网络风暴的检测设备和检测方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及变电站智能自动安全装置领域，特别是涉及网络风暴的检测设备和网络风暴的检测方法。
背景技术
[0002] 智能变电站的间隔层、过程层和站控层的通信都为数字
信号。装置通信的
稳定性是变电站不可或缺的重要部分，与保护、测控、计量等环节密切相关。工程应用中，由于过程层和站控层以及间隔层之间通信存在组网方式，这种通信方式必须经过交换机，因此在组网等环节会受网络风暴以及错误
帧的影响。网络风暴以及各种错误帧严重影响了站内设备的可靠运行。因此，迫切的需要一种手段能快速、准确地对站内装置进行相应的网络风暴检测，确保
采样系统可靠运行。
[0003] 传统技术中虽然已有测试仪可以实现单装置的网络风暴检测，但是如需模拟智能变电站内复杂的多格式报文共存的环境，则需要多台该测试仪配合才能完成，提高了网络风暴检测的设备成本。
发明内容
[0004] 基于此，有必要针对上述成本高的问题，提供一种网络风暴的检测设备和检测方法，在模拟智能变电站内复杂的多格式报文共存的环境时能够节省网络风暴检测的设备成本。
[0005] 一种网络风暴的检测设备，所述检测设备为智能变电站中的设备，包括依次相连的
微处理器、寄存器和现场可编程
门阵列；
[0006] 所述微处理器用于获取预先配置的网络风暴配置文件，对所述网络风暴配置文件进行解析，根据解析结果获得网络风暴配置信息，并将网络风暴配置信息写入所述寄存器，其中所述网络风暴配置文件中的信息包括检测设备的若干个发送口以及每个发送口所要输出的多种不同格式的单帧报文；
[0007] 所述寄存器用于存储网络风暴配置信息，其中所述网络风暴配置信息包括若干个发送口以及每个发送口所要输出的所有单帧报文；
[0008] 所述
现场可编程门阵列从所述寄存器读取网络风暴配置信息，根据读取的网络风暴配置信息通过若干个发送口向智能变电站中的若干个待检测设备对应输出各个单帧报文，以对若干个待检测设备进行网络风暴的在线检测。
[0009] 一种网络风暴的检测方法，包括步骤：
[0010] 获取预先配置的网络风暴配置文件，其中所述网络风暴配置文件中的信息包括检测设备的若干个发送口以及每个发送口所要输出的多种不同格式的单帧报文，所述检测设备为智能变电站中的设备；
[0011] 对所述网络风暴配置文件进行解析，根据解析结果获得网络风暴配置信息，其中所述网络风暴配置信息包括若干个发送口以及每个发送口所要输出的所有单帧报文；
[0012] 通过若干个发送口向智能变电站中的若干个待检测设备对应输出各个单帧报文，以对若干个待检测设备进行网络风暴的在线检测。
[0013] 上述网络风暴的检测设备和检测方法，通过智能变电站内的设备输出网络风暴报文，直接在智能变电站中对待检测设备进行网络风暴在线检测，不依靠外部测试仪、交换机搭建环境，节省了测试仪、交换机等设备的外购成本，可以缓解现场运维人员的操作负担、并减少现场的运维成本，而且相较于传统技术中测试仪离线检测的方式，对在线检测的支持可大大增加对智能变电站内设备网络风暴检测的可靠性。另外，通过配置文件的设置，检测设备的单个发送口可以输出多种不同格式的网络风暴报文，相较于传统技术中测试仪在进行网络风暴测试时只能进行单格式的报文输出，在模拟智能变电站内复杂的多格式报文共存的环境时，则本发明仅需要一台检测设备即可以实现，大大节省了网络风暴检测的设备成本。
附图说明
[0014] 图1为一
实施例的网络风暴的检测设备的结构示意图；
[0015] 图2为另一实施例的网络风暴的检测设备的结构示意图；
[0016] 图3为一实施例的网络风暴的检测方法的流程示意图；
[0017] 图4为一具体实施例的通过抓包
软件抓取的通信报文的示意图；
[0018] 图5为一具体实施例的网络风暴配置文件的示意图；
[0019] 图6为一具体实施例的对抓取的通信报文进行
修改的示意图。
具体实施方式
