电力通信数据网（精选12篇）
电力通信数据网 篇1
随着“三集五大”体系建设工作的逐步展开, 电力信息网和通信数据网的管理模式也在改进, 尤其是信息技术在管理中的应用, 极大的提升了信息服务的智能化能力, 使电网管理从传统模式逐渐步入现代化时代。目前, 电力信息网和通信数据网的融合已经成为智能电网建设的关键, 是提升电力信息通信管理水平的重要手段之一。由于两网融合在我国开始时间较短, 对于融合策略、融合效果都需要进行深入研究, 为此, 进行电力信息网和通信数据网融合探讨是有必要的。
1 电力信息网与通信数据网简述
在电力系统发展过程中, 电力信息网与通信数据网的专业技术共同发展, 相互渗透、相互配合, 为电网正常运行提供了基本支持。信息网以通信数据网为平台, 而通信数据网以信息网络技术为支撑, 两网的融合已经是不可逆转的趋势。
1.1 电力信息网
电力信息网是电力系统业务的承载网络, 其作为电网业务运行的载体, 是电网管理信息化建设的第一步。进入信息时代后, 信息网的布线已经延伸至电力系统的任何一个方面, 覆盖面极广。电力信息网的主要架构如下:
(1) 本地骨干层。一般情况下, 设置2台路由器作为本地信息网络出口, 并通过动态路由协议与其他供电公司信息网络实现联接。
(2) 本地汇聚层。这一层主要包括两个子层。第一层:在中心站设置2台路由器, 并通过动态路由协议实现与本地骨干层路由器的联接。其中, 1台路由器一以太网为通道与其他供电公司设备联接, 并在路由器上设置各业务段网关。另外1台路由器设置成为本供电公司与下联中心服务机群的联接设备。第二层:在其他供电公司内设置1台路由器, 负责其他供电公司交换设备的接入口。
(3) 本地接入层。其构成主要是接入交换机, 覆盖整个办公场所。其通过二层级联方式与本地汇聚层中的第二层联接。
1.2 电力通信数据网
电力通信数据网络主要承载营业缴费、IP电话、视频监控等业务, 其业务承载能力远远超过传统的电力传输网络。当前, 电力通信数据网全网采用边界网关协议, 每一种业务单独划分一个VPN, 这样一来就在全网赋予了一个独立的理由表, 确保了各项业务的顺利展开。电力通信数据网的主要架构如下:
(1) 本地骨干网。使用2台路由器作为路由反射器, 通过这2台路由器与其他供电公司的路由器设备组网, 形成本地的通信数据网出口。
(2) 本地汇聚层。选用5台路由器设备, 其中的每一台设备都与本地骨干网中的路由器相连。
(3) 本地接入层。主要组成依然是接入交换机, 每台设备都要设置虚拟路由器, 其采用冗余协议接入本地汇聚层中的设备。
2 电力信息网与通信数据网的融合策略
对电力信息网和通信数据网进行深入融合, 使两个网络融合成一张网络。从以往的工作经验及同类型工程操作实践看, 两网融合可以从四个方面展开, 具体策略及相关情况如下:
2.1 从设备失效入手, 提升骨干层设备的灾备能力
操作方式:将电力信息网中心站的2台路由器下挂在电力通信数据网中心站的2台路由器设备下。同时, 将电力信息网中的2台路由器移植到上级供电公司的容灾备份站点中, 作为本地电力信息网的第二出口使用。这样一来, 当电力信息网中心站设备发生停电或其他故障时, 可以借助第二出口来工作, 保证电力信息网和通信数据网业务顺利完成。
2.2 从冗余保护入手, 提高业务传输能力
由于传输通道质量、光缆资源等条件对电力信息网和通信数据网的业务传输影响大, 为最大程度的保证业务畅通, 电力信息网中的本地汇聚层设备与电力通信数据网中的本地汇聚层设备之间的联接方式, 可以采用动态路由协议双裸纤或一光一电方式就近双向联接等方式。这种情况下, 即使本地汇聚层中的设备在单一路由上发生失效故障, 可以通过其他路由完成业务传输, 利用物理链路冗余达到业务传输保护的效果。
2.3 从利用效率入手, 提高接入层设备投入与运行的经济性
在电力信息网和通信数据网融合时, 两网接入层中的设备应保留其一, 不需要全部留用, 其目的主要是实现接入层对电力信息和通信数据业务的统一承载, 便于业务接口与出口的统一, 实现信息通信一体化。同时, 这样设置可以避免接入层设备重复设置, 减少设备资源浪费, 最大程度的提高设备投入与运行的经济效益。
2.4 从规划管理入手, 将两个网络合二为一, 打破专业壁垒
电力信息网与通信数据网是两个不同专业的网络系统, 二者之间在一定的专业壁垒。但是为了推进并保障两网融合工作的顺利展开, 应当梳理清楚工作流程, 明确融合目标和管理范围, 围绕网络统一这一目标设计融合方案, 放能实现方式统一下达, 设备统一运检, 网络统一维护, 从而提升网络管理成效, 减少运行维护工作难度。
3 电力信息网与通信数据网融合后的效果分析
3.1 利于提升网络结构的承载能力
电力通信网和通信数据网的融合电网的升级与改造, 对电网信息化建设工作推进具有重大的现实意义。融合的网络不仅集合了电力信息网和通信数据网的优点, 还优化了网络结构, 进一步优化网络结构的承载能力。众所周知, 电力信息网的网络架构一般采用星型拓扑, 中心交换设备的业务承载能力有限, 难以承担繁重的业务需求。但是其与通信数据网融合后, 使网路结构得到进一步优化, 实现物理链路冗余合理配置, 提高而来网络传输速度。此后, 两网融合后, 信息、数据有原来的集中处理转变为分散处理, 减轻了电力信息网的业务承载压力。
3.2 利于提升系统设备的稳定性
电力信息网和通信数据网融合后, 系统运行有一种设备统一承载, 剔除掉了多余设备, 不仅提高了设备利用率, 还提升了系统设备运行的稳定性, 这一点在电源配置上体现的尤为明显。两网融合后, 一些多余设备停运, 电源负荷减少, 减少了电能消耗, 便于保证系统设备运行稳定。
3.3 利于提高网络安全管理成效
将网关设备移植到本地接入层中的设备上, 由于介入方式的转变, 更便于进行网络安全管理。与原来的方式相比, 融合后的方式可以降低接入终端安全管理的误操作压力, 还要通过接入层设备承载一定的核心设备数据业务, 降低核心设备的数据处理压力, 进而提升网络运行安全。而且, 融合后还可以增加IP与假MAC绑定, 填写一些地址黑洞, 通过这样的方式来加强网络安全管理, 避免通用户私自入网, 便于保护网络安全, 避免通信数据信息被篡改等。
4 结语
综上所述, 在“三集五大”体系及智能电网下, 电力信息网和通信数据网的融合是电网建设与发展的必然趋势。为此, 我们应当加强这方面的探讨与研究, 探索电力信息网与通信数据网的融合方式, 推动两网融合工作的顺利展开, 进一步优化电力系统网络管理模式, 提升网络信息安全。当然, 电力信息网与通信数据网之间的融合方式绝不仅仅只有本文提及的几种方式, 需要我们在今后工作去探索、去发现, 唯有不断的加强技术研究, 才能促进电力系统发展。
参考文献
[1]麻礼念.基于产业融合理论的三网融合研究[D].北京邮电大学, 2010.
[2]张华.谈浅通信、信息网络二网融合的开发与应用[J].电子制作, 2015, 12:142.
