WO2015131463A1 - 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 - Google Patents

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WO2015131463A1
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topology
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杨毅
卜强生
王小波
袁宇波
宋亮亮
郭雅娟
陈久林
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Definitions

  • the invention relates to a dynamic substation network device topology dynamic identification method based on MAC address matching, and belongs to the technical field of electric power automation.
  • the intelligent substation based on IEC 61850 adopts Ethernet as the substation communication network. Its automation system is logically divided into three layers: station control layer, interval layer and process layer. Among them, the interval layer equipment includes relay protection and monitoring and control devices. Electronic equipment (IED), process layer equipment includes an intelligent terminal, a merging unit, and the like, and an IED that interfaces with the primary device.
  • the network communication between the station control layer and the bay level of the intelligent substation follows the Manufacturing Message Specification (MMS), and the switch signal is transmitted between the bay layer and the bay layer, the bay layer and the process layer device using the Universal Object Substation Event (GOOSE) protocol.
  • the sampled value (SV) is transmitted by the IEC 61850-9-2 protocol.
  • MMS is based on the TCP/IP point-to-point transmission protocol; GOOSE and SV are multicast messages and adopt the "publish/subscribe" mechanism.
  • the intelligent substation adopts a two-layer industrial switch (hereinafter referred to as a switch) networking.
  • the networking mode includes multiple schemes such as "three-layer two-network” and "three-layer one-network".
  • the "two networks” refer to the station control layer network and the process layer network.
  • One network refers to a three-layer unified networking, which can be selected according to actual conditions.
  • the communication behavior between IEDs following IEC 61850 can be configured through the System Configuration Profile (SCD).
  • SCD System Configuration Profile
  • An SCD file is a typical nested definition structure in Extensible Markup Language (XML) format that contains the IED's name, description, IP address, or multicast address, but does not include the physical MAC address of the IED Ethernet port.
  • XML Extensible Markup Language
  • Simple Network Management Protocol is a network device interaction method based on the management workstation/proxy mode.
  • the Management Information Base (MIB) is a standard document that describes the content that an agent can provide for a management station and the administrative workstation's authority to operate on that information.
  • the object identifier (0ID) is a uniquely identified key value provided by the SNMP agent, and the MIB provides a mapping of the digitized 0ID to readable text.
  • Intelligent substation communication networks are becoming more and more important, which is related to the safe and reliable operation of substations.
  • the existing switch topology search method or tool cannot dynamically acquire the topology relationship of the entire intelligent substation network and equipment, and in particular, it is difficult to identify the topology relationship between the switch and the connected IED.
  • the network topology changes frequently. It is necessary to be able to grasp the topology status of the entire substation network system in real time.
  • the present invention provides a dynamic substation network device topology topology dynamic identification method based on MAC address matching, which can monitor the whole in real time and intuitively.
  • the topology and status of the station network and equipment can monitor the whole in real time and intuitively.
  • a dynamic substation network device topology dynamic identification method based on MAC address matching comprising the following steps:
  • the event triggering module uses the Trap mechanism of the Ethernet switch to monitor the status change events of each port of the switch in real time, and judges whether to trigger the execution of the intelligent substation network topology identification module and the visualization module, and updates the network topology diagram of the intelligent substation.
  • the invention has the beneficial effects that: in the process of new construction, reconstruction, operation and maintenance of the intelligent substation, the operation or maintenance personnel can dynamically acquire the topology information of the intelligent substation network and the device according to the method of the invention, and can monitor the intelligence in real time and intuitively.
  • the topology diagram of the online switch in the substation network and the status of each port make the maintenance of the intelligent substation network equipment simple and easy, reduce the manpower and time cost of maintenance, and more importantly, help the new substation network debugging and topology inspection. And rapid location of intelligent substation network faults.
