（电力系统及其自动化专业论文）基于61850规约的保护装置goose报文测试工具的开发.pdf

i 声明户明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于6 1 8 5 0 规约的保护装置 g o o s e 报文测试工具的开发，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注 和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刍睦燃 日 期： 趋l q ：主：i 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：越融趁 日 期：洫k 三：l 导师签名： 日期：迦! 里：墨：! 旦 j ) j ， 华北电力人学工程硕士学位论文摘要 摘要 分析了数字化变电站建设中调试工作对g o o s e 报文工具的需求及现 状，分析了i e c 6 18 5 0 规约中关于g o o s e 信息的格式规定。详细讨论了 w i n p c a p 开发包在v i s u a lc + + 平台上的使用，分析了编制g o o s e 报文测试 工具的可行性。之后，完成了g o o s e 信息格式的建模，提出了一整套关于 g o o s e 测试工具开发的方案，并利用c + + 实现了g o o s e 工具的开发。同 时通过对数字化变电站配置描述s c d 文件的解析，把g o o s e 信息与实际 继电保护i e d 设备统一起来，直观反映变电站设备的g o o s e 信息情况，并 在数字化工程中得到实际应用，取得良好效果。 关键词：数字化变电站，i e c 6 1 8 5 0 ，g o o s e a b s t r a c t ，t h i sp a p e ra n a l y s i z e dt h er e q u i r e m e n t sa n dc u r r e n ts i t u a t i o no ft e s t i n gt o o l sf o r g o o s e p a c k e t si nt h ed i g i t a ls u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m a n da n a l y s i z e dt h eg o o s e p a c k e tf o r m a ti nt h ei e c 6 1 8 5 0p r o t o c 0 1 t h ew i n p e a pd e v e l o p m e n tk i tu n d e rt h ev i s u a l c + + p l a t f o r mi sa n a l y s i z e df o rt h ef e a s i b i l i t yo fd e v e l o p i n gt e s t i n gt o o l so f t h eg o o s e p a c k e t t h e n ，t h eg o o s em e s s a g em o d e l i n gi sd i s c u s s e d ，a n dt h et e s tt o o lf o rc m c l l i n g t h eg o o s e m e s s a g ei sc o m p l e t e d a tt h es a m et i m e ，t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ed i g i t a l s u b s t a t i o ns c df i l e , w ec a nv i s u a l l yc a t c ht h eg o o s em e s s a g e so fd i g i t a lp r o t e c t i o n r e l a y s t h et o o l sd e v e l o p e ds h o wv e r yg o o da v a i l a b i l i t yi nt e s to ft h ed i g i t a ls u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m s h i q i a n gz h a n g ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e m & i t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f h o n g s h a nz h a o k e y w o r d s ：d i g i t a ls u b s t a t i o n ，i e c 6 1 8 5 0 ，g o o s e 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 选题背景分析1 1 1 1 数字化变电站的特点l 1 1 2 数字化变电站调试的难点及需求分析2 1 1 。