一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，包括以下步驟：進行IEC61850通信協(xié)議分析；控制鏈路的主動診斷測試，進而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；基于SNMP進行網(wǎng)絡故障診斷；進行網(wǎng)絡故障的管理。本發(fā)明提供一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，本發(fā)明能夠及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡運行的各類網(wǎng)絡故障并加以定位和排除，并對網(wǎng)絡故障信息進行管理和記錄，進一步保障網(wǎng)絡采樣和網(wǎng)絡控制在變電站應用的可靠性和安全性，提高變電站的智能化水平。
【專利說明】一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力自動化【技術(shù)領域】，具體涉及一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IEC61850標準的使用推動了過程層總線技術(shù)的發(fā)展，并推動變電站網(wǎng)絡通信從串口連接、現(xiàn)場總線發(fā)展為以太網(wǎng)傳輸，極大地提高了變電站自動化的整體水平，由于采樣和控制信息通過網(wǎng)絡傳輸后可有效減少變電站復雜的電纜接線，不僅有利于簡化全站結(jié)構(gòu)，同時還能有效降低變電站的建設成本，更為重要的能夠推動變電站高級應用功能的發(fā)展，進一步提聞變電站的總體水平。
[0003]2009年5月，隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)發(fā)展建設規(guī)劃的提出，智能變電站的發(fā)展建設成為變電站今后的發(fā)展的目標，而變電站智能化水平的體現(xiàn)則主要集中在基于變電站全站數(shù)據(jù)共享的高級應用上，而實現(xiàn)這一問題的關鍵則在于變電站全站通信的網(wǎng)絡化，在全站數(shù)據(jù)的數(shù)字化、信息化的基礎上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化傳輸，而提高變電站自動化系統(tǒng)的通信安全性、可靠性，提高系統(tǒng)集成度，使系統(tǒng)緊湊化、一體化，并增強其高級應用功能和一次設備智能化是建設“兩型一化”(資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化)智能變電站的重要內(nèi)容。由此可知，智能變電站網(wǎng)絡通信的可靠性直接影響到智能變電站的總體建設水平，進而影響到整個智能電網(wǎng)的建設。
[0004]變電站網(wǎng)絡的可靠運行是網(wǎng)絡傳輸在變電站應用的關鍵所在，早期數(shù)字化變電站中的雖然試點了網(wǎng)絡采樣和網(wǎng)絡跳閘技術(shù)，但由于缺乏變電站網(wǎng)絡運行狀態(tài)的檢測和故障診斷技術(shù)，給采用過程層網(wǎng)絡的變電站的運行帶來了安全隱患，為進一步提高智能變電站的運行維護水平，提高變電站網(wǎng)絡運行的可靠性，迫切需要多變電站網(wǎng)絡運行狀態(tài)進行實時診斷和監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)故障、定位故障并排出故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，能夠及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡運行的各類網(wǎng)絡故障并加以定位和排除，并對網(wǎng)絡故障信息進行管理和記錄，進一步保障網(wǎng)絡采樣和網(wǎng)絡控制在變電站應用的可靠性和安全性，提高變電站的智能化水平。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]提供一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:進行IEC61850通信協(xié)議分析；
[0009]步驟2:控制鏈路的主動診斷測試，進而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；
[0010]步驟3:基于SNMP進行網(wǎng)絡故障診斷；
[0011]步驟4:進行網(wǎng)絡故障的管理。
[0012]所述步驟I中，進行IEC61850通信協(xié)議分析包括基本網(wǎng)絡協(xié)議分析、高級網(wǎng)絡協(xié)議分析和網(wǎng)絡流量分析；具體如下:
[0013]I)基本網(wǎng)絡協(xié)議分析中，在捕獲數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)包逐層拆封，獲取不同層次IEC61850通信協(xié)議的信息，通過IEC61850通信協(xié)議字段解碼識別非正常的IEC61850通信協(xié)議應用、偽造的數(shù)據(jù)包和錯誤的參數(shù)設置；
[0014]2)高級網(wǎng)絡協(xié)議分析中，根據(jù)數(shù)據(jù)包的特征、前后時間戳的關系、不同IEC61850通信協(xié)議的分布狀況、網(wǎng)絡報文流量、網(wǎng)絡利用率、IEC61850通信協(xié)議的字節(jié)數(shù)、每種IEC61850通信協(xié)議中不同類型的幀統(tǒng)計和報文的先后次序關系，判斷網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流是否存在問題，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；
[0015]3)網(wǎng)絡流量分析中，通過數(shù)據(jù)包分布和流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定閾值區(qū)間，一旦超過閾值則發(fā)出網(wǎng)絡故障告警。
[0016]基本網(wǎng)絡協(xié)議分析主要針對GOOSE報文和SV報文的格式、語法和內(nèi)容進行分析，屬于單個報文內(nèi)容的分析。
[0017]高級網(wǎng)絡協(xié)議分析針對GOOSE報文和SV報文進行綜合比對分析，屬于GOOSE網(wǎng)絡和SV網(wǎng)絡的整體性分析；
[0018]I)通過對GOOSE報文的綜合分析，能夠發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡異常包括GOOSE APPID不唯一、GOOSE報文錯序、GOOSE報文丟幀和GOOSE報文重復；
[0019]2)通過對SV報文的分析，能夠發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡異常包括全站SV APPID不唯一、SV報文錯序、SV數(shù)據(jù)異常、采樣間隔不穩(wěn)定和合并單元間采樣不同步。
[0020]網(wǎng)絡流量分析中，對網(wǎng)絡報文進行采樣后，并進行分析統(tǒng)計，選取網(wǎng)絡流量指標進行網(wǎng)絡流量異常檢測，通過對智能變電站正常運行情況下網(wǎng)絡流量指標的統(tǒng)計，確定網(wǎng)絡流量閾值，然后將設定網(wǎng)絡報文流量值與統(tǒng)計得到的網(wǎng)絡流量閾值相比較，根據(jù)網(wǎng)路流量差值的幅度，進行網(wǎng)絡故障報警。所述網(wǎng)絡流量指標包括組播流量、VLAN流量、網(wǎng)絡接收流量和網(wǎng)絡發(fā)送流量。
[0021]所述步驟2包括以下步驟:
[0022]步驟2-1:設置智能變電站中的GOOSE報文和SV報文，使用網(wǎng)絡報文發(fā)生器向GOOSE網(wǎng)絡和SV網(wǎng)絡分別發(fā)送GOOSE報文和SV報文，檢查GOOSE報文和SV報文各自的網(wǎng)絡延遲和丟包率，并判斷網(wǎng)絡設備的配置、物理鏈路以及性能是否存在異常；
[0023]步驟2-2:定時發(fā)送ICMP包探測網(wǎng)絡設備的在線狀態(tài)，檢查返回的ICMP差錯報文，從而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；
[0024]步驟2-3:采集并解析網(wǎng)絡設備的日志，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障。
[0025]所述步驟2-3中，采集并分析包括路由器、交換機和防火墻的網(wǎng)絡設備的日志信息，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；網(wǎng)絡設備的分析過程分為日志信息采集、日志信息過濾、日志格式轉(zhuǎn)換、日志解析與告警；
[0026]網(wǎng)絡設備的日志按內(nèi)容與類型可分為管理日志、系統(tǒng)日志和安全日志；所述管理日志記錄用戶登錄事件、用戶退出事件和修改系統(tǒng)配置事件；所述系統(tǒng)日志記錄CPU利用率、內(nèi)存利用率、網(wǎng)口狀態(tài)異常事件、網(wǎng)口狀態(tài)恢復事件、電源故障事件、風扇故障事件和設備溫度異常事件；所述安全日志記錄不符合安全策略的訪問事件和網(wǎng)絡攻擊事件。
[0027]所述步驟3中，基于SNMP進行網(wǎng)絡故障診斷，以獲取網(wǎng)絡故障信息，具體包括以下步驟:[0028]步驟3-1:利用 SNMP 的 GetRequest 報文、GetNextRequest 報文和 GetResponse 報文定時讀取被管對象SNMP MIB庫，得到網(wǎng)絡拓撲、控制鏈路接口狀態(tài)、端口網(wǎng)絡流量和設備資源使用情況，及時發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)異常、控制鏈路不通、網(wǎng)絡流量異常和設備資源配置偏低的網(wǎng)絡故障；
