智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制技術(shù)探析

摘 要：智能變電站將先進(jìn)、環(huán)保的智能化設(shè)備給利用了起來，要求全站信息數(shù)字化，通訊平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化，信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)安全尤為重要。文章通過分析智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的原因，就這些原因給出抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的措施。

關(guān)鍵詞：智能變電站；網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴；抑制技術(shù) 智能變電站要求全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，促使信息傳輸于高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)上，并且自動(dòng)完成信息的采集、測(cè)量以及控制、保護(hù)和計(jì)量等工作。但在大型智能變電站系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)流量很大，網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)堵塞等問題經(jīng)常出現(xiàn)。本文就如何抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴進(jìn)行探析。

1 智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

智能變電站網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，主要包含物理結(jié)構(gòu)及邏輯結(jié)構(gòu)。

一是網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)：智能變電站的物理結(jié)構(gòu)為三層兩網(wǎng)，三層指的是站控層、間隔層和過程層，兩網(wǎng)指的是站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)[1]。

二是網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)：智能變電站的邏輯網(wǎng)絡(luò)由物理網(wǎng)絡(luò)來映射出來，一般將智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)劃分為制造報(bào)文規(guī)范網(wǎng)、通用面向?qū)ο笞冸娬臼录W(wǎng)、采樣值網(wǎng)等多個(gè)網(wǎng)，這種劃分依據(jù)是協(xié)議的不同。制造報(bào)文規(guī)范網(wǎng)的主要作用是將監(jiān)控信息傳輸于間隔層和站控層設(shè)備之間，通用面向?qū)ο笞冸娬臼录W(wǎng)主要是將變位、控制以及其他信息傳輸于過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備之間，采樣值網(wǎng)主要是將采樣值信息傳輸于過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備之間。

2 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴產(chǎn)生的原因

2.1 網(wǎng)絡(luò)流量控制策略不足，造成網(wǎng)絡(luò)堵塞

智能變電站在正常運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流量比較穩(wěn)定，在電網(wǎng)故障時(shí)，各個(gè)設(shè)備產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)流量暴增，若此時(shí)交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)置不合理，將造成廣播報(bào)文反復(fù)傳送，造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

2.2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備使用不當(dāng)

如在某個(gè)層級(jí)大量采用了集線器（Hub）。用集線器組成的網(wǎng)絡(luò)稱為共享式網(wǎng)絡(luò)，由于使載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）機(jī)制，隨著網(wǎng)絡(luò)主機(jī)數(shù)目不斷增加，不足之處就表現(xiàn)得很突出，當(dāng)廣播報(bào)文較多的情況下，廣播風(fēng)暴會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)崩潰。

2.3 網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備損壞或不穩(wěn)定運(yùn)行

網(wǎng)卡或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞如果網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的網(wǎng)卡或網(wǎng)設(shè)備的端口損壞，也同樣會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。

2.4 維護(hù)人員技術(shù)水平不足，人為造成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路

在設(shè)備管理過程中，如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不清楚，在安裝配置設(shè)備過程中的疏漏，可能會(huì)出現(xiàn)一條物理網(wǎng)絡(luò)線路的兩端，同時(shí)接在了一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，或雖是經(jīng)過了不同的設(shè)備但是還是形了環(huán)路。

3 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制技術(shù)

3.1 提高網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備質(zhì)量

使用較好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及保證線纜的質(zhì)量在資金允許的條件下使用高檔次的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。從交換機(jī)到網(wǎng)卡到線路都要采用高質(zhì)量的，這樣才能從硬件上減少故障發(fā)生的機(jī)率。

3.2 提高運(yùn)維人員技術(shù)水平，防止出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路

掌握網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備的連接關(guān)系避免出現(xiàn)環(huán)路在一些比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常會(huì)有多余的備用線路，如無意間連上時(shí)會(huì)構(gòu)成回路。為避免這種情況發(fā)生，應(yīng)按照要求在網(wǎng)線打上明顯的標(biāo)簽，有備用線路的地方要做好記載。當(dāng)懷疑有此類故障發(fā)生時(shí)，一般采用分區(qū)分段逐步排除的方法。

3.3 充分利用現(xiàn)有交換機(jī)抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴功能，合理設(shè)定流量閥值

