基于虛擬局域網(wǎng)的智能變電站熱備份通信

劉曉勝，海天翔，鄭 檢，朱宏林，徐殿國

（1.哈爾濱工業(yè)大學 電氣工程及自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150090；2.國網(wǎng)北京市電力公司信息通信分公司，北京 100070；3.國網(wǎng)江西省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，江西 南昌 330043）

0 引言

基于IEC61850的智能變電站對遙控信號、保護信號等具有很高的實時性要求[1-3]。在智能變電站內(nèi)部，數(shù)據(jù)報文種類眾多，若不按照某種規(guī)則對設(shè)備的功能進行劃分，會產(chǎn)生廣播風暴，增加網(wǎng)絡(luò)延時，造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，影響變電站的正常運行。虛擬局域網(wǎng) VLAN（Virtual Local Area Network）可以很好地解決上述問題。通過對變電站中的智能電子設(shè)備（IED）進行邏輯劃分，將具有相同工作性質(zhì)的設(shè)備劃分在同一VLAN中[4-6]，將數(shù)據(jù)信息限制在VLAN內(nèi)部，可以減輕交換機的工作壓力，減少網(wǎng)絡(luò)延時。

在智能變電站通信的可靠性與實時性方面，國內(nèi)外眾多學者從不同角度開展了相關(guān)研究工作。近年來，有關(guān)變電站內(nèi)VLAN技術(shù)的仿真研究逐漸開展。文獻[7]提出了一種適用于智能變電站的VLAN劃分方案，對變電站內(nèi)不同電壓等級的設(shè)備進行VLAN劃分，從而避免廣播風暴；文獻[8]對智能變電站內(nèi)部各種典型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行建模與理論分析、計算，并首次對VLAN在智能變電站中的應(yīng)用進行了具體的仿真分析；文獻[9]采用VLAN技術(shù)對變電站過程層進行了合理的劃分，并在數(shù)據(jù)包大小、發(fā)送間隔、節(jié)點處理能力的基礎(chǔ)上對智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)置，對跨間隔及跨交換機的2種場景進行仿真研究。但是現(xiàn)在已有的智能變電站VLAN研究存在著一些不足：現(xiàn)有的仿真研究均采用單交換機的星形網(wǎng)絡(luò)，當跨交換機通信數(shù)據(jù)流增大時，單一交換機承擔壓力較大，可能產(chǎn)生較大的網(wǎng)絡(luò)延時；當網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)鏈路或交換機設(shè)備故障時，單一交換機難以進行容錯控制，難以保證通信的可靠性；以往的研究均采用OPNET仿真的方式，并沒有在實際交換機上進行VLAN劃分及驗證。本文對核心交換機進行熱冗余備份，針對典型的D2-1變電站結(jié)構(gòu)進行重新組網(wǎng)，并采用熱備份路由協(xié)議HSRP（Hot-Standby Router Protocol），對單一及雙冗余交換機網(wǎng)絡(luò)在中心交換機轉(zhuǎn)發(fā)速率、IED接收速率、網(wǎng)絡(luò)延時3個方面進行仿真對比；并在實際交換機上進行VLAN+HSRP實驗，研究了VLAN+HSRP技術(shù)對變電站通信實時性、可靠性方面的影響。

1 HSRP在智能變電站中的應(yīng)用

1.1 HSRP

HSRP是美國Cisco自主研發(fā)的專有技術(shù)。系統(tǒng)中包含多個路由器，構(gòu)成1個“熱備份組”[10]。在任意時刻，組內(nèi)只有1臺活動的（active）路由器，用于承擔轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)。當活動路由器出現(xiàn)故障時，備份路由器成為新的活動路由器，承擔轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)。從網(wǎng)絡(luò)主機方面而言，網(wǎng)關(guān)并沒有發(fā)生改變，主機仍然連通，避免受到故障的影響，實現(xiàn)了工作路由器的切換。

