一種過程層設(shè)備抵御網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變電站自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種過程層設(shè)備抵御網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和自動化水平的提高，傳統(tǒng)變電站將面臨智能化改造的迫切需求，以適應(yīng)將來智能電網(wǎng)建設(shè)的步伐。過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化是改造的核心之一，智能操作箱是遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站間隔層、站控層設(shè)備的斷路器和刀閘位置的來源，同時也接收間隔層設(shè)備GOOSE報文，根據(jù)GOOSE的內(nèi)容決定是否執(zhí)行合閘和跳閘命令。智能操作箱GOOSE報文正確處理及其重要，一旦某一個設(shè)備網(wǎng)絡(luò)報文異?？赡軙绊懙皆O(shè)備的正常動作行為。為避免裝置誤動或拒動，必須保證某個端口的網(wǎng)絡(luò)異常不影響裝置其他端口的報文接收，某個報文的網(wǎng)絡(luò)異常不影響同一端口其他報文的正常接收。
[0003]而現(xiàn)有技術(shù)中，對于過程層設(shè)備抗網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴已有許多不同的方法，限于CPU驅(qū)動與FPGA(即現(xiàn)場可編程門陣列)獨立完成風(fēng)暴過濾，在認(rèn)定風(fēng)暴后粗曠的將所有風(fēng)暴報文丟棄，未能在風(fēng)暴認(rèn)定后實施對風(fēng)暴的有效管控。本發(fā)明采用一種分時限制流法來有效抵御過程層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的問題，該方法資源消耗低，簡單易行。FPGA前置過濾可有效抵御相同風(fēng)暴的連續(xù)沖擊，此類風(fēng)暴不消耗CPU資源，帶寬滿足情況下不會對裝置產(chǎn)生任何干擾。FPGA與CPU有機(jī)結(jié)合，非訂閱報文在驅(qū)動層完成丟棄，不占用CPU存儲資源，減少了應(yīng)用處理時間。訂閱報文風(fēng)暴在應(yīng)用層實時監(jiān)控，超出正常閾值后通知驅(qū)動層對風(fēng)暴報文采取分時限流措施，避免多網(wǎng)口多條風(fēng)暴對CPU的持續(xù)沖擊引起裝置誤動或者拒動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化變電站過程層設(shè)備的抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴方法，解決數(shù)字化變電站過程層網(wǎng)絡(luò)異常引起設(shè)備誤動或拒動，增強(qiáng)過程層設(shè)備運行可靠性。
[0005]本發(fā)明的目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn):
[0006]—種過程層設(shè)備抵御網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的方法，采用FPGA抑制風(fēng)暴的過程與CPU抑制風(fēng)暴的過程相結(jié)合，采用分時限流法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴過濾；
[0007]A.所述FPGA抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的過程為:FPGA設(shè)置前置過濾模塊，模塊收到報文后完成CRC校驗碼及幀字節(jié)異或碼計算，與前一幀的CRC校驗碼及幀字節(jié)異或碼比較，如相同，丟棄當(dāng)前報文，并將CRC校驗碼及幀字節(jié)異或碼保存用于下一幀報文判斷；
[0008]B.所述CPU抑制風(fēng)暴的過程包括CPU應(yīng)用層抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的過程和CPU驅(qū)動層抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的過程，其中:
[0009]所述CPU應(yīng)用層抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的過程為:應(yīng)用層通過統(tǒng)計訂閱報文η的流量來判斷訂閱報文流量是否正常，若在tl時間內(nèi)超過接收閾值(rL[n])，認(rèn)為訂閱報文流量異常則訂閱報文過濾標(biāo)簽使能，觸發(fā)驅(qū)動層報文采用分時限流法進(jìn)行過濾，持續(xù)時間t2，t2后訂閱報文過濾標(biāo)簽清零，關(guān)閉驅(qū)動層報文過濾，重新進(jìn)行統(tǒng)計；
[0010]所述的在應(yīng)用層判斷訂閱的報文流量是否正常的依據(jù)是:超過正常流量的120%以上，認(rèn)為該設(shè)備號的報文存在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，于是將網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制功能進(jìn)行置位，使能網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制功能，通知驅(qū)動層進(jìn)行限流處理。
[0011]所述的風(fēng)暴抑制使能持續(xù)時間t2內(nèi)采用分時限流措施，分時開放時段T在上電初始化時設(shè)定，在分時開放時段T內(nèi)驅(qū)動層通知FPGA上傳風(fēng)暴報文，允許風(fēng)暴報文進(jìn)入應(yīng)用層，如裝置訂閱多幀報文，只對出現(xiàn)認(rèn)定風(fēng)暴的報文實施分時限流措施。
