CN108366016B - 一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，采样单环的网络拓扑通信，且包括以下步骤，步骤（A），通过交换设备对业务报文的链路层进行链路层标签的修改；步骤（B），交换设备将修改链路层标签后的业务报文，分别向与其连接的其他交换设备的环网接口转发；步骤（C），在环网接口接收到修改链路层标签后的业务报文后，通过标签识别业务报文是接收或者拒收，达到抑制环网通信环路中的网络风暴。本发明实时性强，且实现了通信的零丢包，在电力***过程层重要节点间通信应用中，具有良好的应用前景。

Description

一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法
技术领域
本发明涉及电力***数据通信技术领域，具体涉及一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法。
背景技术
目前，以太网以其使用范围广、成本低、带宽高和技术成熟的特点，在工业自动化领域得到了迅速的推广。随着数字化变电站的快速发展，电力***的过程层通信设备之间也逐步采用以太网技术进行通信，为了提高通信的可靠性，环网通信技术得到很好的应用，如：生成树协议(STP)，但STP的收敛速度慢，无法满足过程层的通信实时性，虽然后续的快速生产树协议(RSTP)、快速环网保护协议(RRPP)等环网技术提高了链路的收敛时间，但仍然停留在毫秒量级，在实时性要求高的重要通信节点间仍然存在风险，如何克服在无丢包的情况下实时性的要求，是当前电力***的过程层通信，急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有的电力***过程层通信，停留在毫秒量级，无法满足实时性要求的问题。本发明的用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，采用单环的网络拓扑通信，实时性强，且实现了通信的零丢包，屏蔽了现有环网通信中链路断开时必须要重新收敛的空白时间，提高了***通信的可靠性，在电力***过程层重要节点间通信应用中，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，采用单环的网络拓扑通信，且包括以下步骤，
步骤(A)，通过交换设备对业务报文的链路层进行链路层标签修改；
步骤(B)，交换设备将修改链路层标签后的业务报文，分别向与其连接的其他交换设备的环网接口转发；
步骤(C)，在环网接口接收到携带路层标签后的业务报文后，通过标签识别业务报文是接收或者拒收，达到抑制环网通信环路中的网络风暴。
前述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，步骤(A)，在业务报文的链路层进行链路层标签的修改是基于IEEE 802.1q进行修改的，具体为保留TPID字段，重新定义了TCI字段，其中TCI字段为16bit，包含交换设备的设备编号、环网接口端号和业务报文序列号。
前述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，所述TCI字段的16bit，根据环网拓扑实际直径进行自由分配，其中，bit[15]-bit[10]为交换设备的设备编号；bit[9]为环网接口端号；bit[8]-bit[0]为业务报文序列号。
前述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，所述业务报文序列号，是对应的交换设备本地存放的计数器，每接收一帧业务报文，该计数器自增，自增模式为循环自增。
前述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，所述交换设备的最小结构为包括至少一个业务以太网口和两个固定的环网以太网口，所述业务以太网口和环网以太网口为电口或者光口。
前述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，步骤(C)，通过标签识别业务报文是接收或者拒收，包括以下步骤，
(C1)，检查链路层标签携带的设备编号，若与本地的交换设备的设备编号相同，则拒收；若与本地的交换设备的设备编号不同，则保留链路层标签，并无条件转发该业务报文到除接收环网接口外的其他环网接口；
(C2)，检查链路层标签携带的业务报文序列号是否为自增，若自增，则删除该链路层标签，并转发到业务端口；否则，判断环网通信的环路是否为开环，若开环，则无条件删除该链路层标签，并转发到业务端口；否则为闭环，拒收该帧的业务报文。
前述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，(C2)，判断环网通信的环路是否为开环的方法为，根据每次从环网接口接收的业务报文时，记录相同交换设备发过来的链路层标签携带的环网接口端号是否有变位，若连续接收到的相同交换设备的相同环网接口端号的报文，超过单环的网络拓扑节点总数或者本地环网接口物理层关闭，且判定为开环；若连续接收到的相同交换设备的不同环网接口端号的报文，且判定为闭环。
本发明的有益效果是：本发明的用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，改变传统环网中的管理协议，无需消耗额外CPU的负荷，提高了交换设备的运行可靠性；同时，所有业务报文从所有环网接口转发，当其中存在链路断开(开环)时，也不会影响正常业务报文的接收，实现了通信的零丢包，屏蔽了现有环网通信中链路断开时必须要重新收敛的空白时间，提高了***通信的可靠性，在电力***过程层重要节点间通信应用中，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法的流程图；
图2是本发明的交换设备为接收侧的具体流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，采用单环的网络拓扑通信，传输速率高，提高了电力***过程层的实时性，且包括以下步骤，