  • 1 is a flow chart of implementing a dynamic substation network device topology dynamic identification method
  • Figure 3 is a multi-table correspondence diagram based on MAC address matching
  • FIG. 4 is a schematic diagram of visualization of an embodiment of the present invention.
  • the steps of the dynamic substation network device topology dynamic identification method based on MAC address matching proposed by the present invention are as follows:
  • Step 1 Complete the necessary configuration for dynamic identification of the intelligent substation network topology by configuring the module, including: 1) Importing the SCD configuration file of the intelligent substation to be identified and simplifying it by program processing, including only the substation communication configuration, IED description, and name 2) Select the message listening port (ie network interface card); 3) SNMP parameter configuration, including SNMP version (such as versionl, version2c) and port (161); 4) Automatically search all out of the network segment Management IP address of the switch. Save the above configuration information, and you can directly import the saved configuration file for the next intelligent substation network device topology identification module.
  • Step 2 Complete the topology identification of the switch and the connected IED through the intelligent substation network device topology identification module.
  • the module is a core functional module for implementing the method of the present invention. As shown in FIG. 2, the method includes the following steps: 2-1) Obtain the correspondence table Tbl_IP_IED between the IP address of the IED and the IED name by automatically parsing the SCD configuration file of the smart substation, or the correspondence between the multicast address of the IED and the IED name.
  • Tbl_MultiAddr_IED and stored in the corresponding data structure, as shown in Table 1 and Table 2.
  • the IED of the access station layer network switch parse and store the IED name and its IP address.
  • the IP address in Table 1 (table Tbl_IP_IED) is 172. 20. 50. 11
  • the IED name is PB5011A;
  • the IED of the layer network switch parses and stores the IED name and its multicast address.
  • the multicast address in Table 2 (table Tbl_MultiAddr_IED) is
  • the IED name for 01-0C-CD-01-02-11 is IB5011A.
  • the IP address field in Table 1, and the multicast address field in Table 2 are unique within the substation domain, serving as the primary key for the two tables.
  • the packet capture analysis program analyzes the cross-section packet in real time, and obtains the correspondence table Tbl_MAC_IP or source MAC address between the source MAC address (ie, the Ethernet port MAC address of the IED) and the IP address of the IP address (that is, the IP address of the IED).
  • Correspondence table Tbl_MAC_MultiAddr between the destination MAC address (ie, the multicast address of the IED).
  • the correspondence between the Ethernet port MAC address of the IED and the IP address of the IED can be obtained by capturing and analyzing the TCP/IP packet, as shown in Table 3 (labeled Tbl_MAC_IP).
  • the IP address corresponding to the source MAC address 08-00-AC-14-32-0B is 172. 20. 50.11.
  • the MAC address in Table 3 is the source MAC address in the Ethernet packet, that is, the MAC address of the Ethernet port of the connected terminal device, and has a unique relationship with the IP address of the IED.
  • Table 3 Table of source MAC address and IED IP address
  • the correspondence between the Ethernet port MAC address of the IED and the IED multicast address can be obtained by analyzing the G00SE and SV packets, as shown in Table 4 (Tbl_MAC_MultiAddr) As shown, the corresponding IED multicast address of the source MAC address 08-00-C0-A8-01-01 is Ol-OC-CD-Ol-02-llo.
  • the MAC address in Table 4 is the source address in the Ethernet packet.
  • the multicast address is the destination address in the Ethernet packet.
  • the MAC field in Table 4 is the MAC address of the Ethernet port of the connected terminal device, and the multicast address configured in the IED process layer is A one-to-many relationship, and a group of multicast addresses corresponding to the MAC address of the same Ethernet port will uniquely correspond to an IED device.
  • Table 4 Source MAC address and IED multicast address mapping table
  • the MAC address 08-00-AC-14-32-0B and the MAC address 08-00-C0-A8-01-01 are registered on the switch with ports 6 and 8.
  • the MAC field is the primary key, that is, the MAC address of the Ethernet port of the connected terminal device, which has a unique constraint.
