Digital Substation ist ein Trend im Energiesektor. Wenn Sie mit dem Thema vertraut sind, haben Sie wahrscheinlich schon einmal gehört, dass große Datenmengen in Form von Multicast-Streams übertragen werden. Aber wissen Sie, wie man diese Multicast-Streams verwaltet? Welche Flow-Management-Tools werden verwendet? Was wird in der behördlichen Dokumentation empfohlen?
Jeder, der Interesse hat, dieses Thema zu verstehen, ist bei der Katze herzlich willkommen!
Wie werden Daten über das Netzwerk übertragen und warum werden Multicast-Streams verwaltet?
Bevor ich direkt zur Digital Substation und den Nuancen des Aufbaus eines LAN übergehe, biete ich ein kurzes Schulungsprogramm zu den Arten der Datenübertragung und Datenübertragungsprotokollen für die Arbeit mit Multicast-Streams an. Wir haben das Bildungsprogramm unter einem Spoiler versteckt.
Arten der Datenübertragung
Verkehrsarten in einem LAN
Es gibt vier Arten der Datenübertragung:
- Ausstrahlung – Ausstrahlung.
- Unicast – Nachrichtenübermittlung zwischen zwei Geräten.
- Multicast – Senden von Nachrichten an eine bestimmte Gruppe von Geräten.
- Unbekannter Unicast – Senden mit dem Ziel, ein Gerät zu finden.
Um die Karten nicht zu verwirren, sprechen wir kurz über die anderen drei Arten der Datenübertragung, bevor wir zum Multicast übergehen.
Denken Sie zunächst daran, dass die Adressierung zwischen Geräten innerhalb eines LANs auf der Grundlage von MAC-Adressen erfolgt. Jede übertragene Nachricht verfügt über SRC-MAC- und DST-MAC-Felder.
SRC MAC – Quell-MAC – Absender-MAC-Adresse.
DST MAC – Ziel-MAC – Empfänger-MAC-Adresse.
Der Switch übermittelt Nachrichten basierend auf diesen Feldern. Es sucht nach dem DST-MAC, findet ihn in seiner MAC-Adresstabelle und sendet eine Nachricht an den in der Tabelle aufgeführten Port. Er schaut sich auch SRC MAC an. Wenn in der Tabelle keine solche MAC-Adresse vorhanden ist, wird ein neues Paar „MAC-Adresse – Port“ hinzugefügt.
Lassen Sie uns nun näher auf die Arten der Datenübertragung eingehen.
Unicast
Unter Unicast versteht man die Adressübermittlung von Nachrichten zwischen zwei Geräten. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine Punkt-zu-Punkt-Datenübertragung. Mit anderen Worten: Zwei Geräte kommunizieren immer über Unicast miteinander.
Unicast-Verkehrsübertragung
Sendung
Broadcast ist eine Broadcast-Nachricht. Diese. Broadcasting, wenn ein Gerät eine Nachricht an alle anderen Geräte im Netzwerk sendet.
Um eine Broadcast-Nachricht zu senden, gibt der Absender die DST-MAC-Adresse FF:FF:FF:FF:FF:FF an.
Broadcast-Verkehrsübertragung
Unbekannter Unicast
Unknown Unicast ist auf den ersten Blick Broadcast sehr ähnlich. Es gibt jedoch einen Unterschied: Die Nachricht wird an alle Netzwerkteilnehmer gesendet, ist jedoch nur für ein Gerät bestimmt. Es ist wie eine Nachricht in einem Einkaufszentrum, in der Sie aufgefordert werden, Ihr Auto umzuparken. Jeder wird diese Nachricht hören, aber nur einer wird antworten.
Wenn der Switch einen Frame empfängt und dessen Ziel-MAC nicht in der MAC-Adresstabelle finden kann, sendet er diese Nachricht einfach an alle Ports außer dem, von dem er sie empfangen hat. Auf ein solches Mailing antwortet nur ein Gerät.
Übertragung von unbekanntem Unicast-Verkehr
Multicast
Unter Multicast versteht man das Versenden einer Nachricht an eine Gruppe von Geräten, die diese Daten empfangen „möchten“. Es ist einem Webinar sehr ähnlich. Es wird im gesamten Internet verbreitet, aber nur die Leute, die sich für dieses Thema interessieren, verbinden sich damit.