[0029]步驟3-2:解析網(wǎng)絡設備主動發(fā)送的SNMP Trap報文，獲取包括通信設備的冷啟動、熱啟動、通信鏈路失敗和通信鏈路恢復正常的網(wǎng)絡故障信息；
[0030]步驟3-3:通過SNMP生成網(wǎng)絡拓撲，并與設計的網(wǎng)絡拓撲比較，及時發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡設備接線錯誤和通信鏈路故障的網(wǎng)絡故障。
[0031]所述步驟4包括以下步驟:
[0032]步驟4-1:收集網(wǎng)絡故障信息；
[0033]收集的網(wǎng)絡故障信息包括網(wǎng)絡報文、SNMP數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡設備的日志信息和網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)庫；
[0034]步驟4-2:網(wǎng)絡故障診斷和分析；
[0035]網(wǎng)絡故障診斷采用采樣和控制網(wǎng)絡報文的協(xié)議分析、控制鏈路的主動診斷測試和基于SNMP的網(wǎng)絡故障診斷；
[0036]步驟4-3:進行網(wǎng)絡故障定位；
[0037]通過對網(wǎng)絡故障進行調(diào)查研究，確定各種頂上事件和原因事件，并根據(jù)網(wǎng)絡故障之間的邏輯關系，畫出故障樹，進而明確網(wǎng)路故障位置，完成網(wǎng)絡故障定位；
[0038]步驟4-4:網(wǎng)絡故障報警；
[0039]網(wǎng)絡故障報警的屬性包括發(fā)生網(wǎng)絡故障報警的時間、警報對象、警報類型和嚴重程度；網(wǎng)絡故障報警的嚴重程度包括緊急報警、重要報警、次要報警和告知報警；
[0040]步驟4-5:排除并記錄網(wǎng)絡故障；
[0041]通過自動故障排除方式、人工手動故障排除方式或自動故障排除與人工手動故障排除結(jié)合的方式及時排除網(wǎng)絡故障；
[0042]網(wǎng)絡故障記錄包括網(wǎng)絡故障產(chǎn)生的日期時間、等級、位置、原因、網(wǎng)絡故障引起的結(jié)果和網(wǎng)絡故障描述。
[0043]所述步驟4-1中，采取主動輪詢方式或SNMP Trap方式收集網(wǎng)絡故障信息；
[0044]I)主動輪詢方式中，從分散的網(wǎng)絡中收集網(wǎng)絡狀態(tài)數(shù)據(jù)，由網(wǎng)絡管理系統(tǒng)向被管對象的代理進程發(fā)出查詢命令，并要求管理對象返回當前的工作狀態(tài)，以達到檢測目的；
[0045]2) SNMP Trap方式中，網(wǎng)絡設備上由于發(fā)生重大故障事件或安全事件而產(chǎn)生的SNMPTrap報文進行解析，判斷網(wǎng)絡故障的對象、位置和類型，利用SNMP的GetRequest報文、GetNextRequest報文和GetResponse報文定時讀取統(tǒng)計得到的網(wǎng)絡流量閾值,將設定網(wǎng)絡報文流量值與相比較網(wǎng)絡流量閾值，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡流量閾值越界時進行網(wǎng)絡故障報警。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:該智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法不僅能夠及時預防、發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障，同時還提出了網(wǎng)絡故障發(fā)生后的管理、定位、排除和記錄，為今后的事故分析提供保障，采用本方法可進一步提高變電站網(wǎng)絡運行的可靠性，為變電站的穩(wěn)定運行提供保障，提高變電站的智能化水平。
【專利附圖】

【附圖說明】[0047]圖1是智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法流程圖；
[0048]圖2是智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法中網(wǎng)絡故障分析流程圖；
[0049]圖3是智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法中網(wǎng)絡故障定位流程圖。
【具體實施方式】
[0050]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0051]如圖1，本發(fā)明提供一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，包括以下步驟:
[0052]步驟1:進行IEC61850通信協(xié)議分析；
[0053]步驟2:控制鏈路的主動診斷測試，進而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；
[0054]步驟3:基于 SNMP (Simple Network Management Protocol,簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議)進行網(wǎng)絡故障診斷；
[0055]步驟4:進行網(wǎng)絡故障的管理。
[0056]所述步驟I中，進行IEC61850通信協(xié)議分析包括基本網(wǎng)絡協(xié)議分析、高級網(wǎng)絡協(xié)議分析和網(wǎng)絡流量分析；具體如下:
[0057]I)基本網(wǎng)絡協(xié)議分析中，在捕獲數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)包逐層拆封，獲取不同層次IEC61850通信協(xié)議的信息，通過IEC61850通信協(xié)議字段解碼識別非正常的IEC61850通信協(xié)議應用、偽造的數(shù)據(jù)包和錯誤的參數(shù)設置；
[0058]2)高級網(wǎng)絡協(xié)議分析中，根據(jù)數(shù)據(jù)包的特征、前后時間戳的關系、不同IEC61850通信協(xié)議的分布狀況、網(wǎng)絡報文流量、網(wǎng)絡利用率、IEC61850通信協(xié)議的字節(jié)數(shù)、每種IEC61850通信協(xié)議中不同類型的幀統(tǒng)計和報文的先后次序關系，判斷網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流是否存在問題，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；
[0059]3)網(wǎng)絡流量分析中，通過數(shù)據(jù)包分布和流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定閾值區(qū)間，一旦超過閾值則發(fā)出網(wǎng)絡故障告警。
[0060]基本網(wǎng)絡協(xié)議分析主要針對GOOSE報文和SV報文的格式、語法和內(nèi)容進行分析，屬于單個報文內(nèi)容的分析。
[0061]I)針對GOOSE報文，根據(jù)GOOSE報文的格式定義，檢查GOOSE報文的語法錯誤，通過對GOOSE報文的解碼可知GOOSE報文的大小、以太網(wǎng)源地址、目的地址、類型、VLAN信息和GOOSE報文字段內(nèi)容，通過對GOOSE報文的解碼分析并與配置文件的比對，判斷GOOSE報
文是否存在錯誤息；
[0062]所述GOOSE報文字段內(nèi)容包括GOOSE APPID、長度、保留字段、GocbRef、DataSet、Go ID、StNum 和 SqNum ；
[0063]2)針對SV報文，根據(jù)SV報文的格式定義，檢查SV報文的語法錯誤，通過SV報文的解碼可知SV報文的以太網(wǎng)源地址、目的地址、VLAN信息、SV APPID、Length和savpdu字段的賦值，判斷SV報文是否存在錯誤信息。
[0064]高級網(wǎng)絡協(xié)議分析針對GOOSE報文和SV報文進行綜合比對分析，屬于GOOSE網(wǎng)絡和SV網(wǎng)絡的整體性分析；
[0065]I)通過對GOOSE報文的綜合分析，能夠發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡異常包括GOOSE APPID不唯一、GOOSE報文錯序、GOOSE報文丟幀和GOOSE報文重復；[0066]2)通過對SV報文的分析，能夠發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡異常包括全站SV APPID不唯一、SV報文錯序、SV數(shù)據(jù)異常、采樣間隔不穩(wěn)定和合并單元間采樣不同步。
[0067]網(wǎng)絡流量分析中，對網(wǎng)絡報文進行采樣后，并進行分析統(tǒng)計，選取網(wǎng)絡流量指標進行網(wǎng)絡流量異常檢測，通過對智能變電站正常運行情況下網(wǎng)絡流量指標的統(tǒng)計，確定網(wǎng)絡流量閾值，然后將設定網(wǎng)絡報文流量值與統(tǒng)計得到的網(wǎng)絡流量閾值相比較，根據(jù)網(wǎng)路流量差值的幅度，進行網(wǎng)絡故障報警。所述網(wǎng)絡流量指標包括組播流量、VLAN流量、網(wǎng)絡接收(上下行)流量和網(wǎng)絡發(fā)送(上下行)流量。
[0068]所述步驟2包括以下步驟:
