基于報文信息標(biāo)簽的智能變電站通信服務(wù)策略

佟為明, 高吉星, 盧 雷, 金顯吉, 李中偉

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院, 黑龍江省哈爾濱市 150001)

0 引言

近年來,IEC 61850通信協(xié)議的頒布及智能化電氣設(shè)備、工業(yè)交換式以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為智能變電站各層間設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和全站數(shù)據(jù)共享提供了更廣闊的途徑[1]。

通信網(wǎng)絡(luò)是智能變電站繼電保護(hù)、監(jiān)控等功能實(shí)現(xiàn)的載體,其實(shí)時性和可靠性直接決定了智能變電站的可用性[2-3]。目前隨著通信技術(shù)的進(jìn)步,人們開始研究將智能變電站的所有智能電子設(shè)備(IED)接入同一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)(稱為共網(wǎng)方案),這種方法在提高網(wǎng)絡(luò)效率的同時,也對通信的實(shí)時性和可靠性提出了挑戰(zhàn)[4-5]。

當(dāng)變電站出現(xiàn)故障或遭到網(wǎng)絡(luò)攻擊時,網(wǎng)絡(luò)中將出現(xiàn)大量的突發(fā)報文或錯誤報文,這些報文將在交換機(jī)上堆積,引起網(wǎng)絡(luò)擁塞,導(dǎo)致重要報文,如采樣值(SV)報文和通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?GOOSE)報文的傳輸時間增加,甚至是丟失,嚴(yán)重影響通信的實(shí)時性和可靠性[6-7]。

目前,智能變電站采用的是從通信領(lǐng)域中引入的優(yōu)先級隊列(PQ)和虛擬局域網(wǎng)等通用交換技術(shù)[8-9]。然而,智能變電站中各類報文具有其明顯的特征,對通信性能(主要包括傳輸時間和丟包率)的要求也有很大差異[10]。而且,錯誤報文可以通過修改優(yōu)先級標(biāo)志等方式偽裝成重要報文。這種情況下,錯誤報文將依舊影響重要報文的傳輸。

本文在介紹了智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)報文的類型及特性的基礎(chǔ)上,分析了網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的擁塞問題。根據(jù)服務(wù)質(zhì)量(QoS)中提出的區(qū)分服務(wù)(DiffServ)模型,通過制定報文信息標(biāo)簽和流量監(jiān)測的方式實(shí)現(xiàn)報文的分類識別和過濾,通過基于有最低延遲隊列的定制長度加權(quán)輪詢(CLWRR-LLQ)的隊列調(diào)度方法為報文分配資源,從而滿足各類報文對通信性能的不同需求,提升智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中通信的實(shí)時性與可靠性。

1 智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中的報文類型

智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)膱笪闹饕⊿V報文、GOOSE報文、制造報文規(guī)范(MMS)報文和簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(SNTP)報文[11]。在IEC 61850中,SV報文屬于類型4(原始數(shù)據(jù)報文);GOOSE報文屬于類型1(快速報文);SNTP報文屬于類型6(時間同步報文);而MMS報文則根據(jù)功能的不同分屬類型2(中速報文)、類型3(低速報文)、類型5(文件傳輸報文)。報文的通信性能要求如附錄A表A1所示[12]。

GOOSE報文用于傳輸控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù); SV報文用于傳輸合并單元的采樣數(shù)據(jù); MMS報文傳輸報告數(shù)據(jù)、定值數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)方控制數(shù)據(jù);簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(SNTP)報文用于各IED的時間同步[13-14]。

2 智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中擁塞問題的分析

IEC 61850-5中對報文傳輸時間的定義是從發(fā)送方(源節(jié)點(diǎn))將數(shù)據(jù)放到傳輸棧頂開始,直至接收方(目的節(jié)點(diǎn))從傳輸棧取出數(shù)據(jù)為止所經(jīng)歷的時間。報文的傳輸時間由凈發(fā)送時間Tframe、傳播時間Tprop、發(fā)送等待時間Twait(以下簡稱“等待時間”)、接收通信處理時間Tprocessor_r和轉(zhuǎn)發(fā)處理時間Tprocessor_f組成。

凈發(fā)送時間由報文長度和數(shù)據(jù)率決定,接收通信處理時間和轉(zhuǎn)發(fā)處理時間由節(jié)點(diǎn)的性能決定,傳播時間由傳播介質(zhì)和傳播距離決定,等待時間由網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)決定,在不考慮等待時間且各節(jié)點(diǎn)與傳輸介質(zhì)正常的情況下,報文傳輸時間能滿足要求[6]。