Dieses Datenübertragungsmodell nennt sich „Publisher – Subscriber“. Es gibt einen Herausgeber, der Daten sendet, und Abonnenten, die diese Daten erhalten möchten, abonnieren sie.
Beim Multicast-Broadcasting wird die Nachricht von einem realen Gerät gesendet. Der Quell-MAC im Frame ist der MAC des Absenders. Aber der Ziel-MAC ist eine virtuelle Adresse.
Das Gerät muss sich mit der Gruppe verbinden, um Daten von ihr zu empfangen. Der Switch leitet den Informationsfluss zwischen Geräten um – er merkt sich, von welchen Ports die Daten übertragen werden und weiß, an welche Ports diese Daten gesendet werden sollen.
Übertragung von Multicast-Verkehr
Ein wichtiger Punkt ist, dass IP-Adressen oft als virtuelle Gruppen verwendet werden, aber da... Da es in diesem Artikel um Energie geht, werden wir über MAC-Adressen sprechen. In der IEC 61850-Protokollfamilie, die für die Digital Substation verwendet wird, basiert die Einteilung in Gruppen auf MAC-Adressen
Ein kurzes Aufklärungsprogramm über die MAC-Adresse
Die MAC-Adresse ist ein 48-Bit-Wert, der ein Gerät eindeutig identifiziert. Es ist in 6 Oktette unterteilt. Die ersten drei Oktette enthalten Herstellerinformationen. Die Oktette 4, 5 und 6 werden vom Hersteller vergeben und sind die Gerätenummer.
MAC-Adressstruktur
Im ersten Oktett bestimmt das achte Bit, ob die Nachricht Unicast oder Multicast ist. Wenn das achte Bit 0 ist, ist diese MAC-Adresse die Adresse des realen physischen Geräts.
Und wenn das achte Bit 1 ist, dann ist diese MAC-Adresse virtuell. Das heißt, diese MAC-Adresse gehört nicht zu einem realen physischen Gerät, sondern zu einer virtuellen Gruppe.
Ein virtuelles Team kann mit einem Sendeturm verglichen werden. Die Radiogesellschaft sendet Musik auf diesen Turm, und wer sie hören möchte, stellt seine Empfänger auf die gewünschte Frequenz ein.
Außerdem sendet beispielsweise eine IP-Videokamera Daten an eine virtuelle Gruppe, und die Geräte, die diese Daten empfangen möchten, verbinden sich mit dieser Gruppe.
Achtes Bit des ersten Oktetts der MAC-Adresse
Wenn die Multicast-Unterstützung auf dem Switch nicht aktiviert ist, wird der Multicast-Stream als Broadcast wahrgenommen. Wenn es viele solcher Ströme gibt, verstopfen wir dementsprechend sehr schnell das Netzwerk mit „Junk“-Verkehr.
Was ist die Essenz von Multicast?
Die Grundidee von Multicast besteht darin, dass nur eine Kopie des Datenverkehrs vom Gerät gesendet wird. Der Switch ermittelt, an welchen Ports sich die Teilnehmer befinden und übermittelt Daten vom Sender an diese. Somit können Sie mit Multicast die über das Netzwerk übertragenen Daten erheblich reduzieren.
Wie funktioniert das in einem echten LAN?
Es ist klar, dass es nicht ausreicht, einfach eine Kopie des Datenverkehrs an eine MAC-Adresse zu senden, deren achtes Bit des ersten Oktetts 1 ist. Abonnenten müssen in der Lage sein, sich mit dieser Gruppe zu verbinden. Und Switches müssen verstehen, von welchen Ports Daten kommen und an welche Ports sie übertragen werden müssen. Nur dann ermöglicht Multicast die Optimierung von Netzwerken und die Steuerung von Datenflüssen.
Um diese Funktionalität zu implementieren, gibt es Multicast-Protokolle. Das Üblichste:
- IGMP.
- PIM.
In diesem Artikel werden wir am Rande auf das allgemeine Funktionsprinzip dieser Protokolle eingehen.
