智能交换机（精选10篇）
智能交换机 篇1
引言
目前, 智能变电站已进入了全面建设阶段。在智能变电站中, 以交换机为核心的通信网络起着关键的作用。[1]智能变电站内所有监视、控制、采样值、跳闸等信息的传输均通过以太网完成交换, 以太网交换机成为智能变电站二次系统的关键设备。智能变电站交换机的选型应综合考虑可靠性、实时性和适合智能变电站使用的高级应用功能, 如时钟同步性能、组播管理性能、安全性等。[2]目前, 智能变电站过程层网络最常用的是VLAN技术, 过程层网络需经过VLAN划分、配置后正常运行。但是, 当交换机端口故障设备迁移到备用端口或交换机需扩充时, 需要重新划分配置VLAN, 增加了现场施工和维护的复杂性。文章通过分析智能交换机的特点, 提出了智能变电站过程层网络即插即用的实现方法。
1 智能交换机
智能交换机是根据IEC61850 智能变电站通信业务模型的要求, 借鉴IP路由, 多协议标签交换等现代通信技术来实现。该技术采用由互联网工程任务组 (IETF) 的提出的TRILL协议, 不但兼容IEEE 802.1 标准的2 层交换功能, 而且能够支持各种组网模型, 支持多业务共网传输。
2 智能交换机功能
2.1 业务自动识别
智能变电站中的4 类报文 (GOOSE, SV, MMS和IEEE 1588) 中GOOSE和SV报文为2 层以太网报文, MMS采用3 层IP报文传输, IEEE 1588 报文既可以采用2 层以太网报文也可以采用3 层的IP报文传输。GOOSE报文根据用途还可以分为快速GOOSE报文和常规GOOSE报文。快速GOOSE报文多用于断路器的跳/合闸控制和闭锁, 常规GOOSE报文多用于传输刀闸节点位置或保护动作信息;SV报文同样可以分为2 类, 用于保护控制的快速SV报文和用于测控装置的常规SV报文。
采用多协议标签交换 (MPLS) 是业务流识别的技术核心。多协议标签交换 (MPLS) 是一种用于快速数据包交换和路由的体系, 它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是, 它具有管理各种不同形式通信流的机制。它提供了一种方式, 将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签, 用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口, 如IP、ATM、帧中继、资源预留协议 (RSVP) 、开放最短路径优先 (OSPF) 等等。在MPLS中, 数据传输发生在标签交换路径 (LSP) 上。LSP是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议, 如标签分发协议 (LDP) 、RSVP或者建于路由协议之上的一些协议, 如边界网关协议 (BGP) 及OSPF。因为固定长度标签被插入每一个包或信元的开始处, 并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包, 所以使数据的快速交换成为可能。
具体报文识别如下:
(1) 识别快速GOOSE流 (跳/合闸、闭锁) , 并赋予1类标签;
(2) 识别快速SV报文流, 并赋予2类标签;
(3) 识别常规GOOSE流, 并赋予3类标签;
(4) 识别常规SV报文流, 并赋予4类标签;
(5) 识别MMS报文, 并赋予5类标签;
(6) 识别1588 报文, 并赋予6 类标签。
2.2 业务流到逻辑子网的映射
智能变电站内各类业务映射到6 个逻辑交换网络, 分别是快速GOOSE交换网络, 快速SV交换网络, 常规GOOSE交换网络, 常规SV交换网络, MMS逻辑交换网络, IEEE 1588 逻辑交换网络。接入层设备解析变电站SCD文件, 获取交换机网络拓扑结构、端口配置、业务流对应的报文订阅关系, 将报文标签号与逻辑子网标签号进行映射。
2.3 逻辑隔离
智能交换机为IEC61860 变电站各类通信业务预分配了不同的交换资源和传输带宽, 将单一物理网络划分为若干个相互隔离的逻辑交换网络, 既满足了各类业务本身对传输网络的性能和可靠性要求, 也保证了共网传输时各逻辑交换网络的安全隔离, 同时还具备全网精确时间同步、维护简单等优势。
智能交换机通过MPLS和逻辑交换网的映射, 实现逻辑子网的相互隔离, 一种类型报文的流量骤增不影响其它类型报文的正常传输。逻辑子网隔离功能为“多网合一, 共网传输”提供了可靠的技术保证。
3 过程层网络即插即用的实现
智能交换机通过解析SCD文件, 智能识别接入平台的IED设备, 设备迁移时 (如改变接入或接口) 能自动识别及切换链路, 无需人工配置, 另一方面由于业务流的识别和逻辑子网的映射是自动完成, 不需人工介入, 因此也就不再需要进行交换机的VLAN配置, 即通过智能交换机可实现过程层网络的智能化, 其实现流程如图2 所示。
4 结束语
智能交换机将SCD文件中报文的订阅关系转化为报文的传输路由, 实现设备自由接入网络、免VLAN配置的报文逻辑隔离的目的。采用智能交换机构建过程层网络, 可以实现过程层网络的即插即用, 在智能变电站中有广阔的应用前景。
摘要：结合智能变电站对交换机的要求, 文章重点分析了智能交换机多协议标签交换等功能特点, 提出了过程层网络即插即用的实现方法。
关键词：智能交换机,多协议标签交换,即插即用
参考文献
[1]杨贵, 王文龙, 熊慕文, 等.千兆交换机在智能变电站的应用探讨[J].电气技术, 2010 (8) :129-132.
[2]周志勇, 孙中尉, 张凡, 等.智能变电站交换机选型[J].中国电力, 2011 (7) :40-43.
智能交换机 篇2
对网络及设备的监控和管理
可管理是智能交换的基础，通常意义上的网络管理系统包括性能、配置、故障、计费和安全等5个功能域，这是最基本、也是最常用到的功能，随着用户网络规模的扩大、网络应用的增多，对网络运行状况的实时监控和维护就变得非常必要，需要网管系统与智能交换设备相互密切配合。
目前常见的网管系统有两类，一类是通用的网管平台，如HP OpenView，可以提供一个第三方的网管平台，支持对所有SNMP设备的发现和简单监控。但由于各厂商设备都具有大量自行开发的私有MIB(Management Information Base)库，通用网管平台无法对其进行识别和管理。因此，如果要实现对各种设备进行详尽监控、管理和配置时，必须进行二次开发。近年来，各厂商设备更新很快，而与第三方通用网管平台的配合则非常有限，使得通用网管平台难以细致地对多厂商的设备进行管理。
另一类是由网络设备厂商自行开发的网管平台，如Cisco WORKS、神州数码LinkManager等，可以对本厂商的设备进行深入细致的监控、配置和管理，实用性较强且价格也较便宜。但问题是，无法用这类网管系统实现对全网设备的统一管理，因此用户往往采用多台网管工作站分别安装不同的系统，进行分别管理。
随着用户对不同设备进行统一网管的需求日益迫切，各厂商也在考虑采用更加开放的方式实现设备对网管的支持，例如开放私有MIB库，乃至完全依照RFC来编写MIB库，以实现不同厂商间设备与网管系统的互操作性。
目前，在大中型企业网中，应用网管系统的比例较以前已大幅度提高。因此，用户在选择时不能满足于拓扑发现、流量监控、状态监控等通用的网管功能，还要对于设备远程配置、用户管理、访问控制乃至QoS监控等提出更高的要求。
另外，为节省IP地址，简化管理层次，不同的厂商采用堆叠或集群网管等技术，将多台设备作为一台逻辑上的设备进行统一管理。用户也可以关注这类产品。
原则二：
对不同应用类型数据的分类和处理
智能交换的另外一个重要体现是，对网络中不同类型的数据自动进行分类，并提供不同的传输策略，确保关键应用的顺畅运行，也就是通常所说的服务质量(QoS)。
目前常见的QoS技术有IntServ(RSVP)和DiffServ两种方式。
