接入点控制器（精选10篇）
接入点控制器 篇1
一、引言
WCDMA协议包括R99、R4和R5三个阶段, 目前主要采用的是R99和R4, 在R99和R4中, RAN的地面接口Iu和Iur/Iub是基于ATM传输, 其中, Iu为RNC与CN之间的接口;
Iur为RNC与RNC之间的接口, 可支持两个RNC间发生软切换时的信令信息交换和一个或多个Iur数据流, 该Iur用户数据流主要是在UE发生RNC间软切换时进行宏分集的用户数据流;
Iub为RNC与Node B之间的接口。RNC和Node B之间为紧耦合型连接, 即RNC是无线接入网的管理控制核心, 集中管理无线资源和系统其他资源, 并控制无线接入网和核心网的接口。
近年来我国在接入点控制器重选领域技术发展迅猛, 专利申请数量迅速增多, 各大移动终端厂商针对重选接入点控制器的技术手段进行了改进, 产生了大量的专利申请。
二、接入点控制器重选技术的专利申请分析
重选接入点控制器的专利申请其所要解决的技术问题及技术效果多种多样, 主要集中在减少掉话率及传输中断、减少切换时延、减少信令交互、节省资源、减轻网络负荷、保证业务连续性、提高切换的安全可靠性等方面, 其专利分布情况如图1。
图1中基于技术效果的专利分布情况可以看出, 在针对接入点控制控制器的重选中, 各国申请要解决的技术问题和技术效果主要以减少掉话率及传输中断为主。其中, 为达到相同的技术效果时, 也可能会采用不同的技术手段, 如申请号为CN2009102524570中, 利用当第一基站控制器下的第一用户向第二基站控制器下的第二用户进行会话切换时, 所述第一基站控制器向核心网发送携带第一用户的本地交换匹配信息;所述第二基站控制器从所述核心网获取第一用户的本地交换匹配信息;在会话切换成功后, 所述第二基站控制器将所述第一用户的本地交换匹配信息与所述第二用户的本地交换匹配信息进行匹配, 如果成功, 则进行本地交换, 从而能节约了Abis口带宽资源。而在申请号为CN2011100282536专利申请中, 在移动终端呼叫过程中, 当需要进行BSC间的切换时, 源BSC与目标BSC使用A3和A7接口进行BSC间的软切换;当源BSC判断所述呼叫满足硬切换条件, 则发起源BSC和目标BSC之间的硬切换, 通过一个或多个MSC将所述呼叫硬切换到目标BSC, 从而节省A3和A7的接口资源。
三、结论
外国在该领域申请起步较早, 我国近年来在该领域发展趋势迅猛, 总体上呈快速增长的趋势, 并从技术手段和实现的技术效果上做出改进, 涌现出各种新颖的技术手段, 使得终端易用性得到很大提升。
摘要：RNC是无线接入网的管理控制核心, 控制无线接入网和核心网的接口, RNC切换技术是移动通信网络中主要技术之一。本文从接入点控制器重选技术专利申请的角度出发, 基于专利技术所要达到的技术效果介绍了接入点控制器重选技术的发展。
关键词：RNC,接入点控制器,重选,切换
参考文献
[1]Ramani I, Savage S.Sync Scan:Practical fast handoff for 802.11 infrastructure networks[C].INFOCOM 2005.24th Annual joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies.2005, vol.1.pp:675-684.
[2]Sangheon P, Jaeyoung C and Taeyoung K.Fast Handoff Support in IEEE 802.11 Wireless Network[R].IEEE Communications surveys and tutorials.2007, vol 9.pp.2-12.