2 1 采样系统调试的难点及需求分析2 1 1 2 2 控制和信号调试的难点及需求分析2 1 2 国内外g o o s e 测试研究动态：3 1 3 小结_ 3 第二章l e c 6 1 8 5 0 规约介绍及g o o s e 原理分析5 2 1i e c 6 18 5 0 规约介绍5 2 1 1i e c 6 1 8 5 0 规约形成。5 2 1 2i e c6 1 8 5 0 结构与内容5 2 2g o o s e 原理分析一：7 2 2 1g o o s e 网络的构成7 2 2 2g o o s e 报文的结构8 2 2 2 1 结合i e c 6 1 8 5 0 规约分析g o o s e 报文结构8 2 2 2 2 结合实际抓取i e d 报文印证g o o s e 报文结构1 0 2 3 小结1 2 第三章保护装置g o o s e 报文测试工具开发13 3 1 测试工具的功能整体要求1 3 3 2 测试工具的技术1 3 3 2 1 开发平台的选取1 3 3 2 2 以太网络的控制1 4 3 2 3s c d 文件的解析1 4 3 2 4g o o s e 报文的解析和模拟1 5 3 2 。5 装置的过滤及报文的保存和读取1 5 3 3 测试工具的技术实现细节：1 5 3 3 1w i n p c a p 网络控制的实现细节1 5 华北电力大学工程硕士学位论文目录 3 3 1 1w i n p c a p 原理介绍1 5 3 3 1 2w i n p c a p 抓包部分编程实现1 7 3 3 1 3w i n p c a p 发包部分编程实现1 9 3 3 2s c d 文件的解析1 9 3 3 2 1g o o s e 相关设备信息的模型结构的建立：1 9 3 3 2 2s c d 文件的读取及写入结构体。2 0 3 3 3g o o s e 报文的解包：2 1 3 3 3 1g o o s em a c 地址头及v l a n 信息的解包2 l 3 3 3 2a p d u 的解包。2 2 3 3 4g o o s e 报文的打包2 2 3 3 5g o o s ei e d 设备的过滤2 3 3 3 6g o o s e 报文的保存读取2 4 3 4 刁、名占：。2 4 第四章g o o s e 报文测试工具应用2 5 第五章结论2 9 5 1 本文的主要工作2 9 5 2 未来工作的展望2 9 参考文献j 3 0 致谢3 2 附录：3 3 附录l 数字化变电站结构图。3 3 附录2i e d 设备g o o s e 相关信息结构代码3 4 附录3s c d 文件的读取及写入结构体参考代码3 6 附录4g o o s e 网络头结构3 8 附录5g o o s e 网络头部分解包3 9 附录6g o o s ea p d u 部分解包4 l 附录7g o o s e 报文打包4 5 附录8g o o s ei e d 设备过滤5 0 附录9g o o s e 报文的保存和读取5 2 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 4 i i 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 选题背景分析 第一章绪论 现阶段，国家电网公司提出了建立智能电网的宏伟计划，这标志着作为智能电 网中重要组成部分的智能变电站( 即数字化变电站) 的建设提上了新的日程。纵观 全国，各地电网的数字化变电站的试验项目站也已经在陆续建设中，并且部分项目 已经投入实际运行n 。 1 1 1 数字化变电站的特点 ( 1 ) 分层式信息结构 7 在i e c 6 1 8 5 0 标准体系中，对于数字化变电站的信息结构，提出了信息分层的 概念。无论对于物理上还是在逻辑上，数字化变电站明确划分为：站控层、间隔层、 过程层，对不同层面定义了清晰接口( 具体结构参见附录1 ) 。 、( 2 ) i e d 设备的模型化 全站的设备是基于i e c 6 1 8 5 0 的规范的l e d ( i n t e l l i g e n te l e c t r o n i cd e v i c e ) 设备构 建的。l e d 设备采用客户机j l 及务器( c l i e n t s e r v e r ) 的方式进行模型化处理。每一 个l e d 设备配置有一个或多个服务器，l e d 设备的服务器最终实现对l e d 设备的所 有信息的收集及控制。