一种智能变电站二次虚实链路的拓扑映射方法

摘要

随着智能变电站建设的逐步推进，目前智能变电站内的虚拟二次链路难以定位到物理链路上，当出现goose、sv等二次虚拟链路出现故障时，无法准确、快速的定位出物理传输路径，造成了故障排除的滞后。本发明公开了一种智能变电站二次虚实链路的拓扑映射方法。通过对SCD进行扩展，生成二次物理链路和虚拟链路对应关系的模型，并提供了拓扑查找算法，通过遍历端口生成树的方法来实现通过虚拟链路来定位所传输的物理链路的路径，本发明提供的拓扑映射方法不受变电站网络架构、单网双网等的影响，具有很强的通用性。

说明书

技术领域

本发明属于智能变电站自动化技术领域。特别涉及一种智能变电站二次虚实 链路的拓扑映射方法。

背景技术

在传统变电站中，二次回路是基于点对点电缆信息传输，传输通道的信息是 可监控的，通道的状态也是可知的，也不存在所谓的虚拟链路。而在智能变电 站中，二次回路由硬接线方式转变为虚回路方式，用光纤回路来共享过程层的 数据通讯信息等。

智能变电站中二次回路的架构可细分为直采直跳、直采网跳、网采网跳等。 在直采直跳的网络架构下，因虚回路与实际光纤回路是一一对应的关系，可以 很方便的实现虚实回路的映射及监控。而目前还存在很多智能站是基于直采网 跳及网采网跳的架构进行基建或技改的，在这种架构下每一根光纤中同时传输 多路信号，无法从直接的外部物理连线去分析整个二次回路，取而代之的是二 次虚拟回路。

智能变电站中通过全站配置文件(SCD文件)来描述变电站中二次虚拟回路的 拓扑结构，包括采样数据(SV)控制块、GOOSE控制块(面向通用对象的变电站事 件的简称)，IED之间的订阅信息以及过程层通讯的物理端口信息等。但是这些 信息是不完备的，无法完成二次虚实链路的映射关系，从而导致当虚拟回路发 生故障时，无法判定是哪一条物理链路环节出现故障。

发明内容

为克服现有技术上的不足，本发明提供一种智能变电站二次虚实链路的拓 扑映射方法，即实现虚拟链路与实际物理链路之间的映射，使运维人员能够直 观的得到虚拟链路和物理链路的对应关系，当某一条虚拟链路发生故障时，能 够快速得到其对应的所有物理链路，以方便后续查找故障点。

本发明采用的技术方案为：

一种智能变电站二次虚实链路的拓扑映射方法，其特征在于，包括：

步骤1，对SCD文件进行扩展，增加交换机端口定义、端口间的连接关系和 过程层控制块的发送端口信息；

步骤2，根据扩展的SCD文件，对物理链路和虚拟链路进行建模，生成物理 链路模型P和虚拟链路模型V；

步骤3，生成P-V关系模型；

步骤4，根据虚拟链路的定义寻找对应的物理链路集合。

该方案以端口为最小单位进行建模，其中端口分为始末端口和中间端口两 种类型，始末端口是传输的起始和结束点，中间端口是传输过程中转发报文的 端口。交换机的端口为中间端口，IED设备的端口为始末端口。以此构建物理端 口的关系模型P。建立虚拟链路的模型，每一条虚拟链路通过四元组来表示，通 过所有虚拟链路的四元组构建关系模型V中，根据P-V模型，并结合算法可以 得到与虚拟链路对应的所有物理路径。

具体技术方案如下：

步骤1中，扩展SCD文件，增加交换机设备定义，端口定义以及VLAN-ID 信息，包括字段Name、Port和VLAN-ID，Name表示交换机的名称，Port表示端 口号，VLAN-ID表示该端口属于的虚拟局域网号，Port代表实际物理端口， VLAN-ID是一个0-4095之间的数字，代表该物理端口所属的虚拟局域网号，表 示某一个物理端口只允许转发VLAN与物理端口VLAN-ID设置一致的报文，Port 和VLAN-ID可以有多个。同时增加邻居端口节点的网络信息。

步骤2中，用四元组D(<装置名称-插件号-端口号-VLANID>)来定义端口， 其中始末端口的VLANID为0，所有的端口定义组成了模型P。

建立端口之间的关联关系C，C＝<D1-D2>表示两个端口之间的关联关系。依 次将变电站网络所有端口的对应关系存入到关系数据库中，生成全站的物理端 口的模型P,P＝{C1，C2，C3，C3…}，每一个Cn表示一个物理端口的连接状态， 模型P是所有物理端口的连接集合。

解析SCD文件，得到二次虚拟回路，该虚拟链路是以控制块为单位的网络 拓扑结构，同时还能够得到虚拟链路的接收端口。该拓扑结构无法直接映射到 物理拓扑结构中。

步骤2中，扩展SCD文件，显示定义装置控制块的发送端口，用四元组Vn (<CBName-起始端口-结束端口-VLANID>)来定义一条虚拟链路，所有虚拟链路 组成了模型V＝{V1,V2,V3,V4…}，每一个Vn表示一条虚拟链路，每条链路通过 控制块名称，收发端口，和VLANID唯一表示。

步骤3中，生成的P-V关系模型包括，所有的物理端口关联关系和虚拟链 路的四元组定义组成。

步骤4中，根据虚拟链路的定义寻找对应的物理链路集合，根据端口定义 在物理链路模型P中查找某一端口的所有生成树，在所有生成树中根据接收端 口和VLAN-ID确认与虚拟链路对应的物理链路集合。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供全站的虚拟链路和物理链路的拓扑对应关系，有助于提升 变电站运维人员的直观感受和运维水平。

