CN201821163U - 智能变电站网络性能分析装置 - Google Patents
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Abstract
一种智能变电站网络性能分析装置，由网络交换机和嵌入式工作站构成，所述嵌入式工作站包含：嵌入式工业级标准底板1、CPU处理器4、系统内存5、以太网卡以及安置上述电子器件在内的工作站标准机箱；嵌入式工业级标准底板采用PICMG1.0PCI/ISA总线标准与CPU处理器、键盘2、LCD显示器3、存储器5及各接口连接；工作站标准机箱采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式；以太网卡包括光纤接口以太网卡和RJ45接口以太网卡；网络交换机经100Mbps以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤接口网卡通过PCI总线与CPU处理系统相连，CPU处理系统对网络数据进行分析处理后，通过RJ45接口以太网卡与智能变电站一体化信息平台进行通讯。本实用新型适用于对智能变电站网络性能的分析评价。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能变电站网络性能分析装置，属智能变电站网络通信技术领域。
背景技术
在电力系统的常规变电站中，二次系统的保护测控设备对电流电压等模拟量的采集，以及跳合断路器都是通过电力电缆硬接线方式完成。随着变电站技术的发展，智能变电站技术逐步得到应用。在智能变电站中，网络通信技术在到着非常重要的作用，电流电压等模拟量的采集以及一次设备的控制都必须通过网络以数字信号通信的方式来完成。随着基于IEC61850通讯体系的变电站系统的推广应用，对站控层及过程层网网络性能提出了极高的要求，一旦变电站中的网络出现问题则可能引发灾难性后果。以太网内部过多的数据通信，使得网络及网络设备在负载、工作效率以及安全方面都承受着巨大的压力。电力系统中的管理、运行人员，必须有效地了解网络中的通讯数据传输是否正常、智能电子设备(IED)以及网络设备是否过载运行、局域网内部以及局域网与互联网的连接是否正常、IED之间的数据传输是否正常(如：GOOSE信息、互操作信息、故障录波信息、控制信息)等等，同时，在遇到网络时断时续、网络内部站控层网络、过程层网络故障时，必须能快速定位故障点并将其排除。因而，对智能变电站网络性能进行实时监测与分析成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是，提供一种能在电力系统智能变电站中实现实时网络性能监测与分析的装置。
实现本实用新型的技术方案是，所述智能变电站网络性能分析装置由网络交换机和嵌入式工作站构成。嵌入式工作站包含：嵌入式工业级标准底板1、CPU处理器4、系统内存5、以太网卡以及安置上述电子器件在内的工作站标准机箱；嵌入式工业级标准底板采用PICMG1.0PCI/ISA总线标准与CPU处理器、键盘2、LCD显示器3、存储器5及各接口连接；工作站标准机箱为采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式的方形全密封合金机箱；以太网卡包括光纤接口以太网卡和RJ45接口以太网卡；网络交换机经100Mbps以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤接口网卡通过PCI总线与CPU处理系统相连，CPU处理系统对网络数据进行分析处理后，通过RJ45接口以太网卡与智能变电站一体化信息平台进行通讯。图1所示为本实用新型智能变电站网络性能分析装置原理框图。
本实用新型采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式的方形全密封合金机箱，可外接标准键盘、鼠标、打印机以及显示器或触摸屏，整机采用合金机箱，全密封，无风扇，提高了整机的可靠性。
本实用新型采用面向工业应用的超紧凑、无风扇、全密封的坚固型嵌入式设备，具有高可靠性，专门为要求低功耗的有限空间应用而设计，可在变电站现场上屏安装使用。装置所有的电子器件都被密封在一个坚固的密闭金属外壳中。装置无需使用风扇。具有2个LAN、6个RS-232/485串口接口满足不同应用要求。
本实用新型与现有技术比较的有益效果是，本实用新型采用网络嗅探技术获得智能变电站站控层网络及过程层网络报文，对通讯网络报文进行统计分析从而对网络性能给出了评价。无需改变智能变电站原有的网络拓朴结构，在不影响变电站正常运行的情况下，完成对站控网及过程层网络数据的捕获，进而实现对通讯网络性能进行测试与评价的目标，实现了与智能变电站的高度融合。
本实用新型适用于对智能变电站网络性能的分析和评价。
附图说明
图1是智能变电站网络性能分析装置原理框图；
图中图号为：1嵌入式工业级标准底板；2KBD键盘；3LCD显示器；4CPU微处理器；5STB存储器；6电源系统；7以太网接口；8打印接口；9串行通信口；10 KBD键盘扩展口；11 RS485通信口。
具体实施方式
