CN104967533A - 一种sdn控制器上增加iec 61850配置接口的方法和装置 - Google Patents

一种sdn控制器上增加iec 61850配置接口的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法和装置，包括：SDN控制器自检，如出现异常自动发送告警信号；搜索智能变电站中的交换机，建立网络拓扑，并进行初始化；根据IEC61850通信需求对SDN控制器进行功能映射；定义SDN控制器的工作模式；对SDN控制器北向接口建模；实现了智能变电站所有IED设备的统一管控，简化了通信***及后台操作流程，由此大大提高了工作效率。

Description

一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法和装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法和装置。
背景技术
软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是一种新型网络创新架构，通过其核心技术OpenFlow将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制。
智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等摹本功能；并且可根据实际需要，支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。它基于IEC61850标准，体现了集成一体化、信息标准化、协同互动化的特征。
将SDN控制器引入智能变电站中，使用SDN网络替代传统的以太网交换机组网方式，具有以下优势：(a)网络协议集中处理，有利于提高复杂协议的运算效率和收敛速度，可解决变电站中的环网自愈问题；(b)控制的集中化有利于从更宏观的角度调配传输带宽等网络资源，提高资源的利用效率；(c)简化了运维管理的工作量，大幅节约运维费用；且提高了网络的接入安全性。
然而目前的SDN控制器北向接口普遍采用REST API调用形态，且尚未形成统一标准。因此，如何在符合电力***操作习惯的同时在后台机上实现对交换机、保护和测控等设备共同进行监控，成为有待解决的难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法和装置，解决了智能变电站监控网内同时出现两种通信协议及两套监控***的状况，保证了全站通信协议的统一性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法，所述方法包括：
(1)SDN控制器自检，如出现异常自动发送告警信号；
(2)搜索智能变电站中的交换机，建立网络拓扑，并进行初始化；
(3)根据IEC61850通信需求对SDN控制器进行功能映射；
(4)制定SDN控制器的工作模式；
(5)对SDN控制器北向接口建模。
优选的，所述步骤(3)包括，将IEC61850规范中的总线和通信口，映射为SDN控制器北向连接的网络和端口；并将智能变电站中的子总线映射为子网；
再将IEC 61850标准的三层两网通信体系映射为两个网络和多个子网，并导入IED的节点连接信息；根据变电站通信业务要求，将所述IED的端口通信设定为SDN网络中点对点的单播通道或者点对多点的组播通道；所述组播通道为二层或者三层交换。
优选的，所述步骤(4)制定SDN控制器的工作模式，包括自动交换模式、手动配置模式和其他可选功能；其中，所述自动交换模式用于变电站的过程调试；所述手动配置模式用于完成调试后变电站的运行；所述其它可选功能包括高级功能和广播风暴控制功能；
所述高级功能可以选择性开启；用于实现链路保护倒换和网络流量的监控。
进一步地，将SDN控制器任一区域数据转发层的交换机配置为二层或三层自动转发模式；开启二层自动转发后，交换机将openflow流表中未匹配成功的报文上报至SDN控制器，并由所述SDN控制器查找目的MAC地址；如果没有命中，将报文广播并记录源地址端口，储存至SDN控制器查找表；如果命中，则下发openflow流表转发路径至交换机；
开启三层自动转发后，所述SDN控制器通过ARP学***面。
进一步地，所述手动配置模式包括：采用SDN控制器的北向接口调用REST API函数，开通单播、组播链路通道。
优选的，所述步骤(5)建模的具体步骤包括：
步骤501：将SDN控制器的北向接口分解成若干逻辑节点，再将该逻辑节点合并成逻辑设备；
步骤502：采用SCL语言的Schema模式对所述逻辑设备进行描述，包括数据帧头描述、变电站描述、IED能力描述和通信***描述；
步骤503：依照抽象通信服务接口，通过客户/服务器模型的方式构建SDN控制器信息模型；
步骤504：依照特殊通信服务映射，采用MMS映射方法将SDN控制器信息模型的信息转换为MMS协议栈，映射到具体的网络协议上。
进一步地，所述SDN控制器信息模型包括客户模型和服务器模型；所述客户模型用于侦听来自IEC 61850配置客户端的服务请求；所述服务器模型，用于通用变电站事件交换服务， 即一个IED和多个远程IED之间的***事件分发以及采样测量值传输。
一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的装置，包括：
功能执行模块，用于SDN控制器的网络管理；