當(dāng)故障或網(wǎng)絡(luò)攻擊等因素使單位時間內(nèi)到達(dá)端口的數(shù)據(jù)量(經(jīng)端口發(fā)送的所有數(shù)據(jù)流的總流量,單位為bit/s)長時間大于端口單位時間內(nèi)可發(fā)送的數(shù)據(jù)量(一般等于數(shù)據(jù)率)時,交換機(jī)無法在新數(shù)據(jù)到來前將隊列中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去,從而形成擁塞現(xiàn)象,這會使等待隊列被填滿,而新到達(dá)的報文被拋棄。

以網(wǎng)絡(luò)中一個饋線間隔為例,仿真拓?fù)淙绺戒汚圖A1所示,設(shè)定數(shù)據(jù)率為100 Mbit/s,交換機(jī)采用先入先出(FIFO)隊列,SV報文長度為200字節(jié)、發(fā)送頻率為4 000 Hz、由饋線合并單元廣播發(fā)送,GOOSE報文的產(chǎn)生服從λ=500的泊松分布,長度為200字節(jié),由饋線智能終端向饋線保護(hù)裝置和饋線測控裝置發(fā)送。

在仿真開始后93～113 s的時間內(nèi),饋線測控裝置以12 000 Hz的頻率廣播發(fā)送長度為1 400字節(jié)的錯誤報文,這種情況下仿真得到的SV報文(饋線合并單元→饋線保護(hù)裝置)傳輸時間與丟包率如圖1所示。

圖1 錯誤報文產(chǎn)生時SV報文的傳輸時間與丟包情況Fig.1 Transmission time and packet loss condition of SV message when error message is coming

從圖1中可以看出,當(dāng)錯誤報文被周期性發(fā)送時,SV報文的傳輸時間急劇增長,并且無法達(dá)到IEC 61850的要求,同時傳輸過程中也有丟包的現(xiàn)象。這是由于單位時間內(nèi)到達(dá)發(fā)送端口的數(shù)據(jù)量之和為140.8 Mbit/s,大于100 Mbit/s的數(shù)據(jù)率。

3 基于報文信息標(biāo)簽的通信服務(wù)策略

目前常用的調(diào)度算法通過優(yōu)先處理高優(yōu)先級(或高權(quán)值)的隊列以確保隊列中重要報文(其優(yōu)先級標(biāo)志較高)的實(shí)時性。但是,錯誤報文可通過修改自身優(yōu)先級標(biāo)志(同重要報文一致)方式偽裝成重要報文并進(jìn)入高優(yōu)先級隊列,影響重要報文的傳輸。

3.1 基于報文信息標(biāo)簽及流量監(jiān)測的報文識別方法

在智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中,報文主要通過ISO/IEC 8802-3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀來傳輸。數(shù)據(jù)幀包含有優(yōu)先級標(biāo)識及保留位1、保留位2。交換機(jī)一般通過優(yōu)先級標(biāo)識對報文進(jìn)行簡單的分類調(diào)度,而用于進(jìn)一步分類報文的信息主要被封裝在數(shù)據(jù)字段中的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)內(nèi)部且編碼方式復(fù)雜。本文在IED上將用于分類報文的關(guān)鍵信息精簡,形成報文信息標(biāo)簽后放入保留位字段中,并在交換機(jī)上進(jìn)行報文信息標(biāo)簽檢查和流量監(jiān)測,以此實(shí)現(xiàn)對報文分類識別。

用于分類報文的信息(以下簡稱“報文信息”)包括:報文源類型、報文類型、業(yè)務(wù)類型、報文長度,同一數(shù)據(jù)流中報文到達(dá)時間間隔及報文所在單個數(shù)據(jù)流的流量(以下簡稱“報文的流量”)。其中報文長度、報文到達(dá)時間間隔和流量由交換機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計。報文信息標(biāo)簽用于記錄報文源類型、報文類型及業(yè)務(wù)類型,報文信息標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)及其在數(shù)據(jù)幀中的位置如附錄A圖A2所示。報文類型、部分業(yè)務(wù)類型和報文源類型間的匹配關(guān)系及對應(yīng)服務(wù)類型如附錄A表A2所示,合并單元、智能終端為過程層設(shè)備;保護(hù)裝置、測控裝置為間隔層設(shè)備;監(jiān)控主機(jī)、對時設(shè)備為站控層設(shè)備。

