一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：1）MAC地址过滤；2）大流量广播报文抑制；3）针对SV报文和GOOSE报文使用不同优先级的DMA0和DMA1，对DMA0和DMA1采用不同的控制策略，实现网络数据从MAC缓存区到处理器片内的搬移；4）针对第三方报文，使用DMA从MAC缓存区搬运到片外存储器中；5）针对GOOSE风暴，对带内固定风暴和变化风暴，自动识别风暴种类和特点，有针对性的对风暴进行抑制，降低该网口的网络压力同时不影响正常的报文处理。该方法有效的抑制了广播风暴、带外组播风暴和带内组播风暴，保证装置能正确可靠的运行。
【专利说明】—种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法。
【背景技术】
[0002]过程层网络是智能变电站中特有的网络层，过程层用于完成电力运行实时的电气量检测、运行设备的状态参数检测、操作控制执行与驱动。过程层主要应用数据为SV报文、GOOSE报文数据以及网络管理业务。其中装置的采样数据(SV报文)、开关量状态和出口控制数据(G00SE报文)均通过过程层网络传输，这就要求智能变电站的装置任何时候均能实时响应已订阅的过程层网络报文和及时稳定发出被订阅的报文。
[0003]智能变电站装置在过程层拥有大量的网口与其他装置或交换机相连，由于交换机阻塞可能导致重发性的网络风暴，或者由于与装置某一网口相连的一台装置出现故障发送大量网络报文导致本装置其他网口不能正确响应相关装置的正确报文。目前在过程层的组网口上可以通过屏蔽广播报文等做法来降低广播风暴对装置的影响，已有部分技术实现了广播风暴和带外组播风暴的抑制、带内重复组播风暴的抑制，但是对持续变化的带内组播风暴尚没有抑制方法。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，可以有效的抑制广播风暴，带外组播风暴和带内组播风暴，保证装置能正确可靠的运行。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0006]一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007]步骤I):MAC地址过滤:根据过程层网络中的SV和GOOSE报文类型和MAC地址低3位建立MAC查找表，将已订阅的报文的MAC地址映射到MAC查找表中，硬件MAC实现MAC地址过滤；
[0008]步骤2):报文到达后，计算设定时间内报文中广播报文的流量，当流量小于广播风暴门槛值时接收报文，否则对广播报文进行过滤处理，网络驱动模块每间隔一定时间监视一次MAC缓冲区，根据网络报文的特征区分出SV报文、GOOSE报文和第三方报文；
[0009]步骤3):如果是SV报文，建立高优先级DMA描述符DMA0，并统计SV报文流量，当SV报文流量不大于预先设定的值时，更新DMA控制器的高优先级DMA描述符DMAO ;继续检查MAC缓冲区，当MAC缓冲区仍有SV报文时，继续更新高优先级DMA描述符DMA0，当MAC缓冲区没有新的SV报文时，启动DMA0，把SV报文从MAC缓冲区搬移到处理器的片内RAM中的SV缓冲区，DMAO结束后进入SV解析步骤；
[0010]步骤4):如果是GOOSE报文，在低优先级DMA描述符DMAl中建立GOOSE报文描述符，并统计GOOSE报文流量，当低优先级DMA缓冲区没有网络报文且上次DMAl已经结束时，启动低优先级DMA描述符DMAl，把GOOSE报文搬移到处理器的片内RAM中的GOOSE缓冲区，否则等待下个中断进行GOOSE报文搬移；[0011]步骤5):如果是第三方报文，在低优先级DMA描述符DMAl中建立第三方报文对应的描述符，当低优先级DMA缓冲区没有网络报文且上次DMAl已经结束时，启动低优先级DMA描述符DMAl，把第三方报文搬移到片外网络缓冲区。
[0012]使用两个不同优先级的DMA链表描述符，即高优先级DMA描述符DMAO和低优先级DMA描述符DMA1，其中高优先级DMA描述符DMAO用来搬移快速的SV报文数据，确保每个中断SV报文数据能完全搬走，剩余的时间给低优先级DMA描述符DMAl来搬移GOOSE报文和第三方报文数据。针对三种不同的网络风暴采用有针对性的处理，且不影响其他报文的收发和处理，以解决过程层网络中某一网口有网络风暴时，该网口的其他应用功能受到影响以及装置其他网口的功能受其影响的问题。该抑制方法只过滤掉风暴，不影响装置的正常运行。在100%网络负荷(带内组播风暴)条件下，装置能可靠进行网络报文交互，功能运行正常。
