基于OPNET的变电站端对端通信实时性仿真研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第19；t~继电器Vo1．34No．192006年10月1日RELAYOct．1，200633基于OPNET的变电站端对端通信实时性仿真研究高会生，靳玮玮(华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071003)摘要：首先介绍了OPNET网络仿真软件，在深入研究了变电站通信网络层次结构和通信数据流特点的基础上，利用OPNET建立了间隔层保护测控单元与变电站层监控设备7L：r-．程师站之间的数据通信仿真模型，具体研究了变电站保护测控信号端对端传输时延。通过分析得出了影响端对端通信实时性的主要因素；验证了高层协议对通信实时性具有重大

2、影响；得出了考虑高层协议影响的变电站端对端通信实时性仍能够满足小于4ms要求的结论。关键词：变电站自动化；网络通信；OPNET；网络仿真；端对端时延中图分类号：TP302；TP39l文献标识码：A文章编号：1003-4897(2006)19-00334)5研究不仅危险而且耗资大，收集分析统计数据也存0引言在一定困难。因此专用的网络仿真软件应运而生。变电站通信网络是变电站自动化的重要组成部OPNET网络仿真软件是目前业界公认的最优秀的分，变电站通信网络的实时性是影响变电站自动化通信网络、设施、协议的仿真及建模工具，提供灵活功能的重要因素。变电站通信网络对传输的各种报方便的建模环境，

3、采用多种技术。文有严格的时延要求。一般认为，在基于以太网的(1)采用基于离散事件驱动的仿真机制。事件系统中，底层通信网络的实时性，特别是MAC层协是网络模型状态的变化或者某种决策。只有模型状议的实时I生，对通信网络的实时I生能起关键作用，却态变化，模拟机才进行仿真，状态不发生变化的时间往往忽略上层协议开销的影响。然而，底层网络的段，不进行仿真。仿真的时间是离散的，每当有一个数据的实时传输只是为变电站通信网络的实时性奠事件出现后时间往前推进，也就是时间是跳跃前进定了基础，报文端对端的实时性才真正体现变电站的。通过离散事件驱动的仿真机制实现了在进程级通信的实时I生能。以太网之上可以实

4、现多种高层通描述通信的并发性和顺序性，再加上事件发生时刻信协议，为了保证系统的开放性和互操作性，变电站的任意性，决定了可以仿真计算机和通信网络中的通信网络通常采用TCP／IP协议栈作为网络层和传任何情况下的网络状态和行为。输层的协议。(2)采用基于事件列表的调度机制。合理安排国内外很多学者对变电站中以太网实时性进行OPNET调度事件，以便执行合理的进程来仿真网络了研究，文献[1～4]中对变电站底层通信网络以太系统的行为。调度的完成通过仿真软件的仿真核和仿真工具模块以及模型模块来实现。网的报文传输实时性进行了不同程度的研究，但对(3)采用基于包的通信机制。通过仿真包在仿高层协议影响

5、下的报文端对端的实时性的研究都不够深入详细。真模型中的传递来模拟实际物理网络中数据包的流动和节点设备内部的处理过程。在建模中，可以根本文利用OPNET对基于TCP／IP协议栈和Eth．据需要生成、编辑各种格式的数据包。ernet技术的变电站通信进行了动态的建模和仿真，(4)采用层次化建模技术。计算机和通信网络研究了全面反映变电站通信实时I生的报文端对端时一般包括3个方面的模型：网络拓扑，节点内部结构延，通过分析仿真结果得出了重要结论，该研究对于和通信行为。OPNET提供了多种编辑器，如网络编变电站通信网络实时性的研究具有参考意义。辑器、节点编辑器、进程编辑器等帮助用户分别完成1O

6、PNET网络仿真软件介绍上述3个方面模型，分别实现为网络模型、节点模型和进程模型。变电站通信网络中存在许多高低压设备，在这些实际设备组成的网络环境中进行网络设计和性能维普资讯http://www.cqvip.com34继电器2变电站通信网络层次结构和通信数据流性要求高。分析3端对端报文时延分析变电站通信网络和系统国际标准IEC61850中变电站通信网络中一个报文的完整传输除了包明确规定：按照变电站自动化系统所要完成的功能括链路传输时间还包括源节点和目的节点必要的处将变电站系统划分为三层，变电站层，间隔层和过程理。时间计时从源节点的应用程序把数据内容置于层；将变电站通信网络划分为站

7、级总线和过程总线其传输栈顶时刻开始，直到目的节点应用程序从其两个层次。目前，现有的变电站自动化系统还没有传输栈中取走数据时结束，报文端对端传递时延真正实现过程层的自动化，间隔层与过程层设备之主要包括源节点通信处理时延t，链路传输时延t间的通信仍然使用传统的二次电缆连接，影响变电和目的节点通信处理时延t即：站通信网络实时性能的数据流主要是变电站间隔层T=t+t+t6，如图2所示：设备与变电站层设备之间的数据传输¨。标准中规定的变电站通信网络层次结构如图1所示。，层l匦习悃I／＼{蝴