GOOSE報文傳輸過程層設(shè)備的告警和狀態(tài)信息,MMS報文傳輸間隔層設(shè)備的告警和狀態(tài)信息。根據(jù)IEC 61850,負(fù)責(zé)傳輸狀態(tài)信息、電能信息、保護(hù)動作邏輯信息、開關(guān)指令的MMS報文屬于中速報文;傳遞告警信息、事件記錄的MMS報文屬于低速報文。報文信息標(biāo)簽的填寫方式如圖2所示。

IEC 61850為智能變電站建立了分層信息模型并通過配置文件將其存放在IED中,各IED根據(jù)自身信息模型通過ASN.1規(guī)范對應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)進(jìn)行編碼,在對APDU進(jìn)行編碼時可根據(jù)自身邏輯節(jié)點(diǎn)類型、發(fā)送報文調(diào)用的服務(wù)類型、控制塊類型、數(shù)據(jù)集類型及IED自身的設(shè)置對報文信息標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)置,在組成數(shù)據(jù)幀的過程中,將報文信息標(biāo)簽放入保留位中。

圖2 報文信息標(biāo)簽的填寫方式Fig.2 Filling mode of message information label

在設(shè)置報文信息標(biāo)簽時,IED根據(jù)用戶在初始化階段設(shè)置的裝置類型對報文源類型進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)預(yù)設(shè)的裝置類型對報文源類型進(jìn)行判斷。GOOSE報文的APDU_Tag值為0x61,SV報文的APDU_Tag值為0x60。MMS有14種服務(wù)類型(APDU_Tag=0xa0～0xad),IEC 61850涉及的服務(wù)類型主要包括帶確認(rèn)服務(wù)confirmed-RequestPDU(APDU_Tag=a0,請求),confirmed-ResponsePDU(APDU_Tag=a1,應(yīng)答)和不帶確認(rèn)服務(wù)unconfirmed-PDU(APDU_Tag=a3),每類服務(wù)的內(nèi)部成員包含有具體的服務(wù)類型。間隔層設(shè)備主要通過InformationReport服務(wù)(tag=a0,屬于不帶確認(rèn)服務(wù)) 主動上報數(shù)據(jù);監(jiān)控主機(jī)主要通過帶確認(rèn)服務(wù)中的Read(tag=a4),Write(tag=a5)及FileRead(tag=73)服務(wù)對間隔層設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及信息和文件的讀取,其中事件記錄和文件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量分別主要集中在間隔層設(shè)備發(fā)送的Read 和FileRead應(yīng)答報文上。IED通過調(diào)用服務(wù)、控制塊、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)屬性及自身定義的方式實(shí)現(xiàn)不同類型的業(yè)務(wù)。SNTP 報文信息比較單一,可在組成數(shù)據(jù)幀的時候直接填寫報文源類型、業(yè)務(wù)類型和報文類型。

智能變電站中,每類報文都有其流量特性,錯誤報文一般具有長度大、到達(dá)時間間隔短、流量大的特性并以此造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。通過進(jìn)行流量監(jiān)測(包括對報文的長度、到達(dá)時間間隔和流量的監(jiān)測)可以進(jìn)一步對錯誤報文進(jìn)行識別。目前SV報文一般選用4 000 Hz和12 000 Hz作為發(fā)送頻率,SV報文最大長度在350字節(jié)左右,報文的最短到達(dá)時間間隔為0.000 083 s(發(fā)送頻率為12 000 Hz),報文的流量最大約為34 Mbit/s;GOOSE報文最大長度在300字節(jié)左右,一般以5 s為時間間隔進(jìn)行發(fā)送,而在變電站出現(xiàn)故障的情況下,會以0.002 s的時間間隔連續(xù)發(fā)送,最大流量約為1.2 Mbit/s;SNTP報文最大長度在100字節(jié)左右,到達(dá)時間間隔為1 s[15],最大流量約為100 bit/s。對于SV, GOOSE和SNTP報文的報文信息,規(guī)定當(dāng)報文長度超過最大長度的2倍、到達(dá)時間間隔小于最小值的1/2或流量超過最大流量的2倍時,相應(yīng)信息會被判斷為異常;報文長度超過最大長度的4倍、到達(dá)時間間隔小于最小值的1/4、或流量超過最大流量的4倍時,相應(yīng)信息會被判斷為錯誤。MMS報文的長度范圍不固定,有時會出現(xiàn)連續(xù)以1 480字節(jié)報文傳輸文件信息的情況,報文最大流量約為50 Mbit/s,如果MMS報文所在單個數(shù)據(jù)流的流量超過75 Mbit/s,則流量會被判斷為異常;如果這種情況持續(xù)超過2 s或流量超過150 Mbit/s,則流量會被判斷為錯誤。當(dāng)報文信息出現(xiàn)異常或錯誤狀況時,邏輯判斷策略如附錄A圖A3所示。在出現(xiàn)報文源、報文類型、業(yè)務(wù)類型三者不匹配、報文長度錯誤,報文到達(dá)時間間隔錯誤或報文流量錯誤的問題時,報文將被判斷為錯誤報文;在判斷出報文不是錯誤報文的前提下,當(dāng)出現(xiàn)報文長度、到達(dá)時間間隔或流量異常時,報文被交換機(jī)判斷為異常報文。交換機(jī)會丟棄錯誤報文,并將異常報文被放入低優(yōu)先級(或低權(quán)值)的隊列中。

