一种电力专用交换机及其业务配置方法与流程

本发明涉及一种交换机，具体涉及一种具有继电保护业务自动配置和通信路径生成能力的电力专用交换机及其业务配置方法。

背景技术：

本发明术语：

二层以太网交换机：二层以太网交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

具体的工作流程如下：

①当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；

②再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

③如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；

④ 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以记录这一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。

电力专用交换机：是指专门为适应电力系统智能变电站中以太网数据的传输而设计的二层以太网交换机，针对智能变电站中传输的数据做特殊的处理，以满足特定数据传输的需求。

SV报文：智能变电站过程层网络模拟量（电流电压采样值）传送所采用的一种报文格式。

GOOSE报文：是IEC61850标准定义的一种通用的以对象为中心的变电站事件抽象模型，提供（如命令、告警等）快速传输的机制，可用于跳闸和故障录波启动等。

IED设备：IEC61850标准定义，应用于数字化变电站。由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备，如电子多功能仪表、微机保护、控制器，在特定的环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体。

SCD为变电站IEC61850标准中substation configuration description的缩写，即全站系统配置文件。

现有二层以太网交换机不会解析GOOSE、SV报文内容，数据报文的交换依赖于网管手动配置出错率高，而且相对繁琐，重复工作量大，容易出错，如果SCD文件改动，也有不易维护的特点；在智能变电站系统中，每个IED设备发送及订阅的GOOSE报文和SV报文，是可预知的、可识别的、固定数量的，由SCD文件描述，随着新一代智能变电站在电力系统的应用，变电站综合自动化对二层以太网交换机有着日益复杂的设备组网需求，对配置的自动化要求也越趋明显。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是智能变电站继电保护交换机业务配置复杂，配置工作量大，并且容易人为出错等，提供一种能对过程层GOOSE、SV业务智能识别、自动化配置的电力专用交换机及其业务配置方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种电力专用交换机，它包括与IED设备相连的数据处理专用处理器A，与数据处理专用处理器A相连设有用于以太网数据交换处的专用以太网交换芯片B和管理专用处理器C，所述的管理专用处理器C用于对数据处理专用处理器A、专用以太网交换芯片B进行配置管理，与管理专用处理器C相连设有专用网络处理单元D，所述的专用网络处理单元D用于SCD文件分析、业务自动化配置、各表格维护建立。

所述的数据处理专用处理器上设有FE或者GE光电接口。

一种电力专用交换机的业务配置方法，它包括以下步骤：①由专用网络处理单元D解析SCD文件描述，从IED设备订阅信息Inputs出发，依次建立业务描述表、业务配置表、业务VLAN替换表、VLAN转发表；②数据处理专用处理器A对进入交换机中的GOOSE、SV报文进行智能识别：按业务VLAN替换表，在GOOSE、SV报文进入时候增加或替换原有VLAN，在GOOSE、SV报文输出方向删除或者替换VLAN以保证不改动原有报文；③增加或替换VLAN后的报文交由专用以太网交换芯片B，专用以太网交换芯片B依据VLAN转发表进行操作，控制报文流向交换。

所述的用网络处理单元D建立业务描述表是从IED设备订阅信息Inputs出发，通过iedName、doName、daName关键字段查找到输出信息设备、数据集和FCDA；从FCDA和数据集查找到GOOSE控制块(GOCB)和SV控制块(SVCB)；由GOCB、SVCB结合communication部分的描述，完成一个业务或数据的流向，从而建立业务描述表，所述的业务描述表中包括APPID、IED发送设备、IED订阅设备（1-n）、VLAN、优先级字段。

所述的专用网络处理单元D建立业务配置表为将业务描述表中的IED发送设备和IED订阅设备用设备和交换机端口连接关系表中的ED设备对应的接收端口和发送端口列表替换即完成业务配置表。所述的专用网络处理单元D建立业务配置表为将业务描述表中的IED发送设备和IED订阅设备用设备和交换机端口连接关系表中的ED设备对应的接收端口和发送端口列表替换即完成业务配置表。