[0069]步驟2-1:設置智能變電站中的GOOSE報文和SV報文，使用網(wǎng)絡報文發(fā)生器向GOOSE網(wǎng)絡和SV網(wǎng)絡分別發(fā)送GOOSE報文和SV報文，檢查GOOSE報文和SV報文各自的網(wǎng)絡延遲和丟包率，并判斷網(wǎng)絡設備的配置、物理鏈路以及性能是否存在異常；
[0070]步驟2-2:1CMP提供統(tǒng)一的出錯報告信息，發(fā)送的出錯報文返回到發(fā)送原數(shù)據(jù)的設備，因為只有發(fā)送設備才是出錯報文的邏輯接受者。發(fā)送設備隨后可根據(jù)ICMP報文確定發(fā)送錯誤的類型，但ICMP唯一的功能是報告問題而不是糾正錯誤，糾正錯誤的任務由發(fā)送方完成。定時發(fā)送ICMP包探測網(wǎng)絡設備的在線狀態(tài)，檢查返回的ICMP差錯報文，從而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；
[0071]步驟2-3:采集并解析網(wǎng)絡設備的日志，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障。
[0072]所述步驟2-1中，設置網(wǎng)絡報文的以太網(wǎng)源地址、目的地址、以太網(wǎng)類型、VLAN和PDU ；
[0073]所述目的地址為多播地址，GOOSE報文的目的地址格式為O1-OC-⑶-O 1-XX-XX，范圍為(01-0C-CD-01-00-00和O1-OC-CD-01-01-FF之間)，SV報文的目的地址格式為01-0C-CD-04-XX-XX，范圍為(01-0C-CD-04-00-00 和 01-0C-CD-04-01-FF 之間)；
[0074]GOOSE報文的以太網(wǎng)類型為88B8，SV報文的以太網(wǎng)類型為88BA ；
[0075]對于VLAN，設置VLAN ID和VLAN優(yōu)先級；
[0076]PDU設置參考捕獲的實際網(wǎng)絡報文進行設置。
[0077]所述步驟2-3中，采集并分析包括路由器、交換機和防火墻的網(wǎng)絡設備的日志信息，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；網(wǎng)絡設備的分析過程分為日志信息采集、日志信息過濾、日志格式轉(zhuǎn)換、日志解析與告警；
[0078]網(wǎng)絡設備的日志按內(nèi)容與類型可分為管理日志、系統(tǒng)日志和安全日志；所述管理日志記錄用戶登錄事件、用戶退出事件和修改系統(tǒng)配置事件；所述系統(tǒng)日志記錄CPU利用率、內(nèi)存利用率、網(wǎng)口狀態(tài)異常事件、網(wǎng)口狀態(tài)恢復事件、電源故障事件、風扇故障事件和設備溫度異常事件；所述安全日志記錄不符合安全策略的訪問事件和網(wǎng)絡攻擊事件。
[0079]所述步驟3中，基于SNMP進行網(wǎng)絡故障診斷，以獲取網(wǎng)絡故障信息，具體包括以下步驟:
[0080]步驟3-1:利用 SNMP 的 GetRequest 報文、GetNextRequest 報文和 GetResponse 報文定時讀取被管對象SNMP MIB庫，得到網(wǎng)絡拓撲、控制鏈路接口狀態(tài)、端口網(wǎng)絡流量和設備資源使用情況，及時發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)異常、控制鏈路不通、網(wǎng)絡流量異常和設備資源配置偏低的網(wǎng)絡故障；
[0081]步驟3-2:解析網(wǎng)絡設備主動發(fā)送的SNMP Trap報文，獲取包括通信設備的冷啟動、熱啟動、通信鏈路失敗和通信鏈路恢復正常的網(wǎng)絡故障信息；
[0082]步驟3-3:通過SNMP生成網(wǎng)絡拓撲，并與設計的網(wǎng)絡拓撲比較，及時發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡設備接線錯誤和通信鏈路故障的網(wǎng)絡故障。
[0083]所述步驟4包括以下步驟:
[0084]步驟4-1:收集網(wǎng)絡故障信息；
[0085]收集的網(wǎng)絡故障信息包括網(wǎng)絡報文、SNMP數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡設備的日志信息和網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)庫；
[0086]所述步驟4-1中，采取主動輪詢方式或SNMP Trap方式收集網(wǎng)絡故障信息；
[0087]I)主動輪詢方式中，從分散的網(wǎng)絡中收集網(wǎng)絡狀態(tài)數(shù)據(jù)，由網(wǎng)絡管理系統(tǒng)向被管對象的代理進程發(fā)出查詢命令，并要求管理對象返回當前的工作狀態(tài)，以達到檢測目的；
