示，使得连接线不穿过任何其他设备。例如，提出了一种名为“虚拟格子”的方法来规整最终设备的位置，以使所生成的最终最优布局可以彻底避免上述情况。
步骤1.生成虚拟格子，该虚拟格子可以完全包含终端设备层的区域，如图6中所示。例如，虚拟格子可以在存储器中被生成，并且不在界面上被显示。每个单元格的大小相同，并且可以完全包含设备和/或连接线。
步骤2.如果某个单元格填充有设备或连接线，则该单元格将被标注为True真。如果单元格为空，则该单元格将被标注为False假。
步骤3.将目标设备水平向右移动。每次移动一个单元格，然后判断目标设备所在的当前单元格的状态，以及被目标设备的连接线穿过的单元格的状态是被标注为真还是假。如果所有这些状态都为假，则移动的过程将停止，并且目的设备被固定在最佳位置，在该处，没有其他设备被目标设备的连接线穿过。如果否，继续将目标设备移动到下一个单元格，重复上述判断，直到找出最佳位置为止。
步骤4.如果目标设备已经被移动到当前视图的边界处，并且仍然没有合适的位置，则视图将自动添加新列，该列的所有单元格为空，同时，“虚拟格子”将自动添加新的空列。由于新添加的列为空，因此它可以适配目标设备，如图7中所示。例如，设备522和523被移动到新添加的列。
系统可以标识PC、交换机、时间源和IED。IP地址可以作为设备的标签。设备的图标也可以被显示，诸如其类型的图片。标识和/或连接性信息也可以被显示在界面上，或者可以响应于界面上的操作而被显示。以该方式，对于用户，显示可以是信息性和指示性的。
本发明可以是系统、方法和/或在任何可能的技术细节集成水平下的计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上具有用于使处理器实施本发明的方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷举列表包括以下：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备(诸如，其上记录有指令的打孔卡或凹槽内的凸起结构)，以及上述的任意合适的组合。如本文使用的计算机可读存储介质不应当被解释为瞬态信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)，或者通过电线传输的电信号。
本文描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质被下载到相应计算/处理设备，或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网)被下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并且转发该计算机可读程序指令，以供存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。
用于实施本发明操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、用于集成电路装置的配置数据，或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言，诸如Smalltalk、C++等，并且包括步骤式编程语言，诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立软件包执行、部分在用户的计算机上部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后面的场景中，远程计算机可以通过任意类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如，使用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路装置(例如，包括可编程逻辑电路装置、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA))，该电子电路装置可以执行计算机可读程序指令，以便执行本发明的方面。
本文参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合，可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以生产出一种机器，使得这些指令在经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行时，产生用于实现流程图和/或框图中的一个或多个框中指定的功能/动作的部件。这些计算机可读程序指令也可以被存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，以便其中存储有指令的计算机可读介质包括制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个框中指定的功能/动作的方面的指令。
计算机可读程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置，或其他设备上，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其他可编程装置，或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个框中指定的功能/动作。
附图中的流程图和框图图示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示一个模块、段或指令的一部分，模块、段或指令的一部分包含一个或多个用于实现指定的逻辑功能的可执行指令。在一些备选实施方式中，框中标注的功能也可以以不同于附图中标注的顺序发生。例如，以连续示出的两个框实际上可以基本并行地被执行，或者有时框也可以按相反的顺序被执行，这取决于所涉及的功能。也应当注意，框图和/或流程图中的框中的每个框，以及框图和/或流程图中的框的组合，可以由专用的基于硬件的系统来实现，该专用的基于硬件的系统执行指定功能或动作，或者实施专用硬件与计算机指令的组合。
本发明的各种实施例的描述已经出于说明的目的而被呈现，但是不旨在穷举或限于所公开的实施例。在不脱离所描述实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是明显的。本文使用的术语被选择，以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使本领域普通技术人员能够理解本文公开的实施例。

Claims (12)

