一种智能变电站网络的环路检测方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及一种智能变电站网络的环路检测方法、装置及存储介质，属于电力自动化技术领域。


背景技术：

2.智能变电站网络是智能变电站信息交互与共享的主要载体,其能否安全稳定运行是电力系统稳定可靠工作的决定因素。由于智能变电站网络连接设备繁多、网络结构复杂，在工程现场中，时常会出现工程人员接线错误从而导致网络形成环路造成网络通信异常。同时，在一些工程应用中网络结构采用环形网络作为通信链路冗余，但工程人员时常也会出现生成树协议配置错误以及生成树协议失效从而导致环路形成的情况。一旦环路形成，通常会造成网络风暴。但由于智能变电站交换机出厂会默认配置网络风暴抑制功能，从而导致工程人员无法轻易地判断网络中是否存在环路。工程人员需要通过人工检查接线和配置的方式检测网络是否存在环路。由于智能变电站网络设备繁多、接线复杂，这种方式效率很低，即耗费人力，又不方便。因此，提供一种智能变电站网络环网快速检测方法是十分必要和迫切的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种智能变电站网络的环路检测方法、装置及存储介质，解决智能变电站网络的环路检测的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
5.第一方面，本发明提供了一种智能变电站网络的环路检测方法，包括：
6.获取变电站中每个交换机的配置信息和状态信息，基于配置信息和状态信息进行初步判定；
7.获取变电站的scd文件并解析得到变电站的物理拓扑，根据物理拓扑获取每个交换机端口与其连接设备的mac地址，基于mac地址进行二次判定；
8.持续向变电站中每个交换机发送ping请求报文，并获取每个交换机返回的ping响应报文，基于ping请求报文和ping响应报文的数量进行最终判定。
9.可选的，所述配置信息包括scd文件，所述状态信息包括交换机端口统计逻辑节点中的输入速率和输出速率和交换机流量越限逻辑节点中的端口流量告警值。
10.可选的，所述初步判定过程为：
11.根据交换机端口统计逻辑节点中的输入速率和输出速率，判断是否存在输入速率或输出速率持续增加且大于相应的正常状态速率的情况，
12.若是，则初步判定智能变电站网络存在环路，并进入二次判定；
13.若否，则根据交换机流量越限逻辑节点中的端口流量告警值，判断是否存在端口流量告警，
14.若是，则初步判定智能变电站网络存在环路，并进入二次判定；
15.若否，则根据交换机端口统计逻辑节点中的输入速率和输出速率，判断是否存在输入速率或输出速率趋近于交换机最大带宽或者风暴抑制带宽相的情况，
16.若是，则初步判定智能变电站网络存在环路，并进入二次判定；
17.若否，则进入二次判定。
18.可选的，所述二次判定过程为：
19.将获取的mac地址与交换机自学习得到映射表进行对比，判断是否持续存在mac地址在原交换机端口学习到后又在其他端口学习到的情况，
20.若是，则二次判定智能变电站网络存在环路，并进入最终判定；
21.若否，则进入最终判定。
22.可选的，所述最终判定过程为：
23.判断是否存在ping响应报文数量大于ping请求报文数量的情况，
24.若是，则最终判定智能变电站网络存在环路，并同时输出初步判定和二次判定的判定结果；
25.若否，则最终判定智能变电站网络不存在环路。
26.第二方面，本发明提供了一种智能变电站网络的环路检测装置，所述装置包括：
27.初步判定模块，用于获取变电站中每个交换机的配置信息和状态信息，基于配置信息和状态信息进行初步判定；
28.二次判定模块，用于获取变电站的scd文件并解析得到变电站的物理拓扑，根据物理拓扑获取每个交换机端口与其连接设备的mac地址，基于mac地址进行二次判定；
29.最终判定模块，用于持续向变电站中每个交换机发送ping请求报文，并获取每个交换机返回的ping响应报文，基于ping请求报文和ping响应报文的数量进行最终判定。
30.第三方面，本发明提供了一种智能变电站网络的环路检测装置，包括处理器及存储介质；
31.所述存储介质用于存储指令；
32.所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述方法的步骤。
33.第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
34.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
35.本发明提供的一种智能变电站网络的环路检测方法、装置及存储介质，获取交换机的配置信息、状态信息以及mac地址等信息，并检查上述信息和ping交换机管理地址时是否存在异常情况，快速高效地检测智能变电站网络是否存在环路。本发明大大提高了工程人员检测智能变电站网络是否存在环路的效率和准确性，为工程人员迅速地排查网络故障提供有效的辅助手段。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的一种智能变电站网络的环路检测方法的流程图；
37.图2是本发明实施例提供的一种变电站的物理拓扑示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
39.实施例一：
40.如图1所示，本发明实施例提供了一种智能变电站网络的环路检测方法，包括以下步骤：
41.s1、获取变电站中每个交换机的配置信息和状态信息，基于配置信息和状态信息进行初步判定；
42.配置信息包括scd文件，状态信息包括交换机端口统计逻辑节点中的输入速率和输出速率和交换机流量越限逻辑节点中的端口流量告警值。
43.配置信息和状态信息可以通过iec61850获取，iec61850，是智能变电站网络通信的统一标准。iec61850标准定义了比较详细的逻辑节点和数据对象，建立了完整的数据对象模型的方法和面向对象的服务。支持iec61850协议的装置按照协议规范组织配置和状态信息生成逻辑节点，将装置信息上送到iec61850客户端或者监控后台。
44.初步判定过程为：
45.根据交换机端口统计逻辑节点中的输入速率和输出速率，判断是否存在输入速率或输出速率持续增加且大于相应的正常状态速率的情况(可以根据实际情况设置大于相应的正常状态速率的程度、倍数、百分比等)，
46.若是，则初步判定智能变电站网络存在环路，并进入二次判定；
47.若否，则根据交换机流量越限逻辑节点中的端口流量告警值，判断是否存在端口流量告警，
