合寧客專電力遠動網絡中斷分析

沈先義

合寧客專電力遠動網絡中斷分析

沈先義

摘 要：合寧客專電力遠動系統自開通以來，經常出現網絡中斷，主控站無法與各被控站聯系，為此利用網絡監控工具分析故障產生原因，并協調電力遠動系統RTU廠商解決設備缺陷，解決了電力遠動系統的隱患。

關鍵詞：電力遠動系統;通信;網絡

合寧客運專線自2008年4月18日正式開通以來，每年都有幾次電力遠動網絡中斷的故障。原合寧公司也曾組織集成商及相關廠商進行故障查找和定位，一直沒有找出故障原因，每次網絡中斷只得重啟各匯聚交換機。為此利用網管網絡監控工具對沿線匯聚交換機及各箱變RTU地址進行監控，研究端口流量、帶寬占用率等指標，試圖找到中斷的原因。

圖1 合寧電力遠動網絡結構示意圖

1 網絡結構

合寧客運專線電力遠動系統，在上海鐵路局調度所電調樓內設置主控站，通過1個2 Mb/s通道接南京通信樓S3100匯聚交換機，南京匯聚交換機通過傳輸FE端口 (2 Mb/s)接合寧線4個車站的S3100匯聚交換機，通過網線或傳輸FE端口(2 Mb/s)接入沿線各個車站、中繼站、基站的電力箱房或箱變RTU設備。圖1為合寧電力遠動網絡結構示意圖，省略了連接各交換機之間的傳輸電路和各交換機端口下聯的業務端口。

為監控合寧電力遠動網絡，也為障礙定位查找提供手段，2011年11月，上海通信段合肥高鐵通信車間從三十里鋪站電力遠動匯聚交換機開通了一條監控通道，在合肥高鐵通信車間內接入一臺PC終端，將PC終端地址配置在合寧電力遠動IP地址段，確保PC監控終端與上海主控站及被控站正常通信，同時在網管監控終端上安裝SolarWinds公司的SolarWinds Engineers Edition軟件。

三十里鋪站電力遠動匯聚交換機的端口1上聯南京匯聚交換機，端口2接羅崗站箱變RTU，端口3接肥東站箱變RTU，端口4接三十里鋪1基站箱變RTU，端口5通過網線接入三十里鋪站箱變RTU，端口23接電力監控PC終端，各端口業務運用情況見圖2。

2 流量監控

利用網管網絡監控 (Network Monitor)工具對合寧電力遠動5臺匯聚交換機及合寧客專沿線各箱變RTU地址監控，監測各箱變綜自設備地址的通暢及時延、丟包率等指標;利用Network Performance Monitor工具監測合寧線電力遠動各匯聚交換機端口流量、帶寬占用率等指標。

網絡正常時，電力監控PC上各監測IP地址通暢，各交換機業務端口流量平穩，流量均為0.5～2 kb/s，上海調度所電調主控站顯示正常。

圖2 三十里鋪站電力遠動匯聚交換機各端口業務運用情況

2012年3月12日至18日合寧線電力遠動出現全網阻塞障礙時，端口流量監測工具可以看出，南京匯聚交換機及其他4個匯聚交換機下各個業務端口均出現了異常流量，超出了正常流量的數倍。選取三十里鋪匯聚交換機上聯南京的端口1為例，見圖3，正常情況下收發流量均在幾百kb/s并且較穩定，收發流量出現5次峰值，這對于傳輸帶寬2 Mb/s的通道必然會出現阻塞，且與全網阻斷時間一致，電力監控PC終端監控的箱變RTU地址也全部中斷。

圖3 三十里鋪匯聚交換機上聯南京的端口1業務端口流量

3 故障分析

利用抓包軟件進行分析，初步判斷為某一箱變RTU設備地址中斷后，上海調度所電調樓內的2臺通信前置機X.X.X.10或X.X.X.20頻繁向網絡中廣播此地址，是造成異常流量的主要原因。為判斷故障原因是否成立，通過模擬來再現故障。

2012年4月1日10：20，在電力監控PC終端遠程登錄全椒匯聚交換機，關閉全椒匯聚交換機上聯南京交換機端口;10：27電力監控PC上監測箱變RTU設備地址丟包嚴重，基本處于不通;10：50將全椒匯聚交換機上行端口打開，10：55監控網管上測試地址基本恢復通暢;12：20在電力監控PC終端，遠程登錄三十里鋪匯聚交換機，關閉匯聚交換機接箱變RTU端口;12：23電力監控PC上監測箱變RTU設備地址丟包嚴重，基本處于不通;12：30將匯聚交換機關閉的端口打開，很快監控網管上箱變地址基本恢復通暢。故障模擬時間段內，監測三十里鋪電力遠動匯聚交換機各業務端口流量均出現異常，流量峰值約1 Mb/s，與3月12日至18日出現全網阻斷時一致。

