基于mac地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法：通過解析智能變電站配置文件（SCD）獲得智能電子設備（IED）的IP地址/IED的組播地址和IED名稱之間的對應關系表，通過解析斷面數(shù)據(jù)報文獲得IED的IP地址/IED的組播地址和MAC地址之間的對應關系表；通過簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP）獲取交換機的MAC地址轉發(fā)表；以MAC地址為外鍵匹配上述二維表生成交換機端口-IED名稱表，完成交換機與所連接IED的拓撲識別，并圖形化顯示。本發(fā)明方法在常規(guī)交換機網(wǎng)絡拓撲搜索方法的基礎上，實現(xiàn)了網(wǎng)絡中IED設備拓撲的動態(tài)識別，有助于提高智能變電站網(wǎng)絡運行管理水平。
【專利說明】基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法，屬于電力自動化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]基于IEC61850的智能變電站采用以太網(wǎng)作為變電站通信網(wǎng)絡，其自動化系統(tǒng)在邏輯上分為站控層、間隔層和過程層三層體系架構，其中，間隔層設備包括繼電保護和測控裝置等智能電子設備(IED)，過程層設備包括智能終端、合并單元等與一次設備接口的IED0智能變電站站控層與間隔層之間的網(wǎng)絡通信遵循制造報文規(guī)范(麗S)，間隔層與間隔層、間隔層與過程層設備之間使用面向通用對象變電站事件(GOOSE)協(xié)議傳輸開關量信號，通過IEC61850-9-2協(xié)議傳輸采樣值(SV)。MMS基于TCP/IP的點對點傳輸協(xié)議；G00SE和SV屬于組播報文，采用“發(fā)布/訂閱”機制。智能變電站采用二層工業(yè)交換機(以下簡稱交換機)組網(wǎng)，組網(wǎng)模式包括“三層兩網(wǎng)”、“三層一網(wǎng)”等多種方案，“兩網(wǎng)”指站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡，“一網(wǎng)”指三層統(tǒng)一組網(wǎng)，具體可以根據(jù)實際情況選用。
[0003]遵循IEC61850的IED之間的通信行為可以通過系統(tǒng)配置描述文件(SOT)進行配置。SCD文件是一種典型的嵌套定義結構的可擴展標記語言(XML)格式的文檔，其中含有IED的名稱、描述、IP地址或組播地址，但不包括IED以太網(wǎng)端口的物理MAC地址。
[0004]簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)是一種基于管理工作站/代理模式的網(wǎng)絡設備交互方法。管理信息庫(MIB)是一個標準文檔，它描述了代理能夠為管理工作站提供的信息內(nèi)容，以及管理工作站對這些信息的操作權限。對象標識符(OID)是SNMP代理提供的具有唯一標識的鍵值，MIB提供數(shù)字化OID到可讀文本的映射。通過SNMP操作讀取交換機OID值便可獲得交換機網(wǎng)絡拓撲識別所需的信息，但是由于智能變電站中的IED沒有SNMP代理功能，也就無法直接通過SNMP來獲取含IED的交換機網(wǎng)絡及設備的完整拓撲信息。
[0005]智能變電站通信網(wǎng)絡越來越重要，關系到變電站的安全可靠運行。而現(xiàn)有的交換機拓撲搜索方法或工具無法動態(tài)獲取整個智能變電站網(wǎng)絡及設備的拓撲關系，尤其是難以識別交換機和所連接IED間的拓撲關系。在智能變電站的新建、改擴建及運維檢修過程中，網(wǎng)絡拓撲結構時常發(fā)生變更，有必要能夠實時掌握整個變電站網(wǎng)絡系統(tǒng)的拓撲狀態(tài)，但是目前缺乏有效的方法和工具來動態(tài)地反映變電站網(wǎng)絡及設備拓撲結構的狀態(tài)。因此，一種能動態(tài)識別智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲的方法和工具將有助于提升智能變電站網(wǎng)絡設備運行管理水平。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有的網(wǎng)絡拓撲識別方法無法動態(tài)獲得變電站網(wǎng)絡及設備拓撲的不足，本發(fā)明提供了一種基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法，該方法能夠實時地、直觀地監(jiān)測全站網(wǎng)絡及設備的拓撲和狀態(tài)。[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法，包括以下步驟:
[0008]I)通過配置模塊完成智能變電站網(wǎng)絡拓撲動態(tài)識別的必要配置；
[0009]2)通過智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲識別模塊完成交換機與所連接IED的拓撲識別，具體包括如下步驟:
[0010]2-1)通過解析智能變電站系統(tǒng)配置描述文件獲得IED的IP地址和IED名稱之間的對應關系表，或者IED的組播地址和IED名稱之間的對應關系表，并存儲到相應的數(shù)據(jù)結構中，并將IP地址字段和組播地址字段作為對應關系表的主鍵；