接入点控制器 篇2
1、运用围棋儿歌，帮助幼儿了解围棋中的“禁入”与“进入”。
2、能正确判断禁入点与非禁入点。
3、激发幼儿参与围棋活动的积极性。
活动准备：
1、大棋盘、围棋、禁入点与非禁入点的棋形若干;
2、自制红绿幼儿人手一个、红绿灯贴纸、作业纸、红、绿两色蜡笔等。
活动过程：
一、导入，激发幼儿兴趣。
出示红绿灯：小朋友，你们看这是什么?(红绿灯)你知道红灯表示什么意思?绿灯又告诉我们什么?(红灯停，绿灯行)
师：今天，红绿灯要和围棋宝宝一起来玩游戏，你们欢迎吗?
二、观察、了解禁入点。
1、摆出棋形，如图：
2、讨论：白棋能不能下在这个点 上?
3、教师介绍禁入点：白棋放进去后
没有气，不能活，所以这个点我们称它为“禁入点”。幼儿学说“禁入点”。
4、出示“红灯”标记，将其贴在禁入点上。
师：红灯说：这里是禁入点，我要站在这里，提醒白棋宝宝不能下进去。
三、观察了解“非禁入点”。
1、观察棋形，如图：
黑棋围住的这个点是禁入点
吗?(幼儿猜测)
2、教师讲解：白棋下进去虽然
没气，但是它可以把3个黑棋吃掉，黑棋提掉后，白棋就有气了，因此，这个点不是白棋的禁入点。
3、小结：放进去没有气，但是能吃掉对方的棋子的点就不是禁入点，即非禁入点。
4、出示“绿灯”标记：这个点不是禁入点，白棋可以下进去，我要站在这里(贴上绿灯标记)
四、学习《禁入点》儿歌
1、师：为了让小朋友正确区分禁入点和非禁入点，老师编了一首儿歌，请你们仔细听一听。
2、教师念儿歌：禁入点，没有气，禁止对手塞进去，能提不是禁入点，当然可以下进去。
3、带领幼儿念两遍。
五、游戏“红绿灯”
1、讲解游戏玩法：出示各种棋形，引导幼儿观察，判断是否是禁入点，是禁入点出示“红灯”，不是禁入点出示“绿灯”。
2、幼儿玩游戏，适时让幼儿说明理由。
六、幼儿作业。
1、提出要求，观察带“ ”的地方是不是白棋的禁入点，是的在“ ”中涂上红色，不是的涂上绿色。
2、幼儿操作，教师巡回指导。
接入点控制器 篇3
网络接入控制能够改善安全是没有争议的。网络接入控制能够迅速判断来自不应该获得接入批准的那些系统的用户，并且保证防火墙设置、杀毒软件和补丁水平都保持最新的状态。在使用正确的时候，网络接入控制能够创造一个没有病毒感染的通讯流并且没有与安全突破有关的许多其他风险的网络。
很诱人，是吗?是的。但是，没有天上掉馅饼的好事。许多网络接入控制解决方案都太昂贵以至于不能部署和管理。我们在这篇文章中将告诉你需要了解什么知识来确定适合你的环境类型的最佳的网络接入控制选择。但是，在我们讨论这个问题之前，我们需要简单再了解一下网络接入控制的四种主要类型：基于硬件的网络接入控制；基于代理的软件网络接入控制：无代理的软件网络接入控制；动态网络接入控制。
无论你选择哪一种网络接入控制解决方案，你都需要考虑你部署网络接入控制的目标，如安全与管理水平以及根据你的企业和网络规模的其他因素。
1网络接入控制与地理分散的网络
对于一个大型网络，有许多部署、管理和运营的考虑。例如：位于交换机上游的基于硬件的网络接入控制解决方案产生一个潜在的单个故障点。如果这些解决方案跟不上目前高速的10G网络干线的速度，这些解决方案就是破坏性的。
而且，网络接入控制解决方案对于地理上高度分散的或者高度分段的网络也许都是不理想的。这种解决方案不仅需要在每一个地方都有一台设备，而且这些方法提供的网络通讯的可见性也非常差。
当你看不到或者不能阻止一个大型子网上的入侵者的通讯的时候，相信你使用网络接入控制获得更大的安全性是没有意义的。带外的替代方法，如使用802.1x的选择，经常需要改变网络和服务器的许多设置。这需要额外的隔离网络和每一台交换机的端口的设置以及需要设置路由器和交换机的访问规则。这不仅增加了管理成本，而且还增加了出现错误的风险。基于硬件的网络接入控制显然并不便宜，或者说并不是一种万灵药。