[0088]2) SNMP Trap方式中，網(wǎng)絡設備上由于發(fā)生重大故障事件或安全事件而產(chǎn)生的SNMPTrap報文進行解析，判斷網(wǎng)絡故障的對象、位置和類型，利用SNMP的GetRequest報文、GetNextRequest報文和GetResponse報文定時讀取統(tǒng)計得到的網(wǎng)絡流量閾值,將設定網(wǎng)絡報文流量值與相比較網(wǎng)絡流量閾值，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡流量閾值越界時進行網(wǎng)絡故障報警。由于網(wǎng)絡狀態(tài)和流量是動態(tài)變化的，需根據(jù)當時網(wǎng)絡的狀況動態(tài)地設置閾值(例如可根據(jù)被管對象前一段時間的平均值乘以一個加權(quán)系數(shù)來確定當前閾值)。
[0089]步驟4-2:網(wǎng)絡故障診斷和分析；
[0090]如圖2，網(wǎng)絡故障診斷采用采樣和控制網(wǎng)絡報文的協(xié)議分析、控制鏈路的主動診斷測試和基于SNMP的網(wǎng)絡故障診斷；
[0091]步驟4-3:進行網(wǎng)絡故障定位；
[0092]如圖3，通過對網(wǎng)絡故障進行調(diào)查研究，確定各種頂上事件和原因事件，并根據(jù)網(wǎng)絡故障之間的邏輯關系，畫出故障樹，找出產(chǎn)生網(wǎng)絡故障的根本原因，故障定位更加準確；進而明確網(wǎng)路故障位置，完成網(wǎng)絡故障定位；
[0093]步驟4-4:網(wǎng)絡故障報警；
[0094]網(wǎng)絡故障報警的屬性包括發(fā)生網(wǎng)絡故障報警的時間、警報對象、警報類型和嚴重程度；網(wǎng)絡故障報警的嚴重程度包括緊急報警、重要報警、次要報警和告知報警；
[0095]步驟4-5:排除并記錄網(wǎng)絡故障；
[0096]通過自動故障排除方式、人工手動故障排除方式或自動故障排除與人工手動故障排除結(jié)合的方式及時排除網(wǎng)絡故障；
[0097]網(wǎng)絡故障記錄包括網(wǎng)絡故障產(chǎn)生的日期時間、等級、位置、原因、網(wǎng)絡故障引起的結(jié)果和網(wǎng)絡故障描述。
[0098]除了記錄網(wǎng)絡故障的基礎信息外，對于產(chǎn)生故障的原始數(shù)據(jù)也要進行保存，作為變電站故障診斷的基本證據(jù)，同時提供了一種重要的安全審計手段，明確變電站安全事件應該由哪個實體來負責。在智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路自診斷的過程中，根據(jù)所采用的分析方法與技術(shù)，分別需要記錄如下信息:
[0099](I)如果在報文解碼分析中發(fā)現(xiàn)了某個變電站故障，就要把該報文保存下來。
[0100](2)如果在報文高級分析中發(fā)現(xiàn)了某個變電站故障，就要把一系列的報文保存下來。
[0101](3)如果在網(wǎng)絡流量異常檢測中發(fā)現(xiàn)了某個變電站故障，就要把該網(wǎng)絡協(xié)議報文類型、流量、報文樣本等信息記錄下來。
[0102](4)如果在網(wǎng)絡異常行為檢測中發(fā)現(xiàn)了某個變電站故障，就要把該攻擊種類、報文協(xié)議類型、流量、報文樣本等信息記錄下來。
[0103](5)如果在ICMP包探測過程中發(fā)現(xiàn)了某個變電站故障，就要把發(fā)送的報文以及響應的報文記錄下來。
[0104](6)如果在網(wǎng)絡設備日志分析過程中發(fā)現(xiàn)了某個變電站故障，就要把該日志的syslog報文記錄下來，同時以易閱讀易理解的方式展示給用戶。
[0105](7)如果在站內(nèi)報文主動測試的過程中發(fā)現(xiàn)了某個故障，就要把問題類型(功能或性能)、測試項目等信息記錄下來。
[0106](8)如果在基于SNMP的網(wǎng)絡故障診斷過程中發(fā)現(xiàn)了某個故障，就要把診斷方式(SNMP輪詢、SNMP Trap、拓撲發(fā)現(xiàn))、SNMP報文內(nèi)容等信息記錄下來。
[0107]網(wǎng)絡故障報警和記錄給網(wǎng)絡鏈路自診斷提供了一種證據(jù)保留機制，同時給智能變電站的運行維護提供了強有力的技術(shù)支撐，幫助運維人員分析問題和解決問題。經(jīng)過網(wǎng)絡信息收集、網(wǎng)絡故障診斷、網(wǎng)絡故障定位以及網(wǎng)絡故障報警與記錄后，需要根據(jù)故障分析的結(jié)果并借鑒歷史故障數(shù)據(jù)庫的知識，采取適當?shù)墓收吓懦胧?。如果是新的網(wǎng)絡鏈路故障，則將新故障的信息寫入歷史故障數(shù)據(jù)庫，為以后的故障排除提供指導。