從端口流量采集圖可以看出，當關閉全椒匯聚交換機上行端口，相當于全椒下掛的箱變地址全部不通，異常流量產生，在三十里鋪匯聚交換機下每個業務端口都有異常流量;當關閉三十里鋪車站箱變RTU端口時，三十里鋪匯聚交換機除三十里鋪站端口無異常流量，其余業務端口均出現異常流量。由此說明當箱變RTU地址中斷，異常流量就會出現，不斷增加最后阻塞網絡。

4月1日10：20關閉全椒匯聚交換機上聯端口，在電力監控PC終端上打開ethereal抓包軟件，抓取三十里鋪E1/0/23電力監控端口收發報文，10：30抓包軟件顯示端口收到了大量的TCP報文，增長速度迅速。停止抓包后，打開收到的報文，看到源地址為X.X.X.10，目的地址為全椒匯聚交換機下的各箱變RTU地址，相同的TCP報文每秒鐘有上萬條。

從每條報文的分析可以看出，報文為正常的TCP連接報文，源地址為上海服務器地址，目的地址為中斷的箱變RTU設備地址。仔細分析報文詳細內容發現，雖然每條報文的源地址是一致的，但源地址的MAC地址不完全相同，隨意調看報文，第一條報文源MAC地址為08013e342326，第二條報文的源MAC地址為08013e6d3130，第三條報文的源MAC地址08013e6d324d，源MAC地址雖然不同，但前6位均為08013e，從全椒、巢北、三十里鋪交換機上查看MAC地址表，發現這些報文的源MAC地址均為基站箱變RTU設備的MAC地址。可以看出當合寧電力遠動網絡內某個箱變RTU設備地址中斷后，上海的主控站定時向網絡內發TCP連接包，尋找中斷的箱變RTU地址，基站箱變RTU收到這個TCP連接包后，沒有采取丟棄處理，而是將報文中 源MAC更換為自己的MAC地址后轉發出去，這就解釋了在交換機業務端口流量圖中，接基站類箱變RTU設備的端口既有接收流量，也有發送流量，而接車站和中繼站類箱變RTU設備的端口只有發送流量 (對于箱變RTU設備端為接收)。

4 改進措施

合寧電力遠動系統網絡結構簡單，為范圍較廣的星型結構局域網，業務端為點對點連接，網絡中不存在環路，出現異常流量導致全網阻斷的原因在應用層。根據故障分析，原因在合寧線基站類箱變的RTU設備上，此類箱變RTU設備系統存在漏洞，當合寧電力遠動網絡內單點RTU設備IP地址中斷后，上海的主控站定時向網絡內發TCP連接包，廣播中斷的箱變RTU地址，基站類箱變的RTU設備收到報文后，向網絡內轉發此TCP報文，當基站類所有箱變的RTU設備都不斷將收到的TCP報文向網絡內轉發時，就使網絡內的TCP報文在網絡內不斷增加，流量增長迅速，最后將網絡阻塞，造成全網中斷。而TCP連接包又是正常的通信報文，在網絡內無法采取限制手段，因此需要基站類箱變RTU廠商解決報文轉發問題。

目前，可在RTU設備前端增加通信前置機，用通信前置機將收到的非本站點TCP連接報文進行丟棄處理，不進行轉發，確保被控站與主控站正常的業務通信不受影響。此方案已在合寧線上選點試驗成功，待合寧全線基站類箱變RTU全部設置通信前置機后，將徹底排除合寧線電力遠動全網阻塞障礙。

［1］SolarWinds Engineers Edition．SolarWinds公司網絡工具集使用手冊．

［2］任泰明．TCP/IP協議與網絡編程［M］．西安：西安電子科技大學出版社，2004．

［3］滿昌勇．計算機網絡基礎［M］．北京：清華大學出版社，2010．

Abstract:Since the power remote operating system of Hefei-Nanjing passenger dedicated line has been open，its network often failed so that the master station could not contact controlled stations，The author analyzed fault causes by using network monitoring tool and coordinated the manufacturer of power remote operating systems，Remote Terminal Unit，to settle equipment failures．Finally，hidden problems in power remote operating system were eliminated．

Key words:Power remote operation systems;Communications;Network

沈先義：上海通信段合肥高鐵通信車間 助理工程師 230031合肥

2012-07-17

(責任編輯：諸 紅)