电力通信数据网 篇2
随着科学技术的发展，电力通信提出数据网建设的要求。电力通信的需求如下：第一，高效通信的需求，在现代信息化的环境中，人们要求通讯向高效化的方向发展，故障后，电力企业必须实时给出响应，此时如果数据传输出现问题，则企业不能给用户即时响应。第二，能应用数据网实时监控电力传输的情况，电子力网监控的数据可成为电力企业规划电力网的数据依据。第三，为智能控制电力网打好基础，当前电力企业应用智能控制的方法传输电力，中央集成系统需要实时接收监控数据，给出决策判断，如果数据网信息不通畅，智能系统就缺乏判断的依据。
电力通信数据网 篇3
1 透明光网络
随着网络规模的不断扩大和用户高带宽需求的持续增长，网络中的业务量也在急剧增长，不断给网络容量提出新的挑战。WDM 技术的发展使得人们可以充分利用光纤巨大的带宽资源进行光信号的长距离传输，而且单根光纤的容量也在不断的增长。
未来的光网络中的数据传输应该尽量避免复杂而昂贵的光电光转换，实现端到端的全光传输，即建立一个“透明”的光网络。
事实上，透明光网络和全光网络其实是不同的概念。在透明光网络中，逻辑器件和信号处理的透明度必须被牺牲掉。然而，数据传输和交换等仍然在光域进行。由于光器件技术的不成熟，包括光缓存和光逻辑器件的不成熟，限制了光信息的处理，从而限制了全光交换（特别是信息头的处理），使得在可预见的时期内实现真正的全光网络仍然不够现实。因而相比之下，结合当前技术的发展，透明光网络则成为未来光网络发展最可行的方向。
何谓透明？理想上，我们希望信号的输出和输入是一样的，除了一定的时延和强度上的衰减。然而光在光纤中传输是有色散和非线性效应的，同时，强度衰减也是影响信号长距离传输的主要原因。色散补偿、特殊光纤、光放大器等技术和器件的发明使得光在光纤中的透明长距离传输成为可能。尤其是掺铒光纤放大器（Erbium-doped Optical FiberAmplifier，EDFA）的发明和应用使得 WDM 系统的透明化成为可能。EDFA 不仅放大倍数高，而且放大频谱范围宽，可以同时对光纤中所有的波长信道进行高倍数放大，很好地支持了 WDM 系统长距离的全光透明传输。
在光交换和路由上，网络的透明性体现在数据包的交换全光性。然而这一点十分困难，由于全光逻辑器件和光缓存的不健全，要在核心节点读取入口数据包进行分析和头处理就需要进行必要的电处理。
2 建设透明电力通信网
2.1 业务统一接入和传输
建设新型电力通信网首先应该考虑业务接入的问题。由于大数据下，业务种类和数据类型不断增加，不同的数据流有不同的格式，因而电力通信网必须能够为其提供统一的接口，支持多种流的接入，并将不同的数据按同样的标准打包组帧以统一传输。而透明光网络对数据类型和速率透明的特性则很好地支持了这一点。
2.2 高带宽长距离全光传输
光纤通信最大的优势就在于其巨大的可用带宽，而衰减是限制光信号长距离传输的主要原因之一。EDFA 的引入使得数据能够被全光放大，从而延伸光信号的传输距离。建设透明电力通信网需要充分开发光纤的传输带宽，实现数据的高速远距传输。
2.3 大粒度光交换
如果在电力通信网中推广透明光网络技术则可以实现数据层面的全光大粒度交换，省去了大量数据的光/电/光转换和电处理，保证了数据的端到端全光传输和交换。
1）光 传 送 网 技 术（OpticalTransport Network，OTN）是 以WDM 为基础、在光层组网的传送网技术，是下一代骨干传送网技术。OTN 将 解 决 传 统 WDM 网络无波长/子波长业务调度能力差、组网能力弱、保护能力弱等问题。OTN 处理的基本对象是波长级业务，它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。OTN 可以提供巨大的传送容量，多种客户信号封装，大颗粒的带宽复用、交叉和配置，端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。然而 OTN 技术毕竟是基于 WDM波长路由的，因而在子波长汇聚和疏导时仍然需要用到光/电/光转换，此时便会破坏传输的透明性。当前电力通信网已经在逐步向 OTN 网络演进，这也是近期内的电力通信传送技术的发展方向，为完全实现网络透明化奠定基础。
2）为了进一步实现电力通信网的透明化，电力通信网中可以引入基于统计复用的光突发交换（Optical Burst Switching，OBS）技 术。 在 OBS 网 络 中，多 个 IP分组组成一个较大的数据突发包（Burst），并将突发包作为网络传输单元和交换的粒度。对应每个突发包都会产生一个突发分组头（Burst Header Packet，BHP），该BHP 不与突发包共路，而是先于突发包一段时间使用另外一条信道发出，目的是提前到达核心节点进行电处理并控制沿路交换设备的重构。BHP 同时还需要明确突发包的长度以便节点知道开关的维持时间，也即预约这段时间的开关资源。BHP 和突发包发送相隔的这段时间称为偏置时间（Offset time）。由于偏置时间的存在，当突发包到达核心节点时，BHP 已经事先把资源预约好，因而突发包只需要按照安排在光域完成交换，而无需光缓存和经历光电光转换，实现了数据层面的透明传输。 随着光网络技术的不断发展，新的技术层出不穷，实现透明光网络的新方案也会不断被提出，但无论采用何种实现技术，在大数据时代下建设透明电力通信网一定是未来发展的重要方向。
3 结语
电力通信数据网 篇4
随着山西电力数据通信网络规模日益扩大, 所承载业务日益增多, 对于网络服务质量 (Qo S) 的要求也在不断提高。山西电力数据通信网已经由原来的只承载数据业务 (如MIS、DMIS) 等, 逐渐转变为需要承载更多的语音、视频 (如变电站视频监控、网真) 等丰富的数据应用, 随着应用系统的构成越来越复杂, 衡量他们是否工作正常也不是“通”、“断”两个字就可以一言蔽之的, 需要全面地了解网络流量和网络状况以管理网络性能和诊断网络故障。
1 山西电力数据通信网概述
1.1 山西电力数据通信网结构
山西电力数据通信网中省公司作为核心节点部署2台核心路由器GSR12016和2台核心接入路由器Cisco7609, 四台设备成口字型结构互联。11个地区分公司作为骨干节点各部署2台骨干路由器Cisco7609, 与省公司2台核心路由器成口字形结构互联。山西电力数据通信网结构简图如下图1所示
1.2 山西电力数据通信网主要承载业务
山西电力数据通信网目前主要承载的业务包括:山西电力管理信息系统 (MIS) 、全省变电站生产视频监控系统、省网关口电能量采集系统、全省营销营业场所视频监控系统、全省电力营销缴费系统、全省调度OMS系统、NGN软交换系统、高保真会议电视 (网真) 系统、全省调度录音系统、调度程控网管系统等网络数据业务, 这些业务涵盖了电力生产、调度、基建、营销、管理、科研、设计等各个领域。
2 山西电力数据通信网部署NAM模块设计
2.1 NAM模块概述
NAM (Network Analyze Module) 是一种集成化的流量监控服务模块, 它为网络管理员提供了全面的应用层可见度, 可以实现实时的和针对历史数据的应用监控, 包括视频和语音。利用主动监控功能, 它可以方便地捕获和解码分组、分析趋势、隔离网络故障和在故障发生之前发现应用响应延迟。
2.2 山西电力数据通信网部署NAM模块设计
