智能變電站中的交換技術(shù)

端口鏡像可以監(jiān)控某個(gè)端口或者某些端口的輸入數(shù)據(jù)包，也可以監(jiān)控其輸出數(shù)據(jù)包，也可以監(jiān)控雙向的數(shù)據(jù)包。在智能變電站中，站控層或者間隔層通常要用到交換機(jī)的端口鏡像功能，如，網(wǎng)絡(luò)分析儀要監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上IED的功能實(shí)現(xiàn)確定鏡像方案。例如，整個(gè)間隔網(wǎng)絡(luò)都向后臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)，一種方案為將后臺(tái)的輸入輸出雙向數(shù)據(jù)鏡像到網(wǎng)絡(luò)分析儀上，或者將網(wǎng)絡(luò)分析儀所在交換機(jī)的所有IED的輸入數(shù)據(jù)鏡像到分析儀上。在做鏡像時(shí)要考慮組播泛洪特性，如果網(wǎng)絡(luò)上存在未知目的地址組播，根據(jù)組播泛洪特性，可以將網(wǎng)絡(luò)分析儀劃入獨(dú)立vlan，也可以將發(fā)送組播端口的鏡像功能取消[5]。

在做端口鏡像時(shí)，要考慮數(shù)據(jù)流量，確保目的端口帶寬大于所有源數(shù)據(jù)累加。

3.3環(huán)網(wǎng)技術(shù)

交換機(jī)成環(huán)以后會(huì)造成重復(fù)幀、MAC地址表不穩(wěn)定、廣播風(fēng)暴的后果，這種情況下廣播數(shù)據(jù)充斥整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)帶寬被占用殆盡，正常業(yè)務(wù)不能運(yùn)行甚至徹底癱瘓，而且在大型網(wǎng)絡(luò)中故障不好定位，所以廣播風(fēng)暴是二層網(wǎng)絡(luò)中災(zāi)難性的故障。

通信冗余性協(xié)議就是在這種情況下提出的，它在通信網(wǎng)絡(luò)中存在環(huán)路時(shí)，會(huì)自動(dòng)禁用某些鏈路，防止環(huán)路的形成。而當(dāng)通信路徑發(fā)生故障時(shí)，則會(huì)打開前面那些禁用的路徑，提供冗余的通信線路，保證通信的暢通。目前常用的環(huán)網(wǎng)技術(shù)RSTP、EAPS等，一些交換機(jī)廠家有自定義的私有環(huán)網(wǎng)協(xié)議。有些變電站為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余備份，組成環(huán)網(wǎng)，這時(shí)候?yàn)榱朔乐箯V播風(fēng)暴的產(chǎn)生，交換機(jī)必須運(yùn)行相應(yīng)的環(huán)網(wǎng)協(xié)議[7]。

3.4 qos技術(shù)

IEEE802.1P協(xié)議是IEEE802.1Q協(xié)議的擴(kuò)充協(xié)議.為以太網(wǎng)上數(shù)據(jù)包定義不同的優(yōu)先級(jí)，確保關(guān)鍵應(yīng)用和時(shí)間要求高的信息流優(yōu)先進(jìn)行傳輸，同時(shí)照顧優(yōu)先級(jí)低的應(yīng)用和信息流。

交換機(jī)中為每個(gè)端口分配固定數(shù)量的輸出隊(duì)列，這些隊(duì)列也定義了內(nèi)部的優(yōu)先級(jí)。需要從該端口輸出的分組被按照一定的規(guī)則(優(yōu)先級(jí)映射)放入不同的輸出隊(duì)列中。具有不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的分組被放入不同的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列后，要采取相應(yīng)調(diào)度機(jī)制來(lái)決定這些隊(duì)列中的分組被送到端口上發(fā)送的先后順序，一般交換機(jī)支持嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)調(diào)度、隨機(jī)調(diào)度、權(quán)重調(diào)度等。以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)在進(jìn)入交換機(jī)之前如果帶有優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，則進(jìn)入交換機(jī)后根據(jù)地址表轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口，然后根據(jù)數(shù)據(jù)包標(biāo)簽上指明的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行映射到相應(yīng)輸出隊(duì)列，然后通過配置的調(diào)度算法輸出。如果數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換機(jī)之前沒有帶優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，則交換機(jī)會(huì)在輸入端口為該數(shù)據(jù)包加上默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