IGMP
Ein IGMP-fähiger Switch merkt sich, an welchem Port der Multicast-Stream ankommt. Abonnenten müssen eine IMGP-Beitrittsnachricht senden, um der Gruppe beizutreten. Der Switch fügt den Port, von dem IGMP Join kam, zur Liste der Downstream-Schnittstellen hinzu und beginnt dort mit der Übertragung des Multicast-Streams. Der Switch sendet kontinuierlich IGMP-Abfragenachrichten an Downstream-Ports, um zu prüfen, ob er weiterhin Daten übertragen muss. Wenn von einem Port eine IGMP-Leave-Nachricht empfangen wurde oder keine Antwort auf eine IGMP-Query-Nachricht erfolgte, wird die Übertragung an diesen Port gestoppt.
PIM
Das PIM-Protokoll hat zwei Implementierungen:
- PIM DM.
- PIM SM.
Das PIM-DM-Protokoll funktioniert umgekehrt zu IGMP. Der Switch sendet den Multicast-Stream zunächst als Broadcast an alle Ports außer dem, von dem er empfangen wurde. Dann wird der Fluss auf den Ports deaktiviert, von denen Meldungen kamen, dass er nicht benötigt wurde.
PIM SM arbeitet nah an IGMP.
Um das allgemeine Prinzip des Multicast-Betriebs ganz grob zusammenzufassen: Der Publisher sendet einen Multicast-Stream an eine bestimmte MAC-Gruppe, Abonnenten senden Anfragen zur Verbindung mit dieser Gruppe, Switches verwalten diese Streams.
Warum haben wir Multicast so oberflächlich behandelt? Lassen Sie uns über die Besonderheiten des Digital Substation LAN sprechen, um dies zu verstehen.
Was ist eine Digital Substation und warum wird dort Multicast benötigt?
Bevor Sie über das Digital Substation LAN sprechen, müssen Sie verstehen, was eine Digital Substation ist. Dann beantworte die Fragen:
- Wer ist an der Datenübermittlung beteiligt?
- Welche Daten werden ins LAN übertragen?
- Was ist die typische LAN-Architektur?
Und danach besprechen Sie Multicast ...
Was ist eine digitale Umspannstation?
Digital Substation ist eine Umspannstation, in der alle Systeme einen sehr hohen Automatisierungsgrad aufweisen. Die gesamte Sekundär- und Primärausrüstung eines solchen Umspannwerks ist auf die digitale Datenübertragung ausgerichtet. Der Datenaustausch erfolgt gemäß den in der Norm IEC 61850 beschriebenen Übertragungsprotokollen.
Dementsprechend werden hier alle Daten digital übermittelt:
- Messungen.
- Diagnoseinformationen.
- Steuerbefehle.
Dieser Trend hat im russischen Energiesektor eine große Entwicklung erfahren und wird mittlerweile überall umgesetzt. In den Jahren 2019 und 2020 erschienen zahlreiche Regulierungsdokumente, die die Schaffung einer digitalen Umspannstation in allen Entwicklungsstadien regeln. Beispielsweise definiert STO 34.01-21-004-2019 PJSC „Rosseti“ die folgende Definition und Kriterien für eine zentrale Servicestation:
Definition:
Bei der digitalen Umspannstation handelt es sich um eine automatisierte Umspannstation, die mit digitalen Informations- und Steuerungssystemen ausgestattet ist, die in einem einzigen Zeitmodus interagieren und ohne die Anwesenheit von ständigem Dienstpersonal arbeiten.
Kriterien:
- Fernbeobachtbarkeit der für den Normalbetrieb notwendigen Parameter und Betriebsarten von Geräten und Systemen ohne ständige Anwesenheit von Dienst- und Wartungspersonal;
- Bereitstellung der Fernsteuerung von Geräten und Systemen für den Betrieb von Umspannwerken ohne ständige Anwesenheit von Dienst- und Wartungspersonal;
- hoher Automatisierungsgrad der Geräte- und Systemverwaltung durch intelligente Steuerungssysteme für die Betriebsmodi von Geräten und Systemen;
- Fernsteuerung aller technologischen Prozesse in einem einzigen Zeitmodus;
- digitaler Datenaustausch zwischen allen technologischen Systemen in einem einzigen Format;
- Integration in das Stromnetz und das Unternehmensmanagementsystem sowie Sicherstellung der digitalen Interaktion mit relevanten Infrastrukturorganisationen (mit zugehörigen Einrichtungen);
- Funktions- und Informationssicherheit bei der Digitalisierung technologischer Prozesse;
- Kontinuierliche Online-Überwachung des Zustands der wichtigsten technologischen Geräte und Systeme mit der Übertragung der erforderlichen Menge digitaler Daten, gesteuerter Parameter und Signale.