前者采用资源预留的方式，即针对每种不同的应用，都在网络上预留“端到端”的专用通道，确保关键应用独享固定的带宽资源。资源预留的方式属于虚拟专线的解决方案，能够确保关键应用的传输质量，却无法实现带宽的共享，易造成线路资源的浪费;另外，资源预留只适合于较为简单的网络拓扑，如路由器间点对点的专线连接，对于复杂而庞大的企业网而言，很难实施，更不要说城域网了。
因此，用户最好采用DiffServ的交换机，以实现“端到端”的QoS。需要指出的是，为实现DiffServ QoS，要求用户的网络上所有相关的交换机都支持802.1p优先级功能。
原则三：
对多媒体传输的支持
交换机对专用于多媒体传输的功能和协议的支持越来越多，其中最为典型的是组播技术。
组管理协议IGMP已经成为智能交换机必备的基本功能。而对于三层交换机，除了RIP、OSPF等单播路由协议外，也开始支持DVMRP、PIM SM/DM等组播路由协议。
在进行组播应用时(如视频会议等)，各交换机均可通过IGMP协议在整个网络范围内传递分组信息，使各交换机确定每组的成员，而组播路由协议则可对组播数据包进行路由，使得组播包在网络上顺畅传输。其中，DVMRP相当于单播时的RIP协议，适合于小规模的网络应用;而PIM则是与协议无关的组播路由协议，分为密集模式(DM)和稀疏模式(SM)两种，
密集模式主要适用于网络带宽较大、用户分布较集中的场合，如公司的局域网; 而稀疏模式主要适用于网络带宽较小、用户分布较稀疏的场合，如广域网或Internet。
有的交换机还配置了语音网关模块，使得以太网交换机直接具备VoIP功能，但这样的应用还需要在客户端分别布网线和电话线;若采用客户端的VoIP网关，则可通过一条网线实现语音、数据的传输。这两种方案孰优孰劣，还要根据实际情况来判断。
原则四：
用户分类和访问控制
用户分类、权限设置和访问控制，也是智能网络的重要功能。由于企业管理的细化，对于不同的网络资源，要针对不同用户设置不同的访问权限。
访问权限的设置有工作组级和用户级两种方式。
基于VLAN和三层交换的访问控制就属于工作组级的访问控制。VLAN除了具备隔离广播、提高网络性能的作用之外，其重要的作用就在于将不同的工作组隔离开来，便于实现可控的相互访问。三层交换机可以实现跨VLAN的访问，而通过访问控制列表ACL，则可设置不同VLAN间乃至不同IP地址的设备对于不同网络服务的访问权限。
对于智能小区宽带接入应用，将每个用户都划分在单独的VLAN中，也能够实现用户级的认证和访问控制，但这种方式只适用于固定接入的用户，且无法实现计费。
目前在宽带接入网和企业网中，以往用于电信运营网络中的AAA技术(授权、认证、计费)，如传统的RADIUS、PPPoE，以及新兴的802.1x等用户认证功能等，开始被集成到智能交换机中，与认证服务器配合，从而实现基于用户的认证和访问控制。
对于企业网来说，通常要实现在用户访问不同的网络服务资源时，进行认证、访问控制及服务认证，而不是针对用户接入端口进行接入认证。因此，常用的方式是以访问控制列表或RADIUS认证服务器，对相关应用服务资源设置不同的访问权限，并针对用户实现认证和授权。
对于宽带接入网来说，则需要通过用户认证实现对端口联通状态的控制，通常要采用“PPPoE+RADIUS”或“802.1x+RADIUS”的方式来实现接入认证。
PPPoE是一种较为成熟的认证方式，通过PPP协议封装以太网帧，在无连接的以太网上提供了点对点的连接。PPPoE类似传统的拨号接入方式，用户端采用一个拨号软件，发起PPP连接请求，穿过以太网交换机或者DSL设备，终结在集中控制管理层的接入网关设备上。接入网关设备负责终结PPP连接，并与RADIUS配合实现用户管理和策略控制。
802.1x起源于802.11协议的EAPOL，是最近出现的一种以太网认证技术。 802.1x是IEEE为了解决基于端口的接入控制而定义的一个标准。
802.1x认证方式主要通过认证前后打开/关闭用户接入端口来实现对用户接入的控制。基于端口的网络接入控制是在 LAN 设备的物理接入级对接入设备进行认证和控制。连接在物理端口上的用户设备如果能通过认证，就可以访问 LAN 内的资源;如果不能通过认证，则无法访问 LAN 内的资源，相当于物理上断开连接。认证通过时，从远端认证服务器可以传递来自用户的信息，如VLAN、CAR参数、优先级、用户的访问控制列表等; 认证通过后，用户的流量就将接受上述参数的监管。
802.1x要求接入交换机支持EAPOL协议，至少支持该报文的透传，但现有通常的网络设备多数不支持。虽然越来越多的厂商开始提供支持802.1x的智能交换机产品，但由于该协议标准尚未成熟，各厂商实现的方式不尽相同，它的发展受到了一定程度的制约。
原则五：
防止网络攻击
浅论软交换与固网智能化改造 篇3
【关 键 词】软交换；固网智能化；改造；探讨
【中图分类号】 S972.7+6【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0248-02
目前，构建传统通信方式同现代化通信方式相结合的系统是我国网络信息化发展的终极目标，而软交换系统的发展为此目标的实现带来了可能性，软交换是实现电话网络智能化相关改造的非常有效地技术手段。积极做好固网的改造工作对我国信息化建设的推进非常有利。
一. 软交换与固网智能化的综述
（一）固网的问题现状
通过对目前固网的研究分析可以得出相关的问题，如下：
1、网络结构不尽合理。目前，业务交换点的改造和规模不够充分，如此就需要较大的投资，并且不支持统一的布放全网的业务，进而就不能满足智能业务的快速发展。还有，部分端局间存在不够完整的网络连接以及网络结构较为复杂等现象，这就使网络的维护管理比较困难。
2、固网交换机型号复杂。在公共交换电话网络建设的初级阶段，有些城市引进了交换机的相关技术，但由于交换机的型号种类比较多，并且其提供业务的能力也良莠不齐，因而要在全网实施增值业务困难较大。
3、固网智能化业务难以开展。因为网络的用户在使用新型的业务时均要借助交换局的全网配合，但是交换机厂家型号的不同使得其利用的资源不同，因此就需要制定不同的方案来进行业务的开展。
4、固网的号码资源利用不充分。目前，固网用户数据资料的放置十分分散，很难使固网同相关的移动业务有效融合，无法实现固网用户数据资料的统一集中的管理，这就使用户属性管理及数据资料很难实现共享。就固网而言，用户的信息就是借助固网的号码段来进行识别，由于交换机型号的不同，使这些固网的号码包含有网络运营商的相关信息以及网络用户归属的网络、交换机等相关的信息。不同的地域、网络及交换局对固网用户的号码进行自身相关的分配，但是当网络用户要改变自身网络的归属属性时，就不得不改变原有的号码，导致用户使用存在很大的不便，而固网号码的宝贵资源就白白浪费掉了。
（二）固网系统智能化改造的意义
固网系统的智能化改造就是在传统固定网络电话业务的基础上，使要实现的业务和承载业务的网络相分离，这样就可以把固定网络用户的电话信息等相关的任务独立出来，并构建新的独立的网络系统进行用户资料数据等信息的存储，各个资料数据库间统一IP接口的连接标准，满足不同网络间的信息交流。
（三）软交换技术的基本特点及优势
软交换是指控制网络功能的实体，为下一代网络及时地提供呼叫及连接的控制功能，同时是其功能的核心体现。其软交换技术的网络结构图如图1。它具有以下的特点：具备分组网、电路交换网的集成；也具有汇接始末端的能力；能将呼叫控制层同业务层等进行较好的分离。
就如图1所示，软交换设备位于控制层中，这就可以提供对各业务的控制能力，软交换设备同功能、应用、策略等服务器之间采用了相互通信以及标准协议的联系。简单的说，软交换实现了不同型号远程交换机同时加载业务，且可以为不同的业务提供不同的呼叫控制的功能。其优势是具有媒体网关的接入功能、呼叫的控制功能、提供业务的功能、互联互通的功能、支持开放的业务以及应用接口的功能还有资源的控制及管理的功能等。
二、交换及固网智能化改造的方法
（一）将软交换作为固网汇接技术的基础。近年来信息技术的发展使得传统汇接技术已不能适应如今时代的快速发展，借助软交换的相关技术能促使实现网络电话系统环境统一化的管理，把网络的相关流量区化为较为合理的区域，进而将软交换的相关技术作为控制的中心，如此的操作实现了网络环境的平行管理，同时软交换的相关技术可以控制终端及信令的网关，利用终端网关来代替原来的汇接的设备，这样就能实现由软交换控制呼叫等功能，为固网相关业务的智能化奠定有效的技术基础。
