CN101588295B - 电力自动化前置系统通道级的分层动态路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通道级的冗余备份、负载分担的前置分层动态路由方法，既能实现通道级的冗余备份，又能支持前置服务节点的负载分担，提高可靠性和处理能力。电力自动化装置前置系统设计中引入了分层的设计模式，最底层是通讯介质的设备管理层，依次框架层，规约解释层，数据处理层。设备层主要是屏蔽各种不同介质的通讯特性，对框架应用提供统一的数据读入和写出接口。框架层的实现主要涉及通道的管理，结合各种应用的数据传输特性，系统支持多种运行方式，每个通道可以单独管理，也可统一管理。规约解释层完成各种不同规约的解析，为数据处理层提供统一的数据接口。电力自动化装置前置系统支持多前置节点及其分组管理，前置节点、节点组之间是基于通道管理的并列运行关系，实现了基于通道的数据分流和负载分担。

Description

电力自动化前置系统通道级的分层动态路由方法

技术领域

本发明涉及电力自动化系统中前置处理技术领域，尤其涉及一种电力自动化系统中装置、通道、前置节点的多层动态路由选择、通道级的冗余备份技术。

背景技术

在现代化的社会中，电力系统是保障国民经济正常运行的重要基础设施，电力系统的大面积停电故障将直接对人民生活、国民经济产生直接的重大影响。电力系统监控是有效保证供电可靠性的重要手段之一，而集控系统的正常工作依赖于数据采集、前置处理系统。因此前置采集处理系统是自动化系统的关键一环。

在现有电力自动化主站系统中，前置节点一般采用主备节点模式，即一主一备或者一主多备，正常情况下，主节点处理所有的数据，在主节点故障时，由其它节点接管其处理工作。

通道建设由于建设和规划原因，可能存在互为备用的通道采用不同的介质，如主通道采用光纤网络，而备用通道则采用拨号网络等，而且可能存在不同的规约方式，原有的自动化系统对这种混合模式的支持，其灵活度存在问题，较难达到动态热备、切换。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提出了一种电力自动化系统中前置系统通道级的冗余备份、负载分担的分层动态路由方法。其特征在于，所述的方法包括：

针对以上提到的物理层次引入了逻辑分层的设计模式，最底层是通讯介质的设备管理层，向上依次是框架层，规约解释层，数据处理层；

设备层管理层，用于屏蔽各种不同介质的通讯特性，对框架应用提供统一的数据读入和写出接口；

框架层，用于通道的管理，结合各种应用的数据传输特性，框架层支持多种运行方式，包括：事件触发方式的读写解释模式、定时方式的读写解释模式，每个通道可以单独管理，也可统一管理；

规约解释层，由于完成各种不同规约的解析，为数据处理层提供统一的数据接口；

数据处理层，负责处理规约解释后的数据，按照电力应用数据类型分类发送到各自的应用服务器。

通过逻辑的分层设计实现真正通道级的冗余备份：

前置子系统逻辑设计引入了分层模式，最底层是通讯介质的设备管理层，依次框架层，规约解释层，数据处理层。

通过逻辑的分层设计，屏蔽了采集设备、通道/规约、前置节点/节点组各层自身的差异性，从而实现了冗余热备的支持。特别的是框架层对通道的管理模式，和规约解释层对不同规约统一的接口模式，使得系统实现了真正通道级的冗余备份技术。

具体的逻辑分层设计为：设备层的实现，主要是屏蔽各种不同介质的通讯特性，对框架应用提供统一的数据读入和写出接口。

框架层的实现主要涉及通道的管理，结合各种应用的数据传输特性，系统支持多种运行方式，如事件触发方式的读写解释模式，也支持定时方式的读写解释模式，每个通道可以单独管理，也可统一管理。

规约解释层完成各种不同规约的解析，为数据处理层提供统一的数据接口。

通过设备层和框架层的管理，可以实现通道的有效管理，而屏蔽了通讯介质特性、通道模式等，从而为通道级的冗余备份技术，即通道的动态切换、热备技术提供了基础。

规约层可以动态解析不同的规约，从而支持不同规约通道切换的可能，实现了装置与通道/规约的路由技术。

数据处理层，负责处理规约解释后的数据，按照电力应用数据类型分类发送到各自的应用服务器。如对调度自动化的四遥信息，发送到数据处理服务(DPservice)处理，对保护告警和动作信息发送到保护信息服务(RELAYSERVICE)处理，遥控信息发送到遥控服务(CONTROLSERVICE)。