本实施例由网络交换机、嵌入式工作站构成。嵌入式工作站包含：嵌入式工业级标准底板、CPU处理器、系统内存、以太网卡和工作站标准机箱；嵌入式工作站尺寸为4U 19″标准机箱，采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式；工作站内置14槽嵌入式工业级标准底板为多功能扩展基板，总线类型为PICMG1.0 PCI/ISA总线标准；CPU处理器为Pentium 4处理器；系统芯片集：Intel 865GV芯片组；系统内存：两条184Pin脚双通道DDR DIMM插槽，最大支持2GB；工作站包含一块PCI类型的光纤接口以太网卡及一块RJ45接口的以太网卡，分别用于接收网络数据及发送分析结果；操作系统采用Windows XP。
网络交换机经100Mbps以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤接口网卡通过PCI总线与CPU处理系统相连，CPU处理系统对网络数据进行分析处理后，通过RJ45接口以太网卡与智能变电站一体化信息平台进行通讯。
本实用新型工作原理及实现智能变电站网络性能分析功能包括以下步骤：
1、设定网卡工作模式
本实施例首先设定光纤接口以太网卡的工作模式，将网卡强制置于混杂模式工作，接收所有通过网络设备的数据。
2、利用网络嗅探技术，捕获网络报文
设置网卡工作于混杂模式后，所有数据帧都会被网卡驱动程序上传给网络层。分组数据到了网络层后，网络层处理程序还要对其目的IP地址进行判断，如果是本地IP，则上传给传输层处理(传输层再根据目的端口号来决定由哪个上层应用处理数据报文)，否则丢弃。上层应用也无法“抓”到本不属于自己的数据包。这就需要一个直接与网卡驱动程序接口的驱动模块，通过该模块网卡上传的数据帧就有了两个去处：一个是正常的协议栈，另一个就是分组捕获及过滤模块，对于非本地的数据包，前者会丢弃，后者会根据上层应用要求来决定上传还是丢弃。
本实施例的分组捕获机制，采用winpcap(windows packet capture)工具，winpcap是windows平台下一个免费、公共的网络访问系统，它为win32应用程序提供了访问网络底层的能力。利用Wincap完成以下功能：(1)捕获原始数据报文，包括在共享网络上各主机发送/接收的以及相互之间交换的数据报文。(2)在数据报文发往应用程序之前，按照自定义的规则将某些特殊的数据报文过滤掉。(3)在网络上发送原始的数据报文。(4)收集网络通信过程中的统计信息。Winpcap包括内核级的数据包监听设备驱动程序、低级动态连接库packet.dll和高级系统无关库wpcap.dll。数据包监听设备驱动程序直接从数据链路层取得网络数据包不加修改地传递给运行在用户层的应用程序，也允许用户发送原始数据包。低级动态连接库packet.dll运行在用户层，把应用程序和数据包监听设备驱动程序隔离开，使得应用程序可以不加修改地在不同的Windows系统上运行。不同Windows系统上的packet.dll并不相同，但他们提供了一套相同的调用接口，使高级系统无关库不依赖于特定Windows平台。高级系统无关库wpcap.dll和应用程序编译在一起，它使用低级动态连接库提供的服务，向应用程序提供完善的监听接口。
3、网络性能分析
在获取到网络报文以后，可通过对报文的各种处理，完成不同的通讯网络性能分析功能。包括如下分析：
(1)通过MAC地址扫描分析、数据包播放等操作，完成网络的应用管理和故障诊断等功能；
(2)通过分析网络报文中的源地址、目的地址信息，根据地址表与设备的对应关系，绘制出变电站二次系统中保护控制设备、合并单元之间的连接状况矩阵图，矩阵图可以非常方便地查看网络的使用情况，查找带宽占用最大者，也可以找出最为活跃的自动化设备；
(3)对网络报文进行详尽的统计分析，得出特定时段的数据变化情况，得到不同协议或端点之间的各类统计信息；
(4)对网络报文进行分类分析，可得到设备会话分析图，提供网络中各IED之间在IEC 61850网络进行的会话通讯信息。
(5)对网络报文进行网络端点统计分析，可快速找定位通讯量最大的IP端点和物理端点，并给出每个网络协议的端点流量明晰统计排名情况。
4、发送分析结果
本实施例的CPU处理系统通过RJ45接口的以太网卡将各类网络报文的分析结果发送到智能变电站的一体化信息平台进行集中展示，通信规约符合智能变电站无缝通信协议IEC 61850。
Claims (3)
1.一种智能变电站网络性能分析装置，由网络交换机和嵌入式工作站构成，其特征是，所述嵌入式工作站包含：嵌入式工业级标准底板(1)、CPU处理器(4)、系统内存(5)、以太网卡以及安置上述电子器件在内的工作站标准机箱；嵌入式工业级标准底板采用PICMG1.0PCI/工SA总线与CPU处理器、键盘(2)、LCD显示器(3)、存储器(5)及各接口连接；工作站标准机箱为采用LCD显示、机箱、键盘三位一体化工作方式的方形全密封合金机箱；以太网卡包括光纤接口以太网卡和RJ45接口以太网卡；网络交换机经100Mbps以太网将数据输入至光纤以太网卡，光纤接口网卡通过PCI总线与CPU处理系统相连，CPU处理系统对网络数据进行分析处理后，通过RJ45接口以太网卡与智能变电站一体化信息平台进行通讯。
2.根据权利要求1所述的智能变电站网络性能分析装置，其特征是，所述工作站标准机箱采用方形全密封合金机箱，可外接标准键盘、鼠标、打印机以及显示器或触摸屏。
3.根据权利要求1所述的智能变电站网络性能分析装置，其特征是，所述装置所有的电子器件都被密封在一个坚固的密闭金属外壳中，装置无需使用风扇。
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