（二）控制网络用户的数据资料的核心技术就是新型网络的节点技术，网络节点技术可快速的储存智能业务等系列的网络用户数据资料，该技术支持软交换技术与汇接终端的交互作用，并且能有效的在信令中体现出用户在呼叫过程中相关的映射关系，可以将网络用户的智能化的业务属性转变成相对应的接入的特殊编码，通过相应的编码操作完成智能化业务的使用全过程。
（三）固网的运营商可在本地网中进行智能化技术的改造，并进行相关端局和汇接局结构的调整，进而实现完整的端汇结构，可以把所有的端局中的呼叫转变为汇接局的方式。在应用层的相关配置中，用服务器为智能业务提供丰富的资源供应，并在集中的数据库中进行设置，而被储存的智能业务用户信息可用业务接入码的形式表示，从而触发智能业务。
（四）部分固网智能业务的实现。基于软交换技术的智能网络的构建可实现移机不改号的业务流程；可以实现同振及顺呼业务功能，即独立信令网关与软交换设备间借助M3UA的协议进行交互，进而为信令网与IP网之间提供完整的互通功能。网络用户的智能化业务的呼叫信令流程如图2.所示；可实现固网悦铃、一号通、一号双机等业务。以上智能业务的实现可有效增加固网用户的粘性，能够使固网业务收入保持稳定。
总结：
随着整个时代的进步发展，我国的信息通信系统也面临着高速发展的黄金时期。实现固网的智能化系统及软交换的改造有利于信息现代化的建设，进一步提升网络的资源利用率以及提供更加稳定的信息通信环境。做好软交换与固网智能化系统的改造是下一代网络发展的必然趋势，只有这样才能发挥其智能化的优势，给广大的用户带来极好的享受，确立其技术水平的领先地位。利用软交换的相关技术完成固网的智能化改造，进一步提升固网的应用价值，加速固网向移动化、智能化的指定方向迅速的发展，进而完成网络进化的最终目标。
参考文献
[1] 胡小东.软交换组网设计浅析[J].移动通信，2007（9）
[2] 陶艾生.固网智能化热点问题探讨[J].电信科学，2007（5）：84-86
[3] 唐航，向东方.基于软交换解决方案的企业通信技术研究.人民长江，2008（39）：106-108
高速智能型数据处理交换机 篇4
已申请专利
项目简介:
本项目旨在开发一种智能型、高速的数据处理交换机。它应用于第三代 (3G) 和第四代 (4G) 无线网络通讯。这种数据处理交换机基于INTEL生产的IXP1200芯片, 辅以一套开放式的操作系统, 并由一套自发研制的网络数据交换软件所控制。它的数据转换速率可达到10GBPS。本数据处理交换机的智能化主要体现在以下几个方面:1、数字缓存系统:本数据处理交换机提供缓存功能以提高数据传输的有效性。2、内容选择模块:本数据处理交换机能够提供不同协议之间文本内容的相互转换。3、语音识别与文本转换:本数据处理交换机还能提供语音识别和文字转换语言的功能。在第三代和第四代无线通讯中, 数据打包技术及数据传输技术起着十分重要的作用。高速且具有智能化功能的数据处理交换机将有着巨大的市场。
主要市场:
智能自动交换光网络的演进 篇5
关键词：ASTN，ASON，路由选择，信令传输，网状网恢复
一般说来，骨干网是能够承载复杂的、可预测的语音和专网业务的光网络。处于网络边缘层的因特网业务正在呈爆炸性增长，从而为新服务提供商展现出令人振奋的前景。而且，原先主要用来降低网络规划方面成本的光传输服务，现在可以直接面对最终用户，这就需要一个全新的、更智能化的光网络来迎接这些挑战。
新型光网络应具备下列主要特点：
· 标准化的路由选择和信令传输结构;
· 基于网状拓扑结构;
· 网络拓扑结构和资源自动检测;
· 基于SONET/SDH环的灵活的网状恢复机制;
· 通过共享带宽恢复的规划和应用以及分等级服务的资源分配;
· 通过快速连接设备性能和多厂商、内部服务提供商的协同工作;
· 用户信号带宽按需分配。
一、G.ASTN结构
北电网络公司的OPTera系列产品具备上述新光网络的主要特点，符合ITU-T的自动光交换网络标准(G.ASTN)。G.ASTN的结构框架见图1，其中的光业务层支持从STM-1到波长带宽的多种业务颗粒。G.ASTN支持用户直接和光交叉连接设备(OXC) 相连，也可以通过OPTera Metro 4100/4200和OPTera Metro 5100/5200与接入网连接。G.ASTN控制层面由光连接控制器构成，与传输网络相重叠，各个光连接控制器与OPTera Connect网络节点一一对应。G.ASTN控制层面根据边缘层用户的要求，通过光网络来提供路由设置和信令传输。
路由设置分两个步骤：首先，每个OPTera节点寻找有效资源，然后与相邻节点连接，并将本地拓扑结构信息上报给相关的光连接控制器(OCC)，于是光连接控制器自动搜寻优化的传输网络拓扑结构和资源;其次，光连接控制器通过路由协议动态更新拓扑结构数据库以适应相应的拓扑变化，由每个自动交换传输网(ASTN)控制器维护最新的拓扑结构数据库，为连接的建立进行动态路由计算。这个最新的网络状态可以得到当前的信息利用状况，同时可以收集历史信息以满足容量规划的需要，激活最优化触发器，限制路由容量。
二、信令构件
网络构件是用来描述网络功能结构的一些通用基本元件，与具体实施技术无关。在ASTN控制层面的构件主要有四类：请求代理(RA)、光连接控制器、管理域和接口。
ASTN控制层面包括以下几种信令接口。
(1)用户网络接口(UNI)
这种接口允许用户在建立和拆除连接时产生信号，是基于MPLS(LDP或RSVP)的方案，适用于光网络。它应用于用户系统(如路由器)，或更高层的传输网元素。UNI也可被网管用来为不具备UNI信令功能的用户发送用户连接信号。最终用户可能用到的参数包括：QoS、保护级别、带宽、日历功能、路由多样性和其他属性。
(2)节点到节点接口(NNI)
这是ASTN网络的内部接口，它通过网络传送用户请求，用于在光通道上的中间节点之间建立连接。这个接口的参数包括明确的路由说明、保护能力和路由限制，定义明确的NNI接口可以支持ASTN网络中所定义的不同级别节点相互正常工作。
(3)内部接口(IrDI：Inter-Domain Interface)
这种接口不显示，用于不同网管下的ASTN网络，是带有UNI功能的NNI，用来交换简单的地址和拓扑结构。它是实现跨越多管理领域的服务能够快速传输的关键。内部接口是对ASTN网络内部连接完全开放的，能够实现不同运营商之间真正的端到端连接。
(4)连接控制接口(CCI)
这是位于ASTN控制器(前面提到的光连接控制器)和OPTera Connect交换结构中间的接口，用来配置交换设备的交叉连接和获取当前交换状态的信息。CCI允许多种容量的交换和内部的复杂性。
UNI和NNI的性能可以增强服务能力，包括端到端的拨号信令通道保护、软件的永久连接、后台连接的优化、连接的跟踪以及日历连接的设置。
三、路由选择
每个OPTera Connect节点搜寻有效资源，然后与相邻节点连接并通过CCI向相关的光连接控制器上报本地拓扑信息，
同样，光连接控制器也会在光连接控制器之间自动搜寻全球的传输网络拓扑结构和资源，如带宽。这已经通过开放最短路径优先(OSPF)协议扩展到光网络上的形式完成了。一旦它们建立起拓扑结构数据库，ASTN控制器就使用一种路由协议(如CR-LDP或RRSVP-TE)动态更新它们的拓扑结构数据库。同样，任何IP地址的改变都会传播开，以保持可通达性。
四、几种ASTN协议草案的比较
国际上关于ASTN的标准主要有以下4个。
(1)IETF标准
协议采用对等模型，即让路由器直接接受光网络拓扑信息，从而直接控制光网络完成自动连接建立工作。主要面向传输、数据混合网，利用现有信令协议扩展和修改来开发UNI，RSVP-TE和CR-LDP。它的优点在于利用数据网的网络调配和带宽管理，缺点在于由于采用对等模型，就目前情况看，可处理的网元数受限较大，计算量大，算法不收敛的概率大于客户/服务者模型。
(2)ITU-T标准