前置节点、节点组模式的数据分流技术：

前置服务节点采用分组技术，每组配置冗余节点，组内节点互为备用，不同组则分担不同的通道数据处理，一般情况下在组内完成通道级的动态热备切换，在节点故障情况下，则能实现不同节点的热备切换，在严重情况下，如整组节点出现故障的极端情况，不同节点组也可以实现热备切换，从而极大的提高了可靠性。

前置节点与数据采集装置RTU之间的通讯连接由通讯通道(communicationLink)及通讯路由(RURoute)组成。

通讯通道(communicationLink)是指现实世界中存在的物理通讯线路，或在物理通讯线路中可配置点对点通讯的逻辑通讯线路，如一条光纤中的ID/socket到IP/socket的TCP连接。即一对socket配置为一个通讯通道。

通讯路由(RTURoute)是指一个前置节点到一个RTU的点对点虚拟通讯链路。

结合这两个主要技术点，本发明实现了装置、通道/规约、前置节点(组)之间实现了完整的多层动态选择(路由)技术。

本发明提出的电力自动化系统前置系统通道级的冗余备份、负载分担的分层动态路由技术，可以实现不同介质通道的热备切换，对于大数据量的系统，则可以通过前置分组技术实现负载分担，而且组内、组间多重冗余备份技术则提供了极高的可靠性。可以作为提高电力自动化主站系统前置处理的一种重要解决方案。

附图说明

图1是本发明的整体层次结构图

图2是本发明方法使用的设备管理图；

图3是本发明方法使用的通道级冗余备份示意图；

图4是本发明方法使用的双FEP组分流示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明提出了一种电力自动化系统前置系统通道级的冗余备份、负载分担的分层动态路由方法。

通过逻辑的分层设计实现真正通道级的冗余备份，在前置系统中引入了逻辑分层的设计模式，最底层是通讯介质的设备管理层，向上依次是框架层，规约解释层，数据处理层。

a)逻辑分层处理

1)设备管理层

如图2所示为本发明方法使用的设备管理示意图，设备管理层完成对所有设备对象的状态监控和数据的收发处理。由于前置系统访问的通讯设备种类很多，为了屏蔽不同采集设备的软硬件差异，方便系统上层使用，对不同设备分别建立一个设备类。系统提供通讯接口基类，每一种通讯接口类型做为子类实现。每一种类型的通讯接口均提供打开，关闭，读写操作等访问方法。

底层通讯设备库的设计，很好的实现了设备的扩展和维护。

2)框架层

框架层的实现主要涉及通道的管理，结合各种应用的数据传输特性，系统支持多种运行方式，如事件触发方式的读写解释模式，也支持定时方式的读写解释模式，每个通道可以单独管理，也可统一管理。

3)规约层

在前置系统的设计中，通讯规约是种类最繁杂而且变化最多的。因此通讯规约类库的设计最重要的在于抽象基类的设计，抽象基类给出了独立于类数据及其内部操作的与用户的公共接口。类的公共接口定义了存取数据的方法，尽管类的内部实现改变后，用户也可保持原有的公共接口不变。这样，即使增加新的规约，只要保持接口不变，规约内部的实现可以封装起来，方便通讯规约扩展。

通讯规约类主要功能是完成对各种通讯规约进行数据解释、数据封装，方便通讯服务进程FEP操作、调用。规约基类以及所有扩展出的子类被封装在动态连接库中，形成系统的规约解释库。

4)数据处理层

规约解释后的数据，按照电力应用数据类型分类发送到各自的应用服务器。如对调度自动化的四遥信息，发送到DPservice处理，对保护告警和动作信息发送到RELAYSERVICE处理，遥控信息发送到CONTROLSERVICE。

每一个通道有一个当前控制节点；每一个RTU有一个主通道。(默认优先级最高的通道为主通道)。通道的当前控制节点完成通道的上送数据进入实时库，及系统应用的控制命令下行至RTU。另外，一个通道还可以具备另一个非控制节点，非控制节点可以接收通道数据，但不写入实时库，也不下发控制命令。

如图3所示为本发明方法使用的通道级冗余备份示意图，如果一个采集装置(如RTU)通过两个通道分别接到两个前置服务节点(FEP)上，如RTU2通过C3接到FEP1，通过C5接到FEP2。一个FEP节点发生故障时，另一FEP节点则将此RTU的主通道变更为另一通道。如FEP1故障退出，则FEP2将RTU2的主通道设置为C5，RTU2保持正常接入。

当发生FEP节点故障时，如果一个RTU只有一个通讯通道，则系统通过通道叉分机制，在主站端将一个通道接入两个FEP节点。如通道C8在主站端接入FEP2、FEP3两个节点。