Wer ist an der Datenübermittlung beteiligt?
Die Digital Substation umfasst die folgenden Systeme:
- Relaisschutzsysteme. Der Relaisschutz ist praktisch das „Herz“ der Digital Substation. Relaisschutzklemmen übernehmen Strom- und Spannungswerte von Messsystemen. Basierend auf diesen Daten erarbeiten die Terminals die interne Schutzlogik. Die Terminals kommunizieren miteinander, um Informationen über aktivierte Schutzvorrichtungen, die Positionen von Schaltgeräten usw. zu übertragen. Die Terminals senden außerdem Informationen über aufgetretene Ereignisse an den ICS-Server. Insgesamt lassen sich mehrere Kommunikationsarten unterscheiden:
▸Horizontale Verbindung – Kommunikation zwischen Terminals.
▸Vertikale Verbindung – Kommunikation mit dem Server des automatisierten Prozessleitsystems.
▸Messung – Kommunikation mit Messgeräten.
- Kommerzielle Strommesssysteme.Custody-Metering-Systeme kommunizieren ausschließlich mit Messgeräten.
- Versandkontrollsysteme.Teildaten sollten vom Server des automatisierten Prozessleitsystems und vom kommerziellen Buchhaltungsserver an die Leitstelle gesendet werden.
Dies ist eine sehr vereinfachte Liste von Systemen, die im Rahmen einer Digital Substation Daten austauschen. Wenn Sie daran interessiert sind, tiefer in dieses Thema einzutauchen, schreiben Sie in die Kommentare.
Darüber verraten wir euch gesondert 😉
Welche Daten werden ins LAN übertragen?
Um die beschriebenen Systeme miteinander zu kombinieren und die horizontale und vertikale Kommunikation sowie die Übertragung von Messungen zu organisieren, werden Busse organisiert. Lassen Sie uns vorerst davon ausgehen, dass jeder Bus nur ein separates LAN auf industriellen Ethernet-Switches ist.
Blockschaltbild einer elektrischen Energieanlage gemäß IEC 61850
Das Blockdiagramm zeigt die Reifen:
- Überwachung/Steuerung.
- Übertragung von Relaisschutzsignalen.
- Übertragung von Momentanspannungen und -strömen.
Schutzrelaisklemmen sind sowohl an der horizontalen als auch vertikalen Kommunikation beteiligt und nutzen auch Messungen, sodass sie mit allen Bussen verbunden sind.
Über den Bus „Übertragung von Relaisschutzsignalen“ übertragen die Terminals untereinander Informationen. Diese. hier wird eine horizontale Verbindung realisiert.
Die Übertragung der Messwerte erfolgt über den Bus „Übertragung der Momentanwerte von Spannungen und Strömen“. An diesen Bus sind Messgeräte – Strom- und Spannungswandler sowie Relaisschutzklemmen – angeschlossen.
Außerdem ist der ASKUE-Server an den Bus „Übertragung von Momentanwerten von Spannungen und Strömen“ angeschlossen, der auch Messungen zur Abrechnung durchführt.
Und der „Monitoring/Control“-Bus dient der vertikalen Kommunikation. Diese. Dadurch senden die Terminals verschiedene Ereignisse an den ICS-Server, und der Server sendet auch Steuerbefehle an die Terminals.
Vom Server des automatisierten Prozessleitsystems werden Daten an die Leitstelle gesendet.
Was ist die typische LAN-Architektur?
Gehen wir von einem abstrakten und eher konventionellen Strukturdiagramm zu alltäglicheren und realeren Dingen über.
Das folgende Diagramm zeigt eine ziemlich standardmäßige LAN-Architektur für eine digitale Unterstation.
Architektur digitaler Umspannwerke
Bei 6-kV- oder 35-kV-Umspannwerken wird das Netzwerk einfacher sein, aber wenn es sich um Umspannwerke mit 110 kV, 220 kV und höher sowie um das LAN von Kraftwerken handelt, entspricht die Architektur der gezeigten.
Die Architektur ist in drei Ebenen unterteilt:
- Stations-/Umspannwerksebene.
- Level beitreten.
- Prozessebene.
Stations-/Umspannwerksebene umfasst Workstations und Server.