同时，l e d 设备又作为一个客户机对其它l e d 设备的服务器 进行访问。 ( 3 ) l e d 设备的网络化 全站的l e d 设备基于以太网技术联网，网络架构主要包含m m s ( m a n u f a c t u r i n g m e s s a g es p e c i f i c a t i o n 制造报文规范) 网、g 0 0 s e ( g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds u b s t a t i o n e v e n t s 通用面向对象的变电站事件) 网及s m v ( s a m p l e dm e a s u r e dv a l u e 采样测量 值) 网。 ( 4 ) l e d 设备的自描述性和互操作性 l e d 设备的自描述性：发送方发送的数据都带有关于自身数据性质的说明，接 受方不必再对其做对应的转换工作，使得数据接口的开放性大大加强。 l e d 设备的互操作性：各个l e d 设备之间信息互动以及协同工作的能力大大加 强。同常规设备相比，设备之间的功能划分更加细化，更加模块化。不同种类的l e d 设备实现不同的模块功能，通过l e d 设备之间的信息互动协同完成一项或多项工作。 1 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 5 ) l e d 设备采样数字化 数字化变电站的c t 、p t 均采用电子式互感器。电子式互感器是利用电子测量 技术和光纤传感技术来实现电力系统电流、电压测量的新型互感器。它包括基于光 学传感原理的互感器，也包括其它各种利用电子测试原理的电流电压互感器。 ( 6 ) l e d 设备控制和信号的数字化 1 e d 设备中测控装置以及保护装置的控制和信号回路由常规的二次电缆物理连 接的电信号驱动方式，变成了以太网连接的网络数据报文驱动方式。需要说明的是， 现阶段实施方案中，在过程层的断路器及刀闸等一次设备的控制和信号通过智能端 子箱或智能汇控柜完成了电信号驱动方式向网络数据报文驱动方式变换【2 , 3 , 4 】。 1 1 2 数字化变电站调试的难点及需求分析 1 1 2 1 采样系统调试的难点及需求分析 数字化变电站采样系统完成了电气量采样向数字化采样的转变，这就对调试工 作有了崭新的要求。即如何确定采样数字量尤其是电子互感器的正确性，如何确定 其采样角度与采样精度的问题。并对数字化采样检测设备即电子互感器校验仪有了 需求。 现阶段在数字化变电站工程实施过程中，主要采用各电子互感器厂家提供校验 仪的方式。但这就存在自制自检的问题，现在调试工作中急需有第三方的检验设备 能够完成这一使命。这也就为校验仪生产厂商提供了一个新的方向。 1 1 2 2 控制和信号调试的难点及需求分析 继电保护装置是电力系统一次设备能否正常运行的最有力的保证，而控制和信 号回路的正确性又决定了电力系统出现故障时保护装置能否正确快速的切除故障。 这就使的控制和信号回路的调试工作成为了变电站继电保护调试中的重中之重。继 电保护装置控制信号回路的正确性测试以及错误排查在变电站调试工作中排在了 首位。 在数字化变电站的特点中，数字化变电站中l e d 设备的控制和信号发生了重大 变化。由常规的二次电缆物理连接的电信号驱动方式，变成了以太网连接的网络数 据报文驱动方式。作为l e d 设备的继电保护设备也不例外，其控制和信号回路测试 也不能用常规使用万用表测量的电位或者通断的方式来实现了，控制和信号的模拟 也不能用短接接点方式来模拟了。用什么工具测试和模拟，以及怎么直观地测试和 模拟是急需解决的问题。也就为现场调试人员提出了一个新的研究课题。 2 华北电力大学工程硕士学位论文 1 2 国内外g o o s e 测试研究动态 继电保护装置控制和信号传输在数字化变电站中主要通过前面介绍的g o o s e 网进 行g o o s e 报文的发送和接收。要检测控制和信号，就只能通过检测g o o s e 网络上的 网络报文中的数据来实现。同样，要模拟控制和信号也只能通过在g o o s e 网络上模拟 发送相应的报文进行。 现阶段，对于g o o s e 报文的测试，国内外各个继电保护相关设备厂家以及网络分 析软件厂家都有相应的测试工具：如o m i c r o n 公司的c m c 3 5 6 继电保护测试仪和 i e d s o u t 软件、t h e e n t h e r e a l 社区的m m se t h e r e a l 软件、北京博电公司的p 、i i 继电 保护测试仪。这些仪器或工具能够在一定程度上完成g o o s e 报文的测试工作，有着各 自不同的特点。