[0020] 为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0021] 如图1所示，一种网络风暴的检测设备，所述检测设备为智能变电站中的设备，包括依次相连的微处理器110、寄存器120和现场可编程门阵列130；
[0022] 所述微处理器110用于获取预先配置的网络风暴配置文件，对所述网络风暴配置文件进行解析，根据解析结果获得网络风暴配置信息，并将网络风暴配置信息写入所述寄存器120，其中所述网络风暴配置文件中的信息包括检测设备的若干个发送口以及每个发送口所要输出的多种不同格式的单帧报文；
[0023] 所述寄存器120用于存储网络风暴配置信息，其中所述网络风暴配置信息包括若干个发送口以及每个发送口所要输出的所有单帧报文；
[0024] 所述现场可编程门阵列130从所述寄存器120读取网络风暴配置信息，根据读取的网络风暴配置信息通过若干个发送口向智能变电站中的若干个待检测设备对应输出各个单帧报文，以对若干个待检测设备进行网络风暴的在线检测。
[0025] 上述网络风暴的检测设备为智能变电站的某设备。在一个实施例中，该检测设备为合并单元或者多合一装置。该检测设备节省了测试仪、交换机等设备的外购成本，提高了对智能变电站内设备网络风暴检测的可靠性。为了更好地理解本发明，下面对该检测设备包括的各个器件进行详细介绍。
[0026] 为了在保持智能变电站某设备(检测设备)的已有功能的
基础上实现该设备的网络风暴输出功能，需要在该设备内预先配置网络风暴配置文件。因此，在一个实施例中，如图2所示，检测设备还包括与所述微处理器110相连的配置文件生成器100，配置文件生成器100用于生成网络风暴配置文件。
[0027] 在一个实施例中，所述配置文件生成器100还用于配置检测设备的发送口的信息以及每个发送口所要输出的多种不同格式的单帧报文。发送口用于向外输出网络风暴报文，采用检测设备中已有的某一口(光口)或多个口。因此需要通过编辑界面对网络风暴的发送口进行编辑，并将发送口的信息写入配置文件。具体哪些发送口用于输出网络风暴报文可以根据用户实际需要进行确定，原则上不影响原有功能的口均可以作为输出网络风暴报文的发送口。多种不同格式的单帧报文包括所述检测设备进行本地采样获得的单帧报文以及预先配置的其它格式的单帧报文，以合并单元为例，多种不同格式的单帧报文不仅包括本地采样并获得的IEC(International Electro technical Commission，国际电工委员会)61850-9-2以及IEC GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)的相关报文，还包括各类TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议)、IEC61850报文，例如MM(mobile management，移动性管理)、SNTP(Simple Network Time Protocol，简单网络时间协议)等。
[0028] 网络风暴报文可以根据用户实际需要进行编辑。例如，在一个实施例中，所述配置文件生成器100通过抓包软件抓取智能变电站运行过程中产生的多种不同格式的通信报文，对抓取的所述通信报文中的若干个通信报文进行修改，获得异常状态报文，根据未修改的通信报文以及异常状态报文获得网络风暴配置文件中的各个单帧报文。
[0029] 为了更好地模拟各种复杂故障场景，在一个实施例中，所述配置文件生成器100还用于配置每个发送口的单帧报文输出间隔时间，从而实现每个口能以不同的速率发出多种不同帧格式的网络风暴报文。单帧报文输出间隔时间是对每个发送口进行设置。可选的，每个单帧报文的传输速率的具体计算公式如下：
[0030] 单帧报文的长度×8bits/单帧报文输出间隔时间＝单帧报文的传输速率(即单帧报文的流量)(Mb/s)。
