[发明专利]基于交换机的过程层网络报文分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统中通讯领域，交换机数据采集的应用。

背景技术

在数字化变电站中大量的交换式以太网和光缆组成的网络通信系统替代了传统的二次连接电缆和回路，过程层、间隔层、变电站层之间都是按IEC61850标准的协议进行通信。在交换机组网的组网方式中，大量的SMV采样报文和GOOSE报文通过交换机来传输，报文的正确与否直接关系到站内保护设备是否会误动或者拒动。正常情况下站内网络数据流量比较平稳，不会出现流量的突然增长或者骤减，当合并单元之类的出现异常时可能导致交换机中传输的报文瞬时流量骤减或骤增，导致保护功能受到影响。

在数据的传输过程中，若是能够对交换机所传输的报文进行分类统计，从而可以根据统计数据计算出各种类型报文的实时流量，当实时流量骤增或骤减时可通过报文的类型大致判断出是那种装置发生了故障导致流量的骤变。交换机对传输的GOOSE和SMV报文进行正误的判别，对有错误的报文进行存储，并通过CPU发出告警信号，及时提醒人员进行检修和故障的查找。

发明内容

本发明的目的一种基于交换机的过程层网络报文分析方法，就是在现有数字化变电站中，不改变变电站组网方式的基础上，通过交换机软硬层面上的相关改动，实现交换机对不同类型报文的统计，以及对特定类型报文的正误判断，并将诊断出的错误信息以日志文件或者告警方式体现。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：基于交换机的过程层网络报文分析方法，在现有的数字化变电站使用的工业交换机软硬件的基础之上，更改接口板的硬件结构，在接口板上增加FPGA芯片；原有的接口板上PHY通过MII（媒体独立接口、包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口）与交换芯片相连接，现在接口板上与外部信号接口的芯片即物理层PHY与交换芯片之间增加FPGA芯片,所述的FPGA每一路通道两侧各直接接一PHY芯片；在实际数据的传输过程中，报文或数据通过RJ45或者光口接口进入PHY，而后数据通过MII进入到FPGA芯片；此时可以利用FPGA芯片，对进入的报文或数据进行分析，解析报文的报文头，从而判断出该报文为何种报文；针对特定类型的报文进行报文的正误判断。例如针对数据采样SMV报文，当FPGA提取到报文中的关键字，当关键字为0x88ba时说明该报文为接收到的数据采样SMV报文，FPGA此时计数SMV（类型）报文的计数值增加，随后对数据采样SMV报文进行解析，提取出数据采样SMV报文中所带有的SmpCnt（样本计数器）信息，并将样本计数器的值与前一帧数据采样SMV报文中所携带的样本计数器的值进行比较，判断出数据采样SMV的采样报文是否连续。如若发现采样值不连续或者是数据采样报文有误，则将该报文内容存储，并将报文的接收时间和采样计数器信息发送至管理CPU。

本发明的实现无需在现有工业交换机的基础上做过多的改动，无需增加专用处理FPGA芯片，控制了开发成本，具有很好的适用性，可操作性，同时又能够最大化开发交换机的实用功能。在整个方法中，相较于原有交换机的处理方式，FPGA是实现该功能的核心器件，由其实现报文的解析以及报文类型的统计。该方法的实现关键技术，其流程如下：

报文的解析。由于交换机中存在着大量报文的实时交换，管理CPU无法对所有报文进行实时的解析和处理，因此在本发明中增加FPGA来处理交换过程中接收到的大量实时报文。FPGA通过监听和分析MII接口上的信号，在接收到报文的瞬间对报文的报文头进行解析，提取出其中的关键字，针对不同类型报文的不同关键字，对各个报文进行统计计数的处理，并将统计结果存储在FPGA中。

特定报文正误的判断。和上述处理过程基本相同：先将接收到的4-bit nibble数据转换成8-bit的数据，存入到报文缓冲区中。当报文进入缓冲区后，FPGA提取报文中的关键字，当关键字为0x88ba时说明该报文为接收到的数据采样SMV报文，随后解析SMV报文，提取出SMV报文中所带有的SmpCnt（样本计数器）信息，并存储（为了与下一帧SMV报文中的样本计数器的值进行比较）。此时，将提取到的SMV报文的SmpCnt信息与前一帧SMV报文中的样本计数器的值进行比较，比较其是否连续。若发现样本计数器的数值不连续，则判断为错误报文，将报文存储在本地的日志文件中，并通过FPGA将接收时间和采样计数器信息发送至管理CPU。