下面就现阶段调试中的国内外的一些测试工具的功能特点及实用性进行 一下分析比较，如下表所示： 表1 - 1 国内外g o o s e 报文测试工具及设备的分析 名称来源特点实用性分析 t ： n l e e t h e r e a l接收解析对g o o s e 报文进行通用性解析，面向高 m m se t h e r e a l 软件 d e v e l o p e r g o o s e 报文端用户，用户需要对g o o s e 报文有详尽 c o m m u n i t y 理解 可以模拟发送手动生成报文，面向高端用户，用户需要 i e d s o u t 软 o m i c r c ) n 公司 g o o s e 报文 对g o o s e 报文有详尽理解 件 可以在保护校验 作为继电保护测试仪形式出现，设置复 c m c 3 5 6 继电 o m i c l 的n 公司 中接收和发送单杂，g o o s e 报文测试功能不能脱离试验 保护测试仪装置报文仪单独运行，且功能单一，面向中高端用 户。 可以在保护校验作为继电保护测试仪形式出现，设置复 p w f i i 继电保中接收和发送单杂，g o o s e 报文测试功能不能脱离试验 护测试仪 北京博电公司 装置报文仪单独运行，且功能单一，面向中高端用 户。 1 3 小结 通过对于国内外现有工具的比较，可以发现这些工具虽然在一定程度上满足调试的 部分需求，但是要求用户对g o o s e 规约和结构要有很高的掌握度，并且在功能的集成 性、直观性方面有所欠缺。 ， 数字化变电站的建设还处于一个起步阶段，现场调试人员对于g o o s e 调试工作的 理论及实践经验还十分的欠缺。结合工程实际，开发一套集g o o s e 报文解析与g o o s e 模拟发送为一身，用户界面友好，操作简便，信息反馈简明，面向工程调试人员的g o o s e 测试工具就显得尤为必要。 3 华北电力大学工程硕士学位论文 讨。 本文就如何完成这一保护装置g o o s e 报文测试工具的开发展开深入地研究与探 4 2 1i e c 6 1 8 5 0 规约介绍 2 1 1i e c 6 18 5 0 规约形成 2 0 世纪9 0 年代初，国际电工技术委员会i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a l c o m m i s s i o n ) 意识到来自不同厂家的电子智能设备i e d ( i n t e l l i g e n te l e c t r i cd e v i c e ) 需 要一个标准的信息接口，以实现设备的互操作性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 为此i e ct c 5 7 和i e c t c 9 5 成立了一个联合工作组，制定了继电保护设备信息接口标准，即i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 。 标准美国的电力科学研究院( e p r i e l e c t r i c p o w e r r e s e a r c h i n s t i t u t e ) 在1 9 9 0 年开始了公 共通信体系u c a ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ) 标准的制定工作，其目的在于提 供一个具有广泛适应性的，功能强大的通信协议，使来自不同厂商的各种i e d 能够通过 使用该协议实现互操作。为避免出现两个可能冲突的标，i e c 决定以u c a 2 0 数据模型 和服务为基础，将u c a 的研究结果纳i e c 标准，建立世界范围的统一标准i e c6 1 8 5 0 ， 并于1 9 9 9 年3 月提出了该协议的委员会草案版本。 2 1 2i e c6 l8 5 0 结构与内容 i e c6 1 8 5 0 规约主要包含i e c6 1 8 5 0 1 、i e c6 1 8 5 0 2 、i e c6 1 8 5 0 3 、i e c6 1 8 5 0 - 4 、 i e c6 1 8 5 0 5 、i e c6 1 8 5 0 6 、i e c 6 1 8 5 0 7 、i e c6 1 8 5 0 8 、i e c6 1 8 5 0 9 、i e c6 1 8 5 0 1 0 共 十个部分。其中i e c6 1 8 5 0 7 中又分为i e c 6 1 8 5 0 7 1 、i e c 6 1 8 5 0 - 7 2 、i e c 6 1 8 5 0 7 3 及 i e c 6 1 8 5 0 7 4 四个部分；i e c 6 1 8 5 0 9 中又分为i e c 6 1 8 5 0 9 1 和i e c 6 1 8 5 0 9 2 两个部分。 i e c6 1 8 5 0 1 部分是i e c6 1 8 5 0 的介绍与概貌。除了从整体上对i e c 6 1 8 5 0 标准系 列的结构与框架进行介绍外，还介绍了标准制定的方法以及标准是如何适应通信技术的 不断发展【5 】。 