[0031] 进行上述配置后，得到网络风暴配置文件，该配置文件中的信息包括发送口信息、单个发送口下的多种不同格式的单帧报文帧信息、单个发送口发送单帧报文的数目、单帧报文输出间隔时间(可选)等，从而实现发送口多帧不同速率(可选)不同格式的网络风暴报文(单帧报文)的组合。
[0032] 获取到网络风暴配置文件后，微处理器110对所述网络风暴配置文件进行读取和解析，以获得网络风暴的配置信息。配置信息包括单帧报文帧信息、发送口信息、单口发送报文数目和单帧报文输出间隔时间等。微处理器110可以为Power PC等。微处理器110对配置文件解析后，可以将配置信息写入寄存器120中，以方便后续网络风暴报文的输出。
[0033] 所述现场可编程门阵列130从寄存器120获得配置信息后，就可以根据配置信息进行网络风暴报文的组包发送，对智能变电站的各个设备进行网络风暴的检测。如果仅对一个发送口配置不同帧格式的网络风暴报文，则该发送口可模拟发出不同类型的网络风暴报文，实现对待检测设备的网络风暴测试。如果对多个发送口分别配置不同帧格式的网络风暴报文，则每个发送口都独立输出不同类型的网络风暴报文，实现同时对多台待检测设备的网络风暴测试。具体网络风暴测试的方法可以根据
现有技术中已有的方式实现。
[0034] 在一个实施例中，所述现场可编程门阵列130向若干个待检测设备对应输出所述检测设备进行本地采样获得的IEC 61850-9-2以及IEC GOOSE的相关单帧报文，以及预先配置的各类TCP/IP和IEC61850单帧报文。
[0035] 在一个实施例中，所述网络风暴配置文件中的信息还包括设置的每个发送口的单帧报文输出间隔时间；所述现场可编程门阵列130获得每个单帧报文的长度，根据每个单帧报文的长度与对应发送口的单帧报文输出间隔时间，获得每个单帧报文的传输速率，按照每个单帧报文的传输速率向若干个待检测设备对应输出各个单帧报文。通过对发送报文的单帧长度以及报文发送间隔时间进行设置，从而实现装置每个口能以不同的速率(不同的流量)发出多种不同帧格式风暴报文，完成对复杂测试情况的模拟。
[0036] 基于同一发明构思，本发明还提供一种网络风暴的检测方法，下面结合附图对本发明检测方法的具体实施方式做详细描述。
[0037] 如图3所示，一种网络风暴的检测方法，包括步骤：
[0038] S110、获取预先配置的网络风暴配置文件，其中所述网络风暴配置文件中的信息包括检测设备的若干个发送口以及每个发送口所要输出的多种不同格式的单帧报文，所述检测设备为智能变电站中的设备；
[0039] S120、对所述网络风暴配置文件进行解析，根据解析结果获得网络风暴配置信息，其中所述网络风暴配置信息包括若干个发送口以及每个发送口所要输出的所有单帧报文；
[0040] S130、通过若干个发送口向智能变电站中的若干个待检测设备对应输出各个单帧报文，以对若干个待检测设备进行网络风暴的在线检测。
[0041] 上述网络风暴的检测方法可以通过相应的程序实现，程序运行在智能变电站的某设备中，例如合并单元或者多合一装置中。该方法节省了测试仪、交换机等设备的外购成本，提高了对智能变电站内设备网络风暴检测的可靠性。为了更好地理解本发明，下面对各个步骤进行详细介绍。
[0042] 在步骤S110中，为了在保持智能变电站某设备(检测设备)的已有功能的基础上实现该设备的网络风暴输出功能，需要在该设备内预先配置网络风暴配置文件。下面对具体配置网络风暴配置文件的过程进行详细介绍。
[0043] (1)发送口编辑：
[0044] 发送口用于向外输出网络风暴报文，采用检测设备中已有的某一口(光口)或多个口。因此需要通过编辑界面对网络风暴的发送口进行编辑，并将发送口的信息写入配置文件。例如，设置1口，则检测设备1口用于对外输出网络风暴报文。又例如，设置1，2，3口，则相应的1口、2口和3口用于对外输出网络风暴报文。具体哪些发送口用于输出网络风暴报文可以根据用户实际需要进行确定，原则上不影响原有功能的口均可以作为输出网络风暴报文的发送口。
