IEC 61850过程层网络冗余报文捕获分析工具开发

随着IEC 61850第二版的发布,以IEC 62439-3中高可用无缝环网为基础的网络冗余方案层出不穷,但缺乏相应的监测工具解析报文内容。基于Windows平台,采用Wireshark网络开发包,开发出高可用无缝环网（HSR）报文的捕捉、解析工具,并创新性地采用Winpcap库接口函数模拟装置发送报文,验证协议解析工具的可用性。结果表明,该解析工具能正确分析数据包的负载内容,对IEC 61850第二版的推广具有重要意义。     

基于无缝冗余协议的智能变电站通信组网方式

智能变电站以过程层网络方式取代了传统变电站通过电缆传输一次设备与间隔层设备信号的方式,但存在报文传输延时长且不可控的问题,为此提出2种基于无缝冗余协议的新型智能变电站通信组网方式,一种是将星形网络与并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)相结合构成的PRP双星形网络,另一种是高可用性无缝冗余协议环网。设置了基本网络、网络故障、网络雪崩等3种场景进行仿真实验,仿真结果显示,这2种基于无缝冗余协议的通信组网方式都具有良好的实时性与可靠性,能够代替现阶段常规的组网方式,且PRP双星形网络的最大报文传输延时最短。     

面向智能变电站三网合一网络的PRP/HSR实现方案

分析了智能变电站站控层制造报文规范(MMS)网络、过程层面向通用对象的变电站事件(GOOSE)网络、过程层采样值(SV)网络三网合一的网络应用现状,针对目前三网合一网络应用中存在的通信实时性和可靠性的问题,提出了一种基于IEC62439-3并行冗余协议/高可用性无缝环网冗余(PRP/HSR)的智能变电站三网合一网络实现方案,总结了关键设备的研制要点。试验与测试结果验证了所提方案的可靠性。最后对基于HSR双向环网模式下实现分布式母差保护进行了应用设计与分析探讨。     

基于并行冗余网络的数字化变电站通信网络构架

为适应采用交换机网络进行通信对传输网本身可靠性提出的要求,介绍了IEC62439标准描述的高实用性自动网络通信协议。采用并行冗余协议进行网络构架。在站控层和间隔层之间采用环形双网,在间隔层和过程层之间采用星形双网。互备的双网同时运行,并在链路层实现冗余数据帧的处理。与传统互备组网方式所用规约进行了对比,指出了并行冗余方式的优越性。     

基于虚拟网桥原理的PRP/HSR网络接口设计

针对智能变电站的通信网络冗余问题,分析IEC 62439-3中的并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)及高可用性无缝环网(high-availability seamless redundancy,HSR);根据两者相同的报文转发特点,提出在操作系统层面实现冗余协议的网桥方法;设计并实现Linux系统下网桥结构的PRP/HSR网络驱动方案。该方案在内核设计实现虚拟网桥及其虚拟端口;通过控制虚拟端口与物理端口之间的报文转发,实现报文的冗余处理。测试表明:该方法能实现PRP/HSR协议的零冗余恢复时间,经济有效地解决智能变电站站控层网络冗余问题,可提高网络通信的实时性和可靠性。     

一种智能变电站新型双网冗余设备及实现

为了解决当前智能变电站自动化系统内网络冗余存在的问题,提出了一种变电站内新型网络冗余的设备(双网冗余接口盒及双网冗余接口卡)软硬件实现方法,将变电站内部保护测控等装置通过双网冗余接口设备接入符合IEC62439-3规范的PRP/HSR网络实现新型双网冗余。采用FPGA+CPU的硬件构架,通过利用在FPGA设计出以太网通信控制MAC模块、PRP/HSR模块、存储控制模块、多路报文转发控制模块协同完成变电站系统内以太网报文冗余处理。试验证明,所研制的冗余设备满足电力系统保护装置对于速动性的要求,在智能变电站自动化系统内具有较好的实用性。     