在山西电力数据通信网中, 分别在省公司2台核心接入路由器Cisco7609上部署NAM模块, 以实现对整网所有应用协议、主机和VLAN的流量监控, 用以全面的了解网络流量和网络状况。
3 山西电力数据通信网络流量监控与研究
3.1 针对应用协议的流量监控
如图2所示, 显示了一小时内流量最多的应用协议和应用协议组有哪些。
3.1.1 流量最多的应用协议及其流量速率和数量情况
如图3和图4显示的是一小时内应用协议的流量速率情况, 如图5和图6显示的是一小时内应用协议的流量数量情况。
下面显示的是一小时内的流量速率情况。
3.1.2 针对某个应用协议的实时流量监控
如图7显示的是某个应用协议的实时流量速率情况, 如图8显示的是某个应用协议的实时数据抓包情况, 可以进一步分析数据包。
3.2 针对主机的流量监控
如图9显示的是在一小时内, 在In和Out两个方向流量速率最高的主机地址有哪
3.2.1 分析某台主机的流量情况
如图10显示的是在一小时内, 某台主机在In和Out两个方向的流量速率和数量情况, 这台主机主要流过哪些应用的流量及各个应用流量占总流量的比例情况。
如图11显示的是在一小时内, 与某台主机双向通信的IP地址及流量速率情况。
3.2.2 针对某台主机的实时流量监控
如图12显示的是某台主机的实时流量速率情况, 如图13显示的是某台主机的实时数据抓包情况, 可以进一步分析数据包。
3.3 针对VLAN的流量监控
如图14显示的是在一小时内, 流量速率最高的VLAN有哪些。
3.3.1 所有VLAN的流量速率情况
如图15显示的是所有检测到的VLAN流量速率情况。
3.3.2 针对某个VLAN的实时流量监控
如图16显示的是某个VLAN的实时数据抓包情况, 可以进一步分析数据包。
4 结束语
本文分析了基于三种类型的网络流量监控, 如何应用这些监控数据来减少网络拥塞、提高网络响应速度, 最终提高网络性能是需要进一步研究的课题。
参考文献
电力通信中通信光缆故障定位 篇5
但是随着电力通信光缆使用时间的增加，通信光缆难免会发生一些故障。
在日常的维护过程中很难预测通信光缆的故障点，当于通信光缆发生故障时，对故障点准确定位也是判断的难点。
本文主要介绍了基于GIS的故障定位算法，该算法可对通信光缆故障点进行准确定位。
电力通信中通信光缆故障定位研究 篇6
【关键词】电力通信；通信光缆；故障定位
0.引言
随着我国科技水平的提高，电力通信行业也得到了长足的进步，在我国现阶段各行业的发展，起到了举足轻重的地位。随着通信光缆的广泛应用，通信光缆在电力通信行业的作用越来越明显，但是通信光缆中的故障维修效率跟不上电力通信行业的发展，因此我们必须采用相应的手段来改善这种状况。本文拟采用GIS的故障定位算法，对通信光缆故障的准确定位，并通过光时域反射仪的运行原理，在通信光缆的区域内建了一个GIS系统，监测光缆的故障点，并予以及时维护。
GIS系统（地理信息系统）主要是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行综合采集与分析技术系统。
光时域反射仪利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，对于故障定位有显著的作用。
1.电力通信网络和通信光缆故障监测
1.1电力通信网络的基本特点
对于电力通信网络来说，其是由光纤、基本的微波和所需的卫星电路构成的，对于电力通信的主要的通信方式主要有电力线载波通信和光纤通信。
电力通信网络在传输过程中具有以下几个基本要求：首先必须保证电力通信网络具有一定的安全性，在此基础上要同时具有可扩展性和高效性。对于现行的电力通信网络必须包含有一定的效益性和环境保护能力。
1.2电力通信网络的光缆故障监测
在电力通信网络的光缆故障监测关键设备是光时域反射仪，该仪器主要是针对光纤线路损耗、光纤的基本长度、光纤的故障点进行监测的。它的基本原理主要是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射情况进行故障定位。
光时域反射仪从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。这种方式可以判断电力通信网络的光缆故障中光缆的长度和光缆故障的位置。它的基本表达式为：
d=（c×t）2（n）
式中，c是光在真空中的速度，这个速度是已知的而且是个定量， t表示在传输过程中发射信号到返回信号所用的时间，这个时间是通信时间的两倍， n表示折射率，对于不同的介质折射率有着明显的不同。光时域反射仪原理图如图1：
图1 光时域反射仪原理图
光时域反射仪必须设置相应参数：距离一般选被测纤长的1.5倍，使曲线占满屏的2/3为宜，光纤的折射率一般与光纤实际的折射率一致，SM一般为1.45～1.48；对于光时域反射仪后向散射曲线（测试曲线）如下图2：
图2 光时域反射仪散射曲线（测试曲线）
对于这个曲线来说，竖轴表示背向散射光的强度（dB），而横轴表示瑞丽散射形成的背向散射光。
2.电力通信中通信光缆故障定位
基于GIS的故障定位算法可对通信光缆故障进行准确定位，此时需要通过光时域反射仪的运行原理，在通信光缆的区域内建了一个GIS系统。对于GIS系统能对地理分布数据进行综合采集与分析。
把GIS与光时域反射仪相结合，必须保证在GIS系统中有一个与光时域反射仪相结合的接口。基于GIS系统通信光缆的分层结构如下表1所示（仅列取主要的层次）：
表1 基于GIS系统通信光缆图层结构
2.1对光缆进行距离测量
为了测量光缆两点间的光学距离，我们采用光时域反射仪发射信号到光纤中，然后对光纤中的反射情况进行必要的测量。基于光时域反射仪原理，对以下两个数据分析。光时域反射仪光接收器的瑞利后向散射光功率，公式如下：
P=PsaK（10）
光时域反射仪光接收器的菲涅尔反射光功率遵循以下公式：
P=PKF（10）
式中，P为注入光纤的光脉冲峰值功率，a为光纤散射损耗系数， s为光纤后向散射系数，K为光纤近端到检测器的光路耦合系数；F为菲涅尔反射系数，a为光纤衰减系数。
2.2 GIS故障定位算法 （下转第146页）
（上接第111页）故障定位算法需要预先测出故障坐标，经纬度与坐标之间的换算公式如下：
X
=
（X
-X
）+X
Y=
（Y
-Y
）+Y
式中，X，Y为故障点坐标，D为OTDR测量距离，X，Y，X，Y分别为记录点A和记录点B的对应杆点的坐标，D，D为A点和S点对应杆点至中心机房的距离。
GIS故障定位算法的基本流程如下：首先测得光时域反射仪的故障距离D，然后打开光缆节点对应的属性表，接着使用查找法，确定对应的光缆节点A和节点B，依次得到其对应的距离（XA，Y）和（X，Y），计算出故障点的经纬度坐标（X，Y）。
维修工人可以根据光时域反射仪测量出来的光缆线路故障点到测量点的距离，再利用GIS的相应原理可以得到光缆线路故障点基本信息，从而实现对光缆线路故障点的定位。
3.结束语
在日常的电力通信中通信光缆故障维护过程中，以前很难预测通信光缆的故障点进行确切定位。基于GIS的故障定位算法，对实现通信光缆故障点的准确定位，并且根据GIS系统的相应原理而实现光缆的快速的故障定位和故障维护。维修人员可以尽快的找到错误地点，从而加快了维修效率，尽可能的缩短了故障的维修时间，在一定程度上减少了故障带来的损失，同时为以后的电力通信中通信光缆故障准确定位提出了新的解决途径。 [科]
【参考文献】
[1]李凤祥利用OTDR精确定位光缆故障点[J].电气化铁道，2008，02.
