一种基于LLDP的自组织分布式广域保护网络通信方法与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其是一种基于lldp的自组织分布式广域保护网络通信方法。

背景技术：

依托广域同步测量技术与通信网络技术，完成电力系统多点信息的获取和分享，进而构建起的广域保护系统为继电保护适应现代电力系统的发展、提高保护性能提供了一条崭新的发展道路。与传统的继电保护与控制系统相比较，广域保护系统最大的特点是依靠通信系统，完成对较广地理范围进行数据采集分析以及控制策略的形成，实现更丰富可靠的保护和控制功能。

现在学者们提出构建能够依据系统工况，动态地自组织形成广域保护区域的自组织分布式广域保护方案，如图1所示。此方案可以实现依据电力网络拓扑的结构变化自动更新连接路径，完成智能组织，解决了网络拓扑改变后对保护的适应性问题。然而如何依靠通信系统自组织形成广域保护，是实现自组织分布式广域保护的难点。

为了实现自组织形成分布式广域保护网络，变电站安装智能电气设备如图2所示。其基于分布式结构的广域保护系统将智能电气设备(intelligentelectricdevice,ied)分别装设在各个测量点上，每个ied地位平等，各ied通过通信网络进行数据共享，实现保护及稳定控制的功能。其主要完成以下功能：(1)采集本站内的各模拟量以及开关状态，并对采集的信息进行简单的处理；(2)通过通信网络与其他ied进行通信；(3)根据自身的信息以及其他ied的信息做出保护与控制策略，并控制断路器执行保护与控制策略。但是，如何依靠通信系统自组织形成广域保护，是实现自组织分布式广域保护的难点。

链路层发现协议(linklayerdiscoveryprotocol，lldp)是由ieee802.1ab定义的一种链路层发现协议，它是一种邻居发现协议，它为以太网网络设备，如交换机、路由器和无线局域网接入点等定义了一种标准的方法，使其可以向网络中其它节点公告自身的存在，并保存各个邻近设备的发现信息，如设备配置和设备识别等详细信息。链路层发现协议可以将本端设备的的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的tlv(type/length/value，类型/长度/值)，并封装在lldpdu(linklayerdiscoveryprotocoldataunit，链路层发现协议数据单元)中发布给与自己直连的邻居，邻居收到这些信息后将其以标准mib(managementinformationbase，管理信息库)的形式保存起来，以供网络管理系统查询及判断链路的通信状况。因此，依靠lldp的特性，实现广域保护中各节点自发组织成覆盖整个系统的通信网络，进而满足依据系统工况分布式广域保护自组织形成广域保护区域的数据交换要求是目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于lldp的自组织分布式广域保护网络通信方法，实现广域保护中各节点自发组织成覆盖整个系统的通信网络功能，进而满足依据系统工况,分布式广域保护自组织形成广域保护区域的数据交换要求。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于lldp的自组织分布式广域保护网络通信方法，包括以下步骤：

步骤1：将智能电气设备采集到的分布式广域保护信息依照链路层发现协议标准进行分类存储；

步骤2：封装链路层发现协议的报文，输入源mac地址和目的mac地址；

步骤3：设置链路层发现协议处于txrx工作模式，使得智能电气设备端口既能发送也能接受lldp报文；

步骤4：依据链路层发现协议，智能电气设备周期性地向邻居设备发送包含分布式广域保护方案的lldp报文；

步骤5：如果设备的本地信息发生变化，则立即发送lldp报文，以将本地信息的变化情况尽快通知给邻居设备，满足依据系统工况分布式广域保护自组织形成广域保护区域的数据交换要求，进而实现自组织的形成新的分布式广域保护方案；

步骤6：当智能电气设备发现了新的邻居设备时，该设备将自动启用快速发送机制，并连续发送指定数量的lldp报文后再恢复为正常的发送周期；

步骤7：智能电气设备对收到的lldp报文及其携带的tlv进行有效性检查；若未通过有效性检查，则立刻老化该邻居信息；若通过有效性检查，则将邻居信息保存到本地，并设置邻居信息在本地设备上的老化时间。