[0045] (2)对单个发送口下的各个单帧报文进行配置：
[0046] 报文是网络中交换与传输的数据单元，也是网络传输的单元。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短不需一致。报文在传输过程中会不断地封装成分组、包、帧来传输，封装的方式就是添加一些控制信息组成的首部，那些就是报文头。帧为数据链路层的协议数据单元，为了保证数据的可靠传输，把报文封装成帧，即组成单帧报文。单帧报文也即为文中所提及的一个网络风暴报文。
[0047] 网络风暴报文可以根据用户实际需要进行编辑。例如，在一个实施例中，获取预先配置的网络风暴配置文件之前，还可以包括步骤：通过抓包软件抓取智能变电站运行过程中产生的多种不同格式的通信报文，对抓取的所述通信报文中的若干个通信报文进行修改，获得异常状态报文；根据未修改的通信报文以及异常状态报文获得网络风暴配置文件中的各个单帧报文。
[0048] 抓包软件可以采用现有技术中已有的软件，例如wrieshark软件。如图4所示，为通过wrieshark软件抓取的通信报文的具体实施例的示意图。将该通信报文粘贴复制进配置文件，则可以得到一个单帧报文，如图5所示的SV的部分。另外，为了更真实的模拟各种复杂故障场景，可选的，还可以对抓取的通信报文进行修改，以SV为例，如果想修改SVID字段，则可以修改图6中标黑部分，即80、03、53、41和43部分，从而模拟变电站运行时候常产生的异常状态报文，对变电站内装置的可靠性进行检验，完美模拟各种复杂故障场景。
[0049] 另外，还可以通过在配置文件中手动输入的方式(一个数据位为32位)获得各个发送口下的多种不同格式的单帧报文，或者手工输入和抓包软件相结合的方式获得各个发送口下的单帧报文，本发明并不对此做出限定。
[0050] 各个单帧报文都是相互独立的报文，各个单帧报文的格式是根据实际需要随意设定的，没有限制。配置好各个单帧报文后，单个发送口就可以输出多种不同格式的报文，模拟变电站内复杂的多报文共存的环境。以合并单元为例，通过配置文件可以对合并单元发送的网络风暴报文帧格式进行编辑，合并单元可以正常的发出IEC 61850-9-2以及IEC GOOSE的相关报文，还能发出各类TCP/IP、IEC61850报文，例如MM、SNTP。
[0051] (3)对单帧报文的传输速率进行配置：
[0052] 为了更好地模拟各种复杂故障场景，在一个实施例中，还可以通过配置文件对每个单帧报文的传输速率进行配置，传输速率的配置可以通过对单口发送的单帧报文输出间隔时间实现，从而实现每个口能以不同的速率发出多种不同帧格式的网络风暴报文。单帧报文输出间隔时间是对每个发送口进行设置。单帧报文输出间隔时间的最小单位可以为微秒。可选的，每个单帧报文的传输速率的具体计算公式如下：
[0053] 单帧报文的长度×8bits/单帧报文输出间隔时间＝单帧报文的传输速率(即单帧报文的流量)(Mb/s)。
[0054] 以一个1000个字节的GOOSE报文为例，假设设定的单帧报文输出间隔时间为2ms，则该帧网络风暴报文传输速率最大为1 000×8bits/2ms＝4Mb/s。
[0055] 进行上述配置后，得到网络风暴配置文件，该配置文件中的信息包括发送口信息、单个发送口下的多种不同格式的单帧报文帧信息、单个发送口发送单帧报文的数目、单帧报文输出间隔时间(可选)等，从而实现发送口多帧不同速率(可选)不同格式的网络风暴报文(单帧报文)的组合。
[0056] 如图5所示，为一具体实施例的网络风暴配置文件的示意图，其中：#2表示为网络风暴输出的发送口配置在检测设备的2口，4表示该2口下发送4帧不同格式的单帧报文，4帧不同格式的单帧报文分别为图5所示的GOOSE、SV、GOOSE和GOOSE4个部分的单帧报文，100*则表示为单帧报文输出间隔时间为100微秒。