在HSRP網(wǎng)絡(luò)中，各路由器通過Hello消息互相監(jiān)聽。若長時間未收到路由器發(fā)送過來的Hello消息，即認為是活動路由器出現(xiàn)故障，備份路由器便成為活動路由器。一個路由器是否為活動路由器主要由優(yōu)先級決定，若一個路由器的優(yōu)先級高于其他路由器，則該路由器成為活動路由器。若網(wǎng)絡(luò)中路由器優(yōu)先級相同，則由各路由器共同承擔業(yè)務(wù)。在1個熱備份組中，最多有1個活動路由器和1個備份路由器。HSRP具有以下特點。

a.可靠性強。2臺路由器采用HSRP，如果1臺路由器出現(xiàn)故障，備份路由器會迅速跟進承擔業(yè)務(wù)。

b.可實現(xiàn)負載均衡。眾多數(shù)據(jù)網(wǎng)核心部分數(shù)據(jù)流量及處理業(yè)務(wù)量較大，單一設(shè)備承擔不利于網(wǎng)絡(luò)整體運行。HSRP可以提供負載均衡機制，擴展鏈路帶寬，加強數(shù)據(jù)處理能力，提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。

c.安全性高。在交換機上與VLAN配合，可以保證子網(wǎng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1.2 智能變電站采用HSRP的必要性

如智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的一些大數(shù)據(jù)流量企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，一般采取“8／2”原則，即有80%的數(shù)據(jù)流量在各子網(wǎng)內(nèi)部，而只有20%的數(shù)據(jù)流量通過骨干路由器或者中心服務(wù)器在各子網(wǎng)之間傳遞；然而，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)的增多，各大數(shù)據(jù)流量的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)受日益增多的集成應(yīng)用的影響，通過骨干路由器或中心路由器的流量比重逐漸增多，現(xiàn)已達到了“5／5”，甚至有“2／8”的趨勢。

在智能變電站內(nèi)部，各通信業(yè)務(wù)種類繁多，數(shù)據(jù)類型及最大延時要求各不相同，變電站數(shù)據(jù)報文及其特點如表1所示。在實際中，變電站內(nèi)部各報文并不僅局限在各間隔內(nèi)部，跨交換機或跨間隔的數(shù)據(jù)流已成為變電站內(nèi)部不可忽略的因素。而這些數(shù)據(jù)流僅由1臺核心交換機承擔勢必對交換機可靠性提出非常嚴格的要求。當核心交換機承擔的壓力過重，其轉(zhuǎn)發(fā)速率過大會對網(wǎng)絡(luò)延時產(chǎn)生影響。而采用雙備份路由協(xié)議，將數(shù)據(jù)流由2臺核心交換機共同承擔，可以實現(xiàn)負載均衡。而當變電站過程層交換機與中心交換機之間鏈路出現(xiàn)故障時，采用熱備份的雙交換機拓撲可以進行容錯控制，數(shù)據(jù)流將在備份路徑上傳遞，避免由于鏈路中斷導(dǎo)致的通信故障，提高通信的可靠性。

表1 智能變電站數(shù)據(jù)報文及其特點Table 1 Data message types and corresponding features of smart substation

采用雙備份路由協(xié)議，將數(shù)據(jù)流由2臺核心交換機共同承擔，可以實現(xiàn)負載均衡。而當變電站過程層交換機與中心交換機之間鏈路出現(xiàn)故障時，采用熱備份的雙交換機拓撲可以進行容錯控制，數(shù)據(jù)流將在備份路徑上傳遞，避免由于鏈路中斷導(dǎo)致的通信故障，提高通信的可靠性。

2 基于VLAN的智能變電站熱備份通信

本文以一種典型的D2-1型變電站為例，對現(xiàn)有的通信拓撲采用中心交換機熱備份的方案，建立仿真模型，驗證其在通信實時性與可靠性方面所具有的優(yōu)越性。D2-1型變電站結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 VLAN的劃分與設(shè)置