由于智能變電站中GOOSE報(bào)文要求最高的實(shí)時(shí)性和可靠性，所以需要在站控層和間隔層把GOOSE報(bào)文的優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高。過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔?yōu)先級(jí)按照由高到低的順序做定義[5,7]。

a.最高級(jí)：電氣量保護(hù)跳閘;保護(hù)閉鎖信號(hào)。

b.次高級(jí)：遙控分合閘;斷路器位置信號(hào)。

c.普通級(jí)：刀閘位置信號(hào);一次設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。

若GOOSE報(bào)文本身沒有設(shè)定優(yōu)先級(jí)，則需要把連接GOOSE信號(hào)的交換機(jī)端口的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)設(shè)定指定的高低。

3.5組播技術(shù)

智能變電站中很多IED都會(huì)發(fā)送組播報(bào)文，對(duì)于目的地址未知的組播報(bào)文，交換機(jī)一般處理方式為以廣播形式泛洪，這樣會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上其它IED造成極大的沖擊，基于此，使用組播技術(shù)可以避免網(wǎng)絡(luò)上的組播泛洪[6-8]。

組播(也稱多址廣播或多播)技術(shù)，是一種允許一臺(tái)或多臺(tái)主機(jī)(多播源)發(fā)送單一數(shù)據(jù)包到多臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播分為靜態(tài)組播和動(dòng)態(tài)組播兩種。

靜態(tài)組播地址管理通過在二層地址表中增加相應(yīng)的組播地址條目來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)組播成員的管理，當(dāng)具有該目的地址的組播報(bào)文到達(dá)時(shí)，將只向地址表該條目中定義的成員端口轉(zhuǎn)發(fā)。靜態(tài)組播地址管理適合于成員數(shù)量較少的組播組，當(dāng)組播成員較多且成員變化頻繁時(shí)，這種方式并不適合。

GARP(Generic Attribute Registration Protocol,通用屬性注冊(cè)協(xié)議)多播注冊(cè)協(xié)議——GARP Multi Registration Protocol (GMRP)是IEEE 802.1D標(biāo)準(zhǔn)中定義的通用屬性注冊(cè)協(xié)議(GARP)的一部分，此協(xié)議用于管理交換機(jī)中的動(dòng)態(tài)多播信息。其工作原理可以簡(jiǎn)單描述為：當(dāng)連接在交換機(jī)上的一臺(tái)主機(jī)設(shè)備準(zhǔn)備加入某一個(gè)多播組時(shí)，它會(huì)發(fā)出GMRP加入消息，交換機(jī)收到消息后，將該主機(jī)連接的交換機(jī)端口加入該多播組中，并在主機(jī)所在的VLAN中廣播該GMRP加入消息，組播源收到該消息就知道該成員的存在了。當(dāng)組播源向該組發(fā)組播流時(shí),交換機(jī)只會(huì)將組播流發(fā)送給組播組內(nèi)的端口。

IGMP(Internet Group Management Protocol, Internet組管理協(xié)議) snooping協(xié)議是IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程師任務(wù)組)的標(biāo)準(zhǔn)，它是運(yùn)行在二層設(shè)備上的組播約束機(jī)制，用于管理和控制多播組。運(yùn)行了IGMP snooping的交換機(jī)在收到IGMP報(bào)文后進(jìn)行分析，在交換機(jī)內(nèi)建立或者刪除組播MAC與端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，交換機(jī)根據(jù)該映射關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā) [9]。

目前智能變電站中用的較多的是通過vlan隔離組播，及通過GMRP協(xié)議發(fā)送組播。