[0011]2-2)通過報文捕獲分析實時解析斷面報文，生成IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的IP地址之間的對應關系表，或者IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的組播地址之間的對
應關系表；
[0012]2-3)通過簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議從標準管理信息庫MIB-1I中用dotIdTpFdbTabIe表的OID值來獲取交換機的MAC地址轉發(fā)表信息，也就是IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和交換機端口之間的對應關系表；
[0013]2-4)以IED的IP地址為外鍵匹配所述步驟2_2)生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的IP地址之間的對應關系表，和所述步驟2-1)生成的IED的IP地址和IED名稱之間的對應關系表，得到IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表；以IED的組播地址為外鍵匹配所述步驟2-2)生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的組播地址之間的對應關系表，和所述步驟2-1)生成的IED的組播地址和IED名稱之間的對應關系表，得到IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表；
[0014]將兩種方式生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表合并成一個；
[0015]然后以IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址為外鍵，匹配所述步驟2-3)生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和交換機端口之間的對應關系表，和IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表，得到交換機端口號和IE D名稱之間的對應關系表,完成交換機與所連接IED的拓撲識別；
[0016]2-5)通過簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議用LLDP-MIB中IldpRemTable的OID值來獲取交換機鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP鄰居表，識別交換機之間的拓撲關系，結合所述步驟2-4)實現(xiàn)的交換機與所接IED之間的拓撲識別，最終獲得整個智能變電站網(wǎng)絡的拓撲信息；
[0017]3)通過可視化模塊將所述步驟2-5)獲得的智能變電站網(wǎng)絡拓撲關系進行圖形化顯示;
[0018]4)事件觸發(fā)模塊利用以太網(wǎng)交換機的Trap機制，實時監(jiān)聽交換機各端口狀態(tài)變更事件，并依此判斷是否觸發(fā)智能變電站網(wǎng)絡拓撲識別模塊和可視化模塊的執(zhí)行，更新智能變電站網(wǎng)絡拓撲結構圖。
[0019]本發(fā)明具有的有益效果為:在智能變電站新建、改擴建和運行維護過程中，運行或檢修人員可以根據(jù)本發(fā)明方法動態(tài)地獲取智能變電站網(wǎng)絡及設備的拓撲信息，可以實時地、直觀地監(jiān)測智能變電站網(wǎng)絡中在線交換機的拓撲圖以及各端口的狀態(tài)，從而使智能變電站網(wǎng)絡設備的維護變得簡單易行，減少維護的人力及時間成本，更重要的是有助于新建變電站網(wǎng)絡調(diào)試、拓撲檢查和智能變電站網(wǎng)絡故障的快速定位?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0021]圖1是智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法實施流程圖；
[0022]圖2是交換機與所連接IED的拓撲識別流程圖；
[0023]圖3是基于MAC地址匹配的多表對應關系圖；
[0024]圖4是本發(fā)明實施例的可視化示意圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提出的基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法，首先構建4個模塊，配置模塊，網(wǎng)絡設備拓撲識別模塊，可視化模塊和事件觸發(fā)模塊，在各個模塊上實現(xiàn)其功能，其實現(xiàn)步驟如下:
[0026]步驟1:通過配置模塊完成智能變電站網(wǎng)絡拓撲動態(tài)識別的必要配置，配置模塊的功能包括:1)導入待識別智能變電站的SCD配置文件，并通過程序處理將其簡化，僅包含變電站通信配置、IED的描述、名字等必要信息；2)選擇報文偵聽端口(即網(wǎng)絡接口卡)；3)SNMP參數(shù)配置,包括SNMP版本(如versionl、version2c)和端口(161)等；4)自動搜索出網(wǎng)段內(nèi)所有交換機的管理IP地址。保存以上幾步配置信息，下次使用時可以直接導入已保存的配置文件，用于下一步智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲識別模塊。