在對智能變電站熱備份通信建模之前，首先要對該D2-1變電站設(shè)備進行VLAN的設(shè)置。在D2-1型變電站中，有1個母線間隔、2個變壓器間隔以及6個饋線間隔。每個間隔內(nèi)分別有合并單元（MU）IED、保護與控制單元（P&C）IED及斷路器IED。采取按間隔劃分VLAN的原則，將該變電站劃分為11個VLAN，共分為以下3個大類：

a.9個變電站間隔各自劃分為1個VLAN，用于抑制廣播風暴，減小中心交換機的壓力；

b.站控主機與服務(wù)器間劃分為1個VLAN，用于變電站層內(nèi)部設(shè)備之間通信；

c.變電站中所有IED及站控層設(shè)備（主機、服務(wù)器）劃分為1個VLAN，用于跨層通信。

在端口設(shè)置中，將各間隔交換機與中心交換機的接口都設(shè)為“Trunk”，用于實現(xiàn)跨交換機的VLAN間通信；其余端口設(shè)為“Access”，用于傳遞VLAN信息。

2.2 基于VLAN的智能變電站熱備份通信方案

根據(jù)上文提出的智能變電站熱冗余思想，對核心交換機進行熱冗余備份。如圖2所示，變電站站控層的主機與服務(wù)器分別與2臺互為熱冗余的中心交換機相連，2臺中心交換機為3層交換機，可進行路由協(xié)議的配置，通過2條光纖相連，1條為工作路徑，1條為其備份路徑，并配置為鏈路聚合；每個VLAN間隔的邊緣交換機和與之相鄰的邊緣交換機相連，并與VLAN間隔內(nèi)的各IED設(shè)備呈星形連接。將D2-1型變電站中的9個間隔分成4個1組和5個1組，共2組，每組與其中1臺中心交換機相連，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)正常工作時，每臺中心交換機分別只承擔1組交換機轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)流，各間隔的邊緣交換機分別與其負責的中心交換機相連?？梢钥闯觯摕醾浞莘桨竿負浣Y(jié)構(gòu)是星形與環(huán)形結(jié)合的復(fù)合拓撲。

由于網(wǎng)絡(luò)中跨交換機的數(shù)據(jù)流由2臺中心交換機共同承擔，故單一交換機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率降低，壓力有所減小。而當2臺中心交換機中的某一臺出現(xiàn)故障或是邊緣交換機與中心交換機間鏈路故障時，邊緣交換機將通過與其他邊緣交換機之間的鏈路與另一臺中心交換機進行通信，避免出現(xiàn)通信中斷現(xiàn)象，提高通信的可靠性。

2.3 智能變電站通信數(shù)據(jù)流建模

根據(jù)各類報文的不同特點及具體的參數(shù)要求，本文按照數(shù)據(jù)流的流向，將變電站內(nèi)的通信數(shù)據(jù)流分為以下5類，并進行數(shù)據(jù)流建模。

a.采樣值報文。

圖1 D2-1型變電站結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of D2-1 type substation

圖2 智能變電站熱備份方案Fig.2 Hot-standby scheme of smart substation

采樣值SAV（SAmpled Value）報文是每個間隔內(nèi)的合單元IED以一定頻率向P&CIED以廣播方式發(fā)送的周期性報文，屬間隔內(nèi)報文，分為變壓器間隔內(nèi)SAV報文和非變壓器間隔內(nèi)SAV報文。前者數(shù)據(jù)包最大長度為171 Byte，后者數(shù)據(jù)包最大長度為125 Byte，每秒發(fā)送數(shù)據(jù)包4000個。

b.設(shè)備狀態(tài)信息報文。

設(shè)備狀態(tài)信息報文由各間隔內(nèi)的P&CIED和斷路器IED向站控服務(wù)器發(fā)送，屬跨層通信報文，數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔為20 ms，報文大小為256Byte。

c.跳閘報文。

跳閘報文屬間隔內(nèi)和跨間隔的復(fù)合報文。在饋線間隔內(nèi)，P&CIED向斷路器IED發(fā)送跳閘報文，同時向母線間隔內(nèi)斷路器IED發(fā)送跳閘報文。報文大小為16Byte，到達時間服從泊松分布（λ=500）。

d.GOOSE報文。

GOOSE報文為典型的突發(fā)性報文，也是間隔內(nèi)和跨間隔的復(fù)合報文。發(fā)生故障后，間隔內(nèi)的P&C IED同時收到本間隔內(nèi)斷路器及母線間隔發(fā)送的GOOSE報文，采用ON／OFF機制，報文在ON時刻產(chǎn)生。處于ON狀態(tài)時服從α=1.1、k=512 μs的帕累托分布，處于OFF狀態(tài)時服從泊松分布（λ=50）。

e.文件傳輸報文。

變電站站控層內(nèi)部傳輸?shù)膱笪?，由服?wù)器向站控主機發(fā)送，屬跨交換機報文；數(shù)據(jù)包較大，為1 MByte，報文將被持續(xù)發(fā)送。

