CN116708082A - 一种电力配网goose网络传输装置及方法 - Google Patents

一种电力配网goose网络传输装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力通信技术领域，具体是涉及一种电力配网GOOSE网络传输装置及方法。该装置包括：数据隔离单元；以太通信单元，包括以太网通信模块、生成树协议模块、虚拟以太接口、物理以太接口；所述以太网通信模块通过PCIE总线连接到所述数据隔离单元，所述物理以太接口用于连接开关站GOOSE交换机端口；5G通信单元，包括5G通信模块、二层隧道模块；所述5G通信模块与数据隔离单元通过PCIE总线相连；所述二层隧道模块用于与另一5G通信单元的二层隧道模块建立虚拟以太网连接。能够为没有光纤环网的开关站之间提供GOOSE备份传输网络通道，以提高电力横向GOOSE网络的可靠性。

Description

一种电力配网GOOSE网络传输装置及方法
技术领域
本发明涉及电力通信技术领域，具体是涉及一种电力配网GOOSE网络传输装置及方法。
背景技术
GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)是IEC 61850标准中用于电力***中快速传输报文的机制。目前，数字化变电站中重要的信息传输，如保护装置之间的启动、动作和跳闸等，都采用GOOSE方式进行。GOOSE基于发布和订阅模式，没有相互确认机制，因此对GOOSE报文传输的可靠性要求很高。为了实现可靠传输，常使用以太环网作为GOOSE数据传输的解决方案。
在电力***中，GOOSE网络也被称为配网横向网络，用于在开关站和变电站之间传输状态数据。然而，由于以太环网的成本较高，在某些电力配网中并没有完整建设以太环网。尤其是在一些新建的城市边缘区域，新开关站投入运营时可能还没有建成完整的以太环网。这种情况下，配网横向GOOSE数据传输存在可靠性风险。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明主要针对以上问题，提出了一种电力配网GOOSE网络传输装置及方法，其目的是解决为没有光纤环网的开关站之间提供GOOSE备份传输网络通道，以提高电力横向GOOSE网络的可靠性。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种电力配网GOOSE网络传输装置，该装置包括：
数据隔离单元；
以太通信单元，包括以太网通信模块、生成树协议模块、虚拟以太接口、物理以太接口；所述以太网通信模块通过PCI E总线连接到所述数据隔离单元，所述物理以太接口用于连接开关站GOOSE交换机端口；
5G通信单元，包括5G通信模块、二层隧道模块；所述5G通信模块与数据隔离单元通过PCI E总线相连；所述二层隧道模块用于与另一5G通信单元的二层隧道模块建立虚拟以太网连接。
进一步地，所述数据隔离单元包括：
接收模块，用于接收以太网通信单元或5G通信单元的报文；
识别模块，用于检测所述报文类型，判断所述报文是否是生成树协议报文或GOOSE业务二层报文，如果是，则允许通过，否则，丢弃该报文；
发送模块，用于将允许通过的报文，发送到至5G通信单元或以太网通信单元。
为实现上述目的，本发明另一方面提供了一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，所述方法包括以下步骤：
在两个或多个电力开关站上部署本发明所述的装置；
基于两个或多个所述装置之间的二层隧道模块在两个5G通信单元之间建立二层VPN隧道形成两个开关站之间的虚拟以太网连接；
基于所述虚拟以太连接，结合开关站GOOSE交换机之间的光纤线路，在两个开关站GOOSE交换机之间形成以太环路；
根据所连接的GOOSE交换机运行的生成树协议选择相应的生成树协议。
进一步地，根据所连接的GOOSE交换机运行的生成树协议选择相应的生成树协议的步骤包括：
确定多条以太链路的连接拓扑和各链路的物理参数；
使用生成树协议模块对网络拓扑进行计算，生成一个覆盖所有开关站的最小生成树；
对于每个开关站，根据生成树的结果确定其与相邻开关站之间的最短路径；
在多条以太链路中，通过比较链路的物理参数，为每条链路分配一个优先级；
根据链路的优先级，选择具有最高优先级的链路作为最优转发路径；
若最优转发路径发生故障或不可用，则根据优先级逐级选择下一条链路作为备选路径，直到找到可用的链路或没有其他备选路径为止。
进一步地，将所述虚拟以太接口的生成树协议优先级设置为低优先级。
进一步地，所述物理参数包括带宽、延迟、主用或备用。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种电力配网GOOSE网络传输装置及方法，用于为没有光纤环网的开关站之间提供可靠的GOOSE备份传输网络通道。通过使用5G通信和二层隧道模块建立虚拟以太连接，在两个开关站之间形成以太环路，并选择适当的生成树协议来避免环路和确保可靠传输。这种装置和方法可以提高电力横向GOOSE网络的可靠性，同时降低对光纤环网的依赖进而可以降低建设成本，具有良好的经济价值。
