智能變電站中的交換技術(shù)

端口鏡像可以監控某個(gè)端口或者某些端口的輸入數據包，也可以監控其輸出數據包，也可以監控雙向的數據包。在智能變電站中，站控層或者間隔層通常要用到交換機的端口鏡像功能，如，網(wǎng)絡(luò )分析儀要監控整個(gè)網(wǎng)絡(luò )上的數據，可以根據網(wǎng)絡(luò )上IED的功能實(shí)現確定鏡像方案。例如，整個(gè)間隔網(wǎng)絡(luò )都向后臺發(fā)送數據，一種方案為將后臺的輸入輸出雙向數據鏡像到網(wǎng)絡(luò )分析儀上，或者將網(wǎng)絡(luò )分析儀所在交換機的所有IED的輸入數據鏡像到分析儀上。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，根據組播泛洪特性，可以將網(wǎng)絡(luò )分析儀劃入獨立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)，要考慮數據流量，確保目的端口帶寬大于所有源數據累加。

3.3環(huán)網(wǎng)技術(shù)

交換機成環(huán)以后會(huì )造成重復幀、MAC地址表不穩定、廣播風(fēng)暴的后果，這種情況下廣播數據充斥整個(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。而當通信路徑發(fā)生故障時(shí)，則會(huì )打開(kāi)前面那些禁用的路徑，提供冗余的通信線(xiàn)路，保證通信的暢通。目前常用的環(huán)網(wǎng)技術(shù)RSTP、EAPS等，一些交換機廠(chǎng)家有自定義的私有環(huán)網(wǎng)協(xié)議。有些變電站為了實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的冗余備份，組成環(huán)網(wǎng)，這時(shí)候為了防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，交換機必須運行相應的環(huán)網(wǎng)協(xié)議[7]。

3.4 qos技術(shù)

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

交換機中為每個(gè)端口分配固定數量的輸出隊列，這些隊列也定義了內部的優(yōu)先級。需要從該端口輸出的分組被按照一定的規則(優(yōu)先級映射)放入不同的輸出隊列中。具有不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級的分組被放入不同的優(yōu)先級隊列后，要采取相應調度機制來(lái)決定這些隊列中的分組被送到端口上發(fā)送的先后順序，一般交換機支持嚴格優(yōu)先級調度、隨機調度、權重調度等。以太網(wǎng)上的數據在進(jìn)入交換機之前如果帶有優(yōu)先級標簽，則進(jìn)入交換機后根據地址表轉發(fā)到輸出端口，然后根據數據包標簽上指明的優(yōu)先級進(jìn)行映射到相應輸出隊列，然后通過(guò)配置的調度算法輸出。如果數據包進(jìn)入交換機之前沒(méi)有帶優(yōu)先級標簽，則交換機會(huì )在輸入端口為該數據包加上默認的優(yōu)先級標簽進(jìn)行轉發(fā)。

由于智能變電站中GOOSE報文要求最高的實(shí)時(shí)性和可靠性，所以需要在站控層和間隔層把GOOSE報文的優(yōu)先級設為最高。過(guò)程層GOOSE網(wǎng)絡(luò )中傳輸的信息優(yōu)先級按照由高到低的順序做定義[5,7]。

a.最高級：電氣量保護跳閘;保護閉鎖信號。

b.次高級：遙控分合閘;斷路器位置信號。

c.普通級：刀閘位置信號;一次設備狀態(tài)信號。

若GOOSE報文本身沒(méi)有設定優(yōu)先級，則需要把連接GOOSE信號的交換機端口的默認優(yōu)先級設定指定的高低。

3.5組播技術(shù)

智能變電站中很多IED都會(huì )發(fā)送組播報文，對于目的地址未知的組播報文，交換機一般處理方式為以廣播形式泛洪，這樣會(huì )對網(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(chēng)多址廣播或多播)技術(shù)，是一種允許一臺或多臺主機(多播源)發(fā)送單一數據包到多臺主機的網(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(guò)在二層地址表中增加相應的組播地址條目來(lái)實(shí)現對組播成員的管理，當具有該目的地址的組播報文到達時(shí)，將只向地址表該條目中定義的成員端口轉發(fā)。靜態(tài)組播地址管理適合于成員數量較少的組播組，當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,通用屬性注冊協(xié)議)多播注冊協(xié)議——GARP Multi Registration Protocol (GMRP)是IEEE 802.1D標準中定義的通用屬性注冊協(xié)議(GARP)的一部分，此協(xié)議用于管理交換機中的動(dòng)態(tài)多播信息。其工作原理可以簡(jiǎn)單描述為：當連接在交換機上的一臺主機設備準備加入某一個(gè)多播組時(shí)，它會(huì )發(fā)出GMRP加入消息，交換機收到消息后，將該主機連接的交換機端口加入該多播組中，并在主機所在的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。當組播源向該組發(fā)組播流時(shí),交換機只會(huì )將組播流發(fā)送給組播組內的端口。

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)的標準，它是運行在二層設備上的組播約束機制，用于管理和控制多播組。運行了IGMP snooping的交換機在收到IGMP報文后進(jìn)行分析，在交換機內建立或者刪除組播MAC與端口的對應關(guān)系，交換機根據該映射關(guān)系進(jìn)行數據的轉發(fā) [9]。

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