Level beitreten umfasst die gesamte technische Ausrüstung.
Prozessebene inklusive Messgerät.
Es gibt auch zwei Busse zum Kombinieren von Ebenen:
- Stations-/Umspannwerksbus.
- Prozessbus.
Der Stations-/Unterstationsbus vereint die Funktionen des Busses „Überwachung/Steuerung“ und des Busses „Relaisschutzsignalübertragung“. Und der Prozessbus übernimmt die Funktionen des Busses „Übertragung der aktuellen Spannungs- und Stromwerte“.
Merkmale der Multicast-Übertragung in einer digitalen Unterstation
Welche Daten werden per Multicast übertragen?
Die horizontale Kommunikation und Übertragung der Messwerte innerhalb der Digital Substation erfolgt über die Publisher-Subscriber-Architektur. Diese. Relaisschutzterminals verwenden Multicast-Streams, um Nachrichten untereinander auszutauschen, und auch Messungen werden per Multicast übertragen.
Vor der digitalen Umspannstation im Energiesektor wurde die horizontale Kommunikation mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen Endgeräten umgesetzt. Als Schnittstelle wurde entweder ein Kupfer- oder ein optisches Kabel verwendet. Die Datenübertragung erfolgte über proprietäre Protokolle.
An diese Verbindung wurden sehr hohe Anforderungen gestellt, denn Diese Kanäle übermittelten Signale zur Schutzaktivierung, zur Position von Schaltgeräten usw. Der Algorithmus zur betrieblichen Sperrung von Terminals hing von dieser Information ab.
Wenn die Datenübertragung langsam oder nicht gewährleistet ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass eines der Endgeräte keine aktuellen Informationen zur aktuellen Situation erhält und möglicherweise ein Signal zum Aus- oder Einschalten des Schaltgeräts sendet, wenn z Es werden einige Arbeiten daran durchgeführt. Oder der Ausfall des Leistungsschalters funktioniert nicht rechtzeitig und der Kurzschluss breitet sich auf den Rest des Stromkreises aus. All dies ist mit großen finanziellen Verlusten und einer Bedrohung für Menschenleben verbunden.
Daher mussten die Daten übermittelt werden:
- Zuverlässig.
- Garantiert.
- Schnell.
Anstelle der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation wird nun ein Stations-/Unterstationsbus verwendet, d. h. LAN. Und die Datenübertragung erfolgt über das GOOSE-Protokoll, das in der Norm IEC 61850 (genauer gesagt in IEC 61850-8-1) beschrieben ist.
GOOSE steht für General Object Oriented Substation Event, diese Dekodierung ist jedoch nicht mehr sehr relevant und trägt keine semantische Last.
Im Rahmen dieses Protokolls tauschen Relaisschutzterminals GOOSE-Nachrichten untereinander aus.
Der Übergang von der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zu einem LAN hat den Ansatz nicht verändert. Nach wie vor müssen Daten zuverlässig, sicher und schnell übertragen werden. Daher verwenden GOOSE-Nachrichten einen etwas ungewöhnlichen Datenübertragungsmechanismus. Mehr über ihn später.
Messungen werden, wie bereits besprochen, auch über Multicast-Streams übertragen. In der DSP-Terminologie werden diese Streams SV-Streams (Sampled Value) genannt.
SV-Streams sind Nachrichten, die einen bestimmten Datensatz enthalten und kontinuierlich mit einem bestimmten Zeitraum übertragen werden. Jede Nachricht enthält eine Messung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Messungen werden mit einer bestimmten Frequenz durchgeführt – der Abtastfrequenz.
Die Abtastfrequenz ist die Abtastfrequenz eines zeitkontinuierlichen Signals bei der Abtastung.
Abtastrate 80 Samples pro Sekunde
Die Zusammensetzung von SV-Streams ist in IEC61850-9-2 LE beschrieben.
SV-Streams werden über den Prozessbus übertragen.
Der Prozessbus ist ein Kommunikationsnetzwerk, das den Datenaustausch zwischen Messgeräten und Geräten auf Verbindungsebene ermöglicht. Die Regeln für den Datenaustausch (aktuelle Strom- und Spannungswerte) sind in der Norm IEC 61850-9-2 beschrieben (aktuell wird das Profil IEC 61850-9-2 LE verwendet).