[2]郭茂耘，李楠，李尚福，柴毅.基于GIS的光时域反射仪通信光缆故障智能决策[J].重庆大学学报（自然科学版），2005，07.
[3]刘大明，徐慧，郝荣伟，丁小兵.光缆故障点的准确定位[J].电线电缆，2006，05.
[4]陈建华，曹俊.基于GIS的电信光纤网络资源管理系统的实现与应用[J].电信技术，2006，09.
[5]柴毅，唐娅，李楠，戴文舟.基于GIS的通信光缆故障检修保障系统[J].重庆大学学报（自然科学版），2004，08.
[6]陈建华，曹俊.基于GIS的电信光纤网络资源管理系统设计[J].电信工程技术与标准化，2007，（01）.
建设大数据时代的透明电力通信网 篇7
随着信息社会的高速发展, 数据产生成本急速下降, 社会产生的数据量正在呈指数级增长, 而大量新数据源的出现更是导致了非结构化、半结构化数据爆发式的增长, 数据的结构正在日趋复杂。根据IDC监测, 全球数据量大约每2年翻一番, 意味着人类在最近2年产生的数据量相当于之前产生的全部数据量。还有预测说, 到2020年, 全球以电子形式存储的数据量将达到35 ZB, 是2009年全球存储量的40倍。事实上, 至2011年底, 全球数据量已达1.8 ZB。若将这些数据都刻录到DVD上, 那么光把这些DVD盘片堆叠起来就可以从地球垒到月球一个来回 (单程约24万英里) 。而这么大量的数据如何处理, 如何通信, 对我们现在的信息通信网络提出了巨大的挑战。毫无疑问, 大数据时代已经到来。
按照业界的描述, 大数据技术有4个特征, 即4个“V”:类型 (Variety) 、体量 (Volume) 、速度 (Vellociitty) 和价值 (Vallue) 。在在大大数据中, 各种结构化数据、非 (半) 结构化数据等各种类型的数据共存, 并不断快速增长。为了使用或共享这些数据, 系统需要高容量的网络存储和高带宽的通信能力。同时, 大数据技术还通常要求数据的在线或高速处理。可见, 无论是这4个特性中的任何一条, 都要求未来通信网络具有大粒度传输和高速交换的能力。
随着电力行业信息化建设的逐步发展, 电力通信网不断完善和电力数据的爆炸性增长, 大数据为电力通信业提供了一个全新的发展平台和前所未有的机遇。然而电力行业数据的爆炸性增长并不是简单的数据量增多, 而是一个全新的问题。总的来说, 发电行业的数据主要来源于3方面:生产、经营和管理。首先, 从生产过程来说, 大量的数据是来自生产中的技术数据, 如发电机在运行过程中利用传感设备对大量数据进行的监控, 对生产环境的温度监控, 发电量、电压稳定性等等;其其次次, 从从经经营营过过程程来来说说, 大大量量的的数数据不仅是从电厂内部产生的, 也有来自外部环境的, 例如发电原料的采购数据、设备的维修数据、交易电价、售电量、用电客户等;最后是电力企业的管理数据, 如ERP、一体化平台、协同办公等方面的数据。如果我们能充分利用好这3方面的数据, 进行深入数据挖掘, 对今后的生产实践都有着不可估量的指导意义, 还可以提供大量的高附加值服务, 有利于电网的控制和优化, 灾难预警, 推动电力企业的精细化运营管理。
为了加强电网管理, 实现电力信息化, 电网公司自主建立了一套基于光纤通信的电力信息通信网, 涵盖了全国大部分地区。虽然电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的, 但如今其在电力系统中的地位已是举足轻重。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。目前, 它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础, 是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段, 是电力系统的重要基础设施。电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有极严格的要求。而在电力通信网中传输的数据也主要是电力生产和经营管理中产生的一些数据, 还包括一些和保护、安全性相关的业务数据。电力光纤通信网目前主要采用基于同步数字系列 (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) 的传输技术和多级组网模式, 因而光通信和光网络技术仍然是电力通信网中的关键支撑技术。
随着电力信息化的不断发展, 电力系统产生的数据无论是从量还是类上都在不断剧增, 如此多的数据还往往需要在线的实时处理和传输, 这也意味着电力行业大数据时代的来临。大数据给电力通信网带来了巨大的挑战。一方面, 大量的数据信息需要网络有高带宽传输和大粒度交换的能力;另一方面, 不同类型的数据信息要求网络有多业务支撑的能力, 尤其需要能够统一支持不同速率、不同格式数据的传输。
实现大粒度交换是新一代电力通信网改造的重点内容之一。由于电力光通信网络主要基于SDH传输技术, 仍然采用波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM) 、波长路由方式, 即光电路交换 (Optical Circuit Switching, OCS) , 因而如果在核心节点做业务疏导 (Traffic Grooming) 就需要进行大量的光/电/光转换。当传输数据量很大时, 这种做法无疑会大大增加网络运行成本, 也会在网络中形成性能瓶颈。因此, 如何在大数据战略时代下建设新型的电力通信网成为当前电力信息通信行业最大的问题, 同时也是电力通信实现再一次飞跃的良好机遇。
1 透明光网络
随着网络规模的不断扩大和用户高带宽需求的持续增长, 网络中的业务量也在急剧增长, 不断给网络容量提出新的挑战。WDM技术的发展使得人们可以充分利用光纤巨大的带宽资源进行光信号的长距离传输, 而且单根光纤的容量也在不断的增长。对于高带宽业务需求, 单单提高光纤传输容量是不够的, 还涉及到信号的传输质量、数据交换等方面。然而目前的WDM网络都是基于波长路由的, 即采用光电路交换的交换方式。这种波长路由WDM网络由于采用静态路由连接, 其波长利用率很低。为了克服这一缺点, 人们提出了业务疏导的方法, 即在核心节点对来往业务进行光/电/光转换以进行业务汇聚或分离。然而当业务的带宽很高时, 将大量的业务转换成电进行处理显然是十分低效的, 不仅对光/电/光转换速度提出了很高的要求, 对节点的处理要求也很高, 因而极容易产生瓶颈, 不利于网络性能的提高。
未来的光网络中的数据传输应该尽量避免复杂而昂贵的光电光转换, 实现端到端的全光传输, 即建立一个“透明”的光网络。光网络的透明性保证了数据的全光传输和交换, 简化了中间节点对业务的处理过程, 并使得中间节点对业务信号的处理与其具体类型和速率不相关。这样, 无论业务带宽多大, 在数据层面都可以直接透明传输, 因而透明光网络可以很好地支持高带宽的业务。透明WDM光网络在波长层面提供了额外的自由度。此外, WDM网络中波长和时间之间的正交性, 使它们可以独立和同时地对数据进行处理。
事实上, 透明光网络和全光网络其实是不同的概念。在透明光网络中, 逻辑器件和信号处理的透明度必须被牺牲掉。然而, 数据传输和交换等仍然在光域进行。由于光器件技术的不成熟, 包括光缓存和光逻辑器件的不成熟, 限制了光信息的处理, 从而限制了全光交换 (特别是信息头的处理) , 使得在可预见的时期内实现真正的全光网络仍然不够现实。因而相比之下, 结合当前技术的发展, 透明光网络则成为未来光网络发展最可行的方向。
何谓透明?理想上, 我们希望信号的输出和输入是一样的, 除了一定的时延和强度上的衰减。然而光在光纤中传输是有色散和非线性效应的, 同时, 强度衰减也是影响信号长距离传输的主要原因。色散补偿、特殊光纤、光放大器等技术和器件的发明使得光在光纤中的透明长距离传输成为可能。尤其是掺铒光纤放大器 (Erbium-doped Optical Fiber Amplifier, EDFA) 的发明和应用使得WDM系统的透明化成为可能。EDFA不仅放大倍数高, 而且放大频谱范围宽, 可以同时对光纤中所有的波长信道进行高倍数放大, 很好地支持了WDM系统长距离的全光透明传输。
在光交换和路由上, 网络的透明性体现在数据包的交换全光性。然而这一点十分困难, 由于全光逻辑器件和光缓存的不健全, 要在核心节点读取入口数据包进行分析和头处理就需要进行必要的电处理。
2 建设透明电力通信网
大数据形势下, 多业务、高带宽传输、大粒度交换的新特征对电力通信网的建设提出了新的挑战, 而构造一个透明电力通信系统则恰恰能满足这些要求。在电力通信中实现网络透明化不仅可以实现大量数据的全光传输和交换, 而且可以使得核心节点的处理与具体数据类型无关。推动电力通信网络透明化应该从下面几个方面考虑。
2.1 业务统一接入和传输
建设新型电力通信网首先应该考虑业务接入的问题。由于大数据下, 业务种类和数据类型不断增加, 不同的数据流有不同的格式, 因而电力通信网必须能够为其提供统一的接口, 支持多种流的接入, 并将不同的数据按同样的标准打包组帧以统一传输。而透明光网络对数据类型和速率透明的特性则很好地支持了这一点。
2.2 高带宽长距离全光传输
光纤通信最大的优势就在于其巨大的可用带宽, 而衰减是限制光信号长距离传输的主要原因之一。EDFA的引入使得数据能够被全光放大, 从而延伸光信号的传输距离。建设透明电力通信网需要充分开发光纤的传输带宽, 实现数据的高速远距传输。
2.3 大粒度光交换
如果只是简单的点到点单跳通信, 那么无论数据量有多大, 光纤原则上都能为其提供全光的传输。然而当实现了光层组网之后, 信息的传输往往需要经过多个核心节点, 即多跳传输。这就涉及到信号的处理、转换等。传统的电力通信网中, 业务往往需要在核心节点进行光/电转换以进行数据处理、路由选择等, 之后再进行电/光转换将信号重新发送到光信道上传输。这一系列转换大大增加了网络处理成本, 而电处理速度又限制了系统的整体性能, 成为网络瓶颈, 这一问题在大数据的条件下显得尤为突出。而如果在电力通信网中推广透明光网络技术则可以实现数据层面的全光大粒度交换, 省去了大量数据的光/电/光转换和电处理, 保证了数据的端到端全光传输和交换。
1) 光传送网技术 (Optical Transport Network, OTN) 是以WDM为基础、在光层组网的传送网技术, 是下一代骨干传送网技术。OTN将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力差、组网能力弱、保护能力弱等问题。OTN处理的基本对象是波长级业务, 它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。OTN可以提供巨大的传送容量, 多种客户信号封装, 大颗粒的带宽复用、交叉和配置, 端到端波长/子波长连接以及电信级的保护, 是传送宽带大颗粒业务的最优技术。然而OTN技术毕竟是基于WDM波长路由的, 因而在子波长汇聚和疏导时仍然需要用到光/电/光转换, 此时便会破坏传输的透明性。当前电力通信网已经在逐步向OTN网络演进, 这也是近期内的电力通信传送技术的发展方向, 为完全实现网络透明化奠定基础。
2) 为了进一步实现电力通信网的透明化, 电力通信网中可以引入基于统计复用的光突发交换 (Optical Burst Switching, OBS) 技术。在OBS网络中, 多个IP分组组成一个较大的数据突发包 (Burst) , 并将突发包作为网络传输单元和交换的粒度。对应每个突发包都会产生一个突发分组头 (Burst Header Packet, BHP) , 该BHP不与突发包共路, 而是先于突发包一段时间使用另外一条信道发出, 目的是提前到达核心节点进行电处理并控制沿路交换设备的重构。BHP同时还需要明确突发包的长度以便节点知道开关的维持时间, 也即预约这段时间的开关资源。BHP和突发包发送相隔的这段时间称为偏置时间 (Offset time) 。由于偏置时间的存在, 当突发包到达核心节点时, BHP已经事先把资源预约好, 因而突发包只需要按照安排在光域完成交换, 而无需光缓存和经历光电光转换, 实现了数据层面的透明传输。一个OBS机制的信令示意如图1所示。
与传统的基于WDM路由的光电路交换网络不同, OBS并不预约一整条波长的资源, 而仅仅预约和突发包相关的一部分资源, 因而资源可以更有效地分段配置给不同的突发包, 是一种基于突发包粒度的统计复用, 所以OBS可以克服OCS中因静态带宽分配而带来的一系列问题。另一方面, 由于数据以中等粒度的突发包形式传输, 因而OBS大大降低了对核心快速交换的技术要求。同时, 大突发包和小BHP的对应使得控制开销大大降低, 而BHP的提前预约机制又缓解了数据缓存的压力。故而OBS比光分组交换技术 (Optical Packet Switch, OPS) 更具可行性和实用前景。
注:T是偏置时间, δ是核心节点处理时间。
OBS网络的一个重要特点是控制信息 (即BHP) 和数据突发包分别在不同的时间和信道上传输和处理, BHP会经过路由器的电处理并提前预约资源, 而数据突发包则不需要经历光/电/光转换, 可直接在端到端的透明传输信道中传输及在核心节点全光转发。
可以看出, 利用OBS实现透明光网络是一项可行而实用的技术。OBS中数据包可以一直保持在光域进行透明传输, 而数据头则可以在独立的信道中传输并进行电处理而不影响数据包的全光传输和交换。相比OTN技术, OBS技术是基于突发包交换的统计复用, 核心节点交换和汇聚无需光/电/光转换, 因而可以实现更大程度的网络透明化。
随着光网络技术的不断发展, 新的技术层出不穷, 实现透明光网络的新方案也会不断被提出, 但无论采用何种实现技术, 在大数据时代下建设透明电力通信网一定是未来发展的重要方向。
3 结语
大数据是未来信息社会发展的下一个大方向。大量的数据处理无疑给信息通信网络提出了新的挑战, 而这一问题在信息化程度不断提高的电力系统中同样正逐步凸显出来。随着智能电网的推进和发展, 电力数据爆炸式增长, 大量数据需要存储、转发和实时处理, 传统电力通信网已渐渐无法承载, 而建设透明通信网络则成为电力信息化发展的前进方向。实现电力通信网的透明化可以支持大量数据的全光高带宽传输和大粒度交换, 在性能、成本和效率上都是大的飞跃。逐步提升电力通信网的透明程度、实现多业务大数据与网络的完美融合应成为电力行业下一步发展工作的重点。而透明网络技术同样也是未来信息通信领域的共同发展方向, 研究这一技术不仅能为电力通信网改造提供完美解决方案, 也为其他网络的发展提供了非常有价值的借鉴意义。
摘要：文章对大数据技术和电力通信网进行了详细的研究, 分析了大数据对电力通信网发展提出的严峻挑战。针对这一挑战, 提出了建设大数据时代下透明电力通信网的理念。实现电力通信网的透明化可以支持大量数据的全光高带宽传输和大粒度交换, 在性能、成本和效率上都是大的飞跃, 成为电力信息化发展的重要前进方向。
关键词：大数据,电力通信网,透明网络,光传送网,光突发交换
参考文献
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[2]GROBELNIK M.Big Data Tutorial[OB/EL].http://videolectures.net/eswc2012_grobelnik_big_data/.