  • Table 5 Switch MAC Address Forwarding Table
  • the IP address of the IED (for example, 172. 20. 50.11) is used as the foreign key matching table Tbl_MAC_IP and the table Tbl_IP_IED to obtain the correspondence between the MAC address and the IED name (for example: The MAC address 08-00-AC-14-32-0B corresponds to the IED name PB5011A), and the multicast address of the IED (for example: Ol-OC-CD-01-02-11) is obtained by the foreign key matching table Tbl_MAC_MultiAddr and the table Tbl_MultiAddr_IED.
  • the MAC address is a foreign key (for example: 08-00-AC-14-32-0B).
  • the matching table Tbl_MAC_Port and the table Tbl_MAC_IED get the correspondence table Tbl_Port_IED between the switch port number and the IED name.
  • the IED name of port 6 is PB5011A
  • the IED name of port 8 is IB5011A, which completes the topology identification between the switch and the IED connected to the port.
  • LLDP switch Link Layer Discovery Protocol
  • the stored value is stored in the data structure to obtain the LLDP table information of the switch on the local side.
  • the LLDP table of the local switch stores the management address and port number of the neighboring switch. However, the port number information of the switch is unreadable. You need to read and query the LLDP table of the neighboring switch.
  • the port number information of the local switch combined with the information obtained in the LLDP table of the local switch, obtains the port number of the local switch, the management address and port number of the neighboring switch. According to the above method, topology information between switches can be obtained.
  • Step 3 Graphically display the intelligent substation network topology relationship in step 2 through the visualization module.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the topology visualization of the embodiment. Read the port number (iflndex), port description (ifDescr), and port running status (ifOperStatus) of the switch in the "ifTable" table (defined in RFC 1213) through the Get/GetNext operation of SNMP (the corresponding MIB object 0ID value is 1 respectively) 3. 6. 1. 2. 1. 2. 2. 1. 1, 1. 3. 6. 1. 2. 1. 2. 2. 2. 1. 2 and 1. 3. 6. 1. 2. 1 2. 2. 1. 8), store the read value in the data structure to get the port status information of the switch. As shown in Figure 4, when the color of the switch port is light, the running status of the port is normal, and when it is dark, the running status of the port is disconnected.
  • Step 4 The event triggering module listens to the on/off state of the switch port (such as port interrupt or port connection) through the Trap mechanism of the switch, and determines whether to trigger the execution of the intelligent substation network topology identification module and the visualization module, and update the intelligent substation network. Topology diagram. If the event triggering module receives the linkDown Trap or linkUp Trap message, the switch detects that a communication link fails or recovers. The program in this embodiment automatically runs Step 2 and Step 3 to implement network topology dynamics. Update; if the event trigger module receives no Trap messages, keep the existing network topology map unchanged.