步骤(A)，通过交换设备对业务报文的链路层进行链路层标签修改，修改是基于IEEE 802.1q进行修改的，具体为链路层标签保留TPID字段，重新定义了TCI字段，其中TCI字段为16bit，包含交换设备的设备编号、环网接口端号和业务报文序列号，所述TCI字段的16bit，根据环网拓扑实际直径进行自由分配，其中一种分配实施例，bit[15]-bit[10]为交换设备的设备编号；bit[9]为环网接口端号；bit[8]-bit[0]为业务报文序列号，这里表示持一个64节点单环的网络拓扑，可根据节点数量的需要对TCI字段进行重新分配；
所述业务报文序列号，是对应的交换设备本地存放的计数器，每接收一帧业务报文，该计数器自增，自增模式为循环自增；
所述交换设备的最小结构为包括至少一个业务以太网口和两个固定的环网以太网口，所述业务以太网口和环网以太网口为电口或者光口；
步骤(B)，交换设备将携带路层标签后的业务报文，分别向与其连接的其他交换设备的环网接口转发；
步骤(C)，在环网接口接收到修改链路层标签后的业务报文后，通过标签识别业务报文是接收或者拒收，达到抑制环网通信环路中的网络风暴，具体包括以下步骤，
(C1)，检查链路层标签携带的设备编号，若与本地的交换设备的设备编号相同，则拒收；若与本地的交换设备的设备编号不同，则保留链路层标签，并无条件转发该业务报文到除接收环网接口外的其他环网接口；
(C2)，检查链路层标签携带的业务报文序列号是否为自增，若自增，则删除该链路层标签，并转发到业务端口；否则，判断环网通信的环路是否为开环，若开环，则无条件删除该链路层标签，并转发到业务端口；否则为闭环，拒收该帧的业务报文，这里判断环网通信的环路是否为开环的方法为，根据每次从环网接口接收的业务报文时，记录相同交换设备发过来的链路层标签携带的环网接口端号是否有变位，若连续接收到的相同交换设备的相同环网接口端号的报文，超过单环的网络拓扑节点总数或者本地环网接口物理层关闭，且判定为开环；若连续接收到的相同交换设备的不同环网接口端号的报文，且判定为闭环。
如图2所示，本发明的用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，交换设备为接收侧的具体流程图，其中，Np为单环的网络拓扑的节点数，***初始化时将初始化标记、看门狗计数器、开环监视计数器和链路开环标记进行清零，当接收到报文后，首先解析报文的外层标签，确认该帧报文是否是自己环回的报文，如果是环回的报文则直接拒收，否则将进行报文序列号的比对，同时根据提取的端口号来确定环网的开闭环状态；其中，报文接收策略为：(1)首次到来的报文无条件接收；(2)接收报文序列号自增的报文；(3)无条件接收开环后的报文；这里判断开环的标准是以下两个条件有一个成立即判为开环：(1)端口号不变位次数达到Np门限；(2)本地环网口有物理层关闭；而判断闭环的标准是：端口号发生了变位；为了提高***的可靠性，图2中还对处于闭环状态下长期出现重复错误报文的处理策略：当闭环状态时连续出现序号非自增的报文的次数超过Np时将进行***重新初始化。
综上所述，本发明的用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，改变传统环网中的管理协议，无需消耗额外CPU的负荷，提高了交换设备的运行可靠性；同时，所有业务报文从所有环网接口转发，当其中存在链路断开(开环)时，也不会影响正常业务报文的接收，实现了通信的零丢包，屏蔽了现有环网通信中链路断开时必须要重新收敛的空白时间，提高了***通信的可靠性，在电力***过程层重要节点间通信应用中，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，其特征在于：采用单环的网络拓扑通信，且包括以下步骤，
步骤(A)，通过交换设备对业务报文的链路层进行链路层标签修改；
步骤(B)，交换设备将修改链路层标签后的业务报文，分别向与其连接的其他交换设备的环网接口转发；
步骤(C)，在环网接口接收到携带链路层标签后的业务报文后，通过标签识别业务报文是接收或者拒收，达到抑制环网通信环路中的网络风暴；
步骤(A)，在业务报文的链路层进行链路层标签修改是基于IEEE 802.1q进行修改的，具体为保留TPID字段，重新定义了TCI字段，其中TCI字段为16bit，包含交换设备的设备编号、环网接口端号和业务报文序列号。
2.根据权利要求1所述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，其特征在于：所述TCI字段的16bit，根据环网拓扑实际直径进行自由分配，其中，bit[15]-bit[10]为交换设备的设备编号；bit[9]为环网接口端号；bit[8]-bit[0]为业务报文序列号。
3.根据权利要求2所述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，其特征在于：所述业务报文序列号，是对应的交换设备本地存放的计数器，每接收一帧业务报文，该计数器自增，自增模式为循环自增。
4.根据权利要求1所述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，其特征在于：所述交换设备的最小结构为包括至少一个业务以太网口和两个固定的环网以太网口，所述业务以太网口和环网以太网口为电口或者光口。
5.根据权利要求3所述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，其特征在于：步骤(C)，通过标签识别业务报文是接收或者拒收，包括以下步骤，
(C1)，检查链路层标签携带的设备编号，若与本地的交换设备的设备编号相同，则拒收；若与本地的交换设备的设备编号不同，则保留链路层标签，并无条件转发该业务报文到除接收环网接口外的其他环网接口；
(C2)，检查链路层标签携带的业务报文序列号是否为自增，若自增，则删除该链路层标签，并转发到业务端口；否则，判断环网通信的环路是否为开环，若开环，则无条件删除该链路层标签，并转发到业务端口；否则为闭环，拒收该帧的业务报文。
6.根据权利要求5所述的一种用于电力***过程层的无丢包实时环网通信方法，其特征在于：(C2)，判断环网通信的环路是否为开环的方法为，根据每次从环网接口接收的业务报文时，记录相同交换设备发过来的链路层标签携带的环网接口端号是否有变位，若连续接收到的相同交换设备的相同环网接口端号的报文，超过单环的网络拓扑节点总数或者本地环网接口物理层关闭，且判定为开环；若连续接收到的相同交换设备的不同环网接口端号的报文，且判定为闭环。
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