基于冗余分析的用电信息采集系统数据压缩方法

为解决用电信息采集系统中数据高频上报引起的通信及存储问题,通过协议分析将远程通信报文的冗余性分为了帧间冗余、模式冗余及编码冗余,并分别采用报文预处理方法、LZ77算法与Huffman算法压缩其冗余;针对单种算法无法同时对报文的三种冗余进行压缩的问题,通过对三种冗余各自的特性及相互间关系的分析,提出了一种组合压缩的方式,实验结果表明,该方法可以有效地缩短远程通信报文的长度,从而减少存储消耗、提高网络的传输效率。     

SM2加密体系在智能变电站站内通信中的应用

现有的安全体系公钥算法大多采用RSA算法,无法保证数字化变电站通信报文的安全传输。针对此问题,提出了一种基于IEC 62351通信协议的身份认证机制,并结合国产商用密码SM2密码体系针对通信报文的安全传输问题提出了解决方案。分别以D2-1型变电站全站星形网、环形网及带冗余的双环路通信网络出现母线故障的场景为例,对面向通用对象的变电站事件/采样值(GOOSE/SMV)报文数字签名时间进行了定量计算,并通过OPNET软件对扩展报文进行了通信延时仿真,得到了3种网络结构在100 Mbit/s和10 Mbit/s带宽下的最大传输延时。仿真结果表明,该方案可有效满足变电站通信报文安全性和实时性需求。     

变电站二次设备就地化系统网络架构探讨

针对变电站二次设备就地化背景下设备配置与通信网络面临的问题与挑战,首先提出了变电站二次保护控制设备就地化配置原则,并给出了单间隔保护、跨间隔保护、测控装置、公用采集控制终端等全站二次就地化设备配置方案。在此基础上,提出了基于并行冗余协议(PRP)的制造报文规范(MMS)/采样值(SV)/通用面向对象变电站事件(GOOSE)三网合一网络架构和不依赖交换机的全高可靠无缝冗余(HSR)环网两种变电站通信网络方案,并对其网络性能指标进行了量化评估和比对。     

基于IEC62439-3的智能变电站通信网络冗余设计

针对智能变电站的网络冗余问题,分析了IEC 62439-3中的并行冗余协议(PRP),研究了基于PRP的网络拓扑结构及故障恢复时间.阐述了双连接节点(DANP)结构和冗余实现的原理,对冗余采取的丢弃算法和冗余软件构架进行了分析.为了更好地实现冗余,软件设计引入了冗余网络的监测与管理方案.测试结果表明,在以PRP为基础的...     

基于WINPCAP的GOOSE报文捕获分析工具开发

WINPCAP网络开发包是一个免费、基于Windows平台、访问网络链路层的工具,它允许各种应用程序绕过协议栈捕捉并传送网络数据包,同时还包括一些其他功能,如包过滤、网络流量统计以及远程捕获等.基于这一开发包,可以方便地开发出面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文的捕捉工具,进而根据ASN.1/BER对报文进行解码并分析.文中介绍了如何基于WINPCAP开发包开发一个完整的GOOSE报文捕获工具,以及整个的设计思路和实现过程,并提出了一些可能的应用.     

Performance analysis of high rate packet capture on multiprocessor platform

With the continuous improvement of transmission rate, high speed network links require good performance of packet capture. The multiprocessor platform has strong computational capabilities, and brings new chance for high rate packet capture. In this paper, we analyze the performance of common packet capture approaches that are based on general-purpose multiprocessor platform. The analysis contains two aspects: one is the maximum packet capture rate and throughput on multiprocessor platform, the other is central processing unit (CPU) load under the maximum capture rate. By comparing and analyzing the experimental result, we give the maximum packet capture rate and throughput of different capture approaches. Furthermore, we analyze the CPU load which is produced by two capture processes run on the multiprocessor platform simultaneously and make a comparison with the single capture process.     