將報文信息標(biāo)簽與流量監(jiān)測相結(jié)合,可以通過將報文的長度、到達(dá)時間間隔和流量與報文類型進(jìn)行匹配來判斷報文是否為錯誤報文,當(dāng)錯誤報文通過修改報文信息標(biāo)簽偽裝成高優(yōu)先級報文時,偽裝的錯誤報文會因?yàn)閳笪拈L度、到達(dá)時間間隔或流量的錯誤或異常而被識別。通過這種方式確保大流量錯誤報文可以被過濾,使其不會對重要報文的傳輸產(chǎn)生影響。

報文信息標(biāo)簽的填寫是通過在APDU編碼過程中增加對信息標(biāo)簽的填寫操作來完成的,無需進(jìn)行額外的解析操作,對IED性能的影響較小。由于報文信息標(biāo)簽位于報文數(shù)據(jù)幀頭里,交換機(jī)無需解析報文數(shù)據(jù)域中的信息即可進(jìn)行報文信息標(biāo)簽的檢查,節(jié)省了解析所需花費(fèi)的時間。

3.2 基于CLWRR-LLQ的通信調(diào)度方法

加權(quán)輪詢(WRR)在發(fā)送端口緩存上劃分N個輪詢隊列并分配權(quán)值,即W1,W2,…,WN。以最大權(quán)值T(max(Wi)=T)為準(zhǔn)將一次輪詢劃分為T次子輪詢。發(fā)送端口對隊列進(jìn)行輪詢發(fā)送,每個隊列在每次子輪詢中最多發(fā)送一個報文,權(quán)值為Wi的隊列可以在連續(xù)Wi次子輪詢中被發(fā)送。在這種方式下,內(nèi)部報文長度較短的隊列單位時間內(nèi)被發(fā)送的數(shù)據(jù)量較少,而SV和GOOSE報文的長度相對較短。針對這一問題本文提出基于定制長度的WRR算法(CLWRR)。在每次子輪詢中為每個列隊分配長度為Q(單位字節(jié))的發(fā)送配額,每個隊列每次子輪詢發(fā)送a個報文(a=(Q+R)/L),L為隊列內(nèi)報文平均長度,R為隊列上次發(fā)送后剩余的配額)。

為了更有效地進(jìn)行調(diào)度,為附錄A表A1中的每一類報文分配單獨(dú)的隊列,這樣可以在滿足各類報文通信性能要求的同時,減小隊列內(nèi)報文的長度差異,在各隊列內(nèi)部報文長度基本一致的情況下,隊列i的隊首報文最大等待時間為:

max(Twait，i)=

(1)

式中:Lj為隊列j內(nèi)的報文長度;Qj為隊列j在每次子輪詢中被分配的發(fā)送配額(以下簡稱“配額”),Wj為權(quán)值大于或等于Wi;Lk為隊列k內(nèi)的報文長度;Qk為隊列k被分配的發(fā)送配額,Wk為權(quán)值小于Wi。

在輪詢算法中加入最低延遲隊列(LLQ),可以確保最重要的報文在一個相對較短的時間內(nèi)被轉(zhuǎn)發(fā)。LLQ首報文的最大等待時間為：

(2)