所述步骤1的分布式广域保护信息包括：

chassisidtlv：存贮智能电气设备的桥mac地址，用以识别智能电气设备网络位置；

portidtlv：标识智能电气设备链路层发现协议数据单元发送端的端口；

timetolivetlv：本智能电气设备信息在邻居设备上的存留时间，设置该值为20个智能电气设备数据报文周期性数据交换时间；

portdescriptiontlv：以太网端口的描述字符串；

systemnametlv：智能电气设备的名称；

systemdescriptiontlv：本智能电气设备在分布式广域保护系统中功能概要描述；

systemcapabilitiestlv：本智能电气设备在分布式广域保护系统中的主要功能以及已使能的功能项；

managementaddresstlv：供网络管理系统对智能电气设备网络设备进行管理的地址。管理地址可以明确地标识一台设备，进行网络拓扑的绘制，实现网络管理；

endoflldpdutlv：lldpdu结束标识。

所述步骤1分类存储的方法为：将本地智能电气设备ied的桥mac地址存贮于chassisidtlv中，将timetolivetlv设置为缺省长期存留，将以太网端口的描述存储于portdescriptiontlv中，将智能电气设备的名称信息存储于systemnametlv中，将分布式广域保护系统的概要描述存储于systemdescriptiontlv中，将分布式广域保护的主要功能以及已使能的功能项存储于systemcapabilitiestlv中，将endoflldpdutlv标识lldpdu结束。

所述步骤2封装链路层发现协议的报文的方法为：

首先将tlv依照classidtlv、portidtlv、timetolivetlv、portdescriptiontlv、systemnametlv、systemdescriptiontlv、systemcapabilitiestlv、managementaddresstlv和endoflldpdutlv的顺序组合成一个分布式广域保护链路层发现协议数据单元lldpdu；

然后将lldpdu采用ethernetii格式或者snap协议封装为lldp报文，封装内容如下：

destinationmacaddress：目的智能电气设备ied的固定组播mac地址；

sourcemacaddress：源智能电气设备ied的mac地址，为端口mac地址或设备桥mac地址；

type：报文类型；

data：为lldpdu数据；

fcs：帧检验序列。

所述步骤7邻居信息在本地设备上的老化时间设置为20个智能电气设备数据报文周期性数据交换时间。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其利用链路层发现协议(lldp)的自发现性，将分布式广域保护的信息储存在链路层发现协议报文的数据单元(lldpdu)中，并自组织地相互通信，能够实现广域保护中各节点自发组织成覆盖整个系统的通信网络，进而满足依据系统工况分布式广域保护自组织形成广域保护区域的数据交换要求。

附图说明

图1为现有分布式广域保护示意图；

图2为现有变电站内智能电气设备示意图；

图3为本发明分布式广域保护链路层发现协议数据单元lldpdu结构图；

图4为本发明的分布式广域保护lldp报文结构图；

图5为本发明的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于lldp(基于链路层发现协议)的自组织分布式广域保护网络通信方法，主要包括如下两部分内容：(1)信息存储：将智能电气设备采集到的分布式广域保护信息依照链路层发现协议标准进行分类存储；(2)信息交换：依托于链路层发现协议的自发现性，实现分布式广域保护的自组织信息交换传输。

(1)信息存储主要包括以下内容：

①信息存储基本单元，以tlv格式装存信息，如下：

chassisidtlv：存贮智能电气设备的桥mac地址，用以识别智能电气设备网络位置。

portidtlv：标识智能电气设备链路层发现协议数据单元(lldpdu)发送端的端口。

timetolivetlv：本智能电气设备信息在邻居设备上的存留时间，考虑设备存储容量和数据保留量，可设置该值为20个智能电气设备数据报文周期性数据交换时间。

portdescriptiontlv：以太网端口的描述字符串。

systemnametlv：智能电气设备的名称。

systemdescriptiontlv：本智能电气设备在分布式广域保护系统中功能概要描述。

systemcapabilitiestlv：本智能电气设备在分布式广域保护系统中的主要功能以及已使能的功能项；

managementaddresstlv：供网络管理系统对智能电气设备网络设备进行管理的地址。管理地址可以明确地标识一台设备，进行网络拓扑的绘制，实现网络管理。

endoflldpdutlv：标识lldpdu结束。

②数据报文

首先将tlv依照classidtlv、portidtlv、timetolivetlv、portdescriptiontlv、systemnametlv、systemdescriptiontlv、systemcapabilitiestlv、managementaddresstlv和endoflldpdutlv的顺序组合成一个分布式广域保护链路层发现协议数据单元lldpdu，如图3。