包括ASTN和自动交换光网络(ASON)，ASON是前者针对OTN网络的子集。客户层要求通过接口传给服务层，由服务层来解决客户的要求，不让客户层知道服务层的拓扑细节，这就是客户/服务者模型。客户/服务者模型允许光层和客户层独立演进，光层的发展不会受制于IP层的发展速度。
(3)ODSI标准
针对重叠网，采用客户/服务者模型及新的信令协议。其优点是信令协议的工作效率较高;缺点是由于定义范围有限，可完成的功能也有限。
(4)OIF标准
更多地基于结构式方法，倾向于客户/服务者模型。
ITU-T建议的主要优点在网络结构特性方面，而IETF标准的主要优点在于路由信令部分。如果能够将ITU-T和IETF两种标准的优势结合在一起，那么将会大大加快自动交换光网络标准的建立速度。
五、北电网络的光服务网络
北电网络的光服务网络(OSN)使用Preside服务软件，提供一系列增值服务：
①多网状网的选择恢复;
②用于网络设计和优化的网状网络工具;
③Preside服务软件(如记费、认证、SLA管理);
④Preside服务软件的多厂商网管;
⑤信令代理;
⑥OPTera代理服务软件提供的API;
⑦将当前的Preside服务软件的多厂商网管移植到混合的或纯粹的ASTN网络。
现代网络多具有高度的不可预知性和多样性。数据服务需要一个从最高等级的服务(如支持金融业务)到低等级服务(如支持提供因特网接入的ISP服务商)的范围。为了保证多服务级别的一致性，OSN将复杂的网状网恢复算法结合应用在ASTN控制层面，以提供下列功能：
· 由通道特性决定的路由选择，如抖动、时延、比特差错率和信号质量标准;
· 路由选择符合网络优化结构可靠性所要求的恢复级别;
· 设计和配置工具;
· 支持ASTN产生的拓扑数据库。
Preside服务软件提供了一套强大的服务工具包，可以缩短最新应用投放市场的时间。为了今后加快服务速度和加大G.ASTN的利润产生余地，北电网络开发出了一套用户端软件OSA(OPTera Service Agent)。
OSA有一系列API来驱动网络内部的UNI接口。它是一个智能化、嵌入式的信令代理，可为ASTN光网络的用户提供光层服务。用户(或边缘层)设备可以是基于用户端的路由器、存储设备或一台服务器。实质上OSA要求为支持ASTN信令的光网络 提供“5R+B”的带宽连接。“5R+B”是指： 合适的带宽(Right bandwidth)、合适的时间(Right time)、 合适的持续时间(Right duration)、 合适的质量(Right quality)、 合适的对等互联(Right peers) 和 最佳的价格(Best price)。
OSA应用于访问ASTN网络终端系统，使一些能增长利润的服务和应用成为可能，例如自动搜寻验证、带宽管理，弹性带宽的多级别选择以及边缘系统、故障站点的网络自动恢复。
除了能以构件方式提供成本控制、灵活的用户控制、实时请求和带宽服务的配置外，OSA还展示了两个新概念，即光因特网和网络按需分级。
六、结 语
千兆交换机在智能变电站中的应用 篇6
1智能变电站网络
1.1交换机的流量统计
智能变电站中的网络有双星型和双环形网两种, GOOSE网和SMV网采用前者, MMS网两者兼可。通常目前有两种组网方式:其一SMV单独组网, MMS、GOOSE共网, 其二MMS单独组网、GOOSE和SMV共网[2]。智能变电站在站控层和间隔层之间有两种传播方式其一是单播进行信息传输。其二为组播传播方式, GOOSE和SMV为这种形式。合并单元信号需要母差保护、主变保护等特殊装置同时接收多个电压等级或间隔的信号, 而且采集需要的合并单元信号要通过交换机级联, 此时级联端口报文流量达到接近百兆的满流量。由于要在全站的保护和测控装置中进行传输GOOOSE虽然报文流量较少, 但是GOOSE报文的传输延时仍会受到SMV报文的影响。
1.2交换机的延时计算
相比于GOOSE报文和SMV报文来说MMS网的报文流量不大, 所以对传输的延时要求不高, 所以在此只忽略其影响。保护动作的时间由过程层的传输延时直接影响, 传输的延时最为关键, 之所以选择千兆交换机不光是因为其具有更小的报文传输, 它的优势在当发生阻塞情况的时候, 千兆交换机传输延时仅为百兆交换机延时的十分之一, 而且在没有阻塞的情况下, 百兆交换机传输延时为千兆交换机传输延时的7倍左右。因此无论从哪个方面来说应用千兆交换机才是我们未来的努力方向, 而且过程层中使用千兆交换机将具有抗阻塞的能力。
2智能变电站目前交换机的使用情况
智能变电站目前采用交换机主要是端口数量为16或24个的管理型交换机100Mbps工业以太网交换机[3]。SMV网报文量较大, 而我们大多数时候需要接受多个合并单元信号, 且端口的流量很小约为6Mbit/s, 在所需要的端口可能为满限。而在传输过程中满足带宽、传输延时的要求, 采用百兆交换机合并几十台单元信息进行传输将会无法满足要求, 在此我们采取的措施如下:
1) 合并单元的方式来介入SMV网络, 保护和测控装置一台交换机合并。
2) 划分区域来排除端口无用的报文流量。
3) 组建千兆组网的千兆交换机端口来拓宽千兆交换机的传输的带宽。
4) 减少交换机的级联次数来, 级联次数一般要求少于3级。
5) 通过802.1P的Qos服务减少敏感报文的传输延时。
采用上述措施虽然可以缓解传输带宽、延时等表面要求, 但根源问题并没有就解决, 还引发了新的问题, 采用千兆级联端口代替百兆端口出现了带宽不够, 网络分析困难的现象。
3千兆交换机的技术要求
为了更好的实现千兆交换机技术合理应用, 就必须要去了解交换技术在实际运用中的要求。并且要考虑智能变电站的实际情况, 要求从以下六个方面来进行分析:
1) 冗余技术:交换机的标准网络冗余技术是由协议生成的树进而缩短时间。
2) VLAN技术:VLAN中的交换技术对区域的划分可以克服百兆交换机的缺点进行实际应用。
3) 时钟协议:通过硬件和软件相互配合的方式能够达到亚微秒级的时间同步精度。
4) 绝缘性能要求:交换机的机身紧凑元器件密集分布, 这使得交换机本身各部件绝缘性容易受到影响, 在这样的背景下对交换机绝缘性的要求更高了。
5) 温度要求:交换机正常运行一段时间后内部温度会升高, 此外交换机还会受到低
温和空气适度的影响, 要保证变电站的正常运行就必须要保证交换机能够耐高温, 低温, 并且还有一定的湿度。所以交换机周围的温度也是我们要考虑的一个问题。
6) 低气压要求:由于要低气压对电子产品产生一定的影响, 所以实际过程中我们要考虑低气压对交换机的影响。低气压对交换机的影响主要是由于压差和产品温度两个方面对产品性能的影响, 还有在低气压的情况下产品会出现局部放电的情况。这三个方面都是我们在实际的生产过程中需要注意的。
4千兆交换机在应用中的阻力
在目前来说, 千兆交换机仍然具有以下几个缺点:
1) 相比于百兆交换机千兆交换机的装配仍然太贵, 这是限制其不能大范围推广的重要原因。
2) 由于千兆交换机还在刚开始推广的阶段, 而现在的智能变电站都是百兆端口[4], 要换掉以往的装置来使用千兆交换机的话对工业上来说也是具有很大的负担, 所以这也是千兆交换机不能推广的一个重要原因。
3) 现在市场上可供选择的千兆交换机品种过少, 百兆交换机仍然在市场上占主流地位。
5结束语
通过本文我们了解了智能变电站中的电网网络结构, 分析了其自身的特点, 通过对网络流量, 传输速率, 网络延时三个方面, 对比出千兆交换机相比于百兆交换机的优势, 虽然目前百兆交换机在应用中存在的问题可以通过VLAN划分的方式来满足其需求, 但是千兆交换机的发展乃是未来的方向, 此为大势所驱, 所以我们建议在日后的智能变电站中采用千兆交换机对过程层组网。
参考文献
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[2]孙一民, 李延新, 黎强.分阶段实现数字化变电站系统的工程方案[J].电力系统自动化, 2007, (5) :90-93.
[3]林明宇.数字化变电站自动化系统中以太网交换机的选择[J].电力系统保护与控制, 2009, (1) :93-95.