但是，基于硬件的网络接入控制能够提供高水平的安全，因为它们的重点是网络通讯，能够发现在线路上运行的安全漏洞。
在地理分散的网络中采用基于软件的方法，管理性的挑战依然存在，但是，这些挑战转移到了端点，需要在每一个端点安装一个软件代理。虽然无代理的网络接入控制方法能够减轻这种管理负担，但是，无代理的网络接入控制不能提供一种一致的方法以全面地评估这个端点的状态。这就意味着用重要的安全功能交换可管理性。
因为动态网络接入控制只能利用一部分系统作为安全强制执行者，动态网络接入控制实际上能够帮助你利用分布式网络的力量保护自己。
2保证中小企业的安全
中小企业几乎没有专门的弱电工程人员和专家来配置复杂的和带外的方法，如802.1x网络配置，以及在发生问题的时候正确地排除故障。此外，由于资源的局限性，中小企业经常把IT团队的重点放在发展业务的IT计划上。
这正是基于软件的网络接入控制要做的事情：在提高安全性的同时还能减轻安全和网络团队的管理负担。事实上，对于中小企业来说，在防御代理方面有许多可说的事情。例如：在端点能够达到更高水平的审查，从而增强安全性。现实是，代理可以是现有的引起中断最少的解决方案，特别是应用到网络通讯的时候，因为代理是在后台悄悄地运行的，只是定期地向服务器发送更新。因此，如果你是IT资源有限的中小企业，这个窍门就是找到最容易管理的、最节省成本的、基于软件的网络接入控制解决方案或者可用的动态网络接入控制解决方案。
3理想的安全水平
不管你的企业和网络规模有多大，你都需要用理想的安全水平去权衡成本与可管理性。这是普遍的现象，因为内部文化，容忍风险的限度或者这个企业是否处在管理非常严格的行业等因素都决定了企业应该采取更高水平的安全，还是选择管理的方便性。
例如：如果安全是唯一的考虑的话，基于硬件的802.1x(带外的)解决方案也许是最佳的选择。虽然无代理的网络接入控制避开了安装和维护代理的需求，但是，它也付出了代价。无代理的方法不能提供一种一致的方法来全面评估端点的状态。此外，由于通过检查网络通讯可以确定身份，用户可能会欺骗这个系统。
动态网络接入系统也许会提供管理性和安全之间的正确的平衡。
4网络接入控制的成本
无论你是一家地理上分散的零售商、制造商或者金融服务公司，管理每一个地方的网络接入控制设备很快将变得非常昂贵。考虑一下，每一个基于硬件的网络接入控制设备都需要大约2万美元。此外，那个设备还需要为初次安装和配置这个设备的专家支付旅差费和工时费。然后，还有持续不断的维护和更新的费用负担。
在某些情况下，根据你的架构的性质，如果不对你的网络配置进行重大的和有风险的修改，远程管理也许就不能实现。如果你要降低成本，基于软件的网络接入控制解决方案也许是一个可行的选择。
5合作
根据你的需求，把网络接入控制作为一个全面的IT安全解决方案的一部分进行实施也许是最佳的选择。许多大型基础设施厂商已经与安全厂商合作以便用最好的安全技术提供他们的服务。
正如你看到的那样，在你采用网络接入控制之前你有许多事情要考虑。我们希望这篇文章能够帮助你简化这些选择。无论你选择什么类型的解决方案，你最终都将扣动扳机和开始部署。那是你需要一个部署战略的时候。网络接入控制最好是分阶段地实施。这就是说要逐步地部署网络接入控制设备，逐步地解决一个具体的需求或者保证某一个站点的安全或者保证一个网段的安全。随着你更加熟悉这个网络接入控制解决方案，你可以在整个企业部署这个解决方案。在开始的时候，你要计划一个合理的时间数量来监视它的工作情况，向管理员提供一些时间让他们了解网络接入控制对系统和你的网络的影响。