电力通信数据网 篇8
1. 电力线载波扩频通信技术
电力线通信技术是采用电力线传送数据和语音信号的一种通信方式。该技术是将载有信息的高频信号加载到电力线上, 用电线进行数据传输, 到达信道终端后通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来, 传送到终端设备[1]。电力线载波通信技术采用电力线作为通信介质, 具有信息传输稳定可靠、可同时复用等特点, 不需要线路再投资, 但是由于电力线不是为通信铺设的, 故其特性往往较难直接满足载波通信的要求, 电力线通信信道存在间歇性噪声大、阻抗随负载变化大、信号衰减大等缺点[2]。
而采用扩频通信技术可以在很大程度上克服电力线的强衰减、强干扰的缺陷, 使电力线载波通信得到完善和发展。扩频技术是一种通过扩展基带信号来进行信息处理的传输技术。它利用同所传输数据无关的编码对被传输的信号扩展频谱, 使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽, 在接收机中利用同一编码进行相关接收和恢复数据。由于通过扩频可以获得较高的抗干扰和抗阻塞特性, 同时它具有交叉抑制和衰落 (多径影响) 抑制特性, 故该技术日益得到重视。
扩频通信的理论基础为信息论中的香农定理:C=B·log2 (1+S/N) [3]。式中C是信道容量, 它是在理论上可接受的误码率下所允许的最大数据速率;B是要求的信道带宽;S/N是信噪比。该公式表明, 在高斯信道中, 当传输系统的信号噪声功率比S/N下降时, 可用增加系统传输带宽的办法来保持信道容量不变。对于任意给定的信号噪声功率比, 可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。一般来讲, 目前常用的扩频技术有两种:直接序列扩频 (Direct Sequence Spread Spectrum) 技术和跳频扩频 (Frequency Hopping Spread Spectrum) 技术。
直接序列扩频方式因其扩频的实现方法比较容易, 电路的设备量小, 直扩通信速率高, 建网简单, 网络性能好等优点获得较为广泛的应用。所谓直接序列扩频, 就是直接用高速率的伪随机扩频码序列在发端去扩展信号的频谱, 而在接收端, 用相同的扩频码序进行解扩, 把被展宽的扩频信号还原成原始的信息[4]。
2. SC1128电力线载波直扩通信模块
2.1 通信模块构成
电力线扩频通信模块硬件的总体结构如图1所示。其中采用S C 1 1 2 8扩频通信芯片及其外围电路实现数据收发, 微控制器M S P 4 3 0 F 1 4 9作为M C U, 控制整个模块的工作状态。
S C 1 1 2 8芯片 (由北京智源利和公司设计开发) 是一款半双工、同步的专用扩频调制/解调芯片, 采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术, 使该芯片应用在电力线载波通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。芯片为数模混合C M O S工艺设计, 芯片为0.5μm工业级封装技术, 具有63位伪随机码, 灵敏度达到70μV, 使民用载波抄表实现实时抄表、抄到率达1 0 0%成为可能, 符合商品化和用户要求, 非常适合在中国使用, 是载波扩频通信技术的一次突破。
MSP430F149单片机是TI公司于2000年7月推出的目前应用比较广的单片机, 使用+3.3V电源, 具有一个硬件乘法器、6个I/O端口 (每个有8个I/O线) 、1个精确的模拟比较器、2个具有捕捉/比较寄存器的定时器、8路12位A/D转换器、片内看门狗定时器、2个串行通信接口和60KB的Flash ROM, 2KB RAM。MSP430F149还具有强大的扩展功能, 其具有48个I/O引脚, 每个I/O口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器, 使得功能口和通用I/O口可以复用, 大大增强了端口功能和灵活性。
通信模块在工作之前, 需首先通过M S P 4 3 0 F 1 4 9对S C 1 1 2 8进行初始化, 以设定通信速率和捕获门限大小等参数。发送信号时, SC1128的SR端被置高电位, SC1128的SYN端发出同步脉冲, M S P 4 3 0 F 1 4 9在同步脉冲的作用下把数据发至SC1128的TX端, SC1128接收到数据后, 经过对数据编码、扩频、DSP、调制等一系列处理后形成扩频载波信号, 从S E N D端传到功率放大器, 信号经放大后再经耦合电路耦合送入电力线并传输出去。接收数据时, 耦合电路将电力线上接收的信号耦合, 传送给带通滤波器, 前级放大电路后到达SC1128芯片的信号输入V-端, 经过SC1128的内部放大、解调、D S P、解扩、解码等一系列处理后送至T X端。此时需将SR端置于低电平, SYN端发出同步脉冲, MSP430F149在同步脉冲的作用下接收数据并对数据进行处理[5]。
2.2 SC1128与单片机接口
图2为SC1128芯片与微控制器MSP430F149的接口图。其中SC1128第2 8脚为电路工作主时钟的二分之一的晶振输出 (其峰峰值约为4V) , 近似正弦波。32脚是电压监测端。33脚是看门狗输入端, 正常工作时应该在7 6 8 m s内产生一次高低电位变化;34脚是看门狗输出端, 与33脚配合, 正常时输出低电平, 反之输出三分之一占空比的复位脉冲。3 5脚与3 2脚配合, 当电源信号低于监测值时, 输出低电平;高于监测值, 则输出高电平。36脚是收发控制端, 0为接收, 1为发射。3 7脚在发射和接收同步后产生同步脉冲信号, 频率随工作主时钟和周波的变化而变化。3 8脚为输出发送和接收数据。3 9脚为设置数据及状态的输入/输出端。4 0脚为同步设置时钟输入端。4 1脚为片选输入端。
单片机对S C 1 1 2 8内部R A M进行读写访问时, 采用的是一种模拟I2C总线的访问方式。即通过CS (第41脚) 、SETCLK (第4 0脚) 和L I N E (第3 9脚) 三条线来完成对其内部R A M的读写访问。其中C S作为片选信号使用, 其作用等同于I 2 C总线中的W P信号;S E T C L K是串行通信时钟信号, 其作用等同于S C L;L I N E是串行通信的数据线, 其作用等同于S D A。但由于S C 1 1 2 8的读写控制更为简单实用, 故它在通信时并没有完全按照I2C总线的标准来进行[6]。
数据收发流程如下:在发射状态, 单片机将S R端 (3 6脚) 置高, SC1128发出同步头 (37脚) , 单片机通过TX (38脚) 同步发送数据;在接收状态, 单片机将SR端 (36脚) 置低, SC1128若接收到数据, 则产生同步头, 通过T X端 (3 8脚) 将数据同步发送到单片机。
3. 数据压缩
相对窄带通信而言, 扩频通信具有较强的抗噪能力, 但其传输速率只是宽带的几百分之一, 一般为kbit/s数量级, 这在一定程度上影响了扩频通信的广泛应用。这一问题可以通过数据压缩技术得到改善, 对数据进行压缩可以降低存储和传输的数据数量, 提高通信效率。为了保证数据的完整性, 本文对传输数据采用无损H u f f m a n压缩方法, 它具有实现简单、高效等特点, 而且可以使原始数据得到完全恢复。
Huffman编码是哈夫曼于1952年提出的一种编码方法, 是利用最优二叉树生成的最小冗余编码, 它是数据无损压缩的一种基本方法。这种方法是根据信源中各种符号出现的概率进行编码, 出现概率越高的符号, 为其设计的码字越短, 出现概率越低的符号, 则其对应的码字越长, 从而达到较少的平均码长。
要进一步理解H u f f m a n编码原理就需要了解信息论中“熵 (Entropy) ”的概念。“熵”本来是一个热力学术语, 描述物体状态的紊乱程度, 在信息论中是关于信息的度量, 也就是一条信息中真正需要编码的信息量。假设某事件发生概率为PA (0
对于任何一个信息源, 它可能发送一组彼此独立的、不同的信息Xj (j=1, 2, …n) , 它们的概率分别为Pj (j=1, 2, …n) 。该信息源的“熵”为:
从上式也可以看出:“熵”代表的就是平均信息量。数据之所以能被压缩就是因为存在着信息的冗余, 也就是不同的字符在数据中以一定的几率存在。数据压缩的编码底限就是信息的“熵”, 最佳的编码能使编码最接近熵, Huffman编码就是其中之一。H u f f m a n编码原理就是利用数据结构中的二叉树原理, 内部节点和外部节点构成编码树。根据信息理论, 单字符出现几率低, 所带来的信息量大。如果出现几率高的字符用短编码, 出现几率低的字符用长编码, 如此一来就可以接近平均信息量 (熵) 的要求了。
Huffman编码实现步骤如下, 图3给出了Huffman编码的一个例子。
(1) 将信源各符号的出现概率按减少的顺序排列;
(2) 将两个最小的概率进行组合相加, 得到一个新的概率;将这一新的概率与其他概率一起, 继续执行步骤 (1) 和 (2) 的操作, 直至最后概率为1.0;
(3) 对每对组合中的概率较大者指定为1, 较小者指定为0;
(4) 画出由每个信源符号概率到1.0处的路径, 记下路径的1和0;
(5) 对每个信源符号, 由右到左写出1、0序列, 即得到对应的哈夫曼码[7]。
本文重点研究对电力系统中的电能量数据进行压缩和传输, 因此在数据压缩实验中, 我们采用如图4所示的具有电能量数据特点的信号, 对其进行Huffman无损压缩与解压处理。该数据表示某工业系统一天的用电情况, 数据为双精度型的, 长度 (采样点数) 为4320。
对这组double型数据进行Huffman编码前, 需要将每个数据乘上1 0 0, 省略掉小数点后面的数, 使其转换成圆整型数据, 再将得到的圆整型数据拆分为单个字符, 以满足H u f f m a n编码的需要。同样, 解码后也需要将每个数据再除以1 0 0, 才可将原始信号恢复出来。H u f f m a n编码中各字符的编码如表1。