  • the invention develops a topology identification tool on a Linux platform, and the topology identification tool integrates SCD parsing, SNMP access, packet capture analysis, and a trap event triggering module to satisfy topology dynamic identification of a smart substation network device composed of a layer 2 switch and an IED;
  • the identification tool can be used in the intelligent substation "station control layer” network, "process layer” network and the network architecture of the "station control layer” and “process layer” unified networking.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

一种基于MAC地址匹配的智能变电站网络设备拓扑动态识别方法：通过解析智能变电站配置文件获得智能电子设备的IP地址/IED的组播地址和IED名称之间的对应关系表，通过解析断面数据报文获得IED的IP地址/IED的组播地址和MAC地址之间的对应关系表；通过简单网络管理协议获取交换机的MAC地址转发表；以MAC地址为外键匹配上述二维表生成交换机端口-IED名称表，完成交换机与所连接IED的拓扑识别，并图形化显示。

Description

说 明 书
基于 MAC地址匹配的智能变电站网络设备拓扑动态识別方法 技术领域
本发明涉及一种基于 MAC地址匹配的智能变电站网络设备拓扑动态识别方法， 属于电 力自动化技术领域。
背景技术
基于 IEC 61850 的智能变电站采用以太网作为变电站通信网络， 其自动化系统在逻辑 上分为站控层、 间隔层和过程层三层体系架构， 其中， 间隔层设备包括继电保护和测控装 置等智能电子设备 （IED)， 过程层设备包括智能终端、 合并单元等与一次设备接口的 IED。 智能变电站站控层与间隔层之间的网络通信遵循制造报文规范 （MMS)， 间隔层与间隔层、 间隔层与过程层设备之间使用面向通用对象变电站事件 (GOOSE)协议传输开关量信号， 通过 IEC 61850-9-2协议传输采样值（SV)。 MMS基于 TCP/IP的点对点传输协议； GOOSE和 SV属 于组播报文，采用 "发布 /订阅"机制。智能变电站采用二层工业交换机（以下简称交换机） 组网， 组网模式包括 "三层两网" 、 "三层一网"等多种方案， "两网"指站控层网络和 过程层网络， "一网"指三层统一组网， 具体可以根据实际情况选用。
遵循 IEC 61850的 IED之间的通信行为可以通过系统配置描述文件 （SCD) 进行配置。
SCD文件是一种典型的嵌套定义结构的可扩展标记语言 （XML) 格式的文档， 其中含有 IED 的名称、 描述、 IP地址或组播地址， 但不包括 IED以太网端口的物理 MAC地址。
简单网络管理协议 （S匪 P) 是一种基于管理工作站 /代理模式的网络设备交互方法。 管 理信息库 （MIB) 是一个标准文档， 它描述了代理能够为管理工作站提供的信息内容， 以及 管理工作站对这些信息的操作权限。 对象标识符 （0ID) 是 SNMP代理提供的具有唯一标识 的键值， MIB提供数字化 0ID到可读文本的映射。 通过 SNMP操作读取交换机 0ID值便可获 得交换机网络拓扑识别所需的信息， 但是由于智能变电站中的 IED没有 S匪 P代理功能， 也 就无法直接通过 SNMP来获取含 IED的交换机网络及设备的完整拓扑信息。
智能变电站通信网络越来越重要， 关系到变电站的安全可靠运行。 而现有的交换机拓 扑搜索方法或工具无法动态获取整个智能变电站网络及设备的拓扑关系， 尤其是难以识别 交换机和所连接 IED 间的拓扑关系。 在智能变电站的新建、 改扩建及运维检修过程中， 网 络拓扑结构时常发生变更， 有必要能够实时掌握整个变电站网络系统的拓扑状态， 但是目 前缺乏有效的方法和工具来动态地反映变电站网络及设备拓扑结构的状态。 因此， 一种能 动态识别智能变电站网络设备拓扑的方法和工具将有助于提升智能变电站网络设备运行管 理水平。