[0013]进一步的，在步骤4)中，当RAM中的GOOSE缓冲区有GOOSE报文时，如果APP ID已经被订阅，则解出STNUM和SQNUM，并根据公式:S = a*214+b*2n+c*25+d，生成多项式计算特征值S来判断是否为重复报文，其中特征值S采用二进制，a是用于区分单双网的网络号、b是控制块号、c是STNUM的低5位、d是SQNUM的低5位；接下来计算GOOSE报文生存时间，如果是生存周期内的带内重复包，将特征值置I并依据特征值更新报文到达时间；丢弃该GOOSE报文。针对GOOSE报文中由于外部交换机原因导致的重复帧风暴，根据特征值判断查找表中对应的解包时间和特征值状态，做相应的判断。
[0014]本发明的有益效果是:针对三种不同的网络风暴采用有针对性的处理，且不影响其他报文的收发和处理，以解决过程层网络中某一网口受到网络风暴影响时，该网口的其他应用功能受到影响以及装置其他网口的功能受其影响的问题。该抑制方法只过滤掉风暴，不影响装置的正常运行。在100%网络负荷(带内组播风暴)条件下，装置能可靠进行网络报文交互，功能运行正常。有效的抑制广播风暴，带外组播风暴和带内组播风暴，保证装置能正确可靠的运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明广播风暴的抑制流程图；
[0016]图2是本发明针对三种不同的网络报文的一般解析流程图；
[0017]图3是本发明带内GOOSE报文风暴抑制流程图；
[0018]图4是本发明带内SV报文风暴抑制流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0020]智能变电站装置过程层具有多个网口，每个网口支持发布和订阅多种类型的数据，具有各自的应用功能。本发明采用软硬件结合的实现方法，采用基于FPGA IP CORE的硬件MAC和高性能的BLACKFIN DSP处理器，硬件MAC支持多达16K字节网络数据缓存，并提供每帧网络报文的长度。为了利用DSP的高性能片内RAM，采用DMA将SV报文和GOOSE报文快速搬移到DSP的片内RAM的做法。而且为了防止SV报文和GOOSE报文互相影响，启用两个不同优先级的DMA，并将DMA描述符分别命为高优先级DMA链表描述符DMAO和低优先级DMA链表描述符DMAl，其中DMAO的优先级高于DMAl。DMAO在每次轮询中，发现MAC缓冲区有SV报文都将启动DMA ；DMA1需要在上次启动完成后才能再次启动，实现对MAC缓冲区GOOSE报文和第三方报文的搬移；为了避免第三方报文影响GOOSE报文的处理，在DMAl中将第三方报文搬移到片外网络缓冲区，防止大流量的网络报文将MAC缓冲区充满，导致数据丢失。一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，包括如下步骤:如图1和图2所示，报文到达后首先进行MAC地址过滤:硬件MAC实现MAC地址过滤，根据过程层网络中的SV和GOOSE报文类型和MAC地址低3位建立MAC查找表，将已订阅的报文的MAC地址映射到MAC查找表中，并缓存16K字节的网络报文，在硬件MAC接收到GOOSE和SV报文时，依据MAC的低3位自动在MAC查找表判断报文是否已订阅，如订阅则接收，硬件MAC实现百分百MAC地址匹配过滤，依据MAC查找表可精确过滤带外组播报文。在此步骤中，依据IEC61850规定的SV报文和GOOSE报文MAC特征及地址范围OxOO-Oxlff，建立2张512bit的MAC查找表，为了便于区分，将其分别命为MAC查找表和查找表，在MAC接收到GOOSE报文和SV报文时，依据MAC的低3位自动在MAC查找表判断报文是否已订阅，如订阅则接收。
[0021]报文到达后，计算设定时间内广播报文的流量，如图1所示，可以计算IOms内广播报文的流量，当广播报文流量小于广播风暴门槛值时接收所有报文；当广播报文流量大于广播风暴门槛值时，硬件MAC按比率过滤广播报文，并读取处理后的报文，即硬件MAC对广播报文进行流量统计，当广播报文流量超过预先设定的广播风暴门槛值时，判定存在广播风暴，对广播报文采用按I比16的比率抽取并读取，剩余的报文直接过滤丢弃，既降低了广播风暴的影响，同时也能获得广播报文，使基于广播的服务能得到应用，比如ARP。
[0022]网络驱动模块每250us监视一次MAC缓冲区，根据网络报文的特征区分出SV报文、GOOSE报文和第三方报文。如果是SV报文，建立高优先级DMA链表描述符DMA0，并统计SV报文流量，当SV报文流量不大于SV流量门槛时，其中SV流量门槛是依据CID文件计算
的SV流量门槛，SV流量门槛
【权利要求】
