[发明专利]数字化变电站网络数据获取及网络性能分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电力系统数字化变电站的网络数据获取及网络性能分析方法，属电力信息自动化技术领域。

背景技术

在电力系统中，常规变电站自动化系统存在以下问题：(1)不同设备厂商使用的网络和通信协议互不兼容，设备间互操作性能差；(2)信息难以共享；(3)系统可扩展性差等。为解决这些问题，在变电站自动化系统中实现设备的互操作性，同时满足保护测控功能在不同的设备间自由分配的需要，并保持系统的长期稳定性，国际电工技术委员会IEC第57技术委员会制定了IEC61850协议体系标准，该标准是基于通用网络平台的变电站自动化系统的唯一国际标准，它改变了目前变电站自动化系统封闭式的结构，使之成为开放性和标准性的系统，我国对该标准进行了等同采用。

网络通信技术是IEC61850通讯体系的重要基础。随着基于IEC61850通讯体系的数字化变电站系统的推广应用，变电站的结构发生了翻天覆地的变化，如图1所示为数字化变电站系统结构示意图。

常规变电站中需要用电缆硬接线方式跳合断路，在数字化站中则要通过网络，以数字信号通信的方式来完成。所以在数字化变电站中，对站控层及过程层网网络性能提出了极高的要求，一旦变电站中的网络出现问题则可能引发灾难性后果。这对于数字化变电站中网络管理而言是一个严峻的挑战。以太网内部过多的数据通信，使得网络及网络设备在负载、工作效率以及安全方面都承受着巨大的压力。电力系统中的管理、运行人员，必须有效地了解网络中的通讯数据传输是否正常、智能电子设备(IED)以及网络设备是否过载运行、局域网内部以及局域网与互联网的连接是否正常、IED之间的数据传输是否正常(如：GOOSE信息、互操作信息、故障录波信息、控制信息)等等，同时，在遇到网络时断时续、网络内部站控层网络、过程层网络故障时，必须能快速定位故障点并将其排除。因而，需要对数字化变电站网络性能进行实时监测与评估，如何获取各类网络报文而不影响网络的正常通信并对网络报文进行分析成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是，为实现电力系统数字化变电站的通信网络性能评价，提出一种网络数据获取及网络性能分析方法。

本发明的技术方案是，本发明通过对网络硬件设备不同工作模式进行强制设定，采用网络嗅探技术获取数字化变电站中的各类网络报文，对获取的网络报文进行分类统计分析实现了对网络性能进行实时监测与评估的目标。

本发明数字化变电站的网络数据获取及网络性能分析方法的步骤为：

1、设定网卡工作模式。在以太网络中，所有通讯都是以广播方式工作的，同一个网段内的所有网络接口都可以访问在物理媒体上传输的所有数据，而每一个网络接口都有一个唯一的硬件地址，即MAC地址。在正常的情况下，一个网络接口只可能响应以下两种数据帧：与自己MAC地址相匹配的数据帧和发向所有机器的广播数据帧。但在实际的系统中，数据的收发一般都是由网卡完成的，而网卡的工作模式有以下4种：(1)广播：这种模式下的网卡能接收发给自己的数据帧和网络中的广播数据帧，这是默认的工作方式；(2)组播：这种模式下的网卡只能够接收组播数据帧；(3)直接：这种模式下的网卡只能接收发给自己的数据帧；(4)混杂：这种模式下的网卡能接收通过网络设备上的所有数据帧。

在本发明方法中将网卡强制置于混杂模式工作，从而可接收所有通过网络设备的数据，而不管该数据的目的地是谁。

2、所述方法利用网络嗅探技术，捕获网络报文。具体流程为：(1)查找网络设备，通过调用pcap_lookupdev函数得到可用的网络接口；(2)打开网络设备接口，通过调用pcap_open_live函数得到包捕获描述指针；(3)设置数据包过滤规则，通过调用pcap_setfilter函数完成；(4)进行数据包捕获操作，这项操作需要调用pcap_loop或者pcap_dispatch函数来完成。