经过Huffman编码后, 需要存储编码Huffman表 (5个字节) ;每个编码的长度 (10个字节) ;编码后的波形数据 (8951个字节) 和编码长度 (2个字节) 。所以压缩后需要保存的数据量为5+10+8951+2=8968个字节;而压缩前数据有4320个, 每个数据占8个字节, 一共34560个字节。根据压缩比的定义:实验数据经过压缩, 所得的压缩比为8968/34560=25.95%。也就是说, 模块在扩频通信前, 对所要传输的这些电能量数据进行Huffman编码, 可以将原始数据减少近3/4, 并且信息没有损失或失真, 因此对传输数据采取Huffman编码压缩是电力线载波扩频通信中的一个重要环节。
4. 结束语
本文设计的直接序列扩频通信模块, 在电力线载波通信应用中不仅具有良好的抗干扰性能, 还具有较高的通信传输效率。其应用领域很广, 适用于载波抄表 (水、电、气表) 系统、电网管理、家庭自动化 (网络家电、家庭各种电器控制) 、智能大厦及楼宇控制、办公室通讯、火警及安全防范系统、计算机终端接口及载波电话等等。
摘要：电力线载波通信信号衰减大、噪声干扰大, 其应用受到了限制。本文介绍了一种基于SC1128的直接序列扩频通信模块的设计, 详细阐述了该模块的硬件组成和数据通信过程, 并讨论了采用Huffman算法对传输的电能量数据进行压缩处理。模块可以在干扰较强的电力线信道上实现高质量的扩频通信, 具有一定的应用价值和实用前景。
关键词：电力线载波通信,扩频通信,直接序列扩频通信,SC1128,Huffman
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电力通信数据网 篇9
1 软件定义网络概述
软件定义网络是作为一种全新的网络架构存在的, 在软件定义网络架构中, 可以分为不同的层次, 在最上面的一层中称之为应用层, 应用层的主要包含有各种不同的业务及应用;控制层中的主要作用就是要对数据平面资源进行一定的编排及处理, 要保证能够进行网络拓扑的维护;在基础设施层中, 其主要的工作就是要对流表的数据处理、转发及状态收集等功能进行负责。
软件定义网络对网络实现的控制所运用到的主要是独立的网络操作系统, 其中对于硬件设备也具有一定的要求, 保证了网络及业务的编程、管理。软件定义网络具有三大特征, 即控制平台逻辑集中、通用硬件及软件可编程、控制和转发分离, 因为此三大特征的应用, 就使软件定义网络在成本及业务开展等方面具备一定的优势。
2 我国电力数据通信网现状
在我国, 电力数据通信网是国家电网公司综合性的广域网络传输平台, 电力数据通信网是我国电网公司进行内部计算机应用系统实现互联的基础, 同时电力数据通信网也是我国电力公司自身电力信息基础设施的重要的组成部分。最近几年, 我国电网公司在各个省公司中都建立了数据通信网络, 例如在我国华北、西北、河南、河北等许多省市都建成并开始使用。对于数据通信网络来说, 其覆盖的范围主要包含的是电业局公司进行管辖的电厂变电所。电厂变电所中的数据网络许多都是综合性的业务网络, 其中对设备的选取一般都是异步转移模式设备。
我国早在2009年时就对电网进行了要求, 要保证国家电网能够具有一定的支撑作用, 能够支撑起信息通信平台, 这就要求我国的通信网络能够更快的发展。在现代我国经济快速发展的今天, 我国各项新业务也在不断发展, 电力综合数据通信网络是以后电力通信网络发展的必要条件。
3 软件定义网络的实现方式
在当前情况下, 对于软件定义网络的实现方式来说一般可以分为三种。
(1) 以专用接口作为基础, 并以网络设备厂商作为主导, 进而实现网络设备的专用性开放应用, 此方式发展到现在已经成为了较为成熟的技术, 具有实施方便, 技术体系封闭的特点。
(2) 以Open fl ow作为基础, 进而保证控制平面与转发平面分离的实现, 以保证对控制集中化的支持, 此种方式应用的优点主要就是能够得到厂商的大力支持, 并不断发展壮大, 提升影响力。
(3) 此种方式主要是以虚拟化的厂商作为主导, 并以三层及以上层隧道扩展二层网络作为基础进行统一的管控, 此种方式的主要优点就是能够保证虚拟化管理的有效整合, 但是, 此方式在实际的应用过程中经常会受到底层网络的影响。所以, 对于软件定义网络来说, 可行性最高的方式就是第二种Open fl ow。
Open fl ow网络的主要组成部分具体的可以分为三个部分, 即Open fl ow交换机、Flow Visor及控制器Controller。其中, 对于Open fl ow交换机来说, 其主要的功能就是进行交换数据层的转发工作;对于Flow Visor来说, 其主要的功能就是保证对网络的虚拟化控制;对于控制器Controller来说, 其主要的功能就是要保证能够对网络进行集中的控制, 进而保证控制层功能的有效实现。
Open fl ow能够有效的保证对数据层与控制层之间的相互分离, 与此同时, Open fl ow交换机还能够保证对数据层进行转发。控制器控制器Controller在实际的应用过程中能够有效的保证对控制层功能的实现。其中, 控制器Controller可以通过Open fl ow协议实现对Open fl ow交换机中流表的控制, 进而从整体上实现对网络的集中控制。
4 结束语
综上所述, 使用了基于Open fl ow技术的软件定义网络具有集中控制, 分布式转发的特性, 网络具有全局的资源管控和调度能力, 能大幅提升网络的运行和维护效率;具备主动安全防护能力, 可以彻底改变在现有的网络通信系统上增加各种安全措施的模式, 大幅提升网络的安全性;同时, 可以使得设备的功能归一化和标准化, 打破目前数据通信行业的技术壁垒, 可以有效降低系统投资额, 有着非常显著的经济效益。因此, 基于Open Flow技术的软件定义网络在电力数据通信网中有广阔的应用前景。
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电力通信数据网 篇10
电网发展和建设步伐的不断加快推动了电力通信网的发展。电力通信不仅是传统意义上电网安全生产和企业经营管理的重要技术支撑, 也是智能电网实现自动化、信息化、互动化的基础[1,2]。通信的重要性越来越突出, 由此对通信网络的安全风险管理、对大规模通信网络的管控能力、对各级网络管理的互联互通能力、对管理系统的灾备能力提出了更高的要求[3]。与此同时, 电网信息、通信组织机构的调整, 提出了信息、通信集约化融合的管理需求, 使得信息通信一体化管理、建设及运维势在必行。
经过了20多年的信息化建设, 各级电网公司纷纷建立起包括设备网管系统和综合网管系统等在内的多种支持系统, 基本满足了当时电力通信的管理需要。但随着电网格局朝着跨区化发展, 以及通信管理体系构建逐步集约化, 长期以来由于分层管理所形成的信息孤岛已成为限制电力通信发展的一个重要因素[4]。这就要求通信管理工作借鉴以往发展经验, 提供一体化的通信技术支持系统解决方案, 面向流程优化和应用整合, 构建能够覆盖电网系统方方面面的通信管理系统, 实现功能和数据的本地实用化及纵向与横向交互, 使通信管理向集约化、标准化和智能化方向发展, 从而提高电网通信管理的整体水平, 提升通信网集中管控能力, 增强核心竞争力。
在通信管理系统中, 数据采集功能将通信管理系统需要管理的所有对象的原始数据进行收集、归类、整理, 并录入到系统中[5]。电力通信网设备网架体系要在短期内采集数据并在信息系统内进行规范化、现代化的管理, 同时又要能实时反映告警数据、配置数据、性能数据的变化, 因此对原始数据的采集工作是一项非常复杂的任务。电力通信设备管理系统前期的原始数据采集是支撑电力通信设备管理系统功能的基础, 是实现电力通信管理信息化的第一步, 具有重要的意义。
1 数据采集功能框架
数据采集功能是整个网管系统的数据来源, 该功能从各专业网管系统和设备获取配置、告警和性能数据, 进行归一化处理并入库, 为实时监视子系统、资源管理子系统和运行管理子系统提供基础数据[6]。数据采集功能体系架构如图1所示。
1.1 数据采集功能体系架构
从系统的功能需求角度来分析, 数据采集子系统功能有告警数据采集、配置数据采集和性能数据采集。
1) 告警数据采集。完成专业网管系统或设备告警信息的采集, 并统一告警信息, 最后发送给实时监视子系统, 由实时监视系统进行后续的数据加工和展示处理。网管系统要求在网络设备发生故障时, 能够实时获取故障信息, 对于一定级别的重大故障, 还要求在一定时限内产生故障报告, 同时网管系统能够获得各地故障的统计信息。为了保证采集到的数据具有完整性, 要求告警数据采集层提供手工采集手段, 通过设置采集时间和采集周期, 实现自动采集告警数据, 并能实时地接收由厂商网管系统上报的告警数据。
2) 配置数据采集。完成专业网管系统或设备配置信息的采集, 并将配置信息转化为统一的格式, 最后发送给资源管理子系统, 供资源管理系统进行后续的数据加工和展示处理。当系统相对稳定时, 操作人员可以预定时间表, 包括采集开始时间和采集周期等, 网管系统能够按照时间表定时采集各地区配置数据, 如果因为网络连接等原因导致某些网元的配置数据不能正确采集, 网管系统需要提供手动采集功能, 通过手动方式进行重采或补采, 采集、更新配置数据时, 可以按照网元组、地区分别进行。各个地区的配置数据采集或更新后会生成报告或者报文, 网管系统可以籍此方便地检查配置数据采集情况和更新情况。
3) 性能数据采集。完成专业网管系统或设备性能信息采集, 并将性能信息统一, 最后发送给实时监视系统, 由实时监视系统进行后继处理和展现。为完成系统性能监视, 性能数据采集对时间要求比较严格, 要求能够周期性地全天候自动采集, 并且可以自由、合理地针对不同网元和地区设定采集周期、采集时间以及时间粒度, 为防止意外情况, 确保数据完整, 需支持手工启动性能数据采集程序。