[0057] 在步骤S120中，配置好网络风暴配置文件后，对所述网络风暴配置文件进行读取和解析，以获得网络风暴的配置信息。配置信息包括单帧报文帧信息、发送口信息、单口发送报文数目和单帧报文输出间隔时间等。对配置文件的解析可以通过Power PC等实现。对配置文件解析后，可选的，可以将配置信息写入寄存器中，以方便后续网络风暴报文的输出。
[0058] 在步骤S130中，获得配置信息后，就可以根据配置信息进行网络风暴报文的组包发送，对智能变电站的各个设备进行网络风暴的检测。读取配置信息并输出各个单帧报文可以通过FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等设备实现。如果仅对一个发送口配置不同帧格式的网络风暴报文，则该发送口可模拟发出不同类型的网络风暴报文，实现对待检测设备的网络风暴测试。如果对多个发送口分别配置不同帧格式的网络风暴报文，则每个发送口都独立输出不同类型的网络风暴报文，实现同时对多台待检测设备的网络风暴测试。具体网络风暴测试的方法可以根据现有技术中已有的方式实现。
[0059] 在一个实施例中，通过若干个发送口向智能变电站中的若干个待检测设备对应输出各个单帧报文包括：向若干个待检测设备对应输出所述检测设备进行本地采样获得的IEC 61850-9-2以及IEC GOOSE的相关单帧报文，以及预先配置的各类TCP/IP和IEC61850单帧报文。
[0060] 在一个实施例中，所述网络风暴配置文件中的信息还包括设置的每个发送口的单帧报文输出间隔时间；通过若干个发送口向智能变电站中的若干个待检测设备对应输出各个单帧报文包括：获得每个单帧报文的长度，根据每个单帧报文的长度与对应发送口的单帧报文输出间隔时间，获得每个单帧报文的传输速率；按照每个单帧报文的传输速率向若干个待检测设备对应输出各个单帧报文。通过对发送报文的单帧长度以及报文发送间隔时间进行设置，从而实现装置每个口能以不同的速率(不同的流量)发出多种不同帧格式网络风暴报文，完成对复杂测试情况的模拟。
[0061] 以图5所示的配置文件为例，在进行网络风暴测试时，从检测设备的2口以不同的传输速率发送4帧不同格式的单帧报文，模拟站内复杂的多格式报文共存的环境。
[0062] 传统技术中的测试仪可以实现单装置的检测，但是该测试仪在进行网络风暴测试时只能进行单格式的报文输出，无法同时对多台装置施加不同流量、不同格式的报文，如需模拟站内复杂的多报文共存的环境，需要多台测试仪配合完成，提高了网络风暴测试的成本。此外，该测试仪的离线检测无法对变电站整体系统环境的模拟，并且需要搭建复杂的系统费时容易出错，降低了智能变电站内设备网络风暴检测的可靠性。
[0063] 上述网络风暴的检测设备和检测方法，检测设备在兼容传统功能的基础上，还具备网络风暴检测功能。可在站内根据需求对智能变电站站内装置进行单播、组播、广播网络风暴的相关测试；可通过报文编辑、流量控制等功能，使设备单口发出的各类TCP/IP、IEC61850组合报文；可支持同时对多台装置同时以不同规约和不同的流量进行网络风暴检测，还可以直接在变电站系统中进行，无需外购测试仪，网络风暴检测不依靠外部测试仪、交换机搭建环境，在线检测的支持可大大增加对智能变电站内设备网络风暴检测的可靠性，同时节省了测试仪、交换机等设备的外购成本，可以缓解现场运维人员的操作负担、并减少现场的运维成本。所以本发明在时间效率方面、运维成本方面、检测可靠性等方面对变电站设备的网络风暴检测均有优化。
[0064] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过
计算机程序来指令相关的
硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
[0065] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本
说明书记载的范围。
[0066] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