发明内容
为了克服现有的网络拓扑识别方法无法动态获得变电站网络及设备拓扑的不足， 本发 明提供了一种基于 MAC地址匹配的智能变电站网络设备拓扑动态识别方法， 该方法能够实 时地、 直观地监测全站网络及设备的拓扑和状态。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 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， 包括以下步骤：
1 ) 通过配置模块完成智能变电站网络拓扑动态识别的必要配置；
2) 通过智能变电站网络设备拓扑识别模块完成交换机与所连接 IED的拓扑识别， 具体 包括如下步骤：
2-1 )通过解析智能变电站系统配置描述文件获得 IED的 IP地址和 IED名称之间的对应 关系表，或者 IED的组播地址和 IED名称之间的对应关系表，并存储到相应的数据结构中， 并将 IP地址字段和组播地址字段作为对应关系表的主键；
2-2) 通过报文捕获分析实时解析断面报文， 生成 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的 IP地址之间的对应关系表， 或者 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的组播地址之间的对应 关系表；
2-3)通过简单网络管理协议从标准管理信息库 ΜΙΒ-Π中用 dotldTpFdbTable表的 0ID 值来获取交换机的 MAC地址转发表信息， 也就是 IED的以太网端口 MAC地址和交换机端口 之间的对应关系表；
2-4) 以 IED的 IP地址为外键匹配所述步骤 2-2)生成的 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的 IP地址之间的对应关系表， 和所述步骤 2-1 )生成的 IED的 IP地址和 IED名称之间 的对应关系表， 得到 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表； 以 IED的 组播地址为外键匹配所述步骤 2-2)生成的 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的组播地址之 间的对应关系表， 和所述步骤 2-1 ) 生成的 IED的组播地址和 IED名称之间的对应关系表， 得到 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表；
将两种方式生成的 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表合并成一个; 然后以 IED的以太网端口 MAC地址为外键， 匹配所述步骤 2-3)生成的 IED的以太网端 口 MAC地址和交换机端口之间的对应关系表， 和 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之 间的对应关系表， 得到交换机端口号和 IED名称之间的对应关系表， 完成交换机与所连接 IED的拓扑识别；
2-5) 通过简单网络管理协议用 LLDP-MIB中 lldpRemTable的 0ID值来获取交换机链路 层发现协议 LLDP邻居表， 识别交换机之间的拓扑关系， 结合所述步骤 2-4) 实现的交换机 与所接 IED之间的拓扑识别， 最终获得整个智能变电站网络的拓扑信息；
3)通过可视化模块将所述步骤 2-5)获得的智能变电站网络拓扑关系进行图形化显示；
4)事件触发模块利用以太网交换机的 Trap机制，实时监听交换机各端口状态变更事件， 并依此判断是否触发智能变电站网络拓扑识别模块和可视化模块的执行， 更新智能变电站 网络拓扑结构图。
本发明具有的有益效果为： 在智能变电站新建、 改扩建和运行维护过程中， 运行或检 修人员可以根据本发明方法动态地获取智能变电站网络及设备的拓扑信息， 可以实时地、 直观地监测智能变电站网络中在线交换机的拓扑图以及各端口的状态， 从而使智能变电站 网络设备的维护变得简单易行， 减少维护的人力及时间成本， 更重要的是有助于新建变电 站网络调试、 拓扑检查和智能变电站网络故障的快速定位。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
图 1是智能变电站网络设备拓扑动态识别方法实施流程图；
