20080707000000004goose报文过滤方法研究

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1、GOOSE报文过滤方法研究王松，黄晓明（浙江省电力试验研究院系统所，浙江省杭州市，310014）摘要：面向通用对象的变电站事件GOOSE是IEC61850标准用于解决IED之间实时信号通信的组播通信机制，但标准中推荐的组播报文过滤方法在实际工程中不具备可操作性。分析和比较三种组播报文过滤机制的特点，认为静态配置交换机组播过滤是目前IEC61850变电站应用GOOSE切实可行的方案，提出了交换机配置定值化管理的概念。交换机配置定值化管理是数字化变电站的必然趋势。IEC61850标准应采纳统一的动态组播地址管理协议实现交换机动态组播地址过滤，简化变电站网络设备的管理。关键词：IEC618

2、50；GOOSE；GMRP；IGMPsnooping；虚拟局域网；组播过滤；哈希算法0引言IEC61850标准中定义了面向通用对象的变电站事件GOOSE（GenericObjectOrientedSubstationEvent），它的应用层专门定义了协议数据单元，经过表示层ASN.1编码后，直接映射到数据链路层和物理层，GOOSE还采用具有优先级和虚拟局域网VLAN标志（IEEE802.1Q）的交换式以太网技术，保证了报文传输的实时性[1]。为此，GOOSE通信机制应用广泛，如继电保护装置间启动闭锁信号、监控系统间隔层联闭锁信号等。GOOSE通信机制采用基于发布者/订阅者通信原理的组

3、播应用关联MCAA（MulticastApplicationAssociation）模型，有效解决了一个数据源同时向多个接收者发送实时数据的问题。GOOSE报文为组播报文，组播报文在交换机中如果不作任何处理就是广播转发[5-7]。大量GOOSE报文同时发生时可能引起接收装置网卡的缓冲区溢出而丢失报文，也可能引起网络负荷瞬时过重而丢失报文[2]。GOOSE采用顺序重发机制，即使没有事件发生，网络上也有大量“心跳”组播报文存在。如果不进行合理的组播报文过滤，网络上所有IED发出的组播报文都会被接收，这将会对IED的应用程序造成严重影响。当电力系统发生故障时，很可能多个IED会同时发出大量

4、间隔时间很短的GOOSE报文，可能引起IED网卡接收缓冲区溢出丢失报文并严重占用CPU资源。某工程继电保护系统采用GOOSE机制，工厂试验表明，采用罗杰康工业交换机，多台保护装置同时动作时，一些继电保护的整组动作时间明显变长，而有的装置发出网口溢出的告警，表明已经丢失了部分报文。因此采取有效的方法对GOOSE组播报文进行隔离、过滤是十分必要的。考察交换机虚拟局域网VLAN和组播通信技术，并结合GOOSE报文接收机制，有三种方法可以用来实现过滤机制：交换机VLAN隔离，交换机组播过滤和IED网卡组播MAC地址过滤器过滤。1交换机VALN隔离交换机VLAN常用的划分方式有三种[4]：基于

5、端口，基于MAC地址和基于协议。a.基于端口即按交换机端口进行逻辑划分，这种方法最简单安全，相关产品最多，但难以解决设备移动和变更的问题。b.基于MAC地址即按MAC地址组合划分VLAN，这样解决了设备移动变更问题，但是初始配置相当复杂。c.基于协议即基于某种协议用网络地址划分，但这需要交换机支持三层交换。变电站内IED装置不存在移动和频繁变更问题，GOOSE报文也没有三层报文封装结构。因此，采用基于端口划分VLAN是最适合最可靠的方式。为了能过滤不同VLAN的GOOSE报文，交换机必须支持VLAN交叠（Overlapping）技术，因为根据实际需求，一个端口可能要求划分在不同VLA

6、N中，如图1所示。图1VLAN端口交叠Fig.1VLANPortoverlapping由于虚拟局域网完全隔离不同虚拟网络中的所有报文，划分VLAN可以隔离GOOSE报文的泛滥，减轻网络负载，从根本上解决无用GOOSE报文对IED应用程序的影响。但是对于一个系统规模较大的变电站而言，GOOSE应用配置可能比较多，如果要完全隔离无用报文必须设置大量的VLAN。这导致交换机的配置十分复杂，且容易出错，实际上，大部分交换机也无法支持数量过多的VLAN配置。0交换机组播过滤交换机组播过滤可通过两种方式实现：静态组播配置与动态组播分配。静态组播配置即通过配置交换机静态组播地址表实现组播报文过滤，

7、这种方式原理简单，但是交换机配置较复杂，IED设备连接的交换机端口必须固定不变。当变电站自动化系统扩建或交换机故障更换时必然要修改或设置交换机组播配置，存在一定安全风险。动态组播分配即通过标准的组播管理协议实现交换机动态分组。由于GOOSE只在链路层通信，交换机和IED必须支持二层组播管理协议能实现动态组播分配，目前有两种标准的二层组播管理协议可用于交换机动态组播分配：GMRP和IGMPSnooping。0.1GMRP协议GMRP（GARPMulticas