系统正常运行时，C8的控制节点为FEP3。当发生FEP3节点故障时，FEP2将通道C8的控制节点改为FEP2，C8通道仍正常运行。

启动时一个通道有哪些节点可以打开：一般情况下，一个通道只有一个FEP节点打开。但是如果是UDP组播通道、或具备通道叉分装置，则一个通道可由两个或多个FEP节点打开。但一个通道在某一运行时刻只能有一个控制节点。

故障时一个通道有哪些节点可以打开：当一个前置节点故障情况下，其所控制的各RTU通道会失去控制节点，则在所有前置节点列表中，故障前置节点的下一前置节点负责打开已成为孤立的RTU通道。

在如图3所示的通道连接关系中，RTU1有三个通道与主站系统相联(两个通道由FEP1管理，一个通道由FEP2管理)。RTU4有一个通道与主站系统相联，但FEP2、FEP3均可打开此通道(如通过串口服务器切换装置，或一个通道具有两个设备地址)。

则在通道参数表中，具有8条通道。其中，C1/C2/C3的控制节点为FEP1，C4/C5/C6的控制节点为FEP2，C7/C8的控制节点为FEP3。

同时，对一个RTU具有的多个通道，配置每个通道的优先级，如RTU1的三个通道。

路径ID	RTUID	通道ID	优先级	控制节点
					1	1	C1	1	FEP1
2	1	C2	2	FEP1
					3	2	C3	1	FEP1
4	1	C4	3	FEP2
					5	2	C5	2	FEP2
6	3	C6	1	FEP2
					7	3	C7	2	FEP3
8	4	C8	1	FEP3

系统启动时，FEP1打开C1/C2/C3通道，FEP2打开C4/C5/C6通道，FEP3打开C7/C8通道。系统启动后，C1/C2/C3的控制节点为FEP1，C4/C5/C6的控制节点为FEP2，C7/C8的控制节点为FEP3。

FEP1通过C1通道对RTU1进行控制，通过C3通道对RTU2进行控制。

FEP2通过C6通道对RTU3进行控制。

FEP3通过C8通道对RTU4进行控制。

2、前置节点、节点组模式的数据分流方法

如图3所示，有两个FEP节点，FEP1接入RTU1和RTU2，FEP2接入RTU3和RTU4，在FEP1和FEP2之间实现了负载分担。这是常规的一种前置分流技术。

而如图4所示，系统配置了两个前置机组，FEP1和FEP2为一个前置机组，接入RTU1/RTU2/RTU3。FEP3和FEP4为一个前置组，接入RTU4/RTU5/RTU6。两个前置机组独立工作，实现负载分担。

在前置机组1内，FEP1和FEP2冗余备用。

在前置机组2内，FEP3和FEP4冗余备用。

在前置机组1或者2整体出现故障的极端情况时，其它的前置组则可以完全接管改组的处理工作，从而使得可靠性提高了一级。

整体架构如图1所示，实现了采集装置、通道、前置节点间的多层动态路由技术。

综上所述，本发明的方法是在现有技术基础上，针对现有技术应用领域的不足，为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提出了一种电力自动化系统中前置系统通道级的冗余备份、负载分担的前置分层动态路由技术，其方法的具体技术方案由本发明的权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种电力自动化前置系统通道级的分层动态路由方法，所述方法实现了电力自动化系统中前置系统部分通道级的冗余备份和前置服务节点/节点组的负载分担，所述的方法包括：

在所述前置系统中引入了逻辑分层的设计模式，最底层是通讯介质的设备管理层，向上依次是框架层，规约解释层，数据处理层；

设备管理层，用于屏蔽各种不同介质的通讯特性，对框架应用提供统一的数据读入和写出接口；

框架层，用于通道的管理，结合各种应用的数据传输特性，框架层支持多种运行方式，所述多种运行方式包括事件触发方式的读写解释模式和定时方式的读写解释模式，每个通道可以单独管理，也可统一管理；

规约解释层，用于完成各种不同规约的解析，为数据处理层提供统一的数据接口；

数据处理层，负责处理规约解释后的数据，按照电力应用数据类型分类发送到各自的应用服务器；

前置服务节点组，每组前置服务节点配置冗余节点，组内节点互为备用，不同组则分担不同的通道数据处理，在组内完成通道级的动态热备切换，当在节点故障情况下，则能实现组内不同节点的热备切换；当整组节点出现故障的情况下，不同节点组也可以实现热备切换。

2.根据权利要求1所述的路由方法，其特征为，通过逻辑的分层设计，屏蔽了采集设备、通道、规约、前置服务节点、节点组各层自身的差异性，从而实现了对冗余热备的支持，包括框架层对不同通道的管理，和规约解释层对不同规约统一的接口模式，使得电力自动化前置系统实现了真正通道级的冗余备份。

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