3 基于VLAN的智能變電站熱備份仿真分析

3.1 仿真場景

仿真場景中，采用155 Mbit／s帶寬的鏈路即可滿足變電站通信的要求。仿真以下列通信事件為例：某一饋線間隔發(fā)生故障，在發(fā)送跳閘指令至間隔內(nèi)P&C IED及母線間隔內(nèi)斷路器IED的同時，還進行著變電站層主機與服務(wù)器之間跨中心交換機的FTP文件傳輸。仿真從100 s開始，首先由合并單元持續(xù)產(chǎn)生SAV報文，直至仿真結(jié)束；110 s時，站內(nèi)各P&C IED、斷路器IED開始向站控設(shè)備發(fā)送設(shè)備狀態(tài)信息報文；跳閘指令在120 s時進行傳送；GOOSE報文和文件傳輸報文在120～130 s內(nèi)隨機時刻進行傳送，整個仿真時間持續(xù)至1200 s。

3.2 仿真建模

仿真場景中饋線間隔內(nèi)的合并單元IED產(chǎn)生的SAV報文屬于快速報文，直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層，為減少協(xié)議開銷，采用OPNET中的Ethernet_station模型。狀態(tài)信息報文、GOOSE報文及跳閘報文屬于中速或快速報文，與之有關(guān)的斷路器IED、P&C IED以及站控主機均采用Ethernet_workstation模型。Ethernet_station模型和Ethernet_workstation模型均采用OPNET自帶的模型，根據(jù)數(shù)據(jù)報文的不同進行設(shè)置，來模擬各類數(shù)據(jù)報文。各類報文的應(yīng)用、傳輸協(xié)議、優(yōu)先級設(shè)置如表2所示。在優(yōu)先級的設(shè)置中，VLAN的優(yōu)先級標志位位于其標簽字段第3個字節(jié)的高3位，最低為0，最高為7。根據(jù)智能變電站數(shù)據(jù)報文通信實時性要求的不同，將GOOSE報文及跳閘報文的優(yōu)先級設(shè)置為最高級7，將實時性要求最低的文件傳輸報文設(shè)置為系統(tǒng)的默認等級4。

表2 智能變電站數(shù)據(jù)報文仿真設(shè)置Table 2 Settings for data message simulation of smart substation

本文針對變電站通信中跨交換機、跨間隔通信情況，運用上述的熱備份思想與VLAN結(jié)合，以減小中心交換機的壓力，故采用對比仿真的方式比較常規(guī)單交換機網(wǎng)絡(luò)與雙交換機網(wǎng)絡(luò)在通信實時性和可靠性方面的差異。改進前后的OPNET整體網(wǎng)絡(luò)模型分別如圖3（a）、（b）所示，饋線間隔如圖3（c）所示。

圖3 OPNET仿真拓撲圖Fig.3 Topological diagrams of OPNET simulation

3.3 仿真結(jié)果分析

對傳統(tǒng)單交換機網(wǎng)絡(luò)與熱備份雙交換機網(wǎng)絡(luò)從實時性與可靠性2個方面進行對比，仿真結(jié)果如圖4—7所示。

從圖4可以看出，采用了VLAN技術(shù)的場景，由于劃分了VLAN，使SAV報文只在本間隔內(nèi)部傳送，中心交換機轉(zhuǎn)發(fā)速率明顯減小，大幅減小了交換機的壓力；采用圖3（b）中的熱備份雙交換機拓撲，每臺交換機只承擔一半的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，中心交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速率進一步減小，約為單交換機場景轉(zhuǎn)發(fā)速率的 1／2。