i e c6 1 8 5 0 2 部分是i e c6 1 8 5 0 的术语集。介绍了标准的特定术语集以及标准其它 部分所用到的定义【6 】。 i e c6 1 8 5 0 3 部分是i e c6 1 8 5 0 的总体要求。介绍变电站自动化系统对通信网络的 总体要求，重点是对通信网络的质量要求，i e c 6 1 8 5 0 3 还述及环境条件和辅助服务的指 导方针，并根据其它的标准与规范，对相关的特定要求提出了建议【7 1 。 i e c6 1 8 5 0 4 部分是i e c6 1 8 5 0 的系统与项目管理。介绍系统与项目管理的过程及 其要求，包括以下几个方面：工程过程及其支持工具，整个系统及其l e d 的寿命周期， i e d 的质量保证【8 1 。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 i e c6 1 8 5 0 5 部分是i e c6 1 8 5 0 的功能的通信要求与设备模型。规范了变电站自动 化系统所要实现功能的通信要求与设备模型，+ 对所有已知的功能和它们的通信要求均加 以辨别。在i e c 6 1 8 5 0 5 中对功能的描述不是用于功能的标准化，而是为了区分变电站 与技术服务，变电站内i e d 之间的通信要求。其基本目的在于在设备的相互作用中实 现互操作性，变电站自动化系统的功能是指在变电站内实现的任务，这些功能完成对变 电站及其馈线设备的控制、监视和保护。此外，还包括变电站自动化系统的维护功能： 即系统配置、通信管理或者软件管理等功能【9 1 。 i e c6 1 8 5 0 6 部分是i e c6 1 8 5 0 的变电站自动化系统中i e d 的通信配置描述语言。 规定了与通信相关的i e d 配置和参数、通信系统配置、开关间隔功能结构以及它们之间 关系的文件格式，即变电站智能电子设备i e d 的配置。描述语言s c l 主要目的在于以 某种兼容的方式，在不同厂商提供的i e d 管理工具和系统管理工具之间交换智能电子设 备的性能描述和变电站自动化系统的描述【l o 】。 i e c6 1 8 5 0 7 部分是i e c6 1 8 5 0 的变电站与馈线设备的基本通信结构： i e c6 1 8 5 0 7 1 的原理与模型。介绍在i e c 6 1 8 5 0 7 x 使用到的建模方法，通信原理 以及信息模型。此外还提供与i e c 6 1 8 5 0 - 7 2 、i e c 6 1 8 5 0 7 3 、i e c 6 1 8 5 0 7 4 以及 i e c 6 1 8 5 0 - 5 之间关系相关的解释和要求，并解释了i e c 6 1 8 5 0 7 。x 的抽象服务和模型是 如何映射到i e c 6 1 8 5 0 8 1 定义的具体通信栈上的【l l 】。 ， 一 i e c6 1 8 5 0 7 2 是抽象通信服务接口a c s i 。定义了抽象通信服务接口，a c s i 用于 智能电子设备i e d 之间实现实时协作的变电站领域，并且独立于底层的通信系统。主要 包括以下几个方面：全部信息的分层类模型，对类模型进行操作的服务，与每个服务相 关的参数。a c s 提供两种类型的抽象接口：一种是描述客户与远方服务器之间通信的 抽象接口；另一种是用于一台设备的一种应用与不同设备的许多远方应用之间的，快速、 可靠的在系统范围内的时间分布以及采样测量值的抽象接口【1 2 】。 i e c6 1 8 5 0 7 3 是公共数据类。定义了与变电站应用相关的公共属性类型和公共数据 类，这些公共数据在i e c 6 1 8 5 0 7 4 中被使用，公共数据属性通过i e c 6 1 8 5 0 7 2 中定义 的服务被访i 司【1 3 】。 i e c6 1 8 5 0 7 4 是可兼容逻辑节点类与数据类。定义了与变电站相关的设备及功能的 信息模型，特别是在i e d 之间，用于通信的可兼容逻辑节点名称和数据名称，包括逻辑 节点与数据之间的关系【1 4 1 。 i e c6 1 8 5 0 8 部分是i e c6 1 8 5 0 的特殊通信服务映射s c s m 。i e c6 1 8 5 0 8 1 是s c s m 到m m si s o i e c9 5 0 6 及i s o i e c8 8 0 2 3 的映射。规范了通过局域网将a c s i 的对象与 服务映射到m m s 和i s o i e c8 8 0 2 3 ，从而实现数据交换的方法。a c s i 到m m s 的映射 6 华北电力大学工程硕士学位论文 定义了如何利用m m s 的概念，对象和服务来实现a c s i 的概念对象和服务，并且允许 不同厂商实现功能以达到互操作性的目的【1 5 】。 i e c6 18 5 0 9 部分是i e c6 18 5 0 的特殊通信服务映射s c s m 。 