附图说明
图1为本申请披露的一种电力配网GOOSE网络传输装置的架构图。
图2为本申请披露的一种数据隔离单元的架构图。
图3为本申请披露的一种部署电力配网GOOSE网络传输装置的网络连接图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电力配网GOOSE网络传输装置的流程图。该装置包括以下部件：
数据隔离单元100：通过PCI E总线连接以太通信单元200和5G通信单元300。数据隔离单元实现数据在以太通信单元和5G通信单元之间的传输，并限制只有生成树协议报文BPDU和GOOSE业务二层报文能够通过。
以太通信单元200：包括以太网通信模块20、生成树协议模块21、虚拟以太接口22、物理以太接口。以太网通信模块20通过PCI E总线与数据隔离单元100连接。物理以太接口用于连接开关站GOOSE交换机端口。
5G通信单元300：包括5G通信模块30和二层隧道模块31。5G通信模块30与数据隔离单元100通过PCI E总线相连。二层隧道模块31用于与另一个装置的5G通信单元300的二层隧道模块31建立虚拟以太网连接。
在该方案中，虚拟以太接口22通过以太网通信单元200的PCI E总线进行数据收发，并作为以太网通信单元200的一个内部以太接口参与以太网通信和生成树协议的计算。
如图2，数据隔离单元100具体包括以下模块：
接收模块10：用于接收来自以太网通信单元200或5G通信单元300的报文。
识别模块11：用于检测报文类型，并判断该报文其是否是生成树协议报文BPDU或GOOSE业务二层报文。如果是，则允许报文通过；否则，丢弃该报文。
发送模块12：用于将允许通过的报文发送至5G通信单元300或以太网通信单元200。
通过以上实施例，该电力配网GOOSE网络传输装置实现了将数据从以太网通信单元200和5G通信单元300之间传输，并限制只有特定类型的报文能够通过。这种装置可以提高电力横向GOOSE网络的可靠性，并降低对光纤环网的依赖，从而具有良好的经济价值。
两个或多个装置能够通过运营商5G网络建立网络连接，并通过所述二层隧道模块31在两个5G通信单元300之间建立二层VPN隧道形成虚拟以太网连接。
需要说明的是，虚拟以太口，是用软件来模拟以太接口的一种实现方式，它是作为以太网通信模块的一个端口，在以太网通信模块看起来它就是一个以太接口，但它不具有收发的物理接口。在本实施例中，当以太通信单元从PCI E总线上收到数据后，将报文交给虚拟以太接口即调用虚拟以太口的报文接收函数，触发虚拟以太接口作报文处理，虚拟以太接口收到报文后将报文交给以太网通信模块作转发处理。以太网通信模块也可通过虚拟以太接口向外发送报文，这时以太网通信模块调用虚拟以太接口的发送接口，触发虚拟以太口作报文发送处理，虚拟以太口将报文作处理后发送给数据隔离单元。
本发明还提供一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，包括如下步骤：
该方法描述了一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，具体步骤如下：
步骤1、在两个或多个电力开关站上部署所述装置：在每个开关站上安装并配置本发明提供的电力配网GOOSE网络传输装置。
步骤2、以太网通信单元连接开关站GOOSE交换机端口：将每个装置的以太网通信单元的物理以太网端口与相应开关站的GOOSE交换机端口进行连接，以实现与开关站之间的物理连接。
步骤3、建立二层VPN隧道：通过两个装置之间的二层隧道模块，在两个5G通信单元之间建立一个二层虚拟专用网络(VPN)隧道。该隧道用于创建两个开关站之间的虚拟以太网连接。
步骤4、形成以太环路：结合开关站GOOSE交换机之间的光纤线路，在两个开关站GOOSE交换机之间形成一个以太环路。
步骤5、环路避免和线路选择：根据所连接的GOOSE交换机运行的生成树协议选择相应的生成树协议。生成树协议有三种(STP、RSTP、MSTP)，生成树协议的重要作用就是实现环路避免，而且能够基于链路的优先级在多条以太链路中选择最优转发路径；利用生成树协议模块实现环路避免，并通过设置有线通信单元中虚拟以太口的生成树协议优先级为低优先级，从而优先选择两个开关站之间的光纤线路。这样，在光纤线路正常工作时，报文将通过光纤线路进行传输。
步骤6、备份传输：当两个开关站之间的光纤线路发生故障时，根据生成树协议运算结果，选择使用虚拟以太连接来进行备份传输。这样，即使光纤线路中断，GOOSE报文仍然可以通过虚拟以太连接进行可靠传输。
通过以上步骤，该方法实现了开关站之间GOOSE报文的备份传输。它利用了虚拟以太连接和生成树协议的组合，提供了可靠的数据传输路径，即使在光纤线路故障时也能确保数据的连续性和可靠性。
如图3所示，在相应的开关站各部署一台所述的一种电力配网GOOSE网络装置，如果两个开关站之间有直接的光纤连接，那么就在相应开关站的两个本发明所述的一种电力配网GOOSE网络装置之间配置虚拟以太连接。这多个开关站的GOOSE交换机、本发明所述的一种电力配网GOOSE网络装置、GOOSE交换机之间的光纤、开关站之间的所述虚拟以太连接，形成一个多环的以太网络，它们在生成树协议的控制下能够实现环路避免；同时，当光纤不可用时，生成树协议能够控制GOOSE报文的转发路径的切换，从光纤线路切换到所述虚拟以太连接，当光纤恢复后能够从所述虚拟以太连接切换到光纤线路。