1.一种方法，包括：
确定变电站系统中处于联网状态的多个设备，所述多个设备包括主机计算机、交换机和终端设备；
确定所述多个设备的设备间连接关系；以及
基于所述设备间连接关系，生成针对所述多个设备的布局视图，所述布局视图包括主机计算机层、交换机层和终端设备层，其中所述主机计算机层包括所述主机计算机的表示，所述交换机层包括表示所述交换机的总线线条，并且所述终端设备层包括所述终端设备的表示，所述主机计算机层和所述终端设备层中的每一个连接到所述交换机层；
其中确定所述多个设备包括：
向所述变电站系统中的每个网络地址发送第一回声请求；
响应于从第一设备接收到对所述第一回声请求的第一响应，向包括所述第一设备的网络段中的每个网络地址发送第二回声请求；
响应于从所述网络段中的第二设备接收到对所述第二回声请求的第二响应，将所述第二设备确定为所述多个设备中的一个设备；
响应于没有从所述网络段中的网络地址接收到对所述第二回声请求的所述第二响应，向所述网络段中的所述网络地址发送套接字客户端服务器连接请求；以及
响应于从第三设备接收到对所述套接字客户端服务器连接请求的第三响应，将所述第三设备确定为所述多个设备中的一个设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述终端设备包括智能电子设备(IED)和时间源设备中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
获得针对所述多个设备的标识信息；并且
其中所述布局视图包括所述标识信息的表示。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述终端设备包括智能电子设备(IED)和时间源设备，并且其中获得所述标识信息包括：
基于变电站配置描述(SCD)文件和IEEE媒体访问控制(MAC)地址表中的至少一个，确定针对所述IED的所述标识信息；以及
基于简单网络时间协议(SNTP)协议和IEEE 1588协议中的至少一个，确定针对所述时间源设备的所述标识信息。
5.根据权利要求3所述的方法，其中获得所述标识信息包括：
基于简单网络管理协议(SNMP)协议，确定针对所述主机计算机和所述交换机的所述标识信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述设备间连接关系包括：
确定所述多个设备中的所述交换机之间的第一连接关系，作为所述设备间连接关系的一部分；以及
基于IEEE媒体访问控制(MAC)地址表和针对所述交换机的地址转发表(AFT)，确定所述交换机与所述多个设备中包括的其余设备之间的第二连接关系，作为所述设备间连接关系的另外部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述交换机之间的所述第一连接关系包括：
基于发现协议和快速生成树协议(RSTP)协议中的至少一个，从所述交换机中发现一个或多个相邻交换机；
基于简单网络管理协议(SNMP)协议获得针对所述交换机的所述地址转发表(AFT)；以及
基于所述地址转发表(AFT)，发现其他交换机之间的连接关系。
8.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述布局视图包括：
确定所述交换机的第一多个排列，所述第一多个排列使所述交换机和所述终端设备之间的连接线的总长度最小化；
从所述交换机的所述第一多个排列确定所述交换机的第二多个排列，所述第二多个排列，基于所述交换机的所述第一排列，使所述交换机之间的连接线的总长度最小化；以及
从所述交换机的第二多个排列确定所述交换机的第三排列，所述第三排列，基于所述交换机的所述第二排列，使所述主机计算机和所述交换机之间的连接线的总长度最小化；以及
基于所述交换机的所述第三排列生成所述布局视图。
9.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述布局视图包括：
响应于针对所述终端设备中的第一终端设备的连接线穿过其他设备中的至少一个设备，沿着所述总线线条移动所述第一终端设备的所述表示，使得所述连接线不穿过任何其他设备。
10.一种计算设备，包括：
处理器；以及
计算机可读存储介质，存储指令，所述指令在由所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-8中任一项所述的方法。
11.一种变电站，包括：
主机计算机；
交换机，耦合到所述主机计算机；
终端设备，耦合到所述交换机；以及
根据权利要求9所述的计算设备。
12.一种计算机可读存储介质，其存储指令，所述指令在由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115589364A (zh) * 2021-07-06 2023-01-10 华为技术有限公司 一种通信方法、系统和装置
TWI821741B (zh) * 2021-09-07 2023-11-11 四零四科技股份有限公司 處理資料流的裝置及方法
CN114244758B (zh) * 2021-12-13 2024-06-25 武汉斗鱼鱼乐网络科技有限公司 安卓平台的网络诊断方法、存储介质、电子设备及系统
CN116827801B (zh) * 2023-08-25 2023-12-15 武汉吧哒科技股份有限公司 网络拓扑构建方法、装置、计算机设备及可读存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024567A2 (en) * 2003-08-18 2005-03-17 Spearman Anthony C Network communication security system, monitoring system and methods
CN103716189A (zh) * 2013-12-24 2014-04-09 深圳市共进电子股份有限公司 一种局域网终端网关设备配置管理方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504841B1 (en) * 1998-04-06 2003-01-07 Lockheed Martin Corporation Three-dimensional interconnection geometries for multi-stage switching networks using flexible ribbon cable connection between multiple planes
US20030154306A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-14 Perry Stephen Hastings System and method to proxy inbound connections to privately addressed hosts
US7493562B2 (en) * 2003-06-27 2009-02-17 Computer Associates Think, Inc. System and method for bridge port administration
CN102232177B (zh) * 2008-09-09 2013-10-23 电信系统公司 用于确定和管理来自多个测量设备的数据的方法和分布式系统
US9516451B2 (en) * 2012-04-10 2016-12-06 Mcafee, Inc. Opportunistic system scanning
GB2502349B (en) * 2012-05-25 2019-03-06 Nidec Control Techniques Ltd Method and system for communicating between devices
US20140282021A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Visualization of Communication Between Devices in an Electric Power System
WO2015077979A1 (zh) * 2013-11-29 2015-06-04 华为技术有限公司 维护管理方法、设备及设备维护系统
CN103746840B (zh) * 2013-12-30 2017-05-17 迈普通信技术股份有限公司 网络设备软件版本信息自动核对方法和系统
CN103762591B (zh) * 2014-01-16 2016-04-20 国家电网公司 一种配电网拓扑布图方法
CN103856579B (zh) * 2014-03-03 2017-01-25 国家电网公司 基于mac地址匹配的智能变电站网络设备拓扑动态识别方法
CN108429637B (zh) 2018-02-05 2021-05-07 国电南瑞科技股份有限公司 一种智能变电站过程层网络拓扑动态探测系统及方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024567A2 (en) * 2003-08-18 2005-03-17 Spearman Anthony C Network communication security system, monitoring system and methods
CN103716189A (zh) * 2013-12-24 2014-04-09 深圳市共进电子股份有限公司 一种局域网终端网关设备配置管理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A dynamic topology discovery method for smart substation networks;Yi Yang等;《2014 China International Conference on Electricity Distribution (CICED 2014)》;全文 *
多方位网络拓扑发现的通用算法与技术实现;由维昭, 刘强, 韦卫, 陈玉健;计算机应用研究(第12期);全文 *

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