功能映射模块，用于根据IEC61850通信需求对功能执行模块进行功能映射；
MMS网络接口模块，用于将功能映射模块转换为MMS协议栈，映射到具体网络协议上。
优选的，所述功能执行模块，包括交换机管理单元、终端管理单元、流表管理单元、路由转发管理单元和统计单元；
其中，所述交换机管理单元用于管理交换机的数据转发平面；
所述终端管理单元用于管理SDN网络中接入的主机和测控装置；
所述流表管理单元的北向接口支持open flow协议，用于对外提供REST API接口；
所述路由转发管理单元用于转发路径的建立和维护；
所述统计单元用于统计与分析转发路径上的报文。
优选的，所述功能映射模块，包括模型信息单元、内存单元、访问单元和索引单元；
其中，所述模型信息单元用于SDN控制器信息模型的建立；
所述内存单元用于存取SDN控制器信息模型的数据；
所述访问单元用于访问所述内存单元的状态；
所述索引单元用于调用函数指针搜索目的MAC地址。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1.将SDN组网技术引入智能变电站，克服了传统以太网交换机在可管可控上的不足；由SDN控制器对转发平面交换机进行集中控制，提高了变电站网络的可靠性、可维护性及安全性。
2.通过对SDN控制器的北向接口重新建模，实现了智能变电站的所有IED设备统一管控。简化了通信***及后台操作流程。
3.控制器采用“自动”和“手动”等多配置模式及可选的基本/高级功能，适用于各种层次的变电站网络，并可以针对不同场景进行灵活启用。其中，“自动”模式可以在变电站装置调试阶段使用，保证网络的贯通，易于验证IED装置互联；调试完毕后，可以切换为“手动”模式，导入IED互联数据，对变电站网络通道进行锁定，提高了安全性。
附图说明
图1为智能变电站中的SDN控制器配置方法流程图；
图2为IEC61850信息模型结构示意图；
图3为SDN控制器结构示意图；
图4为基于SDN的智能变电站网络架构图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明：
如图1所示，一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法，所述方法包括：
(1)SDN控制器自检，如出现异常自动发送告警信号；
(2)搜索智能变电站中的交换机，建立网络拓扑，并进行初始化；
(3)根据IEC61850通信需求对SDN控制器进行功能映射(如图2所示)；其包括：将IEC61850规范中的总线和通信口，映射为SDN控制器北向连接的网络(Network)和端口(Port)；并将智能变电站中的子总线映射为子网(Subnet)；
再将IEC 61850标准的三层两网通信体系映射为两个网络和多个子网，并导入IED的节点连接信息；根据变电站通信业务要求，将所述IED的端口通信设定为SDN网络中点对点的单播通道或者点对多点的组播通道；所述组播通道为二层(L2)或者三层(L3)交换。其中，IEC61850-8-1采用基于IP的单播通信方式，IEC61850-9-1和IEC61850-9-2的GOOSE/SV采用基于MAC的多播传输。
(4)制定SDN控制器的工作模式；所述步骤(4)制定SDN控制器的工作模式，包括自动交换模式、手动配置模式和其他可选功能；其中，所述自动交换模式用于变电站的过程调试；所述手动配置模式用于完成调试后变电站的运行；所述其它可选功能包括高级功能和广播风暴控制功能；
所述高级功能可以选择性开启；用于实现链路保护倒换和网络流量的监控。
所述自动交换模式包括：将SDN控制器任一区域数据转发层的交换机配置为二层或三层自动转发模式；开启二层自动转发后，交换机将openflow流表中未匹配成功的报文上报至SDN控制器，并由所述SDN控制器查找目的MAC地址；如果没有命中，将报文广播并记录源地址端口，储存至SDN控制器查找表；如果命中，则下发openflow流表转发路径至交换机；
开启三层自动转发后，所述SDN控制器通过ARP学***面。
所述手动配置模式包括：采用SDN控制器的北向接口调用REST API函数，开通单播、组播链路通道。
(5)对SDN控制器北向接口建模(如图4所示)。所述步骤(5)建模的具体步骤包括：
步骤501：将SDN控制器的北向接口分解成若干逻辑节点(LN)，再将该逻辑节点合并成逻辑设备(LD)；用数据对象(DO)，数据属性(DA)对模型进行填充、描述，对模型属 性实例化。
步骤502：采用SCL语言的Schema模式对所述逻辑设备进行描述，包括数据帧头描述、变电站描述、IED能力描述和通信***描述；
步骤503：依照抽象通信服务接口(ACSI)，通过客户/服务器模型的方式构建SDN控制器信息模型；
步骤504：依照特殊通信服务映射(SCSM)，采用MMS映射方法将SDN控制器信息模型的信息转换为MMS协议栈，映射到具体的网络协议上。
所述SDN控制器信息模型包括客户模型和服务器模型；所述客户模型用于侦听来自IEC61850配置客户端的服务请求；所述服务器模型，用于通用变电站事件交换服务，即一个IED和多个远程IED之间的***事件分发以及采样测量值传输。
如图3所示，一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的装置，包括：
功能执行模块，用于SDN控制器的网络管理；所述功能执行模块，包括交换机管理单元、终端管理单元、流表管理单元、路由转发管理单元和统计单元；