式中:Li為隊列i中報文的長度,隊列i為除LLQ以外所有隊列的集合。

基于CLWRR-LLQ通信調(diào)度流程如圖3所示。

圖3 基于CLWRR-LLQ的通信調(diào)度流程Fig.3 Scheduling process based on CLWRR-LLQ

圖中:i為輪詢隊列計數(shù)標(biāo)志;t為子輪詢計數(shù)標(biāo)志;mod(·)為取余數(shù)的運(yùn)算函數(shù)。在每次處理輪詢隊列前,交換機(jī)將檢查LLQ中是否存在報文,如果存在則先將其發(fā)送。LLQ適合放入長度小、流量小,但優(yōu)先級高的報文。這樣LLQ將經(jīng)常處于空置的狀態(tài),對其他隊列報文的傳輸不會產(chǎn)生較大的影響。LLQ內(nèi)報文不會被丟棄的條件為單位時間內(nèi)到達(dá)LLQ的數(shù)據(jù)量小于數(shù)據(jù)率。

當(dāng)存在N個輪詢隊列時,在所有輪詢隊列非空的情況下,隊列j單位時間內(nèi)被發(fā)送的數(shù)據(jù)量為:

(3)

式中:Rj為輪詢隊列j單位時間內(nèi)被發(fā)送的數(shù)據(jù)量,單位為bit/s。確保隊列j中報文不被丟棄需要滿足的條件為Rj≥Sj,Sj為單位時間內(nèi)到達(dá)隊列j的數(shù)據(jù)量。

4 仿真分析及應(yīng)用探討

4.1 仿真分析

根據(jù)附錄A表A1,在智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中,GOOSE報文和SV報文對傳輸時間和丟包率的要求最為嚴(yán)格,其中GOOSE報文長度較短,且流量較小,適合放入LLQ。本文以某220 kV智能變電站(D2-1型)為例,該站包含9個間隔(變壓器間隔T1,T2,饋線間隔F1至F6,母線間隔S),所有IED連接入同一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙绺戒汚圖A4所示。

本文在OPNET平臺上建立網(wǎng)絡(luò)的仿真模型,設(shè)置數(shù)據(jù)率為1 000 Mbit/s,為驗(yàn)證服務(wù)策略對重要報文通信性能的提高,選擇中央交換機(jī)與母線間隔交換機(jī)相連的發(fā)送端口作為觀測對象,并參考故障發(fā)生時的緊急情況下報文流量進(jìn)行設(shè)置。該情況下經(jīng)過發(fā)送端口的報文類型、長度、流量及服務(wù)隊列如表1所示。

表1 經(jīng)過發(fā)送端口的報文類型、長度、流量及服務(wù)隊列Table 1 Type, length, flow amount and service queueof message through switch sending port

母線保護(hù)裝置要與其他間隔的合并單元和智能終端進(jìn)行通信,該發(fā)送端口要經(jīng)過來自8個間隔中10個合并單元的SV報文和來自10個智能終端的GOOSE報文,MMS報文所在單個數(shù)據(jù)流的最大流量達(dá)到70 Mbit/s。在仿真開始后85.3 s,通過篡改報文類型和業(yè)務(wù)類型偽裝成MMS中速報文的錯誤報文(每個流量為110 Mbit/s)從其他間隔的8個測量與控制裝置發(fā)送至母線保護(hù)裝置;通過篡改報文類型偽裝成SV報文的錯誤報文(每個流量為139 Mbit/s)從其他間隔的4個保護(hù)裝置發(fā)送至母線保護(hù)裝置,其中有2個數(shù)據(jù)流的偽裝SV報文也將報文源類型篡改為合并單元。在表1所示的情況下,單位時間內(nèi)到達(dá)端口的流量之和(2 066 Mbit/s)超過了可以發(fā)送的數(shù)據(jù)量(1 000 Mbit/s)。為確保重要報文實(shí)時可靠地傳輸,對各類報文在交換機(jī)發(fā)送端口上進(jìn)入隊列的權(quán)值進(jìn)行設(shè)置,除每類報文的服務(wù)隊列(LLQ,輪詢隊列1～5)外,還設(shè)置了異常報文的服務(wù)隊列(輪詢隊列6)。隊列1,2,3,4,5,6的權(quán)值依次設(shè)置為20,5,2,2,5,1；隊列5和隊列6的配額依次分別為200字節(jié)、400字節(jié),其他隊列的配額為1 500字節(jié)。根據(jù)式(3),單位時間內(nèi)發(fā)送SV報文的數(shù)據(jù)量為668 Mbit/s,發(fā)送MMS中速報文的數(shù)據(jù)量為167 Mbit/s,發(fā)送STNP報文的數(shù)據(jù)量為22 Mbit/s,滿足不丟包的條件,而發(fā)送異常報文的數(shù)據(jù)量為9 Mbit/s,占總數(shù)據(jù)量很小的一部分。

