[发明专利]智能变电站过程层组播管理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，特别是涉及一种智能变电站过程层组播管理方法以及一种智能变电站过程层组播管理装置。

背景技术

智能化变电站和数字化变电站基于同样的标准IEC 61850和同样的通信平台以太网，按照IEC61850标准，变电站通信体系分为三层，即站控层、间隔层和过程层。其中，过程层网络指间隔层和过程层之间的网络，主要传输GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)、SV(Sample Value，采样值)和IEEE1588时钟同步数据。我们知道，以太网上的数据报文按目的地址不同可以分为单播(Unicast)报文、组播(multicast)报文以及广播(Broadcast)报文。而上述GOOSE报文和SV报文以及IEEE1588同步报文等都是采用组播地址作为它们的目的地址，基于发行者/订阅者(Publisher/Subscriber)机制实现装置之间数据的快速、高效的传输。

过程层网络上传输的大部分数据都是组播，而组播不加过滤的话，交换机会把它和广播一样处理，因此，这就需要我们对组播进行有效的管理和过滤，以减少网络负载、提高网络的效率、降低网络上的延时等。目前，传统的在变电站内用于交换机对组播进行管理和过滤的方法主要有VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)技术、GMRP(GARP Multicast Registration Protocol，GARP组播注册协议)技术等，下面对上述两种技术分别进行介绍：

一、VLAN技术。

VLAN技术主要是为了解决交换机在进行局域网互连时无法限制广播(Broadcast)的问题而提出的。如图1所示，这种技术可以把一个LAN(Local Area Network，局域网)划分成多个逻辑的LAN(及VLAN，如图2所示)，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播、组播报文被限制在一个VLAN内。目前，过程层采用的是IEEE802.1Q VLAN技术，该技术在报文中添加IEEE802.1Q标签，SWITCH(工业以太网交换机)通过对标签的识别决定报文所属的VLAN并在相应的VLAN中进行转发，而其它VLAN中将不会出现该报文。

IEEE802.1Q VLAN的划分从本质上讲是通过给数据帧加标识，交换机通过对标识的识别来达到链路层广播域的隔离，通过在交换机内部建立端口与VLAN tag的映射关系实现。具有802.1Q VLAN功能的交换机一般默认开启VLAN1，该VLAN默认包含所有端口(包括CPU)，且默认报文输出时不带标签。交换机VLAN划分规则为每个端口可以属于多个VLAN，每个VLAN可以包含多个端口，并且支持交叉VLAN的设置。具体到实际应用中，该特点决定了每个IED(Intelligent Electronic Devices，智能电子设备)装置可以被包含在多个VLAN中，这样该IED装置就可以同时接收多个MU(Merging Unit)发送来的组播报文了。

然而，采用VLAN技术虽然满足了智能变电站过程层网络应用的基本要求，但是却仍然无法对VLAN内的组播报文进行很好的管理。这主要是因为VLAN的配置策略的制定和实际操作都相对比较复杂，各个厂商交换机的VLAN配置方式和VLAN转发规则均不相同，从而给系统集成商工程调试人员的现场维护带来很大困难，导致在过程层大规模应用存在弊端。

二、GMRP技术。

GMRP技术采用动态注册的方式实现组播地址的动态学习，当有某台IED装置想加入一个组播组时，它需要发送一个GMRP join信息。一旦收到GMRP join信息，交换机就会将收到该信息的端口加入到适当的组播组。交换机将GMRP join信息发送到VLAN中所有其它装置上，其中一台装置作为组播源，当组播源发送组播信息时，交换机将组播信息只通过先前加入到该组播组的端口发送出去。此外，交换机会周期性发送GMRP查询，如果装置想留在组播组中，它就会响应GMRP查询，在该情况下，交换机没有任何操作；如果装置不想留在组播组中，它即可以发送一个leave信息也可以不响应周期性GMRP查询。一旦交换机在计时器(leave all timer)设定期间收到装置leave信息或超时没有收到相应信息，它便从组播组中删除该装置。