i e c6 1 8 5 0 9 1 是通过单向多路点对点串行连接的模拟采样值。规范了间隔层与过程 层之间通信的特殊通信服务映射。包括用于采样值传输的抽象服务的映射，映射建立在 与i e c 6 0 0 4 4 8 相一致的串行单向多路点对点连接的基础上，本部分适用于电子式电流 或电压互感器的组合单元与诸如继电保护的间隔设备之间的通信【溷。 1 e c6 1 8 5 0 9 2 是通过i s o 1 e c8 8 0 2 3 的模拟采样值。定义采样值类模型到i s o i e c 8 8 0 2 3 的映射。在混合通信栈的基础上使用对i s o i e c8 8 0 2 3 连接的直接访问来实现采 样值的传输【17 1 。 i e c6 1 8 5 0 1 0 部分是i e c6 1 8 5 0 的一致性测试。定义了变电站自动化系统设备一致 性测试的方法，还给出了用于设置测试环境以便进行一致性研究并建立有效性的准则 【1 8 】 o ，i 2 2g o o s e 原理分析 2 2 1g o o s e 网络的构成 g o o s e 的全称为g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n t s ，即通用面向变电站对象 事件。g o o s e 网络主要用于传输控制和信号等快速事件传送。g o o s e 对于传输的快速 性、可靠性有很高的要求。 对于快速性，常规的基于t c p i p 协议多层网络结构的传输，由于协议复杂、架构 多层，建立连接、打包传输、及拆包解析要占用大量的时间，已经远远达不到要求。所 以g o o s e 网络架构是基于两层网络结构，即物理层及链路层，采用i s o8 8 0 2 2l l c l i s o8 8 0 2 3c s m a c d 协议进行传输。并且传输中采用多播方式，接收方只需判断目的 m a c 地址即可，节省了大量时间。同时采用两层式网络交换机，提供1 g b p s 速率的光 纤以太网接口。现阶段多采用国外r u g g e d c o m ( 罗杰康) 电力专用两层式交换机。 对于可靠性，现阶段g o o s e 网络在5 0 0 k v 及2 2 0 k v 电压等级的组网中多采用双星 形网络的冗余设计，且双网各自独立，有效地保证了g o o s e 信息的可靠传输，并且有 些g o o s e 网络在设计时，交换机采用双电源模块供电，有效地保证了交换机的运行的 可靠性。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 2g o o s e 报文的结构 2 2 2 1 结合i e c 6 1 8 5 0 规约分析g o o s e 报文结构 i e c6 1 8 5 0 关于g o o s e 的结构及定义体现在i e c6 1 8 5 0 8 部分中。下面就g o o s e 相关信息进行一下分析。 先看一下g o o s e 信息的i s o i e c8 8 0 2 3 以太网帧结构。下图是摘录于i e c 6 1 8 5 0 8 1 规约中关于g o o s e 信息的这结构的描述图表。 图中可以看到，g o o s e 信息结构主要分为m a c 头( h e a d e rm a c ) 、优先级标识 虚拟局域网( p r i o r i t y v i r t u a l l a n ) 以及以太网类型及其它头信息( e t h e r t y p ea n do t h e r h e a d c ri n f o r m a t i o n ) 等部分组成。 _ _ _ 一。_-一 一一 p 一憎- - _ - 一 s t a r to ff r a m e - _ - 一 d e a t t n a t l o n d d h e d e l - r e f e rt o d d r q m e 4 d s s e c t i o n m c s u 啪e d d c e m l p r l o r a y t p i d ( s e ef 皤u c eg 2 ) r e f e rt o 。p a o m y t a g g e d t a g g i n g n i r t u a i l j m - i i 。 i r c ic 的t c e c d e u r o p et t e b k | c 2 l e n g t hs t a r t a p p l d l e r - g t h 伽l 十 一 r e f e rt o 。