智能交换机在智能变电站的应用

摘 要：结合智能变电站对交换机的要求，文章重点分析了智能交换机多协议标签交换等功能特点，提出了过程层网络即插即用的实现方法。

关键词：智能交换机；多协议标签交换；即插即用

引言

目前，智能变电站已进入了全面建设阶段。在智能变电站中，以交换机为核心的通信网络起着关键的作用。[1]智能变电站内所有监视、控制、采样值、跳闸等信息的传输均通过以太网完成交换，以太网交换机成为智能变电站二次系统的关键设备。智能变电站交换机的选型应综合考虑可靠性、实时性和适合智能变电站使用的高级应用功能，如时钟同步性能、组播管理性能、安全性等。[2]目前，智能变电站过程层网络最常用的是VLAN技术，过程层网络需经过VLAN划分、配置后正常运行。但是，当交换机端口故障设备迁移到备用端口或交换机需扩充时，需要重新划分配置VLAN，增加了现场施工和维护的复杂性。文章通过分析智能交换机的特点，提出了智能变电站过程层网络即插即用的实现方法。

1 智能交换机

智能交换机是根据IEC61850智能变电站通信业务模型的要求，借鉴IP路由，多协议标签交换等现代通信技术来实现。该技术采用由互联网工程任务组（IETF）的提出的TRILL协议，不但兼容IEEE 802.1标准的2层交换功能，而且能够支持各种组网模型，支持多业务共网传输。

2 智能交换机功能

2.1 业务自动识别

智能变电站中的4类报文（GOOSE，SV，MMS和IEEE 1588）中GOOSE和SV报文为2层以太网报文，MMS采用3层IP报文传输，IEEE 1588报文既可以采用2层以太网报文也可以采用3层的IP报文传输。GOOSE报文根据用途还可以分为快速GOOSE报文和常规GOOSE报文。快速GOOSE报文多用于断路器的跳/合闸控制和闭锁，常规GOOSE报文多用于传输刀闸节点位置或保护动作信息；SV报文同样可以分为2类，用于保护控制的快速SV报文和用于测控装置的常规SV报文。

采用多协议标签交换（MPLS）是业务流识别的技术核心。多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。它提供了一种方式，将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口，如IP、ATM、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开放最短路径优先（OSPF）等等。在MPLS中，数据传输发生在标签交换路径（LSP）上。LSP是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议，如标签分发协议（LDP）、RSVP或者建于路由协议之上的一些协议，如边界网关协议（BGP）及OSPF。因为固定长度标签被插入每一个包或信元的开始处，并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包，所以使数据的快速交换成为可能。

具体报文识别如下：

（1）识别快速GOOSE流（跳/合闸、闭锁），并赋予1类标签；

（2）识别快速SV报文流，并赋予2类标签；

（3）识别常规GOOSE流，并赋予3类标签；

（4）识别常规SV报文流，并赋予4类标签；

（5）识别MMS报文，并赋予5类标签；

（6）识别1588报文，并赋予6类标签。

2.2 业务流到逻辑子网的映射

智能变电站内各类业务映射到6个逻辑交换网络，分别是快速GOOSE交换网络，快速SV交换网络，常规GOOSE交换网络，常规SV交换网络，MMS邏辑交换网络，IEEE 1588逻辑交换网络。接入层设备解析变电站SCD文件，获取交换机网络拓扑结构、端口配置、业务流对应的报文订阅关系，将报文标签号与逻辑子网标签号进行映射。

2.3 逻辑隔离

智能交换机为IEC61860变电站各类通信业务预分配了不同的交换资源和传输带宽，将单一物理网络划分为若干个相互隔离的逻辑交换网络，既满足了各类业务本身对传输网络的性能和可靠性要求，也保证了共网传输时各逻辑交换网络的安全隔离，同时还具备全网精确时间同步、维护简单等优势。

智能交换机通过MPLS和逻辑交换网的映射，实现逻辑子网的相互隔离，一种类型报文的流量骤增不影响其它类型报文的正常传输。逻辑子网隔离功能为“多网合一，共网传输”提供了可靠的技术保证。

3 过程层网络即插即用的实现

智能交换机通过解析SCD文件，智能识别接入平台的IED设备，设备迁移时（如改变接入或接口）能自动识别及切换链路，无需人工配置，另一方面由于业务流的识别和逻辑子网的映射是自动完成，不需人工介入，因此也就不再需要进行交换机的VLAN配置，即通过智能交换机可实现过程层网络的智能化，其实现流程如图2所示。

4 结束语

智能交换机将SCD文件中报文的订阅关系转化为报文的传输路由，实现设备自由接入网络、免VLAN配置的报文逻辑隔离的目的。采用智能交换机构建过程层网络，可以实现过程层网络的即插即用，在智能变电站中有广阔的应用前景。

参考文献

[1]杨贵，王文龙，熊慕文，等.千兆交换机在智能变电站的应用探讨[J].电气技术，2010（8）：129-132.

[2]周志勇，孙中尉，张凡，等.智能变电站交换机选型[J].中国电力，2011（7）：40-43.

作者简介：马斌（1985-），男，汉族，硕士，工程师，从事变电站电气设计工作。