此外，在你启用任何强制功能之前，你要保证你有一个很好的补救措施战略。你会简单地以不符合系统要求封锁人们进入网络吗?你会很好地与补丁管理软件结合在一起吗?你还需要知道你将在什么地方存储你的补救措施文件和不符合要求的任何系统的指令。
接入点控制器 篇4
常规变电站内安装的在线监测装置涉及专业不同[1], 厂家较多, 一般站内并存多套监测系统, 无法实现信息共享, 难以基于各类监测数据对设备运行状态进行综合分析判断。按照国家电网公司建设坚强智能电网和“三集五大”的统一要求[2,3,4], 各网省公司部署了统一的状态监测系统并集成到生产管理系统中, 在变电站状态监测主站端[5,6,7]集成了状态接入控制器 (Condition Acquisition Controller, CAC) 。
C A C是智能变电站状态监测系统的关键装置[8,9,10,11,12], 是设备状态监测系统中承上启下的重要一环。它接入主变油色谱、主变局放、铁芯接地、SF6气体监测、开关特性监测、GIS局放、容性设备绝缘监测、避雷器绝缘监测、蓄电池组在线监测等多种传感器量。该装置能够给变电站维护带来方便[9], 它采用IEC 61850标准统一变电站内状态监测装置通信协议, 统一状态监测数据格式和接口, 结束厂家各自为政的乱象, 使智能电子设备即插即用和互操作成为可能, 向上统一出口, 实现数据的综合利用和诊断分析。该装置有助于全面清晰地了解变电站内设备的运行状态、变化发展趋势以及潜在的问题。
1 CAC总体设计
1.1 系统结构
图1是智能电网状态监测系统的分层分布式网络结构, 分为过程层、间隔层和站控层。CAC安装在站控层, 以变电站为监测对象, 实现整个状态监测系统的运行控制及变电设备状态数据的汇集存储和转发。状态接入网关机 (Condition Acq-uisition Gateway, CAG) 部署在主站系统, 接收CAC发送到主站系统的数据。综合监测单元 (Comprehensive Monitoring Unit, CMU) 部署在间隔层, 接收并处理状态监测装置发送的数据, 实现与CAC的标准化数据通信。由图1可看出, CAC担负着通过标准化的I1[6]接口获取全站状态监测数据的任务, 可以说CAC是变电站状态监测系统高度整合的核心, 是数据标准化传输的主体, 是状态评价中心连续获取监测信息的站内节点。
1.2 系统组成
CAC主要包括配置管理工具、通信单元和Web平台3个部分。配置管理工具对整站在线监测系统进行管理配置。通信单元软件以变电站为对象, 承担站内全部监测数据的分析和对监测智能电子设备、综合监测单元的管理, 实现对监测数据的综合分析、预警功能, 以及对监测装置和综合监测单元的设置参数、数据召唤、对时、强制重启等控制功能, 并能与主站进行标准化通信。Web平台对历史数据库系统、监测数据的显示查询提供全站状态监测信息的全景展示。变电设备状态接入控制器功能结构如图3所示。
1.3 硬件要求
CAC装置以高性能的嵌入式工业控制计算机为基础, 采用标准机架式安装结构, 配备光电以太网交换机;配置多个以太网口、多个光电隔离的串口, 宽输入电压、宽工作温度, 整机无风扇设计。CAC对可靠性要求高, 电磁兼容能力要达到电力四级, 包括工频磁场、脉冲磁场、高频干扰、电源快速瞬变脉冲群、静电放电、电源跌落、电源浪涌、高温影响测试、低温影响测试、电源冲击电压等。
1.4 通信环境
1) 光纤通信端口。光口应用在站控层与间隔层之间的光纤传输, 传输速率为100 Mbps。