其中，所述交换机管理单元用于管理交换机的数据转发平面；
所述终端管理单元用于管理SDN网络中接入的主机和测控装置；
所述流表管理单元的北向接口支持open flow协议，用于对外提供REST API接口；
所述路由转发管理单元用于转发路径的建立和维护；
所述统计单元用于统计与分析转发路径上的报文。
功能映射模块，用于根据IEC61850通信需求对功能执行模块进行功能映射；
所述功能映射模块，包括模型信息单元、内存单元、访问单元和索引单元；
其中，所述模型信息单元用于SDN控制器信息模型的建立；
所述内存单元用于存取SDN控制器信息模型的数据；
所述访问单元用于访问所述内存单元的状态；
所述索引单元用于调用函数指针搜索目的MAC地址。
MMS网络接口模块，用于将功能映射模块转换为MMS协议栈，映射到具体网络协议上。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)SDN控制器自检，如出现异常自动发送告警信号；
(2)搜索智能变电站中的交换机，建立网络拓扑，并进行初始化；
(3)根据IEC61850通信需求对SDN控制器进行功能映射；
(4)制定SDN控制器的工作模式；
(5)对SDN控制器北向接口建模。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括，将IEC61850规范中的总线和通信口，映射为SDN控制器北向连接的网络和端口；并将智能变电站中的子总线映射为子网；
再将IEC61850标准的三层两网通信体系映射为两个网络和多个子网，并导入IED的节点连接信息；根据变电站通信业务要求，将所述IED的端口通信设定为SDN网络中点对点的单播通道或者点对多点的组播通道；所述组播通道为二层或者三层交换。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)制定SDN控制器的工作模式，包括自动交换模式、手动配置模式和其他可选功能；其中，所述自动交换模式用于变电站的过程调试；所述手动配置模式用于完成调试后变电站的运行；所述其它可选功能包括高级功能和广播风暴控制功能；
所述高级功能可以选择性开启，用于实现链路保护倒换和网络流量的监控。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述自动交换模式包括：将SDN控制器任一区域数据转发层的交换机配置为二层或三层自动转发模式；开启二层自动转发后，交换机将openflow流表中未匹配成功的报文上报至SDN控制器，并由所述SDN控制器查找目的MAC地址；如果没有命中，将报文广播并记录源地址端口，储存至SDN控制器查找表；如果命中，则下发openflow流表转发路径至交换机；
开启三层自动转发后，所述SDN控制器通过ARP学***面。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述手动配置模式包括：采用SDN控制器的北向接口调用REST API函数，开通单播、组播链路通道。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)建模的具体步骤包括：
步骤501：将SDN控制器的北向接口分解成若干逻辑节点，再将该逻辑节点合并成逻辑设备；
步骤502：采用SCL语言的Schema模式对所述逻辑设备进行描述，包括数据帧头描述、变电站描述、IED能力描述和通信***描述；
步骤503：依照抽象通信服务接口，通过客户/服务器模型的方式构建SDN控制器信息模型；
步骤504：依照特殊通信服务映射，采用MMS映射方法将SDN控制器信息模型的信息转换为MMS协议栈，映射到具体的网络协议上。
其中，所述SDN控制器信息模型包括客户模型和服务器模型；所述客户模型用于侦听来自IEC 61850配置客户端的服务请求；所述服务器模型，用于通用变电站事件交换服务，即一个IED和多个远程IED之间的***事件分发以及采样测量值传输。
7.一种SDN控制器上增加IEC 61850配置接口的装置，其特征在于，包括：
功能执行模块，用于SDN控制器的网络管理；
功能映射模块，用于根据IEC61850通信需求对功能执行模块进行功能映射；
MMS网络接口模块，用于将功能映射模块转换为MMS协议栈，映射到具体网络协议上。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述功能执行模块包括交换机管理单元、终端管理单元、流表管理单元、路由转发管理单元和统计单元；
其中，所述交换机管理单元用于管理交换机的数据转发平面；
所述终端管理单元用于管理SDN网络中接入的主机和测控装置；
所述流表管理单元的北向接口支持open flow协议，用于对外提供REST API接口；
所述路由转发管理单元用于转发路径的建立和维护；
所述统计单元用于统计与分析转发路径上的报文。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述功能映射模块包括模型信息单元、内存单元、访问单元和索引单元；
其中，所述模型信息单元用于SDN控制器信息模型的建立；
所述内存单元用于存取SDN控制器信息模型的数据；
所述访问单元用于访问所述内存单元的状态；
所述索引单元用于调用函数指针搜索目的MAC地址。
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