图 2是交换机与所连接 IED的拓扑识别流程图；
图 3是基于 MAC地址匹配的多表对应关系图；
图 4是本发明实施例的可视化示意图。
具体实施^
如图 1所示， 本发明提出的基于 MAC地址匹配的智能变电站网络设备拓扑动态识别方 法步骤如下：
步骤 1 : 通过配置模块完成智能变电站网络拓扑动态识别的必要配置， 包括： 1 ) 导入 待识别智能变电站的 SCD配置文件， 并通过程序处理将其简化， 仅包含变电站通信配置、 IED的描述、名字等必要信息； 2)选择报文侦听端口（即网络接口卡）； 3) SNMP参数配置， 包括 SNMP版本 （如 versionl、 version2c) 和端口 （161 ) 等； 4) 自动搜索出网段内所有 交换机的管理 IP地址。 保存以上几步配置信息， 下次使用时可以直接导入已保存的配置文 件， 用于下一步智能变电站网络设备拓扑识别模块。
步骤 2: 通过智能变电站网络设备拓扑识别模块完成交换机与所连接 IED的拓扑识别。 该模块是实现本发明方法的核心功能模块， 如图 2所示， 包括以下步骤： 2-1 ) 通过自动解析智能变电站 SCD配置文件获得 IED的 IP地址和 IED名称之间的对 应关系表 Tbl_IP_IED， 或者 IED的组播地址和 IED名称之间的对应关系表
Tbl_MultiAddr_IED, 并存储到相应的数据结构中， 如表 1和表 2所示。 对于接入站控层网 络交换机的 IED， 解析并存储 IED名称及其 IP地址， 例如， 表 1 (表 Tbl_IP_IED) 中 IP地 址为 172. 20. 50. 11的 IED名称为 PB5011A; 对于接入过程层网络交换机的 IED， 解析并存 储 IED名称及其组播地址， 例如， 表 2 (表 Tbl_MultiAddr_IED) 中组播地址为
01-0C-CD-01-02-11的 IED名称为 IB5011A。 表 1中的 IP地址字段、 表 2中的组播地址字 段在变电站域内是唯一的， 分别作为两表的主键。
表 1 IED名称及其 IP地址的对应关系表
Figure imgf000006_0001
表 2 IED名称及其组播地址的对应关系表
Figure imgf000006_0002
2) 通过报文捕获分析程序实时解析断面报文， 获取源 MAC地址 （即 IED的以太网端口 MAC地址） 禾 P IP地址 （即 IED的 IP地址） 之间的对应关系表 Tbl_MAC_IP或者源 MAC地址 和目的 MAC地址（即 IED的组播地址）间的对应关系表 Tbl_MAC_MultiAddr。对于智能变电 站站控层网络 （匪 S) 交换机， 通过捕获分析 TCP/IP报文可以得到 IED的以太网端口 MAC 地址和 IED 的 IP 地址之间的对应关系， 如表 3 (标 Tbl_MAC_IP ) 所示， 源 MAC 地址 08-00-AC-14-32-0B对应的 IP地址是 172. 20. 50. 11。 对于二层交换机， 表 3中 MAC地址为 以太网报文中的源 MAC地址， 即所连接终端设备以太网端口的 MAC地址， 与 IED的 IP地址 有唯一对应的关系。 表 3源 MAC地址和 IED的 IP地址对应表
Figure imgf000007_0001
对于智能变电站过程层网络 （G00SE、 SV) 交换机， 通过报文捕获分析 G00SE、 SV报文 可以得到 IED 的以太网端口 MAC 地址和 IED 的组播地址之间的对应关系表， 如表 4 ( Tbl_MAC_MultiAddr) 所示， 源 MAC 地址 08-00-C0-A8-01-01 对应的 IED 组播地址是 Ol-OC-CD-Ol-02-l l o 表 4中 MAC地址为以太网报文中的源地址， 组播地址为以太网报文中 的目的地址， 对于智能设备过程层应用而言， 表 4中 MAC字段即所连接终端设备以太网端 口的 MAC地址， 与 IED过程层配置的组播地址是一对多的关系， 而同一以太网端口的 MAC 地址所对应的一组组播地址又将唯一对应到某台 IED设备。
表 4源 MAC地址和 IED的组播地址对应表
Figure imgf000007_0002
