一种变电站通信网络的故障定位方法及装置与流程

本发明涉及通信网络故障定位领域，尤其涉及一种变电站通信网络的故障定位方法及装置。

背景技术：

在智能变电站技术模式下，交换网络取代了常规变电站中复杂的电缆接线，大大提升了站内设备间的信息共享能力，为实现更加先进智能的保护控制策略以及更加高效的运维体系架构提供了有利的基础。常规变电站中已经形成了一套完整的运维体系，但仍然存在许多运维难题，如若发生电缆接线断线等故障，导致二次信息传输受阻，需要通过复杂的查线工作才能找出故障。智能变电站的网络化给信息传输增加了更多的不确定性，而目前查找这些故障的方法却仍然沿用常规变电站的思路，这一方面在应该掌握的知识(如网络拓扑和报文发布订阅关系等)和故障定位经验上给运行人员提出了更高的要求；另一方面，人为故障定位的精确性和效率也很难保证，给智能变电站二次系统安全可靠运行带来了巨大挑战。

网络报文分析仪已成为智能变电站二次系统的标配设备，是开展变电站通信网络故障诊断的重要辅助工具。网络报文分析仪的主要功能是通过收集和解析网络中的所有报文实现报文记录与分析、网络流量监控、报文异常检查与告警等重要功能。

基于网络报文分析仪能够分析故障和异常的有无，但无法分析其发生原因和位置。可见，当前网络报文分析仪的功能仅限于对网络中的异常和故障进行告警，但最终故障的排查和原因的分析均要由运行人员来完成。可是NA展示的数据量本身就庞大且混杂，尤其是当发生设备端口或链路故障导致信息传输中断这一类严重故障时，NA展示的大量突发告警信息会让运行人员无从下手，使得故障诊断和分析过程过分依赖于厂家以及运行人员的现场经验，给智能变电站二次系统安全可靠运行带来了巨大挑战。

因此，现有的网络报文分析仪无法分析其发生位置是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种变电站通信网络的故障定位方法及装置，用于解决现有的网络报文分析仪无法分析其发生位置的技术问题。

本发明实施例提供一种变电站通信网络的故障定位方法，包括：

S1：根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵，根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵；

S2：根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵中数值最大的元素并确定相应的网络中存在故障的位置；

所述第一公式为：

其中，K_m×m为中间矩阵，C_m×m为所述网络连接矩阵，D_m×m为所述报文传输路径矩阵，G_m×m为所述故障定位矩阵，m为智能变电站通信网络中端口的数量，p为发生告警的报文链路，n为通信网络中共有的报文链路。

优选地，所述步骤S1之后还包括：

通过网络报文分析仪监视通信网络中的MMS告警信息，根据所述MMS告警信息获取发生告警的报文链路。

优选地，所述步骤S1之前还包括：

实时接收并解析通信网络中的MMS告警信息，若所述MMS告警信息中包含MMS报文断链告警信息，则进入步骤S1。

优选地，所述步骤S2具体包括：

根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵；

根据故障定位矩阵中最大的元素是g_ij，若i-j对应着物理连接，则说明故障发生在端口i或j或两个端口之间的光纤上，若i-j对应着逻辑连接，则说明故障存在于该逻辑连接对应的交换机上。

优选地，所述根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵具体为：网络连接矩阵C_m×m具体用于描述变电站通信网络端口之间的通信关系，由以下公式获得：

其中，

所述连接关系主要有两种：物理连接和逻辑连接关系，其中，端口间的物理连接关系主要通过光纤等物理媒介建立，逻辑连接关系主要通过交换机对报文的交换控制逻辑建立的。

优选地，所述根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵具体为：若一条链路报文从端口a到端口b的传输路径是P_a-b＝{a-c,c-b}，则根据这条报文的传输路径及以下公式定义一个报文传输路径矩阵D_m×m：

其中，

本发明实施例提供一种变电站通信网络的故障定位装置，基于上述的一种变电站通信网络的故障定位方法进行定位，包括：

矩阵获取模块，用于根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵，根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵；

公式计算模块，用于根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵中数值最大的元素并确定相应的网络中存在故障的位置。