智能交换机 篇7
根据前述要求, 在网络交换机应用方面, 往往优先采用性能优越、高可靠性的品牌工业交换机, 因是网络核心设备, 其可靠性将影响到与网络交换机连接的多个保护设备正常运行, 部分现场甚至不惜重金大量采用。 在当前应用中, 由于缺少交换机及网络性能的在线监测手段, 无法及时获知交换机内部状态、接口通讯、网络流量等实时信息, 难以发现交换机和网络的异常征兆、无法预估交换机何时会出现故障而影响系统运行安全。虽由交换机或网络故障引起的保护误动或拒动的情况不多, 但从获知的智能变电站内交换机和网络异常事件看, 开展交换机性能及网络实时监测将有助于帮助发现运行中的潜在缺陷, 并及时采取正确地处理措施。 针对异常进行改进, 达到优化设计、改善性能、减少冗余、简化配置的目标。
1变电站交换机使用与管理现状
1.1交换机的设备配置
为保证过程层信息传输的实时性、可靠性、安全性, 在智能变电站内一般是将站控层和过程层分网传输。并且在过程层网络设备的选用上, 只考虑工业级、 高性能的可网管交换机, 而普通的交换机因为不能实现网管的配置应用, 即使在智能变电站的站控层中也很少有应用。 目前应用较多的交换机品牌有HIRSC- HMANN (赫斯曼) 、RuggedCom (罗杰康) 、MOXA (摩莎) 等。
变电站网络在设计中一般采用双网、 或双网双套、 或冗余交换机配置, 当一个网络出现故障时, 依靠另一网络的投入保证网络的可靠运行。
1.2交换机的管理方式
(1) 串口管理:通过串口线, 主机与交换机提供的菜单控制台界面或命令行界面进行交互操作。
(2) Web管理: 在主机浏览器中输入交换机管理IP访问, 但部分网管交换机不支持Web管理。
(3) 网管软件管理:通过局域网, 利用主机上安装的网管软件访问交换机。网管软件有通用型和厂家为自身产品定制的专用型网管软件, 如赫斯曼公司的Hivision、思科公司的Cisco works、华为3Com的IMC等软件均为专用型。
1.3交换机的管理现状
一般按网络规模、设备配置和数据传输要求, 采用报文过滤、环网冗余技术配置交换机;运行中根据网络或交换机设备是否有异常, 检查设备状态或调取故障信息分析;缺陷处理或网络设备校验时, 使用工具软件查看内部状态信息或针对故障查找设备内部缺陷[2]。
2变电站交换机网络管理分析
目前的网络管理方法是一种被动的管理策略, 往往等缺陷暴露后才能发现问题, 易对系统运行造成不利的影响。本文提出采用一种主动的管理方法即实现对交换机运行状态、网络通讯流量等信息的采集, 建立对交换机的在线监测, 通过对数据的分析处理, 判定是否存在网络异常或故障、分析定位故障发生的设备节点或导致缺陷的缘由, 及时提醒监控运行维护人员采取主动处理措施的管理方式, 防范因设备瘫痪或网络缺陷而引起的事故。
2.1监测对象
根据ISO/IEC 7498-4中的定义, 网络管理的功能主要分故障管理、计费管理、配置管理、性能管理、安全管理5个方面。而变电站交换机网络管理从网络性能监测、交换机状态监测角度采集信息, 通过分析处理, 实时获取交换机和网络性能的状态, 侧重性能管理、故障管理。 例如通过对通讯数据处理可获得: 带宽占用率高、流量突变、通讯异常等信息。
(1) 网络性能监测的信息: 交换机端口通讯连接状态、输入输出流量、带宽占用率、输入丢包率、输入错误率, 输出丢包率、输出错误率。
(2) 交换机性能监测信息:CPU负荷率、 内存利用率、内部模块自检状态、电源工作状态、工作温度、交换机风扇状态, 交换机重启 (故障或失电引起) 及其他自定义异常事件。
2.2采集信息
上述需要监测的信息位于交换机信息库MIB中, 通过仔细分析MIB的数据存储结构, 发现变电站交换机性能监测的信息主要分布在:端口通讯变量、系统信息变量、内部状态变量、及故障异常变量等部分[3]。
(1) 端口通讯信息。 位于交换机MIB库的Interfaces子节点下ifTable的表对象中, 对象标识OID为1.3.6.1.2.1.2, 这部分包含:端口一般信息, 如标记ifIndex、描述ifDescr、 类型ifType、 速率ifSpeed; 端口状态信息, 如端口管理状态up或down, 端口工作状态linkup或linkdown;端口流量信息, 如输入和输出流量的累计数据。
(2) 系统信息。 位于交换机MIB库中的System子节点下, OID为1.3.6.1.2.1.1, 这部分含有:交换机描述、交换机ID、交换机上电时间等信息。 如根据上电时间可发现交换机是否有宕机或失电现象。
(3) 内部状态信息。 位于MIB库中的private. enterprises子节点下, OID为1.3.6.1.4.1, 这部分为厂家私有MIB信息, 需要关注的部分内部信息有:交换机系统时间、程序版本、电源状态, 交换机温度、CPU负荷率、风扇工作状态等信息。由于是设备的内部专有信息, 需通过厂商的技术资料才能进行解读。
(4) trap事件信息。 交换机的故障异常信息一般通过trap命令由网管交换机主动发给管理主机, SNMPv1协议中描述部分故障异常信息:交换机重启、 端口通讯中断与恢复、及交换机自定义故障异常事件。
2.3通讯数据处理
前述端口通讯信息为统计数据, 需要处理才可以获得网络性能的指标信息。 如通过2次轮询的数据除以轮询间隔时间, 则可得到一段时间的流量信息[4，5]。 与网络通讯相关的统计指标有:
(1) 端口流量。 以2次采集的输入/ 出字节数之差反映一段时间内端口流量:
式 (1—3) 中:ΔBin为2次输入字节数差值;ΔBout为2次输出字节数差值;ΔT为采集间隔时间。
(2) 端口带宽占用率。 以端口速率和流量获得一段时间带宽占用率:
式 (4) 中:Spt为端口速率。
(3) 端口通讯包数。反应一段时间内的数据包数:
式 (5) 中:ΔPin, ΔPiu, ΔPinu为输入包数、输入单播包数、输入非单播包数, 同样可获得输出包数。
(4) 端口错误率。 反应一段时间内的数据包的出错率:
式 (6) 中:ΔEin为输入错误包, 同样可获得输出错误率。
(5) 端口丢包率。 反应一段时间内的数据包的丢包率:
式 (7) 中:ΔDin为输入丢包数, 同样可获得输出丢包率。
2.4交换机信息处理
根据采集的交换机信息及设定的异常阈值处理, 判断硬件设备的异常, 如电源异常、温度高异常、CPU利用率、 内存占用率高异常等指标信息均是交换机设备异常的反映。
(1) 获取时间信息。 采集获取交换机的上电时间是自上电后运行至当前时间的累计, 不能直观反应上电时刻, 可通过下式获得:
式 (8) 中:Tup为上电时间;Tdev为交换机时间;Tsec为交换机上电的秒数。
交换机端口变位时间是相对系统启动时间的10 ms数据, 通过下式获得端口连断时间:
式 (9) 中:Tpt为端口连/ 断时间;Tlc为端口变位时间。
如交换机时间与当前时间相差较大, 则应以当前时间做依据, 否则无法准确获知端口变位时刻。
2.5信息处理及告警上传
整站交换机的监测信息量已不少, 如不筛选信息来上传, 过多的告警将使运行人员判别处理困难, 难以区分真实的异常。应用采集到的数据进一步处理, 以设备告警信息、 设定阈值越限来判定是否产生网络异常或故障、通过分析定位故障发生的环节, 以状态信息或告警事件向管理人员或变电站监控系统发送, 提醒运行人员采取主动的处理措施。 由交换机在线监测系统 (或监控软件) 筛选处理后需上传的信息如表1所示。
3变电站交换机监测管理设计
变电站实际使用中的交换机由不同厂家、 端口数量不一、多个不同架构的网络组成, 站内统一监测需能实现上述全部设备的状态监视, 同时含能够对采集数据分析处理、事件或日志查询等网络管理应用需要, 建立的变电站交换机网络管理系统具备以下功能模块: 交换机配置管理、通讯采集、数据处理、状态和数据监视、告警事件、日志或数据查询等模块, 如图1所示。
(1) 交换机配置管理模块。 针对满足不同交换机类型、不同厂家、不同接口数量、不同接口设备、不同网络结构的交换机进行配置管理的需要, 建立交换机统一配置管理模块, 主要实现交换机类型管理、交换机所在网络管理、交换机通讯信息采集管理、接口数量及不同接口设备的属性管理、实现不同交换机MIB对象信息管理, 特别是交换机厂家私有变量信息的管理。
(2) SNMP通讯模块。 交换机的信息均通过SNMP轮询和trap事件采集获得, 通讯采集时需兼顾多台设备的同时通讯及阻塞等问题, 因此需为每台受监控的交换机建立“轮询+trap”的独立线程管理, 使交换机的采集通讯相互独立, 互不影响, 保证了信息采集的实时性。 实现方法是启动交换机通讯采集时创建线程, 停止采集时关闭创建的线程。
(3) 采集数据处理模块。 根据采集的交换机系统信息、端口流量数据、内部状态信息进行处理, 获得与网络通讯相关的统计指标、 与交换机设备异常相关的事件告警、超限告警信息, 输出可直接观测和便于理解的信息。
(4) 数据图形显示模块。 将交换机的采集数据、处理后的数据、告警信息事件分类进行显示, 以数据及表格、状态图、趋势图、告警事件等方式进行展示。