然后将lldpdu采用ethernetii格式或者snap(subnetworkaccessprotocol)协议封装为lldp报文如图4，封装内容如下：

destinationmacaddress：目的智能电气设备ied的固定组播mac地址，0x0180-c200-000e。

sourcemacaddress：源智能电气设备ied的mac地址，为端口mac地址或设备桥mac地址(如果有端口地址则使用端口mac地址，否则使用设备桥mac地址)。

type：报文类型；

data：数据，为lldpdu；

fcs：帧检验序列。

(2)信息交换：依据链路层发现协议(lldp)的txrx工作模式，实现分布式广域保护的自组织信息通信。

txrx：设备端口既发送也接收lldp报文；将txrx模式作为缺省模式，运行于自组织分布式广域保护的智能电气设备之间。

依据链路层发现协议(lldp)的分布式广域保护的自组织信息发送接收机制：智能电气设备运行于缺省模式txrx下时，设备周期性地向邻居设备发送包含分布式广域保护方案的lldp报文。如果设备的本地信息发生变化，则会立即发送lldp报文，以将本地信息的变化情况尽快通知给邻居设备。当智能电气设备发现了新的邻居设备(即收到一个新的lldp报文且本地尚未保存发送该报文设备的信息)时，该设备将自动启用快速发送机制，并连续发送指定数量的lldp报文后再恢复为正常的发送周期。智能电气设备对收到的lldp报文及其携带的tlv进行有效性检查。若未通过有效性检查，则立刻老化该邻居信息；若通过有效性检查，则将邻居信息保存到本地，并根据ttl(timetolive，生存时间)tlv中ttl的值来设置邻居信息在本地设备上的老化时间，设置该值为20个智能电气设备数据报文周期性数据交换时间。

例如系统发生故障时，故障点附近的ied感受到的故障电流大于电流整定值，设备的本地信息发生变化，则会立即发送lldp报文，以将本地信息的变化情况尽快通知给邻居设备，满足依据系统工况分布式广域保护自组织形成广域保护区域的数据交换要求，进而实现自组织的形成新的分布式广域保护方案。

基于上述说明，本发明基于lldp的自组织分布式广域保护网络通信方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤1：将本地智能电气设备ied的桥mac地址存贮于chassisidtlv中，timetolivetlv设置为缺省长期存留，以太网端口的描述存储于portdescriptiontlv中，智能电气设备的名称信息存储于systemnametlv中，分布式广域保护系统的概要描述存储于systemdescriptiontlv中，将分布式广域保护的主要功能以及已使能的功能项存储于systemcapabilitiestlv中，endoflldpdutlv标识lldpdu结束。

步骤2：封装链路层发现协议(lldp)的报文，输入源mac地址和目的mac地址。

步骤3：设置链路层发现协议(lldp)处于txrx工作模式，使得智能电气设备端口既能发送也能接受lldp报文。

步骤4：依据链路层发现协议(lldp)，智能电气设备周期性地向邻居设备发送包含分布式广域保护方案的lldp报文。

步骤5：如果设备的本地信息发生变化，例如系统发生故障时，故障点附近的ied感受到的故障电流大于电流整定值，则立即发送lldp报文，以将本地信息的变化情况尽快通知给邻居设备，满足依据系统工况分布式广域保护自组织形成广域保护区域的数据交换要求，进而实现自组织的形成新的分布式广域保护方案。

步骤6：当智能电气设备发现了新的邻居设备(即收到一个新的lldp报文且本地尚未保存发送该报文设备的信息)时，该设备将自动启用快速发送机制，并连续发送指定数量的lldp报文后再恢复为正常的发送周期。

步骤7：智能电气设备对收到的lldp报文及其携带的tlv进行有效性检查。若未通过有效性检查，则立刻老化该邻居信息；若通过有效性检查，则将邻居信息保存到本地，并根据ttl(timetolive，生存时间)tlv中ttl的值来设置邻居信息在本地设备上的老化时间，设置该值为20个智能电气设备数据报文周期性数据交换时间。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。