优选地，本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置还包括：

告警报文链路获取模块，用于通过网络报文分析仪监视通信网络中的MMS告警信息，根据所述MMS告警信息获取发生告警的报文链路。

优选地，本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置还包括：

实时监控模块，用于实时接收并解析通信网络中的MMS告警信息，若所述MMS告警信息中包含MMS报文断链告警信息，则执行矩阵获取模块。

优选地，所述公式计算模块具体包括：

矩阵计算单元，用于根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵；

定位判断单元，用于根据故障定位矩阵中最大的元素是g_ij，若i-j对应着物理连接，则说明故障发生在端口i或j或两个端口之间的光纤上，若i-j对应着逻辑连接，则说明故障存在于该逻辑连接对应的交换机上。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵，根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵，根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵中数值最大的元素并确定相应的网络中存在故障的位置，解决了现有的网络报文分析仪无法分析其发生位置的技术问题。

此外，本发明实施例方法还通过实时监测通信网络中的MMS告警信息实现通信网络的实时监测。

本发明实施例方法故障定位范围有着足够的精确度，能够指导运维人员迅速找到故障位置，快速恢复变电站通信网络的正常运行，大大提高智能变电站的运维效率，并提高智能变电站二次系统的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的一个实施例的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的另一个实施例的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置的一个实施例的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的一个应用例的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种变电站通信网络的故障定位方法及装置，用于解决现有的网络报文分析仪无法分析其发生位置的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种变电站通信网络的故障定位方法的一个实施例，包括：

101：根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵，根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵；

102：根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵中数值最大的元素并确定相应的网络中存在故障的位置；

所述第一公式为：

其中，K_m×m为中间矩阵，C_m×m为所述网络连接矩阵，D_m×m为所述报文传输路径矩阵，G_m×m为所述故障定位矩阵，m为智能变电站通信网络中端口的数量，p为发生告警的报文链路，n为通信网络中共有的报文链路。

以上是对本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图2，本发明实施例提供一种变电站通信网络的故障定位方法的一个实施例，包括：

201：实时接收并解析通信网络中的MMS告警信息，若所述MMS告警信息中包含MMS报文断链告警信息，则进入步骤201。

202：根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵，根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵；

203：通过网络报文分析仪监视通信网络中的MMS告警信息，根据所述MMS告警信息获取发生告警的报文链路。

204：根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵；

205：根据故障定位矩阵中最大的元素是g_ij，若i-j对应着物理连接，则说明故障发生在端口i或j或两个端口之间的光纤上，若i-j对应着逻辑连接，则说明故障存在于该逻辑连接对应的交换机上。

第一公式为：

其中，K_m×m为中间矩阵，C_m×m为所述网络连接矩阵，D_m×m为所述报文传输路径矩阵，G_m×m为所述故障定位矩阵，m为智能变电站通信网络中端口的数量，p为发生告警的报文链路，n为通信网络中共有的报文链路。

所述根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵具体为：网络连接矩阵C_m×m具体用于描述变电站通信网络端口之间的通信关系，由以下公式获得：

其中，

所述连接关系主要有两种：物理连接和逻辑连接关系，其中，端口间的物理连接关系主要通过光纤等物理媒介建立，逻辑连接关系主要通过交换机对报文的交换控制逻辑建立的。

所述根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵具体为：若一条链路报文从端口a到端口b的传输路径是P_a-b＝{a-c,c-b}，则根据这条报文的传输路径及以下公式定义一个报文传输路径矩阵D_m×m：

其中，

以上是对本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置的一个实施例进行详细的描述。

请参阅图3，本发明实施例提供一种变电站通信网络的故障定位装置的一个实施例，基于上述的一种变电站通信网络的故障定位方法进行定位，包括：

矩阵获取模块301，用于根据智能变电站通信网络的拓扑信息获取网络连接矩阵，根据智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式获取各链路报文的传输路径并形成相应的报文传输路径矩阵；

公式计算模块302，用于根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵中数值最大的元素并确定相应的网络中存在故障的位置。