所述的专用网络处理单元D建立业务VLAN替换表为移除业务配置表中的发送端口列表、优先级字段，新增新VLAN、VLAN增加标志字段。

所述的专用网络处理单元D建立VLAN转发表为业务配置表APPID(0-n)字段以业务VLAN替换表的新VLAN(0-n)字段对应替代，清除业务配置表的VLAN字段得到VLAN转发表。

所述的数据处理专用处理器A依据业务VLAN替换表进行操作：报文进入方向，智能识别GOOSE、SV报文，感知APPID，查表进行VLAN增加新VLAN(0-n)字段或报文VLAN替换为新VLAN(0-n)字段，报文随即进入专用以太网交换芯片B；经专用以太网交换芯片B交换后，报文发出方向，新VLAN(0-n)替换为VLAN或新VLAN(0-n)被从报文中删除。

所述的应用到专用以太网交换芯片B的VLAN转发表采用vlan转发规则。

所述的“新VLAN”是采用HASH方法分配的有效的VID值。

采用本发明的电力专用交换机能按照SCD文件中对于IED设备、网络、业务的相关描述，通过查找报文头中的APPID感知GOOSE和SV报文，导入SCD文件以后，自动配置交换，大大降低工作量，减少出错几率，提升工作效率；依赖SCD文件描述，智能识别交换机各端口收到的GOOSE、SV等业务、智能识别电力专用交换机端口和IED设备之间连接绑定关系、采用VLAN替换方式自动将收到的GOOSE、SV业务交换到正确的发送端口。

附图说明

图1是本发明的技术方案原理图；

图2是本发明GOOSE及SV业务描述表建立过程示意图；

图3是本发明业务描述表；

图4是本发明业务配置表；

图5是本发明业务VLAN替换表；

图6是本发明HASH方法产生新VLAN(0-n)示意图；

图7是本发明VLAN转发表。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括与IED设备相连的数据处理专用处理器A，与数据处理专用处理器A相连设有用于以太网数据交换处的专用以太网交换芯片B和管理专用处理器C，所述的管理专用处理器C用于对数据处理专用处理器A、专用以太网交换芯片B进行配置管理，与管理专用处理器C相连设有专用网络处理单元D，所述的专用网络处理单元D用于SCD文件分析、业务自动化配置、各表格维护建立。本发明交换机中增加了数据处理专用处理器A（FPGA）和专用网络处理单元D实现了对过程层GOOSE、SV业务的智能识别、自动化配置等方面的应用，所谓自动化配置是依赖SCD文件描述，智能识别交换机各端口收到的GOOSE、SV等业务、智能识别电力专用交换机端口和IED设备之间连接绑定关系、采用VLAN替换方式自动将收到的GOOSE、SV业务交换到正确的发送端口。需要说明的是，专用网络处理单元D可存在但不限于存在于交换机中。

所述的数据处理专用处理器上设有FE或者GE光电接口。

一种电力专用交换机的业务配置方法，它包括以下步骤：①由专用网络处理单元D解析SCD文件描述，从IED设备订阅信息Inputs出发，依次建立业务描述表、业务配置表、业务VLAN替换表、VLAN转发表；②数据处理专用处理器A对进入交换机中的GOOSE、SV报文进行智能识别：按业务VLAN替换表，在GOOSE、SV报文进入时候增加或替换原有VLAN，在GOOSE、SV报文输出方向删除或者替换VLAN以保证不改动原有报文；③增加或替换VLAN后的报文交由专用以太网交换芯片B，专用以太网交换芯片B依据VLAN转发表进行操作，控制报文流向交换。