1.一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I) =MAC地址过滤:根据过程层网络中的SV和GOOSE报文类型和MAC地址低3位建立MAC查找表，将已订阅的报文的MAC地址映射到MAC查找表中，硬件MAC实现MAC地址过滤； 步骤2):报文到达后，计算设定时间内报文中广播报文的流量，当流量小于广播风暴门槛值时接收报文，否则对广播报文进行过滤处理，网络驱动模块每间隔一定时间监视一次MAC缓冲区，根据网络报文的特征区分出SV报文、GOOSE报文和第三方报文； 步骤3):如果是SV报文，建立高优先级DMA描述符DMA0，并统计SV报文流量，当SV报文流量不大于预先设定的值时，更新DMA控制器的高优先级DMA描述符DMAO ;继续检查MAC缓冲区，当MAC缓冲区仍有SV报文时，继续更新高优先级DMA描述符DMA0，当MAC缓冲区没有新的SV报文时，启动DMA0，把SV报文从MAC缓冲区搬移到处理器的片内RAM中的SV缓冲区，DMAO结束后进入SV解析步骤； 步骤4):如果是GOOSE报文，在低优先级DMA描述符DMAl中建立GOOSE报文描述符，并统计GOOSE报文流量，当低优先级DMA缓冲区没有网络报文且上次DMAl已经结束时，启动低优先级DMA描述符DMAl，把GOOSE报文搬移到处理器的片内RAM中的GOOSE缓冲区，否则等待下个中断进行GOOSE报文搬移； 步骤5):如果是第三方报文，在低优先级DMA描述符DMAl中建立第三方报文对应的描述符，当低优先级DMA缓冲区没有网络报文且上次DMAl已经结束时，启动低优先级DMA描述符DMA1，把第三方报文搬移到片外网络缓冲区。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，在步骤3)中，当SV报文流量大于SV流量门槛时，对SV报文置SV风暴标记，丢弃MAC缓冲区内所有的SV报文，不启动 高优先级DMA0。
3.根据权利要求1所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，在步骤4)中，当RAM中的GOOSE缓冲区有GOOSE报文时，如果APPID已经被订阅，则解出STNUM和SQNUM，并根据公式:S = a*214+b*2n+c*25+d，生成多项式计算特征值S来判断是否为重复报文，其中特征值S采用二进制，a是用于区分单双网的网络号、b是控制块号、c是STNUM的低5位、d是SQNUM的低5位； 计算GOOSE报文生存时间，如果是生存周期内的带内重复包，将特征值置I并依据特征值更新报文到达时间；丢弃该GOOSE报文。
4.根据权利要求3所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，如果带内重复包不在生存周期内，将特征值置I并更新报文到达时间； 如果报文不是重复报文，按GOOSE控制块统计每个控制块的流量，当控制块的流量超出预先设定的值时，丢弃该控制块数据，置该GOOSE报文GOOSE风暴标记，处理其他控制块数据。
5.根据权利要求4所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，当控制块的流量未超出预先设定的值时，进入GOOSE解析程序并清置GOOSE风暴标记。
6.根据权利要求1所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，在步骤4)中，当GOOSE缓冲区没有GOOSE报文时，对GOOSE报文清GOOSE风暴标记并根据公式生成多项式计算特征值S ;轮询查找表，当查找表中特征值对应的生存时间大于2秒小于500秒时，将GOOSE报文的特征值清O后再返回，否则直接返回。
7.根据权利要求1所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，在步骤2)中，当广播报文流量大于广播风暴门槛值时，硬件MAC按比率抽取广播报文过滤掉剩余广播报文。
8.根据权利要求1所述的一种智能变电站过程层中网络风暴的抑制方法，其特征在于，在步骤I)中，依据IEC61850规定的SV报文和GOOSE报文MAC特征及地址范围OxOO-Oxlff,建立2张512bit的MAC查找表，在硬件MAC接收到GOOSE报文和SV报文时，依据MAC的低3位自动在MAC·查找表判断报文是否已订阅，如订阅则接收。
【文档编号】H04L29/12GK103716239SQ201310722737
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】刘乾, 程婵娟 申请人:南京磐能电力科技股份有限公司