本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置还包括：

告警报文链路获取模块303，用于通过网络报文分析仪监视通信网络中的MMS告警信息，根据所述MMS告警信息获取发生告警的报文链路。

本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置还包括：

实时监控模块304，用于实时接收并解析通信网络中的MMS告警信息，若所述MMS告警信息中包含MMS报文断链告警信息，则执行矩阵获取模块301。

所述公式计算模块302具体包括：

矩阵计算单元401，用于根据所述网络连接矩阵和所述报文传输路径矩阵通过第一公式计算所述第一公式中的故障定位矩阵；

定位判断单元402，用于根据故障定位矩阵中最大的元素是g_ij，若i-j对应着物理连接，则说明故障发生在端口i或j或两个端口之间的光纤上，若i-j对应着逻辑连接，则说明故障存在于该逻辑连接对应的交换机上。

以上是对本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位装置的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的一个应用例进行详细的描述。

请参阅图4，本发明实施例提供的一种变电站通信网络的故障定位方法的一个应用例包括：

根据智能变电站通信网络的拓扑信息，形成通信网络的连接矩阵C_m×m；

通过智能变电站通信网络的拓扑和报文传输方式，分析获得各链路报文的传输路径，形成相应的报文传输路径矩阵D_m×m；

然后利用网络报文分析仪来时刻接受并解析通信网络中的MMS告警信息；

一旦有MMS报文断链告警信息，则收集所有发生断链的报文；

利用第一公式计算故障诊断矩阵G_m×m，并选择其最大数值元素；

根据最大数值元素来定位故障发生位置。

1)变电站通信网络端口连接关系矩阵

定义矩阵C_m×m来描述变电站通信网络端口之间的通信关系，其中m是智能变电站通信网络中端口的数量。

其中，

这里的连接关系主要有两种：物理连接和逻辑连接关系，其中，端口间的物理连接关系主要通过光纤等物理媒介建立，逻辑连接关系主要通过交换机对报文的交换控制逻辑建立的。

2)报文传输路径矩阵的定义

若一条链路报文从端口a到端口b的传输路径是P_a-b＝{a-c,c-b}，那么针对这条报文的传输路径可以定义一个报文传输路径矩阵D_m×m

其中，

3)故障定位所需要的告警信号

本方法的实现需要利用通信网络中的MMS告警信息，MMS告警和分为两种——链路中断告警和数据异常告警。

智能变电站通信网络的链路中断告警包括SV链路和GOOSE链路中断告警两种，这一类故障告警最为普遍，对继电保护系统影响也最大，原因更是多种多样，如交换机硬件故障，端口故障，光纤故障以及交换机转发错误等等。这些故障发生时一般影响范围较大，可能会一时间触发多条链路中断告警，严重影响保护系统的安全运行，这时需要运行人员能够在较短时间内分析出链路中断原因并给出故障定位。因此，针对链路中断告警进行的故障诊断是本章研究的重点。

通信网络的数据异常告警包括SV采样数据异常和GOOSE数据异常，如组播MAC异常，APPID异常，品质位异常等。考虑到报文在网络中发生误码的概率较低，若持续出现数据异常告警，那故障原因可以确定存在于报文发送的设备本身，无需过多分析，因此，数据异常告警不是本文故障诊断方法所关注的重点。

4)故障定位方法的实现公式

考虑到复故障发生的概率非常低，本方法建立在智能变电站通信网络中只存在单点的假设基础之上。通常当通信网络中发生故障时，往往会出现多条链路中断告警信息。假设在同一时刻，一共有p条报文链路发生告警，通信网络中共有n条报文链路，则可以通过第一公式即公式(1)来对网络故障进行定位。其中矩阵G_m×m是故障定位矩阵，K_m×m是中间矩阵。

在进行计算之后，故障定位矩阵G_m×m中数值最大的元素所对应的连接即是网络中存在故障的位置。若故障定位矩阵中最大的元素是g_ij，同时i-j对应着物理连接，则说明故障发生在端口i或j或两个端口之间的光纤上。若i-j对应着逻辑连接，则说明故障存在于该逻辑连接对应的交换机上。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。