[发明专利]一种二次设备的网络流量控制方法

说明书

本发明公开一种二次设备的网络流量控制方法，流量控制单元按照设备的功能设定，将所需要的报文根据网络协议的固定字段划分为不同线路，每个线路可以独立设置流量控制的阈值，此阈值为滑动时间窗口内的接收帧数，通过设置时间窗宽度和接收帧数这两个参数，可以按需实现网络流量控制功能，且不同线路间的流控行为不互相影响。

技术领域

本发明属于工业控制及工业通信技术领域，尤其是涉及一种二次设备的网络流量控制方法。

背景技术

传统的变电站自动化系统各功能独立、堆砌，缺少合理的集成应用和协同操作，存在着数据共享能力差，利用率低的缺点。数字化变电站是当前变电站自动化系统的发展方向，国际标准(IEC61850)为数字化变电站建设提供了统一规范，推动了数字化变电站应用建设的发展。

数字化变电站中，以太网是最主要的通信介质。电力系统控制保护类设备，越来越多的通过以太网来实现通信功能。数字化变电站的主要通信业务包括SV(Sample Value采样值)以及GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event面向对象的变电站事件)等。数字化变电站工程实施过程中，系统集成人员根据设计图纸负责整个系统的配置，并导出变电站域的SCD(Substation，Configration Description全站系统配置文件)文件，装置厂家从SCD文件中导出本装置的CID(Configed IED Description智能电气设备描述文件)文件。CID文件申明了该装置需要从网络中接收的数据类型和数量。IEC61850标准中对这些数据类型(主要是SV和GOOSE)有详细的描述，包括组帧格式，发送周期等。因此，变电站中二次设备所需要接收的以太网数据帧是可识别的，帧率是可以预测的。正常情况下，SV数据每秒发送4000帧；GOOSE数据的心跳报文为5秒1帧。实际二次设备会受以下情况影响，导致指定时间间隔内接收到的网络数据帧数量发生变化：

1、交换机的Burst现象。交换机为存储转发机制，当发生转发端口冲突时，数据帧会被缓存下来，按优先级设置依次转发，导致接收帧间隔发生变化；

2、网络拓扑发生变化，出现短时网络风暴，数据帧无限循环复制，导致接收到大量的风暴帧；

3、网络中设备故障，导致发送的报文数量增加；

4、GOOSE心跳报文出现自然同步现象，多个设备的5S心跳报文周期在某个时刻达到同步，心跳报文同时发送，导致网络中的GOOSE数据帧数量突增。

二次设备一般为实时嵌入式系统，在定时的控制周期中处理应用功能，因此在定时周期内接收到的网络报文总量，会导致设备的处理器负载率波动，严重时可能会导致处理器超载，对应用功能造成不可预测的影响。目前数字化变电站中对于解决上述问题，主要有以下几种技术手段：

1、交换设备支持STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)，逻辑上断开环路，防止二层网络的广播风暴的产生。这种做法可以从源头上抑制由于网络环路引起的风暴，但在故障发生瞬时的不稳定状态时段内，大量风暴报文可能已经使接收设备产生了不利后果。

2、交换设备通过设置业务优先级，限制端口流量的方式，预防接收设备过载。这种方式虽然可以一定程度上控制端口流量，但是交换机的流量计算粒度和设备能承受的短时流量并不匹配，因此效果有限。

3、接收设备按自身处理器能力处理有限数据，丢弃无法处理的部分。这种方式的缺点在于，当处理器接近能力极限时，对于多余的流量只能不加区别的全部丢弃，如此就可能出现网络中某一个发送设备异常大量发送数据时，会影响到接收设备接收其他正常发送设备数据的情况，即不能达到按需要丢弃流量异常的部分报文，而保持其他部分功能正常运行的效果。

综上所述，目前的数字化变电站中，对二次设备接收流量异常情况下的流量控制，还缺乏一种独立，灵活，可以实现按需流控的方法。

发明内容