无线传感器网络中LEPS路由协议性能分析

LEPS是无线传感器网络中的多跳路由协议.它建立1个以汇聚节点为根节点的树型拓扑结构.节点向自己的父节点发送数据,并沿最短路径传送到汇聚节点.利用TinyOS的仿真软件TOSSIM对LEPS协议进行了研究,统计了控制包发送间隔取不同值时网络的路由建立时间、控制开销和数据包发送时延,分析了控制包的发送间隔对该协议性能的影...     

IEC61850过程层网络通信分析诊断工具设计

在智能化变电站中,过程层网络通信是其信息共享和信息传输的基础。为了保证电力系统的安全、可靠性,实现过程层网络通信异常的分析、诊断是目前研究的热点。采用特殊的智能DAG网卡,其具有结构简单、零包丢失、高精度时间戳等优势,然后配合扩展的Wireshark分析软件,设计了一套软硬件结合的网络分析诊断软件。同时详细阐述了报文异常检查、网络状态统计以及故障波形记录等功能实现步骤,展示网络分析、诊断系统的应用效果以及提出未来亟待改进的地方。该设计将故障录波器和网络通信记录分析系统集成一体化,对减少变电站内设备、降低投资、简化运行维护具有重大的变革意义。     

IEC62439 PRP冗余丢弃算法设计

智能变电站GOOSE、SV、MMS三网合一信息充分共享,双星型网架可靠性较高,相应电力装置需支持高效、健壮冗余丢弃算法。针对PRP推荐双窗口丢弃算法较复杂、乱序报文效率较低、时序考量不严谨、无设备重启等异常处理,总结了丢弃算法基本要求,分析了时序可靠丢弃、安全接收原则,提出基于节点对节点链路序列号状态HASH算法和固定单滑动窗口相结合的方法。详细分析起止点在与不在滑动窗口、接收序列号在窗口前中后情形,并给出算法伪码供借鉴使用。健壮性指出超过一定时限,序列号相同,报文内容未必相同;在同一个时限内,FCS(帧校验序列)完全一样,报文内容未必相同。本方法能快速准确判断丢弃接收重复报文,为智能变电站电力装置支持PRP/HSR奠定坚实算法基础。     

手持式智能变电站网络测试分析仪的研制

研制了手持式智能变电站网络测试分析仪,实现了智能变电站GOOSE和SMV报文的捕获与保存,并能对保存的报文进行解码和分析.阐述了该网络测试分析仪的硬件结构,重点分析了报文的捕获、解码和分析方法.     

基于流媒体技术的网络多媒体传输系统的设计

在无QoS要求的分组交换网络中,实时多媒体传输经常遭遇传输包丢失、时延、碰撞等问题。采用基于RTP/RTCP的流媒体传输和控制机制,并在网络多媒体传输中采用一种时间戳的流媒体技术使音频和视频播放同步,可有效改善网络传输性能。文章设计的多媒体传输系统以音频线程作为主线程,通过对比音频时间戳和视频时间戳以使视频播放线程减慢、加快、保持播放速度,从而使视频的播放线程能根据音频发布的时间戳进行更新调整达到同步的目的。这种方法方便、快捷、易于实现,文章同时指出了它的不足之处。     

组播技术及其在远程视频传输系统的应用

组播是一种允许一个或多个组播源发送单一的数据包到多个接收者的网络技术,无论有多少目标地址,在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。组播技术在传输视频数据时,可以大大地节省网络带宽,提高数据传送效率,减少骨干网上的拥塞,同时,对用户实现权限和功能的控制,大大地改善了远程视频传输系统的QoS和安全性能。结合企业计算机网络中远程视频传输系统的结构,给出了组播技术在远程视频传输系统中的设计思想与实现方法。运行结果表明,系统方案合理有效。     

基于层次分析模型的二次设备状态检修方法

阐述了IEC 62439-3中的并行冗余协议(PRP)和高可靠无缝环网(HSR)的实现机制。依据变电站功能需求及数据流向,提出了基于PRP+HSR网络方案的智能变电站组网方式,在HSR网络中实现VLAN技术,利用网络冗余提高系统安全性,减少交换机数量并提升变电站网络性能。