e t h e r t y p e a n do t h e rh e t d e r r e f 培r v e d1 i t ；f o r ma t h o o s e c t i o n r e s e r v e c l2 a p d u ( o f l e n g t h 呻一 p a db y t e s ”i l 曙c e s s a r y f r a m ec h e c i 【i n i q l i j m n c e 图2 1i s o i e c8 8 0 2 3 的帧格式 下面就每一部分进行说明： m a c 头( h e a d e rm a c ) 包含有本网络帧的目的m a c 地址及源m a c 地址，每个地址用6 个字节表示，共 8 华北电力大学工程硕士学位论文 1 2 个字节。对于目的地址，前3 个字节已经被i e e e 定为0 1 - 0 c c d ：第四个地址，对 于g o o s e ，为0 1 ；对于g s s e ，为0 2 ；对于多播采样，为0 4 ；最后2 个字节为单独的 地址，由用户使用中自己定义。如下图所示： ，v | 17 | 矿 ：j ”。4 ，il ? 1 | 一 i ，。：叠；，：j 乏j 。：建蔽豹缝魅鬣匿；_ ? 囊毫j ：j ，ji ；乏o ；瓢，；j 聱o 鬈奠：”，。，；套 黢骜7 起始恐垃( t 六遴铡7、。 ， 鳙柬地缝 ：， 曩，+ 、震；爨瑟： ：，? l ，：l 、 jt ：i ， 。( 卡六逡翻乍! ij 。：j j i ，j ，? 、；：t0 。，争：v 一? 。；j ：善，。；蠹j 磅一麓! 易j ，! ，；? ， g o o s e0 1 o c c d 0 1 0 0 一0 00 1 0 c c d - 0 1 0 1 f f g 8 s e0 1 - 0 g c o 一0 2 o o o o0 1 司g c d - 0 2 一0 1 f f 多播采榉徨 0 1 。o c c d 0 4 0 一0 00 1 旬c c c - 0 4 0 1 f f 图2 2m a c 目的地址的建议范围 优先级标识虚拟局域网( p r i o r i t y v i r t u a l l a n ) 按照i e e e 8 0 2 1 q ，优先级标志用于将保护相关的时间和优先级要求高的网络流量 从繁忙的低优先3 级流量中分开。标识头的结构如下图所示： 8 位缀 _ l 2 3 露 87854321 t p l d o x 8 1 0 0 掰户优先缀 c f lv ；d t c i v d 图2 3 优先级及虚拟局域网标识头 t p i d 域：表示了为8 0 2 z q 以太网编码帧的以太网类型，该值为o x 8 1 0 0 ： t c i 域：用户优先级，被配置设置用于将采样值和对时间要求苛刻的保护相关的 g o o s e 报文与低优先级的网络负荷分开； c f i ：该值为0 ； v i d ：虚拟局域网v l a n 支持是可选的。如果这个机制被使用，则v i d 应该被配 置，如果不用，将被设置为0 。 以太网类型及其它头信息( e t h e r t y p ea n do t h e rh e a d e ri n f o r m a t i o n ) 以太网类型值分配如下图所示： 9 华北电力大学工程硕士学位论文 u 蓐e e t h e r t y p ev a l u e a p p i dt y p e i h e x a d e c i m a l ) l e c6 1 8 5 0 8 1g o o s e8 8 b 80o i e c6 1 8 5 0 - 8 1g s em a n a g e m e n t8 8 8 9oo i e c6 18 5 0 - 9 - 2s a m p l e dv a l u e s8 8 b a0 图2 _ 4 以太网类型标识 a p p i d ：应用标识。用于选择含有g s e 管理和g o o s e 报文的i s o i e c 8 0 0 2 3 帧并 能够区分应用关联。g o o s e 的缺省值标识缺乏配置。在一个系统中，应使用面向源的 独立的g o o s e a p p i d 。 ， 长度( 1 e n g t h ) 从a p p i d 开始，包含在以太网p d u 头的字节数中，是a p d u 的长 度。于是长度应为8 + m ，其中m n e x t ) ( m n e t c a r d _ _ l i s t a d d s t r i n g ( d - d e s c r i p t i o n ) ； ) 注：其中mn e t c a r dl i s t 为一列表框对象。 2 ) 启动抓包线程 调用a f x b e g i n t h r e a d 函数启动抓包线程，具体代码如下： a f x b e g i n t h r e a d ( g e t p a c k e t ，g e t s a f e h w n d 0 ，t h r e a d _ p r i o r i 删o r m a l ) ； 其中g e t p a c k e t 为启动的线程的函数定义体。