(5) 状态数据输出模块。 对处理后的交换机及端口信息, 建立监控信息上传表, 实现告警数据上传, 便于实现监控统一管理。 支持以IEC61850MMS或IEC104协议输出。 输出的每台交换机状态信息数据可查询、可监视。
(6) 告警输出模块。 对所有的操作、通讯事件提供带时标的详细告警信息, 并按类别、分窗口显示, 告警事件按建立的日志文件可实现多条事件的自动实现存储, 可控制存储文件大小、 和控制日志文件保存的天数。输出的告警事件文件可方便查看。告警事件支持选中清除。
4变电站交换机在线监测实现
4.1变电站交换机监测系统介绍
根据前述交换机监测分析设计, 基于VS2005开发套件开发了以SNMP通讯协议实现信息采集、支持多个厂家、不同型号交换机设备、可实现变电站内多台交换机的同时网管在线监测软件。 根据变电站交换机在线监测的需要, 为交换机监测配备了专用的变电站网络在线监测设备, 监测设备具有丰富的网络接口和强大的功能, 支持多路以太网和光纤的接入, 可实现变电站内多个不同网络的同时接入监测, 避免了不同网络的级联。 监测的交换机数量和网络均可通过配置实现, 监测软件可适用于任意规模的变电站交换机的在线监测, 具有通用性。
鉴于变电站内监控设备的丰富及另安装专用监测设备的麻烦, 本监测程序也可运行于基于Windows平台的变电站监控后台, 或网络报文记录分析装置中。也可作为一个网络状态的检查分析工具, 在现场用调试笔记本进行交换机实时状态信息的检查维护。
程序采用多线程防阻塞的设计方案, 为每台交换机创建独有的“SNMP轮询+SNMPtrap”通讯线程, 控制交换机MIB信息数据采集, 避免了单台交换机管理通讯中断引起的阻塞问题, 保证了数据采集、程序处理的实时性和准确性, 同时监控上传信息的通讯也采用独立的线程进行管理。程序采用多文档框架窗口设计, 每台交换机画面由单独子框架窗口管理, 子框架视图采用多画面分类显示采集信息、处理信息、告警状态、 输出信号, 并依据告警信息类型实现分类管理和综合存储, 方便查看。 支持交换机接口界面的自适应布置, 可实现显示界面的端口布局与实际设备一致。
4.2变电站交换机监测应用
本项目在苏北某110 kV智能变电站现场实现了交换机的监测接入, 共有站控层3台和过程层2台交换机在运行中实现了监测。 现场1台过程层交换机的连接监测的端口数据、流量等变化状态信息如图2、图3所示。
图2中显示交换机自上电运行以来16个端口各自的接收 (Rx) 和发送 (Tx) 数据字节数, 纵坐标为兆字节数 (MB) , 横坐标为端口标记。
图3显示在监测的1000 s时间内的流量结果, 端口1的平均输入流量为5.3 kB、输出流量为2.0 kB、端口总流量< 8 kB, 带宽占用率为0.06% (< 0.1%) 。
通过现场的实际监测, 发现现场运行的交换机存在以下问题:
(1) 交换机运行时间较短, 且多台交换机上电时间一致, 判断为设备在运行中曾发生过失电, 可能存在直流电源异常, 或误操作。
(2) 根据监测端口的上电时间信息, 获知个别端口连接设备存在通讯中断现象, 需进一步排查。
(3) 个别交换机的时间不准确, 需进行对时。
交换机端口通讯及内部状态监测显示站控层交换机和过程层GOOSE交换机的端口数据流量均较小, 交换机性能显示正常, 变电站的交换机设置和配置未发现缺陷。
5结束语
尽管目前变电站内采用的交换机可靠性高、 出现异常的概率低, 但无法彻底避免存在的运行风险, 通过本项目的开展可以初步掌握变电站网络交换机运行中存在的问题, 为今后改进网络设计、提高网络性能、规避网络风险提供一种有益的工具。
参考文献
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智能交换机 篇8
关键词：SNMP协议,交换机,状态监测
0 引言
以网络为中心是智能变电站自动化系统中的一个重要特征。在智能变电站中,交换机是网络中信息传输的一种重要通信枢纽设备[1]。交换机是否工作正常,对智能变电站自动化监控系统中的数据和信息的安全性、可靠性及有效性至关重要。
目前,交换机一般都支持简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol,SNMP)。通过SNMP,对交换机运行状态进行监视的监测主机可以获取交换机的运行信息,在此基础上由监测主机进行分析判断,对交换机运行状态变化和交换机运行故障进行告警,以便变电站运维人员及时对交换机进行维护和检修,保障变电站的生产安全。
变电站自动化系统结构由三层两网组成,三层包括站控层、间隔层和过程层,两网包括过程层网络和站控层网络[2]。由于在变电站自动化系统中,不允许过程层网络的数据和信息串流到站控层网络,因此处在站控层网络的监测主机无法通过SNMP对过程层网络中的交换机直接进行访问。为此设计了一个代理设备,其主要目的包括:对过程层网络和站控层网络进行信息隔离;能对监测主机起到代理的作用,作为监测主机与过程层的交换机进行SNMP通信的桥梁。
通过SNMP可以获取每台交换机的邻里信息表,根据交换机的邻里信息表,可以分析出网络上交换机之间的连接关系,生成交换机网络拓扑图,分析出交换机之间的邻里关系是否发生了变化。根据变电站中网络非环网的特性,设计出一种简便的方法,分析交换机的网络拓扑关系。
1 SNMP
1.1 SNMP基本内容
SNMP是被广泛接受并投入使用的工业标准,其目标是保证管理信息在任意两点中传送,便于网络管理员在网络的任何节点检索信息,进行修改,寻找故障,完成故障诊断以及生成报告。采用轮询机制,提供最基本的功能,最适合小型、快速、低价格的环境使用,且只要求不可靠的传输层协议即用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP),受到许多产品的广泛支持。SNMP在TCP/IP协议族中的地位如图1 所示。
网络管理工作站(Network Management Station,NMS)对网络设备发送各种查询报文,并使用162端口接收来自被管设备的响应及陷阱(Trap)报文,将结果显示出来。代理(agent)是驻留在被管设备上的一个进程,使用161 端口接收,处理来自NMS的请求报文,然后从设备上其他协议模块中取得管理变量的数值,形成响应报文,发送给NMS。在一些紧急情况下,如接口状态发生改变、呼叫成功等,主动通知NMS(发送陷阱Trap报文)。网络管理工作站和代理的关系如图2 所示。
1.2 SNMP处理流程
1.2.1接收方处理流程
驻留在被管设备上的代理从UDP端口161接收来自网管站的串行化报文,经解码、团体名验证、分析得到管理变量在管理信息库(Management Information Base,MIB)树中对应的节点,从相应的模块中得到管理变量的值,再形成响应报文,编码发送回网管站。具体流程如下。
1)对接收报文进行初步分析,按抽象语法标记(Abstract Syntax Notation One,ASN.1)报文对象建立ASN.1 对象,解码依据ASN.1 的基本编码规则,如果在此过程中出现错误导致解码失败则丢弃该报文,不做进一步处理。
2)将报文中的版本号取出,如果与本代理支持的SNMP版本不一致,则丢弃该报文,不做进一步处理。
3)将报文中的团体名取出,此团体名由发出请求的网管站设置。如与本设备认可的团体名不符,则丢弃该报文,不做进一步处理,同时产生一个陷阱报文。
4)从通过验证的ASN.1 对象中提取出协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU),如果失败,则丢弃报文,不做进一步处理。否则处理PDU,结果将产生一个响应报文,该报文的发送目的地址应同收到报文的源地址一致。
1.2.2 发送方处理流程
1) 构造适合的PDU作为ASN.1 对象(如Get Request PDU)。
2)使用团体名和结果ASN.1 对象(如对变量绑定值的赋值等)构造一个ASN.1 报文对象。
3)利用ASN.1 基本编码规则(Basic EncodingRules,BER)使新的ASN.1 报文对象串行化,再使用传输层服务送至同层协议实体。
1.3 SNMP报文操作
SNMP的V2C版本的报文操作包括以下8 种。
1)Get Request操作:从代理进程处提取一个或多个参数值。
2)Get Next Request操作:从代理进程处提取紧跟当前参数值的下一个参数值。
3)Set Request操作:设置代理进程的一个或多个参数值。
4)Get Response操作:返回的一个或多个参数值。这个操作由代理进程发出,是前面3 种操作的响应操作。
5)Trap操作:代理进程主动向网络管理工作站进程发出的报文,通知管理进程有某些情况发生。
6)Get Bulk Request操作:被网络管理系统有效地重新取得大块的数据,例如表中的多行。Get Bulk Request填充一个合适的并足够多的被请求的响应报文。
7)Inform Request操作:允许一个网络管理系统发送陷阱报文到另一个网络管理系统。
8)Report操作:该报文的具体用法和语法未设置,任何SNMP管理框架在使用它时,需要额外自行定义。
2 交换机状态信息内容
