智能变电站中的交换技术

端口镜像可以监控某个端口或者某些端口的输入数据包，也可以监控其输出数据包，也可以监控双向的数据包。在智能变电站中，站控层或者间隔层通常要用到交换机的端口镜像功能，如，网络分析仪要监控整个网络上的数据，可以根据网络上IED的功能实现确定镜像方案。例如，整个间隔网络都向后台发送数据，一种方案为将后台的输入输出双向数据镜像到网络分析仪上，或者将网络分析仪所在交换机的所有IED的输入数据镜像到分析仪上。在做镜像时要考虑组播泛洪特性，如果网络上存在未知目的地址组播，根据组播泛洪特性，可以将网络分析仪划入独立vlan，也可以将发送组播端口的镜像功能取消[5]。

在做端口镜像时，要考虑数据流量，确保目的端口带宽大于所有源数据累加。

3.3环网技术

交换机成环以后会造成重复帧、MAC地址表不稳定、广播风暴的后果，这种情况下广播数据充斥整个网络，网络带宽被占用殆尽，正常业务不能运行甚至彻底瘫痪，而且在大型网络中故障不好定位，所以广播风暴是二层网络中灾难性的故障。

通信冗余性协议就是在这种情况下提出的，它在通信网络中存在环路时，会自动禁用某些链路，防止环路的形成。而当通信路径发生故障时，则会打开前面那些禁用的路径，提供冗余的通信线路，保证通信的畅通。目前常用的环网技术RSTP、EAPS等，一些交换机厂家有自定义的私有环网协议。有些变电站为了实现网络的冗余备份，组成环网，这时候为了防止广播风暴的产生，交换机必须运行相应的环网协议[7]。

3.4 qos技术

IEEE802.1P协议是IEEE802.1Q协议的扩充协议.为以太网上数据包定义不同的优先级，确保关键应用和时间要求高的信息流优先进行传输，同时照顾优先级低的应用和信息流。

交换机中为每个端口分配固定数量的输出队列，这些队列也定义了内部的优先级。需要从该端口输出的分组被按照一定的规则(优先级映射)放入不同的输出队列中。具有不同业务优先级的分组被放入不同的优先级队列后，要采取相应调度机制来决定这些队列中的分组被送到端口上发送的先后顺序，一般交换机支持严格优先级调度、随机调度、权重调度等。以太网上的数据在进入交换机之前如果带有优先级标签，则进入交换机后根据地址表转发到输出端口，然后根据数据包标签上指明的优先级进行映射到相应输出队列，然后通过配置的调度算法输出。如果数据包进入交换机之前没有带优先级标签，则交换机会在输入端口为该数据包加上默认的优先级标签进行转发。

由于智能变电站中GOOSE报文要求最高的实时性和可靠性，所以需要在站控层和间隔层把GOOSE报文的优先级设为最高。过程层GOOSE网络中传输的信息优先级按照由高到低的顺序做定义[5,7]。

a.最高级：电气量保护跳闸;保护闭锁信号。

b.次高级：遥控分合闸;断路器位置信号。

c.普通级：刀闸位置信号;一次设备状态信号。

若GOOSE报文本身没有设定优先级，则需要把连接GOOSE信号的交换机端口的默认优先级设定指定的高低。

3.5组播技术

智能变电站中很多IED都会发送组播报文，对于目的地址未知的组播报文，交换机一般处理方式为以广播形式泛洪，这样会对网络上其它IED造成极大的冲击，基于此，使用组播技术可以避免网络上的组播泛洪[6-8]。

组播(也称多址广播或多播)技术，是一种允许一台或多台主机(多播源)发送单一数据包到多台主机的网络技术。组播分为静态组播和动态组播两种。

静态组播地址管理通过在二层地址表中增加相应的组播地址条目来实现对组播成员的管理，当具有该目的地址的组播报文到达时，将只向地址表该条目中定义的成员端口转发。静态组播地址管理适合于成员数量较少的组播组，当组播成员较多且成员变化频繁时，这种方式并不适合。

GARP(Generic Attribute Registration Protocol,通用属性注册协议)多播注册协议——GARP Multi Registration Protocol (GMRP)是IEEE 802.1D标准中定义的通用属性注册协议(GARP)的一部分，此协议用于管理交换机中的动态多播信息。其工作原理可以简单描述为：当连接在交换机上的一台主机设备准备加入某一个多播组时，它会发出GMRP加入消息，交换机收到消息后，将该主机连接的交换机端口加入该多播组中，并在主机所在的VLAN中广播该GMRP加入消息，组播源收到该消息就知道该成员的存在了。当组播源向该组发组播流时,交换机只会将组播流发送给组播组内的端口。

IGMP(Internet Group Management Protocol, Internet组管理协议) snooping协议是IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程师任务组)的标准，它是运行在二层设备上的组播约束机制，用于管理和控制多播组。运行了IGMP snooping的交换机在收到IGMP报文后进行分析，在交换机内建立或者删除组播MAC与端口的对应关系，交换机根据该映射关系进行数据的转发 [9]。

目前智能变电站中用的较多的是通过vlan隔离组播，及通过GMRP协议发送组播。