[0108]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術(shù)人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:進行IEC61850通信協(xié)議分析； 步驟2:控制鏈路的主動診斷測試，進而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障； 步驟3:基于SNMP進行網(wǎng)絡故障診斷； 步驟4:進行網(wǎng)絡故障的管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述步驟I中，進行IEC61850通信協(xié)議分析包括基本網(wǎng)絡協(xié)議分析、高級網(wǎng)絡協(xié)議分析和網(wǎng)絡流量分析；具體如下: 1)基本網(wǎng)絡協(xié)議分析中，在捕獲數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)包逐層拆封，獲取不同層次IEC61850通信協(xié)議的信息，通過IEC61850通信協(xié)議字段解碼識別非正常的IEC61850通信協(xié)議應用、偽造的數(shù)據(jù)包和錯誤的參數(shù)設置； 2)高級網(wǎng)絡協(xié)議分析中，根據(jù)數(shù)據(jù)包的特征、前后時間戳的關系、不同IEC61850通信協(xié)議的分布狀況、網(wǎng)絡 報文流量、網(wǎng)絡利用率、IEC61850通信協(xié)議的字節(jié)數(shù)、每種IEC61850通信協(xié)議中不同類型的幀統(tǒng)計和報文的先后次序關系，判斷網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流是否存在問題，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障； 3)網(wǎng)絡流量分析中，通過數(shù)據(jù)包分布和流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定閾值區(qū)間，一旦超過閾值則發(fā)出網(wǎng)絡故障告警。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:基本網(wǎng)絡協(xié)議分析主要針對GOOSE報文和SV報文的格式、語法和內(nèi)容進行分析，屬于單個報文內(nèi)容的分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:高級網(wǎng)絡協(xié)議分析針對GOOSE報文和SV報文進行綜合比對分析，屬于GOOSE網(wǎng)絡和SV網(wǎng)絡的整體性分析； O通過對GOOSE報文的綜合分析，能夠發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡異常包括GOOSE APPID不唯一、GOOSE報文錯序、GOOSE報文丟幀和GOOSE報文重復； 2)通過對SV報文的分析，能夠發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡異常包括全站SV APPID不唯一、SV報文錯序、SV數(shù)據(jù)異常、采樣間隔不穩(wěn)定和合并單元間采樣不同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:網(wǎng)絡流量分析中，對網(wǎng)絡報文進行采樣后，并進行分析統(tǒng)計，選取網(wǎng)絡流量指標進行網(wǎng)絡流量異常檢測，通過對智能變電站正常運行情況下網(wǎng)絡流量指標的統(tǒng)計，確定網(wǎng)絡流量閾值，然后將設定網(wǎng)絡報文流量值與統(tǒng)計得到的網(wǎng)絡流量閾值相比較，根據(jù)網(wǎng)路流量差值的幅度，進行網(wǎng)絡故障報警。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述網(wǎng)絡流量指標包括組播流量、VLAN流量、網(wǎng)絡接收流量和網(wǎng)絡發(fā)送流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述步驟2包括以下步驟: 步驟2-1:設置智能變電站中的GOOSE報文和SV報文，使用網(wǎng)絡報文發(fā)生器向GOOSE網(wǎng)絡和SV網(wǎng)絡分別發(fā)送GOOSE報文和SV報文，檢查GOOSE報文和SV報文各自的網(wǎng)絡延遲和丟包率，并判斷網(wǎng)絡設備的配置、物理鏈路以及性能是否存在異常； 步驟2-2:定時發(fā)送ICMP包探測網(wǎng)絡設備的在線狀態(tài)，檢查返回的ICMP差錯報文，從而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障； 步驟2-3:采集并解析網(wǎng)絡設備的日志，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述步驟2-3中，采集并分析包括路由器、交換機和防火墻的網(wǎng)絡設備的日志信息，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡故障；網(wǎng)絡設備的分析過程分為日志信息采集、日志信息過濾、日志格式轉(zhuǎn)換、日志解析與告警； 