浅谈GMRP在变电站中的应用

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浅谈GMRP在变电站中的应用

% N* v4 z! ~1 \, o7 _目前变电站常用的多播报文技术有虚拟局域网（VLAN ）、GMRP （GARP 多播注册协议）和静态多播地址表，选择合适的网络过滤方式，对于变电站的改扩建工作至关重要。
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5 }# e- h; r" L& x, L5 [6 ^1.1数字化变电站的信息分层结构
IEC 61850 标准是变电站自动化领域最为完善的通信标准，该标准将变电站自动化系统分为三个层次，即站控层、间隔层、过程层。站控层包括监控主机、操作员工作站、远动工作站、工程师工作站、GPS对时装置等，形成全站监控管理中心。间隔层包括继电保护装置、测控装置等二次设备。过程层包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备及其所属的智能组件。如图11所示。
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( q! C! L. c6 C& G' k5 J数字化变电站相比较于传统变电站，过程层发生了很大的变化。传送模拟量和开关量的大量错综复杂的电缆被一些交换机和网线所代替，信息的交互由基于硬接线的方式，变为了基于网络的方式。常规的电压互感器和电流互感器被电子互感器所取代。



$ y6 v$ z/ w/ V; C                                         图 1-1数字变电站信息分层结构

2 T9 {6 t3 l& ^) z. I% r# {/ w1.2过程层网络的实现技术
; f* Q+ I0 t+ Y/ r. U过程层网络上传输的大部分数据都是组播，而组播不加过滤的话，交换机会把它和广播一样处理，因此，这就需要我们对组播进行有效的管理和过滤，以减少网络负载，提高网络的效率，降低网络上的延时等。交换机对组播进行管理和过滤的通用方法有VLAN、GMRP、IGMPSnooping、CGMP等。由于GOOSE报文和SV报文不属于IP组播，只是二层的MAC组播，因此IGMPSnooping和CGMP不是特别适用。所以，目前在变电站内用于管理和过滤组播的主要有三种方式，即VLAN，GMRP和静态多播地址表。虚拟局域网VLAN 技术是目前使用最为普遍的一种组网技术。相信很多人对该技术都有所了解，今天我们着重来探讨一下GMRP在组网当中的应用。
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1.3组播管理协议GMRP
GMRP 动态组播管理协议。GMRP（GMRP Multicast Registration Protocol）组播注册协议是通用属性注册协议（GARP）的一部分，用于维护交换机中的动态组播注册信息。所有支持GMRP特性的交换机都能接受来自其他交换机中的动态组播注册信息，来动态的更新本机的组播注册信息。同时也能够将本机的在组播注册信息向其他交换机传播，以使同一子网内所有支持GMRP特性的设备的组播信息达成一致。GMRP传播的组播注册信息既包括本地交换机上上手工配置的静态组播注册信息，也包括由其他交换机注册到本地交换机上的组播注册信息。

1.4GMRP协议的工作过程
& [! A  c* i% I& m当一台装置想加入某个多播组时，首先发出GMRP加入报文，交换机将接到的GMRP加入报文的端口加入该多播组，并在VLAN中广播该GMRP加入报文，VLAN中的多播源就知道了多播成员的存在。当组播源向组播组发送组播报文时，交换机只把该报文从先前加入到该组播组的端口转发出去，从而实现VLAN内的二次组播。如图 12所示。

此外，交换机会周期性发送GMRP查询，如果装置想留在组播组中，它就会响应GMRP查询，在这种情况下交换机不进行任何操作，如果装置不想留在组播组中，它既可以发送一个leave消息也可以不响应GMRP查询，一旦交换机收到装置的leave消息或者计时器设定期间没有收到响应消息，它便从组播组中删除该装置。
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图 1-2 GMRP基本原理

该协议特别适合智能变电站过程层网络中基于订阅/发布机制的IEC 61850 9-2采样值和GOOSE信息传输。与VLAN相比，GMRP无需对交换机进行繁琐配置（仅需交换机启用GMRP功能），方便变电站的改扩建工作，有效降低了运行维护的难度。但是需要装置网卡驱动程序的支持。
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1.5 GMRP 在DT6000E光数字测试仪中的应用
; k4 d! M6 j# O* R& c! n+ v* T周立功致远电子生产的光数字测试仪DT6000E，应用软件拥有独立的GMRP功能，该功能可以发送任意类型的GMRP报文，并且可以解析接收到的GMRP报文。

GMRP模块在DT6000E设备总共分为注册、发送测试和接收测试页面。
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1.5.1GMRP注册
$ C9 U9 f" p% N  I' pGMRP注册是设备向交换机固定发送JOIN IN报文，用户可以增加修改组播地址，选择发送端口，并且可以更改发送间隔时间（500s-60000s）这样从测试仪发送出来的数据，交换机都只会转发给同组内的其他设备，而没有加入到该组中的设备不会收到测试仪发送出来的数据。如图 13所示点击“开启GMRP”即设备开始发送GMRP报文。
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图 1-3 GMRP注册页面
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1.5.2GMRP 发送测试
' \$ v3 E! j+ Q( l/ DGMRP发送测试比较类似于GMRP注册，不同点在于该测试可以发送任意类型的GMRP
报文，并且报文发送时间间隔的最小值由原来的500s降低为1s。
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; i8 k% a: h! z  f6 g1 G1.5.3GMRP 接收
接收测试页面用于接收来自其他设备发送的GMRP报文。界面枚举出报文类型，以及
; \" P9 w% K! N7 x4 V组播地址。并且对报文内容也可以做到解析。如图 14所示：

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( J5 w9 ~+ {$ R; r8 a) W, i. D7 I2 C; O图 14 GMRP报文接收和解析

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