2) 以太网通信端口。电口应用在站控层向上与主站或其他系统的传输, 配置标准以太网接口卡, 传输速率为100 Mbps。
2 CAC关键技术
2.1 工作流程
系统启动后通过变电站配置工具对整站在线监测系统进行管理配置, 与站中各个CMU进行交互, 收集整站信息并上送到CAG, 并通过Web平台供用户查看站内信息。
2.2 工作原理
2.2.1 CAC与CMU之间的IEC 61850通信接口
IEC 61850标准是基于网络的通信体系标准[6,7], 包括面向对象、通信网络、接口和映射、系统和管理项目等内容, 具有统一、规范、自描述、易扩展等特点, 彻底解决了目前传统变电站规约种类繁多、互不兼容、难以扩展等难题, 成为智能变电站的标准规约[12,13], 使变电站信息建模标准化, 便于信息共享和统一分析。
1) CAC与CMU通信服务模型。CAC与各CMU之间的通信采用C/S通信模型。CAC与各CMU通过在网络上发送或接收请求、指示、响应和证实服务原语进行交互。CAC与CMU之间多数是证实服务, 其交互过程如下:①CAC发出服务请求;②CMU接收服务指示;③CMU执行动作;④CMU动作执行成功, 发出肯定服务响应 (+) ;CMU动作执行错误, 发出否定服务响应 (-) ;⑤CAC接收服务证实。Report等非证实服务由CMU发出, 且只有请求和指示服务原语。
2) CAC客户端通信服务功能。CAC能够提供客户端功能, 其中CAC作为客户机, CMU作为服务器, 实现通信连接、告警、召唤、周期上传、定值与控制、模型访问、数据查询等通信功能 (见图3) 。
2.2.2 CAC与CAG的I2交互逻辑
CAC与CAG之间通信接口按照《输变电设备状态监测主站系统 (变电部分) I2接口网络通信规范》要求进行数据通信。两者通过Web Service的方式获取对方发布的所有服务方法。CAC与CAG提供的服务见表1所列。
1) CAC和CAG的注册流程 (见图4) 。首先CAC调用CAG的upload Heartbeat Info服务上传心跳信息, CAG下发Get Config指令, CAC调用upload CAConfig服务上送配置信息, CAG在收到CAC的配置信息后即进行解析和映射, 准备后期的数据接收和识别, 按正确的语义存储。此时, CAC对于CAG来说已经完成注册和初始化。
2) CAC和CAG的交互流程 (见图5) 。CAC按照数据上送周期进行计时, 计时起点为收到CAG的心跳信息并完成对时以后。CAG可以根据需要下发GETCONFIG、SETCONFIG、RESEND、GETDATA等指令。CAC收到返回信息后对各种配置信息进行处理和存储, 对下发的命令进行相应的响应。等待下一次计时周期到达后重复此流程。
2.3 配置管理功能
CAC装置的配置管理功能包括通信链路配置、变电站信息组态配置、I2测点映射信息配置。
1) 通信链路配置。系统支持控制器局域网、RS-232/485、以太网等接口方式, 通信模块采用插件模式, 每个通信链路可独立配置。支持I1规约、Modbus、IEC101/104、网络103规约等配置。
2) 变电站信息组态配置。若采用IEC 61850规约通信, 应能依据在线监测装置厂家提供的装置智能电子设备能力描述文件, 导入CAC的组态工具, 根据整站系统说明文件配置, 将多个智能电子设备能力描述文件合并成一个变电站配置描述文件, 并生成智能电子设备配置描述文件下发到在线监测装置。
3) I2测点映射信息配置。遵循I2规约通信, 能依据在线监测装置厂家提供的测点配置文件进行测点配置、数据字典映射等设置。
2.4 实时数据处理