在步骤5中，根据所连接的GOOSE交换机运行的生成树协议选择相应的生成树协议，具体步骤如下：
5.1、确定多条以太链路的连接拓扑和各链路的物理参数：首先确定开关站之间的物理连接拓扑，包括哪些开关站通过以太链路相互连接，并记录每条链路的物理参数，例如带宽、延迟等。
5.2、使用生成树协议模块对网络拓扑进行计算，生成一个覆盖所有开关站的最小生成树：基于物理连接拓扑和链路参数，运行生成树协议模块来计算出一棵覆盖所有开关站的最小生成树。该生成树表示了网络中最优的路径连接方式。
5.3、对于每个开关站，根据生成树的结果确定其与相邻开关站之间的最短路径：根据生成树的结果，确定每个开关站与其相邻开关站之间的最短路径。这些最短路径将指导数据在开关站之间的传输。
5.4、在多条以太链路中，通过比较链路的物理参数，为每条链路分配一个优先级：根据链路的物理参数，例如带宽、延迟等，为每条以太链路分配一个优先级。
5.5、根据链路的优先级，选择具有最高优先级的链路作为最优转发路径。
5.6、若最优转发路径发生故障或不可用，则根据优先级逐级选择下一条链路作为备选路径，直到找到可用的链路或没有其他备选路径为止：如果最优转发路径发生故障或不可用，***将依次检查下一条优先级较低的链路，直到找到一条可用的备选路径或者没有其他备选路径为止。这样确保数据能够在发生链路故障时通过可靠的备选路径继续传输。
通过以上步骤，根据生成树协议和链路优先级，该方案能够选择最优的转发路径，并提供备选路径来应对链路故障，从而实现了可靠且高效的开关站之间GOOSE报文的传输。
生成树协议优先选择光纤线路，由于虚拟以太接口的生成树协议优先级被设置为低优先级，生成树协议模块倾向于选择具有较高优先级的链路作为最优转发路径。因此，在正常情况下，***会优先选择两个开关站之间的光纤线路来传输GOOSE报文，当两个开关站之间的光纤线路发生故障或不可用时，生成树协议运算结果会导致***选择备用路径。由于虚拟以太接口的生成树协议优先级较低，***将选择使用虚拟以太连接进行GOOSE报文的备份传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电力配网GOOSE网络传输装置，其特征在于，包括：
数据隔离单元；
以太通信单元，包括以太网通信模块、生成树协议模块、虚拟以太接口、物理以太接口；所述以太网通信模块通过PCIE总线连接到所述数据隔离单元，所述物理以太接口用于连接开关站GOOSE交换机端口；
5G通信单元，包括5G通信模块、二层隧道模块；所述5G通信模块与数据隔离单元通过PCIE总线相连；所述二层隧道模块用于与另一5G通信单元的二层隧道模块建立虚拟以太网连接。
2.如权利要求1所述的一种电力配网GOOSE网络传输装置，其特征在于，所述数据隔离单元包括：
接收模块，用于接收以太网通信单元或5G通信单元的报文；
识别模块，用于检测所述报文类型，判断所述报文是否是生成树协议报文或GOOSE业务二层报文，如果是，则允许通过，否则，丢弃该报文；
发送模块，用于将允许通过的报文，发送到至5G通信单元或以太网通信单元。
3.一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在两个或多个电力开关站上部署如权利要求1或2所述的装置；
基于两个或多个所述装置之间的二层隧道模块在两个5G通信单元之间建立二层VPN隧道形成两个开关站之间的虚拟以太网连接；
基于所述虚拟以太连接，结合开关站GOOSE交换机之间的光纤线路，在两个开关站GOOSE交换机之间形成以太环路；
根据所连接的GOOSE交换机运行的生成树协议选择相应的生成树协议。
4.如权利要求3所述的一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，其特征在于，根据所连接的GOOSE交换机运行的生成树协议选择相应的生成树协议的步骤包括：
确定多条以太链路的连接拓扑和各链路的物理参数；
使用生成树协议模块对网络拓扑进行计算，生成一个覆盖所有开关站的最小生成树；
对于每个开关站，根据生成树的结果确定其与相邻开关站之间的最短路径；
在多条以太链路中，通过比较链路的物理参数，为每条链路分配一个优先级；
根据链路的优先级，选择具有最高优先级的链路作为最优转发路径；
若最优转发路径发生故障或不可用，则根据优先级逐级选择下一条链路作为备选路径，直到找到可用的链路或没有其他备选路径为止。
5.如权利要求4所述的一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，其特征在于，将所述虚拟以太接口的生成树协议优先级设置为低优先级。
6.如权利要求4所述的一种开关站之间GOOSE报文备份传输的方法，其特征在于，所述物理参数包括带宽、延迟、主用或备用。
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