[發(fā)明專利]一種適用于IEC62439標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710547572.5
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107566294B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金;胡榮;陶文偉;付艷蘭;高紅亮;張喜銘;趙旋宇;樊騰飛;何錫祺;黃署;張顯文;李菲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司
• 主分類號: H04L12/823
• 分類號: H04L12/823;H04L12/861;H04L12/703;H04L12/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明公開一種適用于IEC62439標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制方法。通過在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收發(fā)鏈路上增加風(fēng)暴過濾環(huán)節(jié)，檢測和識別IEC62439協(xié)議標(biāo)簽，根據(jù)原始網(wǎng)絡(luò)報文內(nèi)容進(jìn)行風(fēng)暴過濾。IEC62439所述的PRP以及HSR冗余網(wǎng)絡(luò)，均需要在原始網(wǎng)絡(luò)報文基礎(chǔ)上添加帶幀序號的協(xié)議標(biāo)簽，協(xié)議標(biāo)簽的插入一般是由設(shè)備的硬件協(xié)處理器來完成，因此實(shí)際發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的報文和原始報文，內(nèi)容上有區(qū)別。本發(fā)明所述方法可以自動識別IEC62439協(xié)議標(biāo)簽，通過對原始報文內(nèi)容進(jìn)行比較，識別并過濾網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，提高整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可用度和魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)控制及工業(yè)通信領(lǐng)域的適用于IEC62439標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制方法, 特別涉及適用于IEC62439標(biāo)準(zhǔn)所述高可靠性自動化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)各功能獨(dú)立、堆砌，缺少合理的集成應(yīng)用和協(xié)同操作，存在著數(shù)據(jù)共享能力差，利用率低的缺點(diǎn)。數(shù)字化變電站是當(dāng)前變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向，尤其是變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61850）的頒布，為數(shù)字化變電站建設(shè)提供了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推動了數(shù)字化變電站應(yīng)用建設(shè)的發(fā)展。

數(shù)字化變電站中，以太網(wǎng)是最主要的通信介質(zhì)。電力系統(tǒng)控制保護(hù)類設(shè)備，越來越多的通過以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)通信功能。電力系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性要求極高，因此一般采用冗余網(wǎng)絡(luò)保證通信系統(tǒng)的可靠性。IEC62439提出了一種高可靠性工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，在保證可靠性的同時，節(jié)省了軟件處理負(fù)載，目前已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)電力系統(tǒng)數(shù)字化站通信網(wǎng)絡(luò)的最通用標(biāo)準(zhǔn)。

IEC62439標(biāo)準(zhǔn)包含PRP（Parallel Redundancy Protocol 并行冗余協(xié)議）以及HSR（High-availability Seamless Redundancy 高可靠性無損冗余）兩個子標(biāo)準(zhǔn)，分別對應(yīng)于星型以及環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無論何種組網(wǎng)模式，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，大量重復(fù)的，無效報文充斥網(wǎng)絡(luò)，顯著降低網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的性能；和點(diǎn)對點(diǎn)的組網(wǎng)方式相比，其影響范圍更大，后果更嚴(yán)重。

網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴可能存在以下幾種成因：1、不合理的網(wǎng)絡(luò)環(huán)路；2、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障，3、病毒攻擊。由信息論的原理可知，完全相同的兩個報文，后一個報文不攜帶任何新信息，因此網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的特征是網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了大量重復(fù)的報文。這些重復(fù)報文不僅會擠占有效網(wǎng)絡(luò)帶寬，也會使接收設(shè)備處理器負(fù)載加重，嚴(yán)重的會導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的成因復(fù)雜,難以從根本上杜絕,但是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的后果嚴(yán)重,對于要求高可靠性的IEC62439網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的防治尤為重要。

此外，在IEC62439網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴防治功能可能失效，原因如下： 1、IEC62439報文標(biāo)簽中包含幀序號字段，此字段的取值范圍為0～65535，每幀遞增。因此任意兩個IEC62439報文的內(nèi)容都是不同的，導(dǎo)致根據(jù)相同報文檢測網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的機(jī)制失效。2、IEC62439網(wǎng)絡(luò)中的風(fēng)暴報文，可能呈現(xiàn)出間隔性，即正常報文和風(fēng)暴報文交替到達(dá)，增加了識別過濾的難度。

目前數(shù)字化變電站中對于防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴造成危害，主要有以下幾種技術(shù)手段：

1、交換設(shè)備支持STP（Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議），邏輯上斷開環(huán)路，防止二層網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。這種做法可以從源頭上抑制由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)路引起的風(fēng)暴，但無法識別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時可能產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

2、交換設(shè)備通過設(shè)置業(yè)務(wù)優(yōu)先級，限制端口流量的方式，預(yù)防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。這種方式也存在明顯的不足之處，首先如果風(fēng)暴報文的類型屬于高優(yōu)先級的，交換設(shè)備就無法限制此類風(fēng)暴報文的轉(zhuǎn)發(fā)，即使風(fēng)暴報文屬于低優(yōu)先級的，雖然不會影響到正常高優(yōu)先級業(yè)務(wù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)，但接收設(shè)備也同時會接收到大量的風(fēng)暴報文，消耗了處理器的資源，可能導(dǎo)致設(shè)備異常。

3、交換設(shè)備劃分VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）。VLAN是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。這種方法僅能降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴擴(kuò)散的概率，并不能從根本上預(yù)防和治理網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。