将数据按照模拟量、数字量、累计量、文件、曲线等不同类型分别归类, 放入指定实时数据库中, 按照不同的算法进行处理。对通信报文进行筛选, 剔除在线监测过程中由于突发设备启动、线路抖动和雷电冲击等偶然影响产生的异常监测点。再针对特殊需求进行某些测量值的数据计算, 如三相电压和, 总烃, 模拟量最大、最小、平均、日累计、月累计、年累计等各种统计;在多个越限条件同时满足时计算告警虚电, 生成告警事件 (见图6) 。
2.5 历史数据处理
系统可以将实时数据定期存储到关系数据库中, 以便进行统计分析、以Web方式展示或转发给上级主站系统, 数据包括5 min、1 h数据存储, 原始数据, 整点实时采集值。
统计数据包括1 h内数据的最大值、最小值、平均值、正态分布等, 当天0点的实时采集值, 1天内数据的最大值、最小值、平均值等。
2.6 Web平台功能
CAC装置的展示功能以Web方式对外发布, 也可以在本机上访问。Web展示功能包括基本功能和核心功能2部分, 基本功能包括基本信息管理、系统管理、系统备份和恢复等, 核心功能包括在线数据监视、历史数据分析、统计分析、综合诊断算法、实时工况监视。
3 实现与应用
系统在Windows操作系统下完成开发, 采用My SQL数据库, TCP/IP, HTTP 10 M/100 M自适应;采用VC++开发通信单元软件, C#开发Web平台及CAC配置工具软件。系统支持控制器局域网、RS-232/485、以太网等接口方式, 实现以下功能。
1) 支持CAC与CMU及智能电子设备之间的IEC61850的通信功能, 接收IEC61850服务报告、日志、控制、定值信息, 具备日志管理、查看功能。
2) 支持CID文件导入、自动完成校验及远程终端单元点表的生成功能, 支持通信链路、组态配置、CAC、CAG唯一标识、IP配置, 智能电子设备与设备台账的映射、CAC数据字典与I2字段接入规范映射配置。
数据配置信息以XML文件形式存放, 格式如下。
3) CAC与CAG之间通过Web Service的通信功能。有2点需要注意:①变电站状态监测系统的大量历史数据采用大文件分段、断点续传方式上送到数据服务器;②在CAC注册之前, 要求CAG已经准备好提供Web Service服务, IP地址已经确定, 已经可以在局域网中发布Web服务。以下是CAC上传铁芯电流监测数据的配置文件。
4) Web平台实现诊断及预测功能。CAC在应用中作为IEC 61850的客户端, 可以直接与支持IEC 61850的在线监测装置进行通信, 对于不支持IEC 61850的装置, 则需要加装智能电子设备作为服务器端来实现对该标准规约的支持。通过浏览器输入CAC的IP地址可以对其远程访问。
当前这种装置已在上海、浙江等地智能变电站中成功应用, 经现场检验, 效果良好。它能规范状态监测通信和不同类型监测数据的即插即用, 同时缩减占地空间, 最大程度减少厂家配套系统数量, 为电网的安全运行提供辅助决策支持, 具有较好的经济和社会效益。
4 结语
在变电站中引入CAC, 有效解决了目前变电站内监测装置类型多、厂家多、功能重复、数据无法共享等问题, 统一了信息模型和通信规约, 有利于站内数据资源整合, 有利于设备标准化信息的上传下达, 为设备在线监测故障诊断、设备智能化、信息化提供了数据支撑, 有较好的应用前景。
摘要：变电设备状态接入控制器是变电站在线监测系统的关键装置, 文章从系统总体设计、关键技术方面研究了其实现方法, 给出了基于IEC 61850标准的整体设计方案。对装置的硬件要求、通信环境, 工作流程进行了介绍, 设计了装置与综合监测单元之间基于IEC 61850通信标准的通信服务模型和功能, 研究了与状态接入网关进行交互的逻辑和通信过程、装置的实时和历史数据处理技术和配置管理、Web远程访问功能, 最后给出了其实现方法。该装置成功应用在智能变电站中, 为实现智能电网的信息化、自动化和互动化奠定了良好的基础。