通过SNMP可以从交换机获取到交换机的各种信息,其中与交换机运行状态有关的信息包括交换机的基本信息、环境信息、邻里关系信息及端口信息(见表1)。
监测主机在获取上述交换机的状态信息后,会进一步进行分析和处理,主要包括以下方面。
1)状态变化告警:如端口运行状态(up/down)等发生变化时,自动产生告警信息。
2)越限告警:如CPU利用率、CPU温度等超过设定限值时,自动产生告警信息。
3)变化率计算:如对CPU利用率、内存利用率、端口报文等参数的变化率进行计算,如果变化率过高,则可能有隐性故障存在,自动生成报警信息。
4)统计计算:如对丢弃报文数、错误报文数、端口接收和发送报文数按每小时进行统计,并对统计结果进行比较,统计数据有较大偏差时自动产生告警信息。
5)网络拓扑分析:根据交换机邻里关系信息,分析交换机之间的连接关系。当交换机的连接关系发生变化时自动产生告警信息。
3 交换机状态监测系统构成
智能变电站交换机状态监测包括对站控层网络交换机的状态监测和对过程层网络交换机的状态监测[3]。
在变电站自动化系统中,由于不允许过程层网络的数据和信息串流到站控层网络,因此处在站控层网络的监测主机无法通过SNMP对过程层网络中的交换机直接进行访问。
3.1 站控层网络交换机状态监测
站控层网络由双网组成,包括站控层A网和站控层B网,站控层交换机状态监测组成如图3 所示。
由监测主机向站控层A网和B网的交换机分别发送SNMP查询报文;交换机回应相应SNMP结果报文到监测主机,由监测主机对报文进行分析和处理。
3.2 过程层网络交换机状态监测
过程层网络包括面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event,GOOSE)网和采样值(Sampled Value,SV)网,2 个网都为双网结构[4],即由GOOSE A网、GOOSE B网、SV A网、SV B网组成,过程层交换机状态监测组成如图4 所示。
在过程层网络和站控层网络之间增加了“隔离代理设备”,该设备是为实现对过程层网络交换机的状态监测而专门研制,隔离代理设备主要作用包括:实现站控层网络与过程层网络的物理隔离;对监测主机起到代理作用,代替监测主机与过程层交换机进行通信。
3.2.1 隔离代理设备
隔离代理设备由2 个电路模块组成,第1 个电路模块连接到站控层网络,第2 个电路模块连接到过程层网络,2 个电路模块的网络端口在物理上完全独立。2 个电路模块之间通过数据总线进行数据和信息交互。
第1 个电路模块接收监测主机送来的查询报文,模块对报文进行解析处理后,从报文中获取过程层目标交换机的IP地址信息和SNMP报文体,送到第2 个电路模块进行处理;第2 个电路模块从数据总线返回过程层交换机的查询结果,包括交换机的IP地址信息和交换机返回的SNMP报文体,由第1 个电路模块对此进行打包,上送到监测主机进行处理。在第1 个电路模块中还配有面板键盘和液晶显示屏,可以实现对装置与监测主机之间、装置与过程层交换机之间通信报文的信息显示,以及完成对装置时间信息等运行信息的设置。
第2 个电路模块从数据总线获取由第1 个电路模块送来的交换机IP地址信息和SNMP报文后,按照IP地址信息向过程层对应交换机发送SNMP查询报文;过程层交换机返回查询结果,模块通过数据总线将交换机IP地址信息和SNMP报文体送到第1个电路模块进行处理。
3.2.2 隔离代理设备与监测主机之间的通信协议
监测主机生成SNMP查询报文后,需要连同目标交换机的IP地址送到隔离代理设备;同时隔离代理设备返回结果时,需要将交换机返回的SNMP报文及该交换机的IP地址信息送到监测主机。为此设计了一个隔离代理设备与监测主机之间的通信协议,通信规约格式如图5 所示。
交换机IP地址:目标交换机IP地址信息,4 B。长度:SNMP报文的长度,2 B,高位在前,低位在后。SNMP协议:查询报文由监测主机产生,查询结果报文由目标交换机产生。校验和:交换机IP地址、长度、SNMP协议中字节累加后,取低字节作为校验和。
4 交换机网络拓扑分析
对于一些交换机,在交换机中存有网络设备邻里信息(网口MAC地址),外界可通过SNMP获取交换机的邻里信息表,并进行交换机网络拓扑分析。
对交换机进行网络拓扑分析的的方法有很多,根据变电站交换机之间级联关系而非环网的特性,设计了一种简便方法,可以快速对交换机的拓扑关系进行分析。
4.1 基本方法简要说明
交换机网络拓扑分析方法示例如图6 所示。通过图6 示例说明对级联交换机网络拓扑分析的方法。
先观察监测主机和第三层“交换机31”之间信息互动后的结果:当监测主机下行发送SNMP查询命令时,在“交换机31”的邻里关系表中存储了监测主机设备的MAC地址信息;交换机31 上行回应命令时,在“交换机21”邻里信息表中将会存储“交换机31”的MAC地址信息;在“交换机11”的邻里信息表中也将会存储“交换机31”的MAC地址信息。
依次监测主机对其他交换机进行的信息互动,交换机之间邻里关系见表2 所列。
从表中可以发现以下规律。
1)最底层的交换机(无级联其他交换机),如“交换机22”、“交换机31”、“交换机32”邻里关系表中只存储了监测主机的MAC地址信息。
2)在次底层的交换机,如“交换机21”邻里关系表中,包含了其级联交换机和监测主机的MAC地址信息。
3)以此进行类推,最顶层交换机包括了其下级联的所有交换机的MAC地址信息。
对变电站级联交换机网络拓扑分析的方法是:通过SNMP获取交换机中存储的邻里关系表;根据上述规律,找出最底层的交换机,该层交换机的邻里关系表中只包括监测主机的MAC地址信息;再进一步找出次底层的交换机,该层交换机邻里关系表中包括监测主机和级联交换机的MAC地址信息;依次,最终发现所有交换机之间的所有拓扑关系。
4.2 对交换机邻里关系表进行过滤
在变电站实际应用时,由于交换机还连接了测控装置、保护装置等其他设备,因此在交换机的邻里关系表中将会有这些设备的MAC信息,在进行交换机网络拓扑分析时需要过滤掉这些连接设备[5]。
监测主机将会为每个交换机配置MAC地址信息,在进行拓扑分析时,监测主机首先会依据配置的交换机MAC地址信息过滤掉不是交换机的其他设备。
4.3 交换机拓扑关系展示
可以用树状图表示交换机之间的网络拓扑关系,对于图6 中交换机网络结构示例图,可以用图来表示其拓扑关系。
5 结语
智能交换机 篇9
关键词：变电站自动化系统,智能路由多层交换机,应用
1变电站自动化系统
变电站自动化系统由变电站层监控系统及间隔层综合自动化系统组成。主要应用在发电厂、变电站和自控系统中的中高压电力设备保护。智能变电站充分的体现了数字化设计概念, 包括一次和二次设备智能化及网络化并且使变电站的整体设计、建设和运行的成本大大降低。而一次设备智能化主要表现在电子式互感器和智能断路器的应用;二次设备网络化又主要表现在系统结构的三层两网。而将变电站的一次和二次设备经过功能相互组合形成的计算机监控系统的系统就是变电站综合自动化系统。变电站自动化系统代替了多种系统和继电保护屏等, 并且能方便的与外界进行通信并采集到较为完整的数据信息, 还能快速有效的监控到其他的多种设备及仪器。变电站自动化系统利用了自动化技术提高了供电质量、安全和可靠性;减少了人员的劳动强度。变电站自动化系统将要实现保护和监控一体化以及设备安装的就地化和户外化;并且能够将人机操作的界面接口进行统一化, 使得其通讯网络协议和全站数据的标准化。变电站自动化系统的发展是电力工业发展的显著标志, 是电力工业发展的趋势, 具有相当重要的意义。
2智能路由多层交换机
多层交换机是结合了2层交换和3层路由功能的一种交换机。多层交换机具有“路由”的一些基本功能, 但其主要的功能还是在于数据的交换。交换机将具有学习、转发和过滤、消除回路这三大功能。交换机所连接的每一个网络段都必须独立, 但其连接的设备需要在一个域中才行。二层交换是给予每个末站点的MAC地址转发数据包, 是属于硬件的桥接;三层交换是基于硬件在路由上的选择;四层交换定义是:不仅仅在于MAC地址, 同时由UDP/TCP端口来做出转发的决定能力。所以二层交换机是基于MAC地址的交换机;三层交换机具有基于IP的VLAN、交换和路由的功能;四层交换机就是基于端口的应用。多层交换机的出现大大改变了如今互联网市场的格局, 在小区、校园网及城域教育网多层交换机都被放置在汇聚层。多层交换机不仅能够大大增加网络的安全性能, 并且加快了数据包的转发速率。
3变电站自动化系统中智能路由多层交换机的应用
3.1端口特性及其应用
智能交换机支持端口的各种命令的特性, 使得其可根据不同的设备类型对其在与交换机相连的端口上进行有针对性的配置。而其镜像功能还能将一个或者多个端口的数据复制到指定的交换机端口上, 这大大增加了错误诊断的正确率和网络流量分析的准确性等。
3.2配置功能及其应用
智能多层交换机具有STP生成树功能, 即通过协商一条路径从而避免和消除环路的作用, 这样确保了每个目的地有且只有一条路径。但是当一个链路失效, 根网桥知道冗余链路的存在, 会启动先前关掉的这条冗余链路。STP可以为每一个网段都选择一个指定的交换机;可以为稳定的生成树的拓扑结构设定一条根桥;还可以将冗余的交换机端口设置成Blocking从而可以消除网络中存在的环路。因此, 智能路由多层交换的的STP特性和采用单环网能够提升变电站通讯的可靠性以及安全性。