从以上的分析并结合图1可知, 数据采集功能覆盖了从最底层网元到上层应用 (如监视系统) 的整个流程, 功能耦合性强, 系统的伸缩性和可扩展性受到了很大的制约。对数据采集功能体系架构进行进一步抽象, 可以概括为采集控制框架和接口协议适配2部分。采集控制框架主要负责数据加工和数据上报, 接口协议适配模块主要负责从各个专业网管系统采集原始数据。这样采集控制将实现整体的功能接口, 对上层应用模块实现数据预处理和数据上报的接口, 对于下层的协议适配模块提供统一的采集接口。接口协议适配模块将针对具体的采集协议实现采控模块制定的功能接口, 实现从专业网管系统采集原始数据的功能。这样就将数据采集功能解耦成2个功能上互相依赖、实现上互相独立的模块。数据采集功能模块如图2所示。
采控框架根据系统配置的定时采集任务、人工下发的采集命令或应用层下发的采集命令及补采命令等, 调用相应的接口协议适配器, 针对具体厂家设备进行配置, 采集告警或性能信息。但是采集框架并不关心接口协议适配器如何工作, 只要求接口协议适配器实现采集框架要求的统一接口, 并且上报的数据有统一的格式, 这样数据采集功能的2层就解除了强耦合, 在系统实现、测试、部署和变更维护时都具有很大的灵活性。
采控框架完成数据采集动作的触发, 向资源管理子系统、实时监视子系统提供单向数据接口, 向管理UI提供双向接口, 接收并处理来自管理UI的数据采集指令, 指令执行完成后, 反馈执行结果。
协议适配模块将根据其所实现的特定采集协议, 执行来自采控框架的指令。每个协议适配模块对应一个设备网管系统北向接口或者一类设备北向接口, 只对该类型接口所支持的通信协议做适配, 完成具体的数据会话建立、心跳测试、告警采集、性能采集、资源采集等功能, 并将采集结果按照采控框架指定的格式, 通过采控框架提供的接口返回。
1.2 管理对象类的分析与设计
以上对网络管理系统中数据采集的功能进行了分析, 在对告警管理、配置管理、性能管理等数据进行原始数据采集时, 需要定位到具体的网元、端口和逻辑端口, 因此需要对被管理的对象进行逻辑关联, 使用不同的具有继承和包含关系的类对象来表示网络中的被管实体[7,8]。管理对象类继承如图3所示。
在图3中, 子网 (Subnetwork) 表示网络中的一个被管理子网, 往往由同一设备厂商的设备组成, 一个子网一般被一个网元管理系统 (Element Management System, EMS) 管辖;EMS可以管理一个或多个网元 (Managed Element) , 而一个网元可以是物理网元, 也可以是一个虚拟的网元, 由一个或多个设备组成;设备 (Equipment) 用于表示单元盘等网元设备;设备容器 (Equipment Holder) 表示网元内可以安装设备的容器, 包括机架、子架和槽位, 一个机架可以包含多个子架, 一个子架可以有多个槽位, 槽位里可以插放单元盘。
管理类之间的关联类Topological Link表示拓扑连接, 拓扑连接是2个物理终端点间的物理连接, 或者是2个终端点间的路径;每个拓扑连接都包含2个终端点, 而终端点用管理类Termination Point来表示, 包含连接终端点、物理终端点等端口的通用信息;Cross Connection表示交叉连接信息, 包含了层速率、连接类型等信息;网络层级的连接用Subnetwork Connection表示;管理对象类Protection Group表示保护组, 保护组由形成保护的保护单元 (终端点) 组成, 这些单元构成工作保护关系, 当业务质量达到倒换条件或人工进行倒换时, 上报保护倒换事件。
2 功能模块设计
数据采集功能主要包括采集控制平台和具体协议适配模块。采集控制模块接收具体协议适配模块上报的原始数据并进行预处理, 将处理后的数据进行存储并与上层应用进行交互, 比如接收采集命令等。具体协议适配模块与各专业网管系统通过Corba接口、Telnet接口、数据库接口、TCP/IP私有接口[8]等进行交互。具体协议适配如图4所示。
2.1 采集控制
数据采控框架的主要功能是根据告警、配置和性能采集功能业务逻辑, 对具体协议适配功能的实现模块进行载入和调度, 并进行标准化输出、存储和异常管理。
1) 告警数据采集控制业务流程。告警数据采集控制业务流程包括子网连接初始化、数据采集、远程控制等内容, 通过预定义的接口调用协议适配模块的功能。告警数据采集控制业务流程如图5所示。
从图5可以看出, 采控模块通过与上层应用的接口接收来自上层的指令 (启动、暂停等) , 收到启动或重载指令后, 告警数据采集流程首先要执行的是初始化, 包括专业网管系统连接的配置、上报数据的存储接口配置以及要进行告警数据采集的目标网元等。初始化完成后调用统一的告警采集接口, 这些接口由针对具体采集协议的适配模块实现, 所以在采集与控制模块中屏蔽了各个子网采集接口的差异。采集到的告警数据预处理后将合成一个同步报文, 将当前全网告警通过标签标识成为当前系统告警, 并根据网元分包发送到后台服务。告警需要实时监控, 因此对告警的采集需要按规定的时间间隔进行, 当收到同步指令时将最新的数据进行入库存储。
2) 配置数据采集控制业务流程。与告警采集业务一样, 首先接收远程指令执行初始化, 然后根据后台命令对指定的子网或指定的网元进行配置数据的采集。执行过程分为系统信息查询和网元信息查询, 系统信息包括系统基础信息、系统内网元基础信息和系统拓扑信息;网元配置信息包括网元设备配置和网元内部交叉配置。具体的采集过程将通过针对某一特定子网的协议适配模块完成, 采集与控制模块只需调用事先声明的功能接口。配置数据采集控制业务流程如图6所示。
3) 性能数据采集控制业务流程。性能数据采集控制业务流程同样包括初始化、数据采集、远程控制等内容, 流程中将通过预定义的接口调用协议适配模块的功能。性能数据采集控制业务流程如图7所示。
性能数据采集支持计划任务驱动模式, 在初始化过程中可以导入性能数据采集任务表, 并支持通过远程指令进行配置变更和配置重载。除了导入采集任务表, 还可以通过后台命令直接进行采集任务的下发。性能数据采集后可进行增量分析, 只对新的性能信息进行上报。
2.2 协议适配
协议适配具体执行来自采集与控制框架的指令。每个协议适配对应一个设备网管系统北向接口或者一类设备北向接口, 只对该类型接口所支持的通信协议做适配, 完成具体的数据会话建立、心跳检测、告警采集、性能采集、配置采集等功能, 并将采集结果按照采控框架指定的格式, 通过采控框架提供的接口返回。
采控框架模块触发协议适配模块进行初始化操作, 协议适配模块只需要按照各个厂家的北向接口协议特点, 实现采控平台提供的初始化回调接口, 初始化过程中发生的任何错误和异常, 均需要以协议异常或者采控框架异常信息抛出, 以通知采控框架模块进行相应处理。
系统正常运行过程中, 采控框架模块会定时触发数据采集和告警采集及性能采集操作, 协议适配模块需要根据具体厂家协议特点, 通过采控框架提供的相应回调接口实现。
系统正常运行过程中, 有可能接收到来自设备网管系统北向接口发送的实时告警信息, 协议适配模块接收到该类型信息后, 经过处理后, 通过采控框架提供的实时数据发送接口将该信息发送出去。
系统停止时, 采控模块将调用销毁回调方法, 协议适配模块释放已占用资源, 清理厂家网管系统北向接口相关信息, 协议适配模块必须重写该方法以防系统资源泄露。以告警采集为例, 协议适配业务流程如图8所示。
从图8可以看出, 业务流程主要包括3个阶段:首先是初始化, 采控框架调用initial接口使协议适配模块读取相关的属性配置并连接EMS, 连接正常后返回;采控模块采集系统信息和系统内的网元信息, 并以此为参数对特定网元或设备进行告警信息的采集;采集完成后清理资源并断开连接。
3 结语
在电力通信网中, 数据采集是通信管理系统的数据来源, 是通信管理系统正常运行的基础, 数据采集功能是否正常有效对整个管理系统将产生重要影响。本文对数据采集功能进行了研究和设计, 将数据采集功能解耦, 分为2个在功能上互相依赖、在实现上互相独立的模块, 为实现对多个异构专业网管系统的接入提供了一种便利的实现方案。
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光纤通信技术在电力通信中的应用 篇11
关键词：光纤通信；电力通信系统；可靠性；抗干扰能力
1 概述
电力通信系统是国家电网系统中的重要组成部分，电力通信系统的建立是为智能电网的建设提供必要的技术保障，也是建设安全、稳定现代电网的必经阶段。光纤通信技术是现代科学技术的一种，该技术由于其独特的抗电磁干扰能力、容量大、传输性能高等优点，已经在电信部门取得良好的应用效果，并将在电力通信系统中继续发挥其优势。
2 电力通信系统发展现状
2.1 电力通信系统的网络结构复杂。传统电力通信系统中包括多种通信设备，不同设备之间的连接方式及信息转换方式不同，造成电力通信系统网络结构非常复杂。中继线传输、用户线的延伸、载波设备和微波设备间的转接等均采用不同的通信手段，这就增加了通信系统网络结构的复杂性，为后期的故障检修制造较大的难度。
2.2 电力通信系统传输量小。传统电力通信系统的信息传输量少，失效性差，严重影响了电力通信系统的运行性能。电力通信系统中信息的传输，不仅需要传统的数据信息传输，还需要继电保护信号、话音信号、电力负荷检测信号等，以便提供数字、图像、声音等多种形式的信息传输功能。图像、数字等信息在整个电力通信系统信息传输中所占比例不大，但其时效性较难保障，这就给电力通信技术提出了新的挑战。
2.3 电力通信系统的可靠性及灵活性不足。随着社会的不断发展，电力在生产领域和生活领域中的应用越来越广，人们对电力系统的依赖性也越来越强。电力系统在人们的工作和生活中的应用，已经深刻的改变了人们的需求习惯。为保障人们工作和生活的正常运行，如何提高电力系统的稳定性及灵活性成为当前电力企业面临的主要问题。电力系统在运行过程中出现的间断或突变现象，将对多种生产设备和电气设备产生影响，严重时可能引发重大安全事故，给人们的财产安全和生命安全带来极大的损失。
2.4 电力通信系统抗冲击性能较差。随着科学技术的不断进步，电气设备的功能、结构、连接都有了不同程度的提高，电力系统中各个设备之间的联系性加强，方便对其进行统一管理、控制。在电气设备实现控制自动化的同时，也带来了一定的弊端，若电力系统中某一环节出现故障，则可能对相关的设备产生不利影响，造成部分或者整个电力系统的瘫痪，给社会和企业带来巨大的经济损失。现代社会要求电力系统具有较高的稳定性，这就给电力通信系统的抗冲击性能提出了新的要求，传统电力通信系统抗冲击性能无法满足社会的需求。