3)利用 SNMP从标准管理信息库 MIB-II (RFC-1213定义） 中采集交换机 MAC地址转发 表信息。 通过 SNMP的 Get/GetNext操作读取 "dotldTpFdbTable"表 (RFC 4188定义） 中 的 MAC地址 （dotldTpFdbAddress ) 和交换机端口号（dotldTpFdbPort)对应的 MIB对象 0ID 值分别为 1. 3. 6. 1. 2. 1. 17. 4. 3. 1. 1和 1. 3. 6. 1. 2. 1. 17. 4. 3. 1. 2，将读取的值存储到数据结 构中， 从而获得交换机的 MAC地址转发表 Tbl_MAC_Port， 也就是 IED的以太网端口 MAC地 址和交换机端口的对应关系表。 如表 5 所示， MAC地址 08-00-AC-14-32-0B和 MAC地址 08-00-C0-A8-01-01在交换机注册的端口为 6和 8。 表 5中 MAC字段为主键， 即所连接终端 设备以太网端口的 MAC地址， 具有唯一性约束。 表 5交换机 MAC地址转发表
Figure imgf000008_0001
4) 以 MAC地址为外键匹配上述生成的二维表找到交换机端口和 IED名称的对应关系。 具体匹配过程如图 3所示， 首先， 以 IED的 IP地址 （例如： 172. 20. 50. 11 ) 为外键匹配表 Tbl_MAC_IP和表 Tbl_IP_IED 得到 MAC地址和 IED 名称之间的对应关系 （如： MAC地址 08-00-AC-14-32-0B对应 IED名称 PB5011A),以 IED的组播地址（例如： Ol-OC-CD-01-02-11 ) 为外键匹配表 Tbl_MAC_MultiAddr和表 Tbl_MultiAddr_IED得到 MAC地址和 IED名称之间 的对应关系 （如： MAC地址 08-00-C0-A8-01-01对应的 IED名称为 IB5011A), 将这两种方 式生成的 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表合并成一个表即表 Tbl_MAC_IED;
然后， 以 MAC 地址为外键 （例如： 08-00-AC-14-32-0B) 匹配表 Tbl_MAC_Port 和表 Tbl_MAC_IED得到交换机端口号和 IED名称之间的对应关系表 Tbl_Port_IED。如表 6所示， 6号端口连接的 IED名称是 PB5011A, 8号端口对应的 IED名称为 IB5011A, 完成交换机与 端口所连接 IED之间的拓扑识别。
表 6交换机端口和 IED名称对应表
Figure imgf000008_0002
5)通过 SNMP获取交换机链路层发现协议（LLDP)邻居表识别交换机之间的拓扑关系， 结合步骤 4)实现的交换机与所接 IED之间的拓扑识别，这样最终获得整个智能变电站网络 的拓扑信息。 通过 SNMP的 Get/GetNext操作读取 " lldpRemTable"表 （LLDP-MIB中定义） 中的邻近交换机管理地址 （lldpRemChassisId)和邻近交换机端口号（lldpRemPortld)对应 的 MIB对象 OID值分别为 1. 0. 8802. 1. 1. 2. 1. 4. 1. 1. 5和 1. 0. 8802. 1. 1. 2. 1. 4. 1. 1. 7，将读 取的值存储到数据结构中， 从而获得本侧交换机的 LLDP表信息。 本侧交换机的 LLDP表中 存储了对侧邻近交换机的管理地址和端口号等信息， 但本侧交换机的端口号信息是不可读 的， 需要通过读取并查询对侧邻近交换机 LLDP表的方法获得本侧交换机端口号信息， 结合 本侧交换机 LLDP表中已经获取的信息， 得到本侧交换机的端口号、 邻近交换机的管理地址 和端口号。 根据上述方法可以获得各交换机间的拓扑信息。
步骤 3: 通过可视化模块将步骤 2得到智能变电站网络拓扑关系进行图形化显示， 图 4 是本实施例的拓扑可视化示意图。 通过 SNMP的 Get/GetNext操作读取 " ifTable"表（RFC 1213 定义） 中的交换机的端口号 （iflndex ) 、 端口描述 （ifDescr ) 和端口运行状态 ( ifOperStatus ) (对应的 MIB 对象 0ID 值分别为 1. 3. 6. 1. 2. 1. 2. 2. 1. 1， 1. 3. 6. 1. 2. 1. 2. 2. 1. 2和 1. 3. 6. 1. 2. 1. 2. 2. 1. 8)， 将读取的值存储到数据结构中， 从而获 得交换机的端口状态信息。 如图 4 中， 交换机端口颜色为浅色时表示该端口的运行状态为 正常连接， 深色时表示该端口的运行状态为断开连接。