所述的用网络处理单元D建立业务描述表是从IED设备订阅信息Inputs出发，通过iedName、doName、daName关键字段查找到输出信息设备、数据集和FCDA；从FCDA和数据集查找到GOOSE控制块(GOCB)和SV控制块(SVCB)；由GOCB、SVCB结合communication部分的描述，完成一个业务或数据的流向，从而建立业务描述表，所述的业务描述表中包括APPID、IED发送设备、IED订阅设备（1-n）、VLAN、优先级字段。如图3所示，实际业务配置表将包含但不限于以上列出字段；GOOSE及SV业务描述表建立过程示意图如图2所示，图2中Inputs、FCDA、GOCB、SVCB都是SCD文件IED部分的典型元素，communication部分具体指IED如何通过访问点连接到网络。

所述的专用网络处理单元D建立业务配置表为将业务描述表中的IED发送设备和IED订阅设备用设备和交换机端口连接关系表中的ED设备对应的接收端口和发送端口列表替换即完成业务配置表，如图4所示，所述的专用网络处理单元D建立业务配置表为将业务描述表中的IED发送设备和IED订阅设备用设备和交换机端口连接关系表中的ED设备对应的接收端口和发送端口列表替换即完成业务配置表。。

所述的专用网络处理单元D建立业务VLAN替换表为移除业务配置表中的发送端口列表、优先级字段，新增新VLAN、VLAN增加标志字段，如图5所示，VLAN增加标志字段是VLAN字段无效时，即GOOSE、SV业务不带VLAN的时候，VLAN增加标志有效；其他时候VLAN增加标志无效。

所述的专用网络处理单元D建立VLAN转发表为业务配置表APPID(0-n)字段以业务VLAN替换表的新VLAN(0-n)字段对应替代，清除业务配置表的VLAN字段得到VLAN转发表，如图7所示。

所述的数据处理专用处理器A依据业务VLAN替换表进行操作：报文进入方向，智能识别GOOSE、SV报文，感知APPID，查表进行VLAN增加新VLAN(0-n)字段或报文VLAN替换为新VLAN(0-n)字段，报文随即进入专用以太网交换芯片B；经专用以太网交换芯片B交换后，报文发出方向，新VLAN(0-n)替换为VLAN或新VLAN(0-n)被从报文中删除。

所述的应用到专用以太网交换芯片B的VLAN转发表采用vlan转发规则所述的vlan转发规则指支持802.1Q协议的交换芯片，数据帧只在相应的VLAN进行交换。通俗的讲，一个交换机被虚拟出了多个逻辑交换机，每一个VLAN内的端口都是一个逻辑上的交换机；也就是一个交换机被划分了多个不同的广播域，每一个VLAN内的端口，在同一个广播域内；本发明引入VLAN后的交换原理与传统的交换原理相比，并没有本质上的改变，同样遵循‘源MAC学习，目的MAC转发’的基本原则；唯一不同的是，学习和转发都只在同一个VLAN中进行，数据帧不能跨VLAN交换或转发。

所述的“新VLAN”是采用HASA方法分配的有效的VID值，如图6所示，可以采用该方法但并不限于该方法来分配值。

本发明电力专用交换机增加专用网络处理单元D，建立“业务描述表”、“业务配置表”、“业务VLAN替换表”、“VLAN转发表”；电力专用交换机增加数据处理专用处理器A，按“业务VLAN替换表”执行步骤⑥，实现对过程层业务进行“VLAN替换”而到达智能配置及交换，为解决国内智能变电站继电保护交换机业务配置复杂，配置工作量大，并且容易人为出错的问题提供了一种解决思路和相应的基础。

如图1所示，采用本发明的电力专用交换机在传输链路中增加了数据处理专用处理器A（FPGA），用于识别从IED设备发出的进入交换机中的GOOSE、SV报文；按业务VLAN替换表，在GOOSE、SV报文进入时候增加（原有GOOSE或SV报文不带有VLAN）或替换原有VLAN，在GOOSE、SV报文输出方向删除或者替换VLAN以保证不改动原有报文；增加或替换VLAN后的以太网数据流（GOOSE、SV报文也属于以太网数据流）报文交由专用以太网芯片B按VLAN转发表转发。