48.若是，则初步判定智能变电站网络存在环路，并进入二次判定；
49.若否，则根据交换机端口统计逻辑节点中的输入速率和输出速率，判断是否存在输入速率或输出速率趋近于交换机最大带宽或者风暴抑制带宽相的情况，
50.若是，则初步判定智能变电站网络存在环路，并进入二次判定；
51.若否，则进入二次判定。
52.s2、获取变电站的scd文件并解析得到变电站的物理拓扑，根据物理拓扑获取每个交换机端口与其连接设备的mac地址，基于mac地址进行二次判定；
53.scd文件(变电站配置描述文件substation configuration description)，描述所有ied的实例配置和通讯参数、ied之间的通讯配置以及变电站一次系统结构，由系统集成商完成。
54.二次判定过程为：
55.将获取的mac地址与交换机自学习得到映射表进行对比，判断是否持续存在mac地址在原交换机端口学习到后又在其他端口学习到的情况，
56.若是，则二次判定智能变电站网络存在环路，并进入最终判定；
57.若否，则进入最终判定。
58.s3、持续向变电站中每个交换机发送ping请求报文，并获取每个交换机返回的ping响应报文，基于ping请求报文和ping响应报文的数量进行最终判定。
59.ping(packet internet groper)，是windows、unix和linux系统下的一个命令，利
用“ping”命令可以检查网络是否连通。
60.最终判定过程为：
61.判断是否存在ping响应报文数量大于ping请求报文数量的情况，
62.若是，则最终判定智能变电站网络存在环路，并同时输出初步判定和二次判定的判定结果；
63.若否，则最终判定智能变电站网络不存在环路。
64.如图2所示，提供一种从变电站的scd文件解析得到变电站的物理拓扑，交换机swtich a、swtich b是过程层交换机，swtich a连接智能终端，swtich b连接测控装置，智能终端向测控装置发送goose报文，正常的报文速率大约2mbit/s。交换机swtich c、swtich d是站控层交换机，swtich c连接站控层交换机swtich b，swtich d连接监控后台。监控后台通过swtich d连接过程交换机swtich a、swtich b的mmsa口。假设工程人员连接错误将交换机swtich a与交换机swtich c相连接，从而造成环路出现。
65.(1)通过监控后台通过iec61850获取每个交换机的配置信息和状态信息；
66.状态信息如表1所示：
67.表1 swtich b交换机的端口状态信息表
[0068][0069]
(2)t1时刻，发现swtichb的端口fe1的输出速率、fe2的输出与输入速率、fe3的输出与输入速率，远大于正常的2mbit/s速率，则判定网络中可能存在环路，转至步骤(5)；
[0070]
t0时刻，不存在，转至步骤(3)；
[0071]
(3)t2时刻，发现swtichb的端口fe1、fe2、fe3存在流量越限告警，则判定网络中可能存在环路，转至步骤(5)；
[0072]
t0时刻，不存在，转至步骤(4)；
[0073]
(4)t3时刻，发现swtichb的端口fe1的输出速率、fe2的输出与输入速率、fe3的输出与输入速率，与风暴抑制带宽50mbit/s接近，则判定网络中可能存在环路，转至步骤(5)；
[0074]
t0时刻，不存在，转至步骤(5)；
[0075]
(5)监控后台解析scd文件，获取全站的物理拓扑，从而获得每台交换机端口与所连接装置mac地址，解析scd文件获得的交换机swtich b的mac地址配置表如表2所示，交换机swtich b的动态学习的mac地址转发表如表3所示；
[0076]
表2交换机swtich b的mac地址配置表
[0077][0078]
表3交换机swtich b的动态学习的mac地址转发表
[0079][0080]
t5时刻，发现swtich a、swtich c、swtich d、智能终端的mac的学习端口号发生了跳变，判定网络中可能存在环路，转至步骤(6)；
[0081]
t4时刻，未发现任何装置的mac的学习端口号发生了跳变，转至步骤(6)；
[0082]
(6)监控后台持续ping各个交换机的管理地址，监控后台与交换机ping报文的统计表如表4所示；
[0083]
表4监控后台与交换机ping报文的统计表
[0084][0085]
t7时刻，发现swtich a、swtich b的ping的响应报文数量远大于ping的请求报文数量，则判定网络中存在环路，转至步骤(7)；
[0086]
t6时刻，不存在，转至步骤(8)；
[0087]
(7)，智能变电站网络存在环路，根据步骤(2)-(6)结果缩小环路范围和原因。
[0088]
(8)，智能变电站网络不存在环路。
[0089]
实施例二：
[0090]
本发明实施例提供了一种智能变电站网络的环路检测装置，装置包括：
[0091]
初步判定模块，用于获取变电站中每个交换机的配置信息和状态信息，基于配置信息和状态信息进行初步判定；
[0092]
二次判定模块，用于获取变电站的scd文件并解析得到变电站的物理拓扑，根据物
理拓扑获取每个交换机端口与其连接设备的mac地址，基于mac地址进行二次判定；
[0093]
最终判定模块，用于持续向变电站中每个交换机发送ping请求报文，并获取每个交换机返回的ping响应报文，基于ping请求报文和ping响应报文的数量进行最终判定。
[0094]
实施例三：
[0095]
本发明实施例提供了一种智能变电站网络的环路检测装置，包括处理器及存储介质；
[0096]
存储介质用于存储指令；
[0097]
处理器用于根据指令进行操作以执行根据实施例一所述方法的步骤。
[0098]
实施例四：
[0099]
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述方法的步骤。
[0100]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0101]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0102]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0103]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0104]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。