步骤 4: 事件触发模块通过交换机的 Trap机制来监听交换机端口的通断状态 （如端口 中断或端口连接）， 并依此判断是否触发智能变电站网络拓扑识别模块和可视化模块的执行， 更新智能变电站网络拓扑结构图。如果事件触发模块收到交换机主动上送的 linkDown Trap 或 linkUp Trap消息， 表明交换机探测到有一个通信链路失败或恢复， 本实施例的程序将 自动运行步骤 2和步骤 3，实现网络拓扑的动态更新；如果事件触发模块收未收到任何 Trap 消息， 则保持现有的网络拓扑结构图不变。
本发明在 Linux平台开发拓扑识别工具， 拓扑识别工具集成了 SCD解析、 SNMP访问、 报文 捕获分析、 Trap事件触发模块， 满足由二层交换机和 IED组成的智能变电站网络设备的拓 扑动态识别； 拓扑识别工具可用于智能变电站 "站控层" 网络、 "过程层" 网络以及 "站 控层"与 "过程层"统一组网的网络架构。
以上已以较佳实施例公开了本发明， 然其并非用以限制本发明， 凡采用等同替换或者 等效变换方式所获得的技术方案， 如使用嵌入式 Linux系统实现本发明主要步骤的， 均落 在本发明的保护范围之内。

Claims

权 禾 iJ 要 求 书
1. 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， 其特征在于， 包括以 下步骤：
1 ) 通过配置模块完成智能变电站网络拓扑动态识别的必要配置；
2) 通过智能变电站网络设备拓扑识别模块完成交换机与所连接 IED的拓扑识别， 具体 包括如下步骤：
2-1 )通过解析智能变电站系统配置描述文件获得 IED的 IP地址和 IED名称之间的对应 关系表，或者 IED的组播地址和 IED名称之间的对应关系表，并存储到相应的数据结构中， 并将 IP地址字段和组播地址字段作为对应关系表的主键；
2-2) 通过报文捕获分析实时解析断面报文， 生成 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的 IP地址之间的对应关系表， 或者 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的组播地址之间的对应 关系表；
2-3)通过简单网络管理协议从标准管理信息库 ΜΙΒ-Π中用 dotldTpFdbTable表的 0ID 值来获取交换机的 MAC地址转发表信息， 也就是 IED的以太网端口 MAC地址和交换机端口 之间的对应关系表；
2-4) 以 IED的 IP地址为外键匹配所述步骤 2-2)生成的 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的 IP地址之间的对应关系表， 和所述步骤 2-1 )生成的 IED的 IP地址和 IED名称之间 的对应关系表， 得到 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表； 以 IED的 组播地址为外键匹配所述步骤 2-2)生成的 IED的以太网端口 MAC地址和 IED的组播地址之 间的对应关系表， 和所述步骤 2-1 ) 生成的 IED的组播地址和 IED名称之间的对应关系表， 得到 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表；
将两种方式生成的 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之间的对应关系表合并成一个; 然后以 IED的以太网端口 MAC地址为外键， 匹配所述步骤 2-3)生成的 IED的以太网端 口 MAC地址和交换机端口之间的对应关系表， 和 IED的以太网端口 MAC地址和 IED名称之 间的对应关系表， 得到交换机端口号和 IED名称之间的对应关系表， 完成交换机与所连接 IED的拓扑识别；
2-5) 通过简单网络管理协议用 LLDP-MIB中 lldpRemTable的 0ID值来获取交换机链路 层发现协议 LLDP邻居表， 识别交换机之间的拓扑关系， 结合所述步骤 2-4) 实现的交换机 与所接 IED之间的拓扑识别， 最终获得整个智能变电站网络的拓扑信息；
3)通过可视化模块将所述步骤 2-5)获得的智能变电站网络拓扑关系进行图形化显示； 4 )事件触发模块利用以太网交换机的 Trap机制，实时监听交换机各端口状态变更事件， 并依此判断是否触发智能变电站网络拓扑识别模块和可视化模块的执行， 更新智能变电站 网络拓扑结构图。
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