[0012]所述分時限流時段T內(nèi)，應(yīng)用層接收的報文實時進(jìn)行風(fēng)暴判別，無風(fēng)暴則等待t2結(jié)束后訂閱報文過濾標(biāo)簽清零，重新進(jìn)行風(fēng)暴識別；如果風(fēng)暴過濾標(biāo)簽為保持狀態(tài)，則重新統(tǒng)計風(fēng)暴抑制使能持續(xù)時間。
[0013]所述的分時限流措施下，分時開放時段T內(nèi)，如果有多種訂閱報文產(chǎn)生風(fēng)暴，則每個分時開放時段T內(nèi)只接納一種風(fēng)暴報文，保證分時開放時段T內(nèi)風(fēng)暴報文量不影響CPU正常處理功能，使CPU具有處理100%帶寬的風(fēng)暴報文的能力。
[0014]所述CPU驅(qū)動層抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的過程為:讀出FPGA報文隊列的應(yīng)用標(biāo)識(APPID)和目標(biāo)MAC地址，若應(yīng)用標(biāo)識(APPID)和目標(biāo)MAC地址和配置的不一致，則認(rèn)為是非訂閱的報文并通知FPGA直接丟棄該報文。若時間t2內(nèi)發(fā)生風(fēng)暴的報文為訂閱報文(即APPID和目標(biāo)MAC地址和配置的一致)時，則在分時限流措施下，只在分時開放時段T內(nèi)通知FPGA接收該報文并將接收到的報文放入CPU報文緩沖，其他時段則直接通知FPGA丟棄該報文。無風(fēng)暴正常訂閱報文通知FPGA直接放入CPU報文緩沖。
[0015]其中，所述步驟A中所述前置過濾模塊實現(xiàn)FPGA過濾功能:以太網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過虛擬MAC IP (FPGA的虛擬IP實現(xiàn)的MAC)后流入所述前置過濾模塊，采用CRC校驗碼和幀字節(jié)異或碼值相等過濾相同網(wǎng)口相鄰的相同報文。
[0016]所述的幀字節(jié)異或碼值計算從幀的目標(biāo)地址開始，到CRC校驗碼字節(jié)前包含的幀字節(jié)實現(xiàn)異或處理。
[0017]所述FPGA提取報文目標(biāo)MAC地址與APPID上傳CPU，CPU下發(fā)控制命令后，F(xiàn)PGA才將報文通過DMA通道放入CPU報文緩沖。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點及效果是:本發(fā)明能夠在數(shù)字化變電站中提高過程層設(shè)備的可靠性，避免網(wǎng)絡(luò)異常引起過程層設(shè)備誤動和拒動。所述的過濾方案簡單有效，F(xiàn)PGA資源消耗低，CPU處理時間小、存儲占用小，設(shè)備在風(fēng)暴下速動性能得到保證。某訂閱幀的風(fēng)暴不影響同端口其他的報文接收、也不影響其他端口的報文接收，多種訂閱報文的風(fēng)暴分時處理，異常不相互影響。風(fēng)暴過濾使能后風(fēng)暴報文分時處理保證了風(fēng)暴管控連續(xù)性。CPU負(fù)荷均勻，不會出現(xiàn)風(fēng)暴時動作變慢或出現(xiàn)誤動和拒動。本發(fā)明的推廣應(yīng)用，大幅提高過程層網(wǎng)絡(luò)的可靠性，保證過程層設(shè)備平穩(wěn)安全運行。
【附圖說明】
[0019]圖1是過程層設(shè)備接收報文的數(shù)據(jù)流向圖；
[0020]圖2是FPGA前置過濾數(shù)據(jù)流向圖；
[0021]圖3是驅(qū)動層過濾流程圖；
[0022]圖4是應(yīng)用層過濾流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明應(yīng)用于當(dāng)過程層設(shè)備任意網(wǎng)口受到網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴攻擊時，不影響過程層裝置動作行為。本方法通過在FPGA和CPU采用分時流量法來有效抵御的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。實現(xiàn)過程層裝置任意網(wǎng)口在非訂閱報文的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴下，不影響裝置動作行為。在訂閱報文下，不影響同一網(wǎng)口的其它訂閱報文的動作行為，某一個網(wǎng)口風(fēng)暴下，不影響其它網(wǎng)口的正常收發(fā)。該方法可實現(xiàn)風(fēng)暴的有效管控，直接應(yīng)用于工程應(yīng)用的過程層設(shè)備中，確保設(shè)備運行的可靠性。
[0024]本發(fā)明適用于所有過程層網(wǎng)絡(luò)報文，包括同一網(wǎng)絡(luò)下有多種網(wǎng)絡(luò)報文，總體原則是在任何網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴情況下，及時隔離網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的設(shè)備報文，不影響正常設(shè)備和網(wǎng)口的動作行為，裝置不發(fā)生死機(jī)和重啟。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]圖1展示了本發(fā)明所述報文處理流程。過程層設(shè)備采用FPGA+CPU的硬件架構(gòu)，MAC采用FPGA的虛擬IP實現(xiàn)。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA后，由MAC IP (FPGA的虛擬IP實現(xiàn)的MAC)完成報文CRC校驗，校驗通過報文流入前置過濾模塊，通過前置的過濾報文放入到報文隊列等待CPU通知上傳。CPU周期運行驅(qū)動程序查詢FPGA報文隊列是否有報文，如有報文，讀取報文的APPID和目標(biāo)地址，如允許該報文進(jìn)入，通知FPGA上傳報文。CPU在應(yīng)用層進(jìn)行風(fēng)暴判別后進(jìn)行