圖4 不同拓撲結(jié)構(gòu)對中心交換機轉(zhuǎn)發(fā)速率的影響Fig.4 Influence of topological structure on forwarding rate of central switch

從圖5可以看出，進行VLAN劃分的場景下，P&C IED只收到本間隔內(nèi)部合并單元IED發(fā)送的數(shù)據(jù)，抑制了廣播風暴。不采用VLAN的場景下，P&C IED接收數(shù)據(jù)速率平均值為4×105bit／s左右；而采用VLAN的場景下，P&CIED接收數(shù)據(jù)速率平均值為0.45×105bit／s，為不采用 VLAN 場景下的 1／9左右，與理論分析一致。

圖5 不同拓撲結(jié)構(gòu)對IED數(shù)據(jù)接收速率的影響Fig.5 Influence of topological structure on data receiving rate of IED

在實時性方面，可以從圖6看出，劃分了VLAN的網(wǎng)絡(luò)場景延時明顯減小，更加符合IEC61850中規(guī)定的最大時延標準；而熱備份交換機網(wǎng)絡(luò)場景由于多增加了1臺交換機，勢必帶來一些附加的交換機延時，從圖6可以看出其延時要比單交換機延時稍長，不過仍小于不采用VLAN的網(wǎng)絡(luò)場景，符合IEC 61850中規(guī)定的延時標準。

圖6 不同拓撲結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)延時的影響Fig.6 Influence of topological structure on network delay

在可靠性方面，假設(shè)仿真在進行到500s時，饋線間隔1的路由器與中心交換機鏈路發(fā)生故障，分析此時站控層服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)。從圖7中可以看出，當鏈路發(fā)生故障時，采用熱備份雙交換機的網(wǎng)絡(luò)場景的站控層服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)基本未受到影響；而傳統(tǒng)的單交換機星形網(wǎng)絡(luò)由于無法提供備份路徑，一旦與中心交換機相連的鏈路出現(xiàn)故障，站控層設(shè)備將無法收到相應(yīng)數(shù)據(jù)，對變電站通信造成嚴重影響。

圖7 鏈路故障對站控服務(wù)器接收速率的影響Fig.7 Influence of link failure on receiving rate of station control server

4 實物驗證

為了驗證VLAN及HSRP能夠在實際交換機上進行配置，保證通信的安全性、實時性、可靠性，本節(jié)在前文仿真的基礎(chǔ)上，利用實際的交換機進行組網(wǎng)實驗。

實驗平臺包括4臺交換機，均為可配置的思科網(wǎng)關(guān)型交換機，其中：3層交換機C3560為2臺，可進行路由協(xié)議的設(shè)置，采用“一次路由、多次交換”的原理，進行基于IP地址的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，代表變電站內(nèi)的中心交換機；2層交換機C2950為2臺，連接著PC機，用于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，代表著變電站間隔內(nèi)交換機。實驗將從安全性、實時性及可靠性3個方面進行驗證，利用PC機上的超級終端對交換機進行配置，并利用Ping指令進行網(wǎng)絡(luò)的連通性、實時性測試。

4.1 安全性驗證

VLAN最大的特點就是不同VLAN之間若不設(shè)置路由則無法進行通信，這可保證數(shù)據(jù)只在VLAN內(nèi)部傳遞，安全性強，可避免廣播風暴。在安全性實驗中，采用1臺C3560交換機和3臺PC機的實驗拓撲，如圖8所示。

圖8 安全性驗證實驗拓撲Fig.8 Topology of security verification experiment

將實驗用的3臺PC機及交換機配置為如圖8中所示的IP地址，并將交換機劃分為VLAN100、VLAN2000這2個VLAN。將PC1、PC2接在交換機VLAN100成員的端口上，將PC3接在交換機VLAN200接口。實驗時，用PC2分別Ping PC1、PC3，觀察網(wǎng)絡(luò)的連通情況。

由于PC2與PC3不在同1個VLAN中，故在PC2中Ping PC3結(jié)果顯示不通；而PC2Ping在同一個VLAN中的PC1則能夠聯(lián)通。實驗結(jié)果表明VLAN技術(shù)能夠避免數(shù)據(jù)的跨VLAN傳遞，提高通信的安全性。

