智能变电站网络报文分析原理与应用-窦中山

1、徐下一步电，智能变电站网络消息分析原理和应用，主要内容，1，以太网基础2，网络监控原理3，消息分析基础4，智能变电站网络分析功能概述5，网络消息记录和分析设备实现6，智能变电站中的应用，以太网基础，通过IEEE802.3碰撞检测进行载波监控多址(在检测到传输通道空闲状态之前，不会发送，在发送过程中继续监视。此时，如果检测到发送冲突，则立即停止发送，等待任意时间，然后重新启动发送通道状态检测。以太网上的MAC地址每个网卡在出厂时都有全球唯一的硬件地址(MAC地址)。长度为6字节(48位)。其中前三个字节是IEEE分配给供应商的供应商代码，后三个字节是网卡编号。IEEE 802.3法规：以太网的4

2、8位用于指示此地址是多播地址还是单播地址。“0”表示这是单播地址。“1”表示这是多播地址。如果所有位均为“1”，则为广播地址(ff : ff : ff : ff : ff : ff : ff : ff : ff)。多播地址示例：01-80-C2-00-00-00 01-80-C2-00-00-01 3358 standards . IEEE . org/develop/，(a)以太网基本知识，以太网最小帧64字节的起源为10Mbps网络时代的IEEE802.3标准，采用中继器时两个站点的最大距离为2500米，由4个中继器连接组成，碰撞检测冲突窗口时间为2倍电缆传输延迟和4个中继器双向延迟之和，

3、总计为51.2us。对于10Mbps网络，此持续时间等于发送512位，即64字节的时间。这就是IEEE802.3标准中最小帧长度为64字节的原因。考虑到以下限制，主机发送小帧，发生冲突的两个主机相距很远：主机a发送的帧发送到b之前，b开始发送帧。这样，当a的帧到达b时，b将检测到冲突并发出冲突信号。如果在b的碰撞信号发送到a之前，a的帧已经发送，则a没有检测到碰撞，并误认为已成功发送。这就是为什么必须有最小帧长度限制。(a)以太网基础知识、以太网帧格式具有两种基本以太网帧类型：RFC894定义的传统以太网包格式(EthernetII)和RFC1042定义的802.3以太网包格式。最常用的软件包

4、格式是RFC 894定义的格式。以太网ii (RFC 894)框架结构如下：802.3以太网帧(RFC1042)的结构与以太网ii的结构非常相似，如下图所示。附注：1，LLC -逻辑连结控制。IEEE802.2中指定。2，前导符包含7字节前同步代码(0 xAA)、1字节帧起始标记(0 xAB)。(a)以太网基础知识，注：冲突检测技术均已采用，意味着网络越快，传输距离越短。以太网类型标准以太网-最初启动的以太网的吞吐量仅为10Mbps，使用CSMA/CD(具有碰撞检测的载波接收多路复用)的访问控制方法，通常将这些最早的10Mbps以太网称为标准以太网。快速以太网我们现在使用的100Mbps以太网

5、。快速以太网基本上与标准以太网相同，但按照IEEE 802.3u标准定义，它比标准以太网快10倍。千兆以太网与速度更快的以太网向前兼容。由IEEE 802.3z标准定义。(a)以太网基础知识、典型以太网物理拓扑、(a)以太网基础知识和多播注册协议(GMRP)是基于GARP的多播注册协议，用于维护交换机上的多播属性。，多播：主机之间的一对一通信模式，即加入同一组的主机可以接受该组内的所有数据，网络中的交换机和路由器仅复制和转发需要的用户所需的数据。主机可以请求加入或退出路由器中的组，还可以在网络中的路由器和交换机上选择性地复制和传输数据。也就是说，只有组中的数据才会发送到订阅组的主机。这使您可以

6、一次将数据传输到具有多个所需(组订阅)主机的主机，而不会影响不需要组订阅的其他主机的其他通信。注：以上部分来自文章110kV大侣智能变电站自动化系统的设计与应用。多播和GMRP；(a)以太网基础知识；广播风暴：指示网络上错误的数据流包或广播消息的过量传输。来自一个LAN中任意主机的广播消息将由同一广播域中的所有其他主机接收。随着网络规模的扩大，网络上广播消息越来越多，广播消息消耗了越来越多的网络资源，严重影响了网络性能，这就是广播风暴的问题。解决广播洪水问题的主导思想：隔离没有互访需求的主机。虚拟区域网路(VLAN):将单一实体网路分割为多个逻辑工作群组的逻辑网路区段。标准为IEEE802.1

7、Q。注：VLAN不能解决广播风暴，只能通过较小的VLAN分区减少广播风暴的发生率。广播风暴和VLAN (2)网络监控技术主要基于：个网卡，这三个条件如下：网卡通常只接收与自身硬件地址相同的数据消息、广播和多播消息。“Promiscuous Mode(混合模式)”混合模式是一种操作模式，用于接收通过此网卡的所有数据消息，而不考虑目标地址。支持消息传递的网络集线器(hub)网络管理的交换机(SWITCH)端口镜像VLAN，网络监视使用计算机的网络接口使目标截取其他计算机的数据消息。注：通过ARP欺骗，还可以在常规交换机网络中监视网络。(b)网络监控的原理，window-winp cap wires