在偽裝的錯誤報文產(chǎn)生時,不使用識別方法,僅使用報文信息標(biāo)簽的識別方法、使用基于報文信息標(biāo)簽和流量監(jiān)測的識別方法下,各類報文丟包率的影響如表2所示。

表2 三種識別方法下各類報文的丟包率Table 2 Packet loss probability of message withthree kinds of identification methods

在不使用識別方法的情況下,偽裝的SV報文和MMS中速報文進(jìn)入相對應(yīng)的等待隊列,嚴(yán)重影響了正常報文的傳輸,使其產(chǎn)生了丟包現(xiàn)象;在僅使用報文信息標(biāo)簽的情況下,未篡改報文源類型的偽裝SV報文因?yàn)閳笪脑搭愋团c報文類型不匹配被直接丟棄;在結(jié)合了流量監(jiān)測之后,篡改報文源類型的偽裝SV報文因?yàn)殚L度錯誤被直接丟棄,而偽裝MMS中速報文因?yàn)榱髁砍霈F(xiàn)異常而被放入異常隊列,在情況持續(xù)超過2 s后也被丟棄；在使用報文信息標(biāo)簽的情況下,當(dāng)錯誤報文產(chǎn)生時,在基于PQ,WRR和CLWRR-LLQ的調(diào)度方法下MMS中速和低速報文、GOOSE報文和SV報文的傳輸時間如附錄A圖A5所示。

從圖中可以看出,相對于傳統(tǒng)的PQ方法,WRR可以在確保重要報文傳輸時間的同時減小其他報文傳輸時間。將GOOSE報文放入LLQ可以減小其傳輸時間,由于其長度短、流量小的特性,也不會對其他報文的傳輸時間產(chǎn)生較大影響。相對于WRR方法,CLWRR-LLQ方法降低了長度相對較小的SV報文和MMS中速報文傳輸時間。

4.2 應(yīng)用探討

在本文提出的通信服務(wù)策略中,報文信息標(biāo)簽檢查和流量監(jiān)測是基于QoS中的流量分類與控制技術(shù)提出的,而基于CLWRR-LLQ的調(diào)度方法則是基于QoS的擁塞管理技術(shù)提出的。目前,QoS技術(shù)已經(jīng)在智能變電站交換機(jī)中開始應(yīng)用,這為該服務(wù)策略應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

目前,關(guān)于在智能變電站中實(shí)現(xiàn)報文共網(wǎng)傳輸?shù)募夹g(shù)探討和應(yīng)用實(shí)踐正在逐步開展。本文提出的通信服務(wù)策略可以滿足共網(wǎng)方案下通信對擁塞管理和報文分類的要求,提高了通信的實(shí)時性和可靠性,具有良好應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

本文在分析了擁塞產(chǎn)生原因及其影響的基礎(chǔ)上,提出了基于報文信息標(biāo)簽和CLWRR-LLQ的通信服務(wù)策略,通過將報文源類型、報文類型和業(yè)務(wù)類型精簡形成報文信息標(biāo)簽并放入保留位字段中并結(jié)合流量監(jiān)測的方法達(dá)到了對報文分類識別的目的,同時給出了報文信息異常和錯誤情況下的邏輯判斷策略和處理方法。針對智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中,各種報文的長度、流量及對通信性能的不同要求,提出了基于CLWRR-LLQ的通信調(diào)度方法,并根據(jù)每種報文的流量和性能要求設(shè)定權(quán)值。仿真結(jié)果表明,該策略可以有效識別并丟棄偽裝的大流量錯誤報文,避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的重要報文傳輸超時和丟失,減小其他報文的傳輸時間,提升智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)中通信的實(shí)時性與可靠性。該服務(wù)策略在識別小流量錯誤報文方面還存在著不足,下一步可研究通過時間序列分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)一步識別網(wǎng)絡(luò)中可能存在的小流量錯誤報文,以提高通信的可靠性。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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