4.2 實時性驗證

劃分了VLAN后，間隔內(nèi)的IED將只收到同一VLAN中IED發(fā)來的數(shù)據(jù)，可以避免廣播風暴，減少網(wǎng)絡(luò)延時。為驗證VLAN可以提高網(wǎng)絡(luò)實時性，采用如圖9所示的實驗拓撲。

圖9 實時性驗證實驗拓撲Fig.9 Topology of real-time performanceverification experiment

圖9中，C3560交換機代表中心交換機，2臺C2950交換機代表間隔交換機，用PC機模擬IED，IP地址如圖中所示。實驗中令PC2、PC3同時向PC1發(fā)送大小為171 Byte、包間隔為0.00025 s的SAV報文。對比下列2種情況：無VLAN劃分；將PC1、PC2劃分在一個VLAN，PC3單獨在一個VLAN。在PC2中用Ping指令觀察PC1傳送回的報文及網(wǎng)絡(luò)延時。實驗結(jié)果見表3。

表3 實時性驗證實驗結(jié)果Table 3 Results of real-time performance verification experiment

從實驗結(jié)果中可以看出，由于PC1同時收到了PC2、PC3發(fā)送的SAV報文，無VLAN劃分時網(wǎng)絡(luò)延時約為2ms，大于劃分了VLAN的網(wǎng)絡(luò)場景下的延時，且出現(xiàn)了丟包現(xiàn)象和廣播風暴現(xiàn)象。而在劃分了VLAN的場景中，PC1只收到同一VLAN內(nèi)的PC2發(fā)來的SAV報文，網(wǎng)絡(luò)延時減小為1 ms，且沒有出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，避免了數(shù)據(jù)擁塞現(xiàn)象的發(fā)生?？傮w而言，在網(wǎng)絡(luò)中劃分VLAN，可以減小網(wǎng)絡(luò)延時，提高通信的實時性。

4.3 可靠性驗證

為驗證HSRP可增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性，將圖2中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化，得到圖10所示的實驗拓撲。

可靠性驗證實驗用到4臺交換機，其中2臺C3560交換機代表熱備份的變電站中心交換機，2臺C2950交換機代表變電站間隔內(nèi)部的邊緣交換機，PC機代表IED。在PC1上Ping PC2，發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中關(guān)掉C2950交換機2，模擬其出現(xiàn)故障的情形，此時PC1上返回的Ping結(jié)果如下。實驗結(jié)果見表4。

圖10 可靠性驗證實驗拓撲Fig.10 Topology of reliability verification experiment

a.無HSRP的實驗結(jié)果。

b.采用HSRP實驗結(jié)果。

表4 可靠性驗證實驗結(jié)果Table 4 Results of reliability verification experiment

從實驗結(jié)果中可以看出，無HSRP的網(wǎng)絡(luò)在中心交換機出現(xiàn)故障后，通信發(fā)生中斷。采用HSRP的網(wǎng)絡(luò)在中心交換機出現(xiàn)故障后，數(shù)據(jù)將通過C2950交換機2經(jīng)另一中心交換機轉(zhuǎn)發(fā)至目的PC，具有較好的容錯功能和較強的可靠性，通信經(jīng)過短時間中斷后能恢復(fù)正常。

5 結(jié)論

本文針對智能變電站通信中存在的跨交換機、跨間隔等情況，結(jié)合HSRP提出一種雙交換機熱備份的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過與傳統(tǒng)單交換機網(wǎng)絡(luò)拓撲的對比仿真可知，采用了HSRP的網(wǎng)絡(luò)拓撲憑借硬件冗余的方式，減小了中心交換機的壓力，縮短了網(wǎng)絡(luò)延時；而當鏈路發(fā)生故障時，備份交換機可承擔起故障活動交換機的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，避免了通信中斷，確保了通信的可靠性。最后用交換機與PC機實驗平臺驗證了仿真的結(jié)論。該熱備份雙交換機方案可應(yīng)用于實際的變電站通信中。