如今我們所使用的以太網(wǎng)交換機(jī)，都可以抑制廣播、組播和未知單播的風(fēng)暴，在配置交換機(jī)的過程中，可以啟用本功能，并且結(jié)合不同的報(bào)文，對(duì)流量闕值合理確定。如果某種報(bào)文的流量比設(shè)定值要大，那么交換機(jī)就會(huì)將這類報(bào)文給部分丟棄掉，保證報(bào)文流量在闕值以內(nèi)。我們以MMS網(wǎng)為例，為了避免有較大流量的廣播報(bào)文從裝置或者后臺(tái)發(fā)出來，影響到網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，我們就可以將交換機(jī)廣播風(fēng)暴抑制功能給開啟，保證正常流量的基礎(chǔ)上，還需要留設(shè)一定的余量，這樣方可以對(duì)廣播報(bào)文的總量進(jìn)行有效的控制。

3.4 交換機(jī)采用VLAN技術(shù)，合理劃分VLAN區(qū)域

VLAN是一種將局域網(wǎng)交換機(jī)從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。在流量區(qū)分和管理方面，采用的VLAN手段，雖然可以有效隔離邏輯網(wǎng)段，但是流量匯聚口不同數(shù)據(jù)流的相互干擾卻無法得到有效隔離，如交換機(jī)級(jí)聯(lián)口、錄波器采集口等，那么就對(duì)風(fēng)暴抑制和流量限制功能提出了更高的要求。

3.5 交換機(jī)采用采用基于內(nèi)容感知處理器的流量限制技術(shù)[2]

交換芯片報(bào)文處理流程劃分為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是報(bào)文接收、內(nèi)部調(diào)度和報(bào)文發(fā)送，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)文解析、內(nèi)容識(shí)別、策略執(zhí)行、內(nèi)部調(diào)度。借助交換芯片的硬件，可以完成CAP的處理過程。如果瞬時(shí)流量比設(shè)定平均流量大，因?yàn)橛辛钆拼嬖谟诼┩爸械木彺?，就?huì)繼續(xù)增大流量，消耗完了漏桶中的令牌，就會(huì)降低流量。對(duì)不同目標(biāo)的報(bào)文字段進(jìn)行配置，就可以對(duì)各個(gè)類型的報(bào)文進(jìn)行有效區(qū)分，以便能夠精確的控制流量。在工程實(shí)踐中，流量管理方面，可以將靜態(tài)組播形式給應(yīng)用過來，對(duì)一條靜態(tài)組播信息進(jìn)行配置的同時(shí)，對(duì)流量限制闕值進(jìn)行合理設(shè)置。在數(shù)據(jù)流管理方面，則是采用VLAN方式，然后對(duì)流量限制闕值單獨(dú)配置，這樣工作量就可以得到有效的減少。智能變電站GOOSE只有較小的平均流量，但是波動(dòng)卻比較的大，因此在對(duì)流量限制闕值進(jìn)行配置時(shí)，就可以設(shè)置較小的平均流量值，設(shè)置稍微大的突發(fā)流量值。SV數(shù)據(jù)流比較的均勻，有著較小的突發(fā)流量值，要充分考慮實(shí)際帶寬來設(shè)置流量限制的平均流量值，只需要略微高出即可。MMS將TCP/IP協(xié)議給應(yīng)用了過來，容錯(cuò)和恢復(fù)能力是其具備的，如果有網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴出現(xiàn)于MMS的內(nèi)部，那么允許中斷通信，停止風(fēng)暴之后，進(jìn)行恢復(fù)。

4 結(jié)束語

通過上文的敘述分析我們可以得知，在智能變電站系統(tǒng)中，十分重要的一個(gè)組成部分就是通信網(wǎng)絡(luò)，但是它的安全和性能會(huì)直接受到以太網(wǎng)技術(shù)本身的影響，如今通常使用專用交換機(jī)，它可以有效的抑制風(fēng)暴和管理流量，但是在具體實(shí)踐中如果不當(dāng)使用也出現(xiàn)了一些問題。在現(xiàn)場(chǎng)中運(yùn)用中適當(dāng)限制網(wǎng)絡(luò)流量，提高硬件質(zhì)量，提高維護(hù)人員的技術(shù)水平，嚴(yán)格執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層級(jí)結(jié)構(gòu)，這樣就可以有效防止產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]Q/GDW-2011智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].北京：國家電網(wǎng)公司，2011.

[2]周旭峰，楊貴，袁志彬，王文龍，劉明慧.交換機(jī)流量限制技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（18）.

作者簡介：林幼萍（1979—），女，工程師，主要從事：繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作。