完成打开网络适配器的操作，并完成 回调函数的绑定工作。 3 ) g e t p a c k e t 函数说明 调用w i n p c a p 中的p c a p o p e n 函数完成打开网络适配器的操作，代码如下： p c a p _ o p e n ( n e t c a r d n a m e ，6 5 5 3 6 ，p c a p _ o p e n f l a g _ p r o m i s c u o u s ，1 0 0 0 ，n u l l ， e r r b u f ) 其中n e t e a r d n a m e 为网卡名称，6 5 5 3 6 为了保证能捕获到不同数据链路层上的每个 数据包的全部内容，p c a po p e n f l a gp r o m i s c u o u s 即混杂模式，1 0 0 0 为超时， 1 8 华北电力大学工程硕士学位论文 、e r r b u f 为错误缓冲区。 调用w i n p e a p 中p c a p _ l o o p 函数完成打开的网络适配器与回调函数的绑定，代码如 下： p c a p _ l o o p ( a d h a n d l e , 0 ，p a c k e t _ h a n d l e r , n u l l ) ， a d h a n d l e 为p c a p _ o p e n 的返回指针，指向打开的网络适配器，0 表示有数据包就调 用回调函数，p a c k e th a n d l e r 是回调函数。 4 ) 回调函数： 回调函数p a c k e t 应严格遵守以下定义方式：handler v o i dp a c k e th a n d l e r ( u _ c h a r 宰p a r a m ，c o n s ts t r u c tp c a p _ p k t h d r 宰h e a d e r , c o n s tu c h a r 宰p k t _ d a t a ) 其中的p k t _ d a t a 就是从w i n p a e p 驱动层传递回来的网络数据包的无符号字节类型的 指针，指向了所抓取到的网络数据帧。要解析g o o s e 报文其中很关键的一步就是要在 回调函数中做好对p k td a t a 指针的数据处理。在后面着重说明这部分的处理工作。 3 3 1 3w i n p c a p 发包部分编程实现 对于w i n p c a p 发包来说，同样要先打开网络适配器，对于打开网络适配器的实现前 面已经进行了说明，这里只对发包的调用做一个详细说明。 对于发包的调用，只需简单的调用p c a p _ s e n d p a c k e t 函数即可完成这个功能，代码 如下： p c a p _ _ s e n d p a c k e t ( f p ，p a c k e t ，p a c k e t l e n ) ； 其中邱为指向打开的网络适配器的结构指针，p a c k e t 为自定义的字符串数组， p a c k e t l e n 就是所要向网络上发送的数据的长度，这里需要注意的是，它是以字节为单位 的。 完成这个函数的调用后，即可发送p a c k e t l e n 个字节的数据到网络上去。 至此，完成了基础性工作，即对网络的控制，下面就可以一步步实现上层的应用了。 3 3 2s c d 文件的解析 完成g o o s e 报文结构的分析，下一步要做的就是读入变电站模型文件s c d 文件， 并把需要的g o o s e 相关设备信息读取解析出来。 3 3 2 1g o o s e 相关设备信息的模型结构的建立 对于s c d 文件中的g o o s e 相关设备信息的读取解析，为了实现解析时的设备信息 的快速匹配，程序中采用一次性读入所有g o o s e 相关设备信息的思路。这其中很关键 1 9 华北电力大学工程硕士学位论文 的点是读出后保存在什么地方，即如何建立一个有效的结构来储存这些g o o s e 信息 在这里，首先要了解在s c d 文件中，i e d 设备的g o o s e 相关信息都包含有哪些主 要部分，只有清晰明了后，才能建立一个有效的结构来储存它。 s c d 文件中i e d 设备的g o o s e 相关信息主要包含以下信息：l e d 设备信息、g o o s e 控制块、g o o s e 连线几个部分。其中g o o s e 控制块中又包含有对应的g o o s e 数据集， 对应的g o o s e 数据集又包含了许多个g o o s e 数据项。组成结构如下图所示： f 伍d 设备信息fg o o s e 数据项1 i e d 设各- g o o s e 控制块卜g o o s e 数据集 i g o o s e 连线 ig o o s e 数据项n 图3 3i e d 设备相关