8、hark/ethereal，Comview，sniffer Linux/UNIX-lib pcap tcpdump，wiree下一个双字节比较如果为0 xFFFF，则为Novell Ether类型的帧；对于0 xAAAA，这是以太网快照格式的帧。否则，它是以太网802.3/802.2格式的帧。识别多个通信协议(以太网ii)的多个常见通信协议类型值的方法：IP 0800 ARP 0806 SV 88ba goose 88b 8 1588 88f 7，(c)基于消息分析，IEC61850功能和协议集，(c)基于消息分析，广泛的智能设备MMS由两部分组成：服务定义和协议规范。的定义。的定义(Serv

9、icedefinition)和协议规范(Protocol specification)的定义(Protocol specification)。MMS使用抽象语法标记(ASN.1)来描述正在传输的PDU。(c)基于消息分析，TCP/IP传输协议集，(c)基于消息分析，OSI传输协议集，(c)基于消息分析，9-2消息分析实例，(c)基于消息分析，100千兆以太网上每秒的最大传输帧数有效数据流量计算：60byte x 148809帧/秒x 8bit/byte=71428320bit/秒=71.428Mbps网络传输负载计算：(12 8 60 4)byte x 148809帧/秒x 8bit捕获消息表

10、明每个帧的有效数据长度为242字节。通过以上公式，可以获得46992帧/秒。46992/400011台。，网络传输功能(网络流量计算)，(4)智能变电站网络分析功能概述，网络模型缺乏监控手段的智能设备和通信网络的状态将直接影响整个智能变电站的通信。网络消息发送者、接收端和通信网络的异常或故障都可能引发电力系统的重大事故，因此需要对网络消息进行有效的监控、记录和诊断，早期发现通信网络中的薄弱链路和故障设备，并防止电力系统事故。在发生原始数据的记录和跟踪电力系统故障的情况下，不仅可以分析记录的网络原始消息，还可以恢复电力系统的一级设备故障波形和二级设备操作行为，以便快速找出事故发生后的分析和故障原

11、因。需要网络分析的原因，(4)智能变电站网络分析功能概述，从物理设备划分：集成单元智能终端保护测控监控后台交换机？-嗯？协议类型和逻辑节点划分：SV节点GOOSE节点IP节点1588，监测和分析对象；(4)智能变电站网络分析功能概述；1)数据分辨率记录：1us；2)存储SV消息连续记录：3天；3)保存GOOSE消息连续记录：15天；4)保存MMS消息连续记录：15天；5)保存消息异常日志：8805，000；6)文件格式：pcap格式，消息数据记录是在被监视网络上的所有消息都经过时间标记后的非丢失记录。(d)智能变电站网络分析功能概述，实时分析消息，提供警报信息，并开始记录消息。启动消息日志记录

12、的条件包括消息格式错误，如SV、GOOSE、MMS等消息格式错误。消息(如帧丢失、重复、超时等)不连续。消息不同步，例如，SV消息不同步。数据属性更改(例如质量系数更改、同步标志更改等)不稳定的频率、不匹配的双A/D等SV采样异常：GOOSE StNum和SqNum更改规则(例如位更改、重新启动、状态虚拟更改等) :时间服务(例如时钟订阅、时钟关闭、时钟切换、消息超时等)ACSI服务分析，如名称解析、数据解析、服务进程解析、捕获时间、负面响应等。消息实时监控和分析，(4)智能变电站网络分析功能概述，设备可以实时监控和分析网络状态。可以实时监控网络上的节点增长和删除、消息流量、帧速率和通信状态，

13、以提供警报信息并开始记录消息。启动消息日志记录的条件包括通信异常、网络风暴、节点突发、通信超时和通信中断。实时监控和分析网络状态、有效值、相角、频率、有源电力、无功、功率因数、差流、阻抗等实时监控电力系统数据的能力。电压突变，电压(相/定序)限制，负序列电压限制，零序电压限制，二次谐波电压限制，三次谐波电压限制，五次谐波电压限制，七次谐波电压限制，电流突变，电流限制，负序列电流限制，零序电流限制，频率限制，实时监控和分析电力系统数据；(5)实施网络消息记录和分析设备；高精度时间尺度MU的分布式度1-10us存储性能400 Mbps流量容量4 TB/日管理算法点到点多网卡收集光学端口数热分析网络

14、或消息错误诊断模型MMS协议集分析多MU数据同步技术消息高速分析和显示技术；以及多硬盘多分区交错和数据格式化技术-平衡使用多个硬盘，提高硬盘寿命；写入和删除不能与同一硬盘同时进行，从而提高硬盘使用效率。减少擦除格式硬盘片。数据索引技术-将数据库用于文件索引，提高文件查询的效率。解决容量问题的方法：增加大容量硬盘驱动器数增加数据压缩性能故障排除方法：并行写入数据压缩减少文件碎片，同时降低同一硬盘驱动器运行的概率。注：完成诊断模型后，基于错误的数据记录是解决容量问题的方法。(5)网络消息记录和分析设备，点对点多网卡收集分区多收集器模式。(5)网络消息记录和分析设备实现，(6)应用程序，以下是祁县变更项目的三个网络。使用a、b双网络的工作站控制层如下：进程层有3个110kV、220kVA和220kVB的主干交换机和17个子交换机。交换机网络结构包括：(6)应用程序、配置方案：4个写入设备。工作站控制层：1#刻录机访问两个主干网交换机。处理层：2#记录设备连接到110kV5交换机，3#记录设备连接到220kVA网络中的