網(wǎng)絡設備的日志按內(nèi)容與類型可分為管理日志、系統(tǒng)日志和安全日志；所述管理日志記錄用戶登錄事件、用戶退出事件和修改系統(tǒng)配置事件；所述系統(tǒng)日志記錄CPU利用率、內(nèi)存利用率、網(wǎng)口狀態(tài)異常事件、網(wǎng)口狀態(tài)恢復事件、電源故障事件、風扇故障事件和設備溫度異常事件；所述安全日志記錄不符合安全策略的訪問事件和網(wǎng)絡攻擊事件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述步驟3中，基于SNMP進行網(wǎng)絡故障診斷，以獲取網(wǎng)絡故障信息，具體包括以下步驟: 步驟 3-1:利用 SNMP 的 GetRequest 報文、GetNextRequest 報文和 GetResponse 報文定時讀取被管對象SNMP MIB庫，得到網(wǎng)絡拓撲、控制鏈路接口狀態(tài)、端口網(wǎng)絡流量和設備資源使用情況，及時發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)異常、控制鏈路不通、網(wǎng)絡流量異常和設備資源配置偏低的網(wǎng)絡故障； 步驟3-2:解析網(wǎng)絡設備主動發(fā)送的SNMP Trap報文，獲取包括通信設備的冷啟動、熱啟動、通信鏈路失敗和通信鏈路恢復正常的網(wǎng)絡故障信息； 步驟3-3:通過SNMP生成網(wǎng)絡拓撲，并與設計的網(wǎng)絡拓撲比較，及時發(fā)現(xiàn)包括網(wǎng)絡設備接線錯誤和通信鏈路故障的網(wǎng)絡故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述步驟4包括以下步驟: 步驟4-1:收集網(wǎng)絡故障信息； 收集的網(wǎng)絡故障信息包括網(wǎng)絡報文、SNMP數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡設備的日志信息和網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)庫； 步驟4-2:網(wǎng)絡故障診斷和分析； 網(wǎng)絡故障診斷采用采樣和控制網(wǎng)絡報文的協(xié)議分析、控制鏈路的主動診斷測試和基于SNMP的網(wǎng)絡故障診斷； 步驟4-3:進行網(wǎng)絡故障定位； 通過對網(wǎng)絡故障進行調(diào)查研究，確定各種頂上事件和原因事件，并根據(jù)網(wǎng)絡故障之間的邏輯關系，畫出故障樹，進而明確網(wǎng)路故障位置，完成網(wǎng)絡故障定位； 步驟4-4:網(wǎng)絡故障報警； 網(wǎng)絡故障報警的屬性包括發(fā)生網(wǎng)絡故障報警的時間、警報對象、警報類型和嚴重程度；網(wǎng)絡故障報警的嚴重程度包括緊急報警、重要報警、次要報警和告知報警； 步驟4-5:排除并記錄網(wǎng)絡故障； 通過自動故障排除方式、人工手動故障排除方式或自動故障排除與人工手動故障排除結(jié)合的方式及時排除網(wǎng)絡故障； 網(wǎng)絡故障記錄包括網(wǎng)絡故障產(chǎn)生的日期時間、等級、位置、原因、網(wǎng)絡故障引起的結(jié)果和網(wǎng)絡故障描述。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的智能變電站網(wǎng)絡采樣和控制鏈路的自診斷方法，其特征在于:所述步驟4-1中，采取主動輪詢方式或SNMP Trap方式收集網(wǎng)絡故障信息； O主動輪詢方式中，從分散的網(wǎng)絡中收集網(wǎng)絡狀態(tài)數(shù)據(jù)，由網(wǎng)絡管理系統(tǒng)向被管對象的代理進程發(fā)出查詢命令，并要求管理對象返回當前的工作狀態(tài)，以達到檢測目的； 2)SNMP Trap方式中，網(wǎng)絡設備上由于發(fā)生重大故障事件或安全事件而產(chǎn)生的SNMPTrap報文進行解析，判斷網(wǎng)絡故障的對象、位置和類型，利用SNMP的GetRequest報文、GetNextRequest報文和GetResp onse報文定時讀取統(tǒng)計得到的網(wǎng)絡流量閾值,將設定網(wǎng)絡報文流量值與相比較網(wǎng)絡流量閾值 ，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡流量閾值越界時進行網(wǎng)絡故障報警。
【文檔編號】H04L12/24GK103457791SQ201310361597
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】樊陳, 倪益民, 竇仁暉, 徐歆, 姚志強, 張道銀, 張小飛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院