SV-Streams müssen wie GOOSE-Nachrichten schnell übertragen werden. Wenn die Messwerte langsam übertragen werden, kann es sein, dass die Endgeräte nicht rechtzeitig den Strom oder die Spannung erhalten, die zum Auslösen des Schutzes erforderlich sind, und der Kurzschluss breitet sich dann auf einen großen Teil des Stromnetzes aus und verursacht großen Schaden.
Warum ist Multicast notwendig?
Um den Datenübertragungsbedarf für die horizontale Kommunikation abzudecken, werden, wie oben erwähnt, GOOSE etwas ungewöhnlich übertragen.
Erstens werden sie auf Datenverbindungsebene übertragen und haben ihren eigenen Ethertyp – 0x88b8. Dies gewährleistet hohe Datenübertragungsraten.
Nun gilt es, die Anforderungen an Gewährleistung und Zuverlässigkeit zu schließen.
Natürlich ist es notwendig zu verstehen, ob die Nachricht zugestellt wurde, aber wir können das Versenden von Empfangsbestätigungen nicht organisieren, wie es beispielsweise bei TCP der Fall ist. Dadurch wird die Datenübertragungsgeschwindigkeit erheblich reduziert.
Daher wird zur Übertragung von GOOSE eine Publisher-Subscriber-Architektur verwendet.
Publisher-Subscriber-Architektur
Das Gerät sendet eine GOOSE-Nachricht an den Bus und die Teilnehmer empfangen die Nachricht. Darüber hinaus wird die Nachricht mit einer konstanten Zeit T0 gesendet. Wenn ein Ereignis eintritt, wird eine neue Nachricht generiert, unabhängig davon, ob der vorherige Zeitraum T0 abgelaufen ist oder nicht. Die nächste Nachricht mit neuen Daten wird nach sehr kurzer Zeit generiert, dann nach einer etwas längeren Zeitspanne und so weiter. Dadurch erhöht sich die Zeit auf T0.
Das Prinzip der Übertragung von GOOSE-Nachrichten
Der Teilnehmer weiß, von wem er Nachrichten erhält, und wenn er nach der Zeit T0 keine Nachricht von jemandem erhalten hat, generiert er eine Fehlermeldung.
SV-Streams werden ebenfalls auf Datenverbindungsebene übertragen, haben einen eigenen Ethertyp – 0x88BA und werden nach dem „Publisher – Subscriber“-Modell übertragen.
Nuancen der Multicast-Übertragung in einer digitalen Umspannstation
Aber „Energie“-Multicast hat seine eigenen Nuancen.
Hinweis 1: Für GOOSE und SV sind eigene Multicast-Gruppen definiert
Für „Energie“-Multicast werden eigene Verteilergruppen verwendet.
In der Telekommunikation wird der Bereich 224.0.0.0/4 für die Multicast-Verteilung verwendet (mit seltenen Ausnahmen gibt es reservierte Adressen). Aber der IEC 61850-Standard selbst und das IEC 61850-Unternehmensprofil von PJSC FGC definieren ihre eigenen Multicast-Verteilungsbereiche.
Für SV-Streams: von 01-0C-CD-04-00-00 bis 01-0C-CD-04-FF-FF.
Für GOOSE-Nachrichten: von 01-0C-CD-04-00-00 bis 01-0C-CD-04-FF-FF.
Punkt 2. Die Terminals verwenden keine Multicast-Protokolle
Die zweite Nuance ist viel wichtiger: Relaisschutzterminals unterstützen weder IGMP noch PIM. Wie funktionieren sie dann mit Multicast? Sie warten lediglich darauf, dass die notwendigen Informationen an den Hafen gesendet werden. Diese. Wenn sie wissen, dass sie eine bestimmte MAC-Adresse abonniert haben, akzeptieren sie alle eingehenden Frames, verarbeiten aber nur die notwendigen. Der Rest wird einfach weggeworfen.
Mit anderen Worten: Alle Hoffnung ruht auf den Schaltern. Aber wie funktionieren IGMP oder PIM, wenn die Terminals keine Join-Nachrichten senden? Die Antwort ist einfach: Auf keinen Fall.
Und SV-Streams sind ziemlich datenintensiv. Ein Stream wiegt etwa 5 Mbit/s. Und wenn alles so bleibt, wie es ist, stellt sich heraus, dass jeder Stream ausgestrahlt wird. Mit anderen Worten: Wir ziehen nur 20 Streams auf ein 100-Mbit/s-LAN. Und die Anzahl der SV-Ströme in einem großen Umspannwerk geht in die Hunderte.