接入点控制器 篇5
这类设备价格低，安装快捷方便，而且因为处于ISM频段，国家无委没有对其进行统一的分配，因此比较容易获得批准使用，有利于其在无线网桥接入网建设中大规模应用。但是对于希望实现无线E1无线网桥接入的客户，廉价的无线网桥似乎并不合适，原因是这类网桥基于IP技术，通常并不具备E1接口，而只有以太网接口。
为此，不得不采用昂贵得多的基于电路或ATM的微波设备。无线网桥则被大规模应用在不需要传送E1业务的单纯数据传输场合。能否利用无线网桥提供E1服务呢？答案是肯定的。通过E1 over以太网接口转换器设备，可以在无线网桥建立的以太网链路上仿真E1通道。但是，这样的仿真通道是否能满足E1设备的需求呢？
E1信号源自PCM编码时分复用技术，以2048kbps恒定速率传送信息，俗称“2兆口”。以太网则采用统计复用技术，其传输和交换基于数据包。时分复用技术具有带宽固定，传输时延小而稳定，信号定时透明度高，抖动、漂移小等特点，适合于话音、图像等对传输实时性和定时稳定性要求高的应用。
基于数据包的统计复用技术具有更高的复用效率，适合于对时延要求不严格、通常不需要准确恢复定时信息的数据传输场合。由于E1和IP在技术上具有很大的差异，利用以太网提供仿真E1通道并非易事，难点在于在网络出口有效地重建E1码流的定时信息。
需要克服以太网自身特有的包延时随机、没有有效的定时传送机制、传输误码或碰撞会导致丢包等缺点。E1 over以太网接口转换器必须能够解决上述问题，才能真正替代传统的电路型微波设备。判断的主要依据包括：E1码流时钟恢复的稳定性和附加处理延时。实践证明，性能优异的接口转换器与无线网桥配合，能够很好地用于绝大多数基于E1的应用场合。
时钟稳定性包括时钟抖动、漂移和频率保持特性。抖动会引起E1终端设备产生误码，漂移会导致滑帧和其它类型的业务损伤，时钟频率的跳变则会导致帧失步和重新捕捉，表现为严重的误码。
目前市场上比较好的E1 over以太网接口转换器，抖动值通常在0.1UI以下，恢复时钟的漂移可以控制在(5ppm以内(如果应用场合有独立的时钟网络，则此项指标不很重要)。当包含E1数据的数据包发生零星丢失时(在无线条件下尤其不可避免)，是否能够维持时钟频率的稳定而不发生跳变，也是这类设备的一项重要指标，
用于实时双向通信时，处理延时也是E1信道的一项重要指标。例如用于没有回声抵消器的PCM语音业务时，单程的总延时应在50毫秒以内。如果接近100毫秒，可以听到明显的回声，影响通话质量。
这一延时不仅包括接口转换器的处理延时，还要包括无线网桥的传输延时、数据包传递抖动所需缓冲引入的延时、话音的编解码处理延时、以及电话传输和交换系统引入的其它延时等等，因此要求E1 over以太网设备要引入尽可能小的处理延时。算法好的设备，处理延时可以达到6毫秒以内。
有些E1 over IP设备提供了E1信道的分帧处理，这对于不需要在两点间传送一个完整E1，而只需要传送若干个64kbps时隙的应用，是很有意义的。通常，这类设备可以将每一个时隙码流单独封装到IP包中，因此在IP网络中的传输单元以时隙为单位，具有很高的灵活性，例如将一个E1信号拆分后送到多个远端站点。
由于无需传送整个E1信号，因而可以节省带宽。分帧封装的主要困难在于效率和时延之间的矛盾，为了达到较高的效率，每个数据包必须具有一定的长度，而对于64kbps码流，其封装时延会长达同样的包封长度下E1码流的32倍，往往给实时语音业