[发明专利]智能变电站报文记录与分析系统中报文快速处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及报文快速处理方法，尤其是涉及一种智能变电站报文记录与分析系统中报文快速处理方法。

背景技术

智能变电站报文记录与分析系统依赖于报文的捕获。传统的报文捕获机制包含三个主要部分：一是针对特定操作系统的包捕获机制；二是针对用户程序的接口；三是包过滤机制。不同的操作系统实现的包捕获机制可能不一样，但形式上基本相同。数据包常规的传输路径依次为：网卡、设备驱动层、数据链路层、IP网络层、传输层、应用程序，而报文捕获机制是在数据链路层增加一个旁路处理，对发送和接收到的数据包做过滤/缓冲等相关处理，最后直接传递到应用程序，报文捕获机制并不影响操作系统对数据包的网络协议栈处理。对应用程序而言，由报文捕获机制提供统一的接口，使应用程序只需简单的调用若干函数就能获得所需数据包。包过滤机制是对所捕获到的数据包根据用户的要求进行筛选，最终把过滤后的数据包传递给应用程序，其最典型的应用即：对不同类型的报文，先进行过滤分类，再分别进行数据传输。虽然传统的报文捕获机制不影响操作系统对数据包的网络协议栈处理，但由于该机制需要从链路层额外拷贝，并且当应用程序调用接口获得该报文时，需要从用户空间切换到内核空间，并把数据从内核空间拷贝到用户空间，整个过程耗时较长。智能变电站的报文记录和分析系统需对站内高负荷网络环境的全景数据进行存储及实时分析，显然传统的报文捕获机制会不堪重负，甚至会出现大量丢包的问题。

智能变电站的主要特征之一就是以交换式以太网和光缆组成的网络通信系统替代以往的二次连接电缆和回路，过程层、间隔层、站控层之间都是按IEC 61850标准的协议进行通信。IEC61850按照变电站自动化系统所要完成的监测、保护和控制三大功能，从逻辑上及物理上将系统分成三层：站控层、间隔层和过程层。站控层设备（监控系统，远动系统等）与间隔层设备之间采用IEC61850进行通信，实现网络共用，信息共享。间隔层IED(保护、测量装置、计量装置等)和过程层IED（如合并单元、智能单元等）通过发布/订阅模式通信，主要完成传输间隔层装置需要的采样值（SMV）和开关值(GOOSE)。

间隔层内IED数据收发以TCP/IP方式进行，在应用层选择制造报文规范（MMS）作为应用层协议与变电站监控系统通信，其映射一般遵循 MMS ＋TCP/IP＋ISO/IEC802.3模式。过程层向间隔层传送的数据主要包括：采样测量值（SMV报文）和分合闸操作命令（GOOSE报文）等。这些报文都有很高的实时性要求且传输数据量巨大，因此SMV报文和GOOSE报文均采用二层以太网多播的形式传播。由于间隔层内存在着大量的数字化设备，以及这些设备需要实时地提供SMV报文，所以在间隔层内存在着大量的SMV报文和少数GOOSE报文。例如，在大型变电站中，间隔层SMV的总流量能达到每秒几百兆的规模，占报文总量的95%以上，而GOOSE则可能是每秒几兆。当然还存在着少数的MMS,PTP报文等。

报文记录与分析系统中针对不同类型的报文提供了不同应用程序。例如通过GOOSE监控应用程序就能掌握整个变电站中的事件及其发生时间；而SMV监控应用程序则能及时发现电压，电流的有效值、相位等。由于报文负荷的严重不均，这就迫切需要一个高效的包过滤机制，能快速地把各种报文分类，并分派到各个不同应用。而传统的过滤机制，在应用层对所有捕获的报文进行过滤，这对于GOOSE,MMS，PTP等报文监控，是十分低效的行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能变电站报文记录与分析系统中报文快速处理方法，该方法为智能变电站报文记录与分析系统提供高效的报文处理机制，实现快速捕获并过滤报文，迅速地把过滤后的各种报文分类并及时传递到各应用程序，实现智能变电站监控及数据分析的高效应用。

本发明的目的是这样实现的：

一种智能变电站报文记录与分析系统中报文快速处理方法：包括下列步骤：

A、修改网卡驱动：根据不同的硬件驱动代码，修改数据包获取函数，将数据包推送给PF_RING；

B、在PF_RING模块中管理共享内存：为应用程序提供统一的共享内存管理接口，SMV、GOOSE、MMS、PTP应用程序通过PF_RING模块创建或销毁共享内存；

C、在PF_RING模块中将数据包分类：在PF_RING模块中，将数据包快速分类成:SMV,GOOSE,MMS,PTP报文，并将分好类的报文写入SMV、GOOSE、MMS、PTP应用程序对应的共享内存；