[0027]步驟2:通過智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲識別模塊完成交換機與所連接IED的拓撲識別。該模塊是實現(xiàn)本發(fā)明方法`的核心功能模塊，如圖2所示，該模塊是以下步驟實現(xiàn)其功能的:
[0028]2-1)通過自動解析智能變電站S⑶配置文件獲得IED的IP地址和IED名稱之間的對應關系表Tbl_IP_IED，或者IED的組播地址和IED名稱之間的對應關系表Tbl_MultiAddr_IED，并存儲到相應的數(shù)據(jù)結構中，如表1和表2所示。對于接入站控層網(wǎng)絡交換機的IED，解析并存儲IED名稱及其IP地址，例如，表1 (表Tbl_IP_IED)中IP地址為172.20.50.11的IED名稱為PB5011A ;對于接入過程層網(wǎng)絡交換機的IED，解析并存儲IED名稱及其組播地址，例如，表2 (表Tbl_MultiAddr_IED)中組播地址為O1-OC-CD-01-02-11的IED名稱為IB5011A。表1中的IP地址字段、表2中的組播地址字段在變電站域內(nèi)是唯一的，分別作為兩表的主鍵。
[0029]表1IED名稱及其IP地址的對應關系表
【權利要求】
1.基于MAC地址匹配的智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲動態(tài)識別方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過配置模塊完成智能變電站網(wǎng)絡拓撲動態(tài)識別的必要配置； 2)通過智能變電站網(wǎng)絡設備拓撲識別模塊完成交換機與所連接IED的拓撲識別，具體包括如下步驟: 2-1)通過解析智能變電站系統(tǒng)配置描述文件獲得IED的IP地址和IED名稱之間的對應關系表，或者IED的組播地址和IED名稱之間的對應關系表，并存儲到相應的數(shù)據(jù)結構中，并將IP地址字段和組播地址字段作為對應關系表的主鍵； 2-2)通過報文捕獲分析實時解析斷面報文，生成IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的IP地址之間的對應關系表，或者IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的組播地址之間的對應關系表； 2-3)通過簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議從標準管理信息庫MIB-1I中用dotldTpFdbTable表的OID值來獲取交換機的MAC地址轉發(fā)表信息，也就是IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和交換機端口之間的對應關系表； 2-4)以IED的IP地址為外鍵匹配所述步驟2-2)生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的IP地址之間的對應關系表，和所述步驟2-1)生成的IED的IP地址和IED名稱之間的對應關系表，得到IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表；以IED的組播地址為外鍵匹配所述步驟2-2)生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED的組播地址之間的對應關系表，和所述步驟2-1)生成的IED的組播地址和IED名稱之間的對應關系表，得到IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表； 將兩種方式生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表合并成一個； 然后以IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址為外鍵，匹配所述步驟2-3)生成的IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和交換機端口之間的對應關系表，和IED的以太網(wǎng)端口 MAC地址和IED名稱之間的對應關系表，得到交換機端口號和IED名稱之間的對應關系表，完成交換機與所連接IED的拓撲識別； 2-5)通過簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議用LLDP-MIB中IldpRemTable的OID值來獲取交換機鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP鄰居表，識別交換機之間的拓撲關系，結合所述步驟2-4)實現(xiàn)的交換機與所接IED之間的拓撲識別，最終獲得整個智能變電站網(wǎng)絡的拓撲信息； 3)通過可視化模塊將所述步驟2-5)獲得的智能變電站網(wǎng)絡拓撲關系進行圖形化顯示； 4)事件觸發(fā)模塊利用以太網(wǎng)交換機的Trap機制，實時監(jiān)聽交換機各端口狀態(tài)變更事件，并依此判斷是否觸發(fā)智能變電站網(wǎng)絡拓撲識別模塊和可視化模塊的執(zhí)行，更新智能變電站網(wǎng)絡拓撲結構圖。
【文檔編號】H04L29/12GK103856579SQ201410074537
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】高磊, 楊毅, 卜強生, 王小波, 袁宇波, 宋亮亮, 郭雅娟, 陳久林 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院