3.3单/组播特性及其应用
就目前来说, 以以太网为基础的通讯可以分为单播、组播和广播三大类。单播方式通常应用在大多IP数据的通讯, 也就是说, 每一个报文的接受都会有一个明确而且唯一的IP地址。各种报文发送给所有IP设备并且网段内所有设备都要接收这个报文, 这也就是广播方式。广播方式大大增加报文冲突的几率, 也就容易引起广播风暴和冲突。一种点到多点的通信方式即是组播。组播只需要在必要且适要的网络节点上才会复制报文, 这样能显著的减少宽带占用。而其中IP组播, 也即三层组播对于降低服务器、网络负载和节省通信宽带等方面具有很大的优越性。
4结束语
目前, 智能型路由多层交换机在电信行业已经得到了广泛的使用, 虽然目前该交换机技术在变电站电力系统当中的应用并不是很完善, 但是相关技术人员也在不断的对其进行研究, 使其能够广泛的应用在变电站自动化电力系统当中, 再加之其性能的提升与价值的降低, 更是为其在电力系统的发展取得了优越的条件。由此可见, 智能路由多层交换机在变电站自动化系统系统当中的应用前景一片美好。
参考文献
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智能交换机 篇10
智能变电站是变电站自动化技术的发展趋势,是智能电网的重要组成部分[1,2]。网络化的通信系统是智能变电站的重要特征,是变电站新技术发展及各种高级应用功能实现的基础。
随着近几年智能变电站的成功投运,基于工业以太网交换机技术的通信网络解决方案基本满足了变电站的通信需求。但是,工业以太网交换机仍然存在一些亟需解决的问题,如网络结构复杂、组网成本高[3,4,5]、信息共享受限[6]以及无法较好地纳入变电站统一监控平台[7,8]等。
本文研制的电力专用交换机解决了工业以太网交换机现存的问题,并满足新一代智能变电站提出的“共网共口”、“网采网跳”以及标准化网络配置与监控的需求[9,10]。以下将介绍电力专用交换机的设计架构以及电力专用交换机组建的过程层网络,并通过模拟测试系统对过程层网络传输的关键性能指标采样值(Sample Value,SV)离散度、面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substa tion Event,GOOSE)时延、时钟精度等进行研究和测评。
1 电力专用交换机
电力专用交换机是针对智能变电站中数据流的应用特点和实际的变电站工程应用情况而研制的[10],其架构如图1所示,主要功能部件有数据处理模块(FPGA)、交换模块(Switch)和微处理模块(CPU)等。
1)数据处理模块实现对变电站数据报文的处理,分析报文的虚拟连接关系,为每条报文分配恰当的独占资源,避免报文间的相互干扰,并实现报文的智能配置;记录报文的时间戳和计算报文的延时,标注到报文的适当字段,便于报文的同步跟踪,利于继电保护的网络化实现;对站内交换机的配置信息和状态信息等进行基于IEC61850的模型化处理,利于二次设备的统一监视、管理。
2)交换模块负责常规的二层以太网报文处理功能,如虚拟局域网(Virtual Local Area Network,VLAN)、服务质量(Quality of Service,Qo S)、网络时间协议(Network Time Protocol,NTP)等。
3)微处理模块实现交换机的高级应用功能管理、配置以及资源的有效规划和对故障的诊断监测等。
与智能变电站目前采用的工业以太网交换机技术[11,12]相比,电力专用交换机可以把站内网络通信的特定需求实行固化操作,满足了新一代智能变电站的特殊需求。下面针对电力专用交换机在智能变电站过程层网络的应用性能指标进行测试研究。
2 通信网络的应用测试研究
为了验证电力专用交换机是否满足智能变电站过程层通信网络的应用需求,针对三网合一模式(SV、GOOSE和IEEE1588共网传输模式)和国家电网公司采用的直接采样组网模式分别进行了相关的应用性能测试研究。
根据某工程实际情况搭建测试平台,采用星型拓扑,220 k V为双母线接线、3台主变、6条出线,110 k V为双母线接线、28条出线、8组电容器、2个厂用变,系统网络如图2所示。全站由4台集中式保护装置完成保护测控功能,220 k V主干交换机1和9个间隔交换机各接5台合并单元(Merging Unit,MU),进行数据采集。集中式保护通过1 000 M接口与过程层交换数据,间隔内采用100 M接口通信。
测试设备包括用于模拟网络背景数据的美国福禄克(Fluke)报文发生仪2台,模拟GOOSE报文的母差保护装置2台以及过程层接口插件测试工具一套,网络报文记录分析仪一套,1588测试仪一套等。为便于描述,下文中的测试案例均从图2环境中截取。
2.1 SV报文抖动测试
测试SV报文经过电力专用交换机的离散度,测试案例如图3所示。MU发送的8路采样SV报文经过电力专用交换机,被网络记录分析仪捕获,并记录结果(见图4)。
从图4的测试结果可以看出,发送8组SV报文的离散度偏差在±5μs之内,并且主要集中在±1μs内,说明电力专用交换机的抖动和时延非常小,可以满足《智能变电站继电保护技术规范》中“MU采样值发送间隔离散度应小于10μs”的要求。
2.2 SV转发精确控制测试
SV报文对实时性和可靠性要求很高,文献[6]推荐SV报文采用点对点的光纤直接传输,虽然这样能保障SV报文的可信传输,但是增加了设备的接口数量和光纤数量,同时不利于SV报文的信息共享。因此,探索SV报文通过通信网络传输很有必要。
图5a使用电力专用交换机搭建通信平台测试SV报文网络传输时的时延及抖动。4台MU装置各自发送1路SV报文,SV报文经过2台通过100 M网口级联的电力专用交换机,最后传输到网络协议分析仪,网络协议分析仪捕捉SV报文并进行分析处理。经过长达72 h的拷机测试,电力专用交换机运行正常,SV报文传输通畅,没有丢包现象出现,100 M级联口也没有丢帧现象,测试统计结果如图6所示。
从图6的统计结果可以看出,电力专用交换机通过网络传输SV的均匀性误差小于1μs,满足了智能变电站过程层直采SV均匀性不大于1μs的要求。
为了模拟在有网络风暴的情况下测试网络传输SV报文,即SV报文的压力测试,设置了如图5b所示的测试案例。FLUKE1网络测试仪施加优先级高于SV报文的业务信息,并配置业务保障带宽为70 Mbit/s,3路SV正常的业务数据的保障带宽为10 Mbit/s。测试验证表明,施加背景流量100 M时,不会影响其他3路SV业务的传输,FLUKE2接收的背景流量带宽为70 M,说明FLUKE1的风暴没有影响到其他3路正常的SV业务传输。
2.3 GOOSE转发时延测试
测试GOOSE报文传输时延,测试案例如图7所示,模拟母差保护GOOSE报文网络跳闸情况。母差保护发出的GOOSE报文一分为二,一路经过主干电力专用交换机和间隔电力专用交换机到达智能接口装置,电力专用交换机的级联接口采用1 000 M光口,数据接口采用100 M光口,GOOSE报文传输到间隔电力专用交换机后被网络协议分析仪捕获并打上时间标记;另一路GOOSE报文被网络协议分析仪捕获并打上时间标记。
测试结果如图8所示,时延偏差值单位为μs。从图8中可知电力专用交换机传输GOOSE报文的时延偏差值大致在4.50μs以内,可以满足智能变电站过程层通信传输的应用需求,符合《智能变电站继电保护技术规范》中“传输各种帧长数据时交换机固有时延应小于10µs”的规定。
2.4 IEEE1588时钟精度测试
IEEE1588时钟精度将会影响到传输报文的同步,智能变电站中特别是SV报文的传输对报文的同步要求非常高,一旦报文失步,将引起保护装置闭锁乃至误动。通过IEEE1588测试仪对电力专用交换机发送测试报文,测试报文经过交换传输后返回到测试仪,测试仪对接收到的报文进行时间对比,通过连续测试72 h,测试结果如图9所示。从时钟相对主时钟时间偏差范围为±70 ns内,满足《QDW/429-2010网络交换机技术规范》中“P2P透明时钟单级传输精度小于±200 ns”的要求。
为了跟踪IEEE1588时钟同步稳定性,通过使用SV相位比较法长期拷机测试(见图10)。拷机72 h后,以MU1的通道为基准通道,各MU相应通道的最大相位误差为0.038°,约为2.28μs,该误差包含MU重采样,保护装置从80点抽成24点重采样带来的误差,此时电力专用交换机转发SV、GOOSE、IEEE1588时钟报文无异常现象。
3 结语
信息网络化传送是新一代智能变电站的重要特征,本文针对智能变电站过程层重点关注的SV离散度、GOOSE时延以及对时精度等性能指标进行了模拟测试研究,测试结果表明电力专用交换机在过程层网络的通信性能指标可以满足应用需求。为了确保电力专用交换机在新一代智能变电站中的可靠、安全应用,下一步将研究电力专用交换机在实际的变电站环境中的应用,为变电站通信网的建设做进一步的探索研究。
参考文献
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