3 光纤通信技术在电力通信系统中的应用
光纤通信技术具有强抗干扰能力，传输量大和传输衰耗小的特点，这就决定了该技术在电力通信系统中将具有广泛应用。该技术除普通的光纤外，研发的其他性能的光纤技术也在电力通信系统中得到广泛应用。
3.1 光纤复合地线的应用。光纤复合地线（OPGW）也被称为地线复合光缆或者光纤架空地线，该技术主要功能为保护输电导线，对整个输电线路起到防雷作用，提高系统的抗冲击性能；另一方面复合技术可将架空地线和光缆综合起来，实现多种信息的传输功能。光纤复合地线是在电力传输线路的地线中包含了光纤单元，这就提高了电力通信系统的可靠性和安全性，大大减轻了后续的维护工作。光纤复合地线在带来多种优良性能的同时，也增加了工程的投入成本，极大的限制了该技术的应用范围。一般来说，光纤通信技术多在新建线路或旧线路地线更换工程中使用。光纤复合地线除具备以上优良性能外，还能满足架空地线的机械和电气性能，因此该技术能广泛应用于所有架空地线中，对于我国的电力系统的升级改造具有十分重要的实用价值。
3.2 光纤复合相线。光纤复合相线是将光纤通信技术与传统的相线结构融合而成的一种新型技术，光纤复合相线是在利用原有电力通信系统线路资源的基础上，利用光纤技术协调通信系统中的频率、线路和电磁兼容性，从而起到改善传统电力通信系统的信息传输性能的目的。该技术作为一种新型的通信光缆，最早应用在150kV电力系统中，随着技术的不断成熟，已经广泛应用到更高电压系统中。我国电力系统将光纤复合相线代替三相电力系统中的一相，使其与其他两相组成新的三相电力系统，提高信息传输质量和数量的同时，还避免了另设通信线路的麻烦，节约了成本。光纤复合相线在施工过程时，应利用光纤的接续技术和光电子的分离技术，对相线中的光纤单元进行单独分离，并在施工过程中设立独特的接线盒。
3.3 全介質自承光缆（ADDS）。全介质自承光缆广泛应用于220kV、110kV和35kV的电压输电线路中，该技术主要是对原有线路的改进升级，直接利用高压输电线杆搭建自己的通信网络。全介质自承光缆技术具有较好的环境适应性、抗干扰性能、较高的传输性能和光缆机械性能，施工时可与其他高压电力传输线路一起铺设，而不受任何其他外界电磁信号的干扰，大大提高了电力通信系统的高效性和便捷性。全介质自承光缆组成材料主要为非金属材料，如聚乙烯或耐电痕材料组成了光缆的外套，提高了光缆的抗干扰能力。全介质自承光缆在进行工程设计时，要根据工程的实际需求选择合适的外护套，并根据工作环境的变化，如风速、温度、雨雪等自然因素，制定合适的施工工艺，保障电力通信系统的安全性。
4 结束语
随着科学技术的不断提高，各种先进技术在电力系统中的应用越来越普及，极大的促进了我国电力系统的发展，为我国智能电网系统的改建工程提供了技术保障。光纤通信技术在信息传输方面具有稳定性好、抗干扰能力强、传输量大、信息衰损小等优点，因此广泛应用于电力信息传输系统。其中，光纤复合地线、光纤复合相线和全介质自承光缆技术已经在电力通信系统中得到广泛应用，极大的推动了我国电力行业的发展。
参考文献：
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电力通信数据网 篇12
原浙江电力有一张信息广域网, 采用BGP (含MP-BGP) 、OSPF、静态路由3 种路由协议。广域网采用MPLS VPN技术构建, 核心层、边缘层设备为MPLS VPN网络的PE设备, 核心层两台设备作为MP-BGP的路由反射器, 其中:内网用户路由采用BGP实现路由控制与分发, 外网用户路由采用MP-BGP及静态路由协议实现路由控制与分发;广域网内部采用OSPF协议作为IGP协议构建全局路由表, 承载设备间互联地址、设备管理地址及内网用户路由。
1 两种协议的介绍
随着业务IP化进程的发展, 各种视频、语音、数据等大量新型大颗粒业务涌入, 原有信息网络已不能满足调度软交换、行政软交换、软视频、视频监控等数据业务的接入需求, 因此通信数据网应运而生。新建通信数据网是一张基于信通融合通信数据网络, 信息通信融合数据网建设完成后, 将统一承载软交换、高清视频会议等现有的通信IP类业务及信息IP业务, 实现业务地综合接入与网络地扁平发展。
在BGP路由部署上, 通信数据网采用与原有信息网一样的模式, 以MPLS-VPN的方式构建。而在IGP协议选择上, 采用了IS-IS而非OSPF。两个不同协议有各自特点, 均可有效地应用在不同类型的网络中。
(1) OSPF协议。OSPF作为一种内部网关协议 (Interior Gateway Protocol, IGP) , 用于在同一个自治域 (AS) 中的路由器之间发布路由信息。OSPF将协议包直接封装在IP包中, 协议号为89。OSPF协议定义了一些机制保证协议包安全可靠传输。它在有组播发送能力的链路层上以组播地址发送协议包, 能节约资源、减少对其他网络设备的干扰。这类路由协议关心的是网络中的链路或者接口的状态, 每个路由器向区域内的其他路由器发出通告, 通过这种方式, 使每一台路由器形成共识, 使用SPF算法计算和选择路由。但是这种算法会消耗设备本身的内存和处理能力, 在大型网络中, 设备压力明显, 因此它更适合中小型网络的构建。
(2) IS-IS协议。IS-IS (Intermediate System-to-Intermediate System, 中间系统到中间系统) 路由协议包含了终端系统 (End System) 、中间系统 (Intermediate System) 、区域 (Area) 和路由域 (Routing Domain) 。一个路由器是Intermediate System (IS) , 一个主机就是End System (ES) 。主机和路由器之间运行的协议称为ES-IS, 路由器与路由器之间运行的协议称为IS-IS。区域是路由域的细分单元, IS-IS允许将整个路由域分为多个区域, IS-IS就是用来提供路由域内或一个区域内的路由。IS-IS的邻居关系有Level-1 和Level-2 两种。对于点对点的网络, 只要IS能够接收到对方的报文, 就认为能够建立邻居。在广播网络中, 邻居的建立需要三次握手的过程。Level-1 的LSP报文仅在区域内传播, 而Level-2 的LSP报文则在骨干网中传播。另外, SNP报文是用于描述LSDB中LSP的摘要, 并且对邻居间最新收到的LSP进行确认。使用区域来构造两级层次化的拓扑结构使它比较适合大型网络。
3 两种协议的分析和比较
通过对比, 我们发现了IS-IS有一些优势, 这些优势显然更适合浙江电力通信数据网的网络架构:
(1) IS-IS协议具备更好的大型网络组网功能:IS-IS更加适合于用来组建大型数据网, 因为它是以运营商网络为目标进行设计, 它拥有OSPF协议不具备的一些的功能特性, 比如对大型网络拓扑计时器数值进行重新配置的能力, 调整手段更有效;将LEVEL2 路由细节向LEVEL1 发布的功能, 丰富了网络层次;在NBMA网络中支持网状组网的功能, 可以更好支持以太网链路等。
(2) IS-IS协议更具严谨性、安全性:该协议的严谨特性, 对于电网公司的具体组网情况具有重要意义。IS-IS路由器分别为L1 和L2 层路由信息保存相互独立的路由表, L1 用来作为区域内路由;L2 用来作为区域间路由, 单独的L1 或L2 路由器只有一份路由表, 去除了设备不需要的路由信息, 大幅度减轻了设备负担;而OSPF路由运算的LSA报文交互负担较重, 链路状态数据库对设备资源开销较大, 运行OSPF协议的路由器在大型网络中性能受到较大影响, 这也是OSPF协议组网的主要劣势。IS-IS与OSPF协议相比, IS-IS路由器整机必须明确其所属层级, 管理关系非常明确, 而OSPF协议只能通过设备端口划定网络层级, 本质上无法真正做到按设备划分管理范围。IS-IS协议在这一特性上的优势, 在国家电网公司的网络环境中显得特别明显, 非常适合未来骨干网与省公司的本地信息网融合工作。IS-IS路由协议在默认情况下L1 和L2 层不能互通, 只在可控的人工操作下导通路由, 该特性能够保证骨干网与地区网信息的独立性。IS-IS路由协议本身的安全性, 超越了仅有单一层次的OSPF协议, 为网络运维、管理工作提供了有效的分层管理界面。处于底层的L1 路由器通过缺省路由指向离自己最近的L1/2 出口路由器的访问其他区域。方式简洁明了, 特别适合国家电网的庞大网络规模运维工作, 网管人员无需花费大量精力考察OSPF协议中的多种LSA类型, 以及对路由信息可能产生的诸多影响。ISIS比OSPF有更严格的邻居类型, 即当两台设备之间邻居类型不一致时, 无法完成邻居建立;同时在ISIS的协议报文更加灵活, 可以增加安全字段进行扩展。
(3) IS-IS协议管理手段更加有效:在这一特性上的优势, 使得IS-IS非常适合国家电网公司所需的稳定网络环境, IGP路由架构的可控性最好。IS-IS路由器的DIS选举结果能够直接控制, 管理效果极好, 而OSPF路由器的DR选举则仅能通过间接的参数配置进行影响, 网络管理员时刻需要关注全网大量信息。OSPF的特性比较适合频繁发生网络动态变化的情况, 而IS-IS协议能够按管理需要、业务重心分布, 对IGP核心节点进行设定, 干预手段直接生效。
4 结语
通过对比目前可用的两种IGP (IS-IS和OSPF) 路由协议的各自特点, 并结合国家电网实际组网拓扑需求、业务流量流向特征、业务协议特征, 以及骨干网的长期演进策略等因素, 可以看出这两种协议具有明显区别, 同时考虑到ISIS比OSPF协议的严谨性、安全性更高, IS-IS路由协议则明显更加适合通信数据网的实际组网需要。
摘要：IS-IS和OSPF有很多共同之处, 都是链路状态路由协议。文章通过对两者协议的介绍、分析和比较, 对通信数据网内部路由选择的原因进行判断, 得出结论。
关键词：IS-IS,OSPF,通信数据网
参考文献
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