Was ist dann die Lösung?
Ganz einfach – nutzen Sie altbewährte VLANs.
Darüber hinaus kann IGMP im Digital Substation LAN einen grausamen Scherz spielen und umgekehrt wird nichts funktionieren. Schließlich beginnen Switches nicht ohne Anfrage mit der Übertragung von Streams.
Daher können wir eine einfache Inbetriebnahmeregel hervorheben: „Funktioniert das Netzwerk nicht?“ – IGMP deaktivieren!“
Normative Basis
Aber vielleicht ist es immer noch möglich, ein LAN für eine Digital Substation basierend auf Multicast zu organisieren? Versuchen wir nun, uns der regulatorischen Dokumentation zum LAN zuzuwenden. Insbesondere werde ich Auszüge aus den folgenden STOs zitieren:
- STO 34.01-21-004-2019 – DIGITALES KRAFTZENTRUM. ANFORDERUNGEN AN DIE TECHNOLOGISCHE GESTALTUNG VON DIGITALEN UNTERSTATIONEN MIT EINER SPANNUNG VON 110-220 kV UND KNOTEN-DIGITALEN UNTERSTATIONEN MIT EINER SPANNUNG VON 35 kV.
- STO 34.01-6-005-2019 – SCHALTER VON ENERGIEOBJEKTEN. Allgemeine technische Anforderungen.
- STO 56947007-29.240.10.302-2020 – Technische Standardanforderungen für die Organisation und Leistung technologischer LANs im Prozessleitsystem der UNEG-Umspannstation.
Schauen wir uns zunächst einmal an, was man in diesen Tankstellen zum Thema Multicast finden kann. Es gibt nur eine Erwähnung im neuesten STO von PJSC FGC UES. Bei den LAN-Abnahmetests bittet Sie die Servicestation zu prüfen, ob die VLANs korrekt konfiguriert sind und dass kein Multicast-Verkehr in den Switch-Ports stattfindet, die nicht in der Arbeitsdokumentation angegeben sind.
Nun, die Servicestation schreibt auch vor, dass das Servicepersonal wissen muss, was Multicast ist.
Das ist alles über Multicast...
Sehen wir uns nun an, was Sie in diesen Servicestationen über VLANs finden können.
Hier sind sich alle drei Servicestationen einig, dass Switches VLANs auf Basis von IEEE 802.1Q unterstützen müssen.
STO 34.01-21-004-2019 besagt, dass VLANs zur Steuerung von Datenflüssen verwendet werden sollten und dass mithilfe von VLANs der Datenverkehr in Relaisschutz, automatisierte Prozessleitsysteme, AIIS KUE, Videoüberwachung, Kommunikation usw. aufgeteilt werden sollte.
STO 56947007-29.240.10.302-2020 erfordert darüber hinaus auch die Erstellung einer VLAN-Verteilungskarte während des Entwurfs. Gleichzeitig bietet die Servicestation ihre IP-Adressbereiche und VLANs für DSP-Geräte an.
Das STO stellt außerdem eine Tabelle mit empfohlenen Prioritäten für verschiedene VLANs bereit.
Tabelle der empfohlenen VLAN-Prioritäten von STO 56947007-29.240.10.302-2020
Aus Sicht des Flussmanagements ist das alles. Obwohl es in diesen Tankstellen noch viel zu besprechen gibt – von verschiedenen Architekturen bis hin zu L3-Einstellungen – werden wir dies auf jeden Fall tun, aber beim nächsten Mal.
Fassen wir nun das Flussmanagement im LAN der Digital Substation zusammen.
Abschluss
In der Digital Substation werden trotz der Tatsache, dass viele Multicast-Streams übertragen werden, keine Standardmechanismen für das Multicast-Verkehrsmanagement (IGMP, PIM) verwendet. Dies liegt daran, dass die Endgeräte keine Multicast-Protokolle unterstützen.
Zur Steuerung von Datenflüssen werden die guten alten VLANs verwendet. Gleichzeitig wird die Nutzung von VLAN durch regulatorische Dokumentationen geregelt, die recht gut ausgearbeitete Empfehlungen enthalten.
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Source: habr.com