(2)当智能变电站通讯故障时，本发明能够根据故障的虚拟链路迅速定位 出该虚拟链路对应的物理链路路径，结合其他物理链路状态的监视手段方便运 维人员对故障迅速定位，有助于提升变电站运维人员的运维效率，减少运维成 本和时间。

(3)该发明不受智能变电站网络拓扑结构的影响，包含了VLAN-ID对网络 拓扑的影响，可适用于直采直跳、直采网跳、网采网跳等架构的智能变电站， 具有很强的适用性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的P-V模型查找算法示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，下述所描述的实例仅仅是本发明 一部分实例，而不是全部的实例。

目前SCD文件中用<Communication>段来表述整个变电站中站控层和过程层 的接入控制块，这些控制块与物理链路的映射是不完备的，在本实施方案中， 对IED设备以及交换机的端口进行扩展，来进行获取控制块的所有物理路径。 步骤如下：

1、IED设备物理端口建模。SCD文件中的<Communication>字段包含所有IED 设备的单个物理端口信息，IED设备名称在<ConnectedAP>的属性中可以获取， 通过<ConnectedAP>下的<PhysConn>节点可以得到本IED设备内的所有端口描 述，具体的端口描述信息在<PhysConn>节点下的<P type＝"Port">1-5</P>来表 示，解析该节点得到本IED设备的端口描述信息具体如下：

序号 字段 路径 描述 1 IedName /ConnectedAP 装置名称 2 Port /ConnectedAP/PhysConn 端口描述

目前的Port字段是通过“插件号-端口号”来描述的，结合IED设备名称， 可以实现IED设备的端口定义的四元组D“装置名称-插件号-端口号-0”，IED 设备的VLAN-ID统一定义为0。

2、交换机设备物理端口建模。需在<Communication>字段中扩展增加交换 机端口的建模，建模规则与IED设备的相同,通过type来区分IED设备和交换 机设备，增加VLAN-ID的描述，通过<PhysConn>节点表示端口描述，在<PhysConn> 下增加一个<P type＝"VLAN-ID">1024</P>的定义，用来描述VLAN的信息。具 体如下：

同样可以得到交换机设备的端口定义的四元组D“装置名称-插件号-端口号 -VLAN-ID”。

3、物理链路建模。目前SCD文件中不存在物理连接的定义，需显示进行扩展， 在<PhysConn>节点下增加对侧端口的定义，同样适用于交换机。如下表：

序号 字段 路径 描述 1 RemName /ConnectedAP/PhysConn 对侧装置名称 2 RemPort /ConnectedAP/PhysConn 端口描述

在SCD文件中扩展了对侧端口信息后，通过端口对<端口x-对侧端口y>， 形成了全站的所有物理端口间的连接信息，其中定义端口之间的关联关系C， C＝<D1-D2>表示两个端口之间的关联关系。依次将变电站网络所有端口的对应关 系存入到关系数据库中，生成全站的物理端口的模型P,P＝{C1，C2，C3，C3…}， 每一个Cn表示一个物理端口的连接状态，模型P是所有物理端口的连接集合。

4、虚拟链路建模。目前SCD文件中只能得到虚拟链路的接收端口信息，在 intAddr中，如intAddr＝"2-3:PIGO/GOINGGIO1.SPCSO1.stVal"，2-3表示接收 的端口的插件和端口号，装置名称通过该控制块所在的IED设备名称得到，则 可以得到接收端口的四元组定义。无法得到虚拟链路的发送物理端口信息，需 在<ConnectedAP>中进行如下扩展。

序号 字段 路径 描述 1 PORT /ConnectedAP/GSE/Address 该控制块的发送端口

结合控制块所在的IED设备名称得到端口的四元组定义。<Address>信息中 包含了该控制块的VLAN-ID，可以得到虚拟链路的四元组定义Vn＝<CBName-起始 端口-结束端口-VLANID>。遍历所有的过程层控制块，得到了虚拟链路的模型 V＝{V1,V2,V3,V4…}，每一个Vn表示一条虚拟链路。

5、虚实链路的映射。根据上述的物理端口的模型P和虚拟链路的模型V，生 成P-V模型，P-V模型是一个包含了全站物理端口连接关系和虚拟链路的集合， 定义为{{C1，C2，C3，C3…}，{V1,V2,V3,V4…}}，其中二者通过端口和VLAN-ID 进行关联和映射，每条虚拟链路的定义作为输入，变电站内的网络拓扑不可能 是一个环状结构，所以经过逻辑查找算法在P模型中得到以该虚拟链路的起始 端口为根节点的所有生成树，将中间端口与VLAN-ID进行比较，将叶子节点与 该虚拟链路的结束顶点进行比较，如果均一致则此条物理链路与该虚拟链路匹 配。按此方法依次得到该虚拟链路对应的物理链路集合。

查找算法详见附图2。根据虚拟链路的定义，将发送端口A和VLAN-ID作为 输入，输入到关系模型P中。关系模型P找到发送端口A，遍历关系模型P得到 以A为根节点的所有生成树。继续遍历A的所有生成树，查找以虚拟链路的接 收端口做为叶子节点、中间节点均符合VLAN-ID定义的路径。符合条件的链路 就是该虚拟链路对应的物理链路路径。

上述结合附图仅是对本发明具体实施方式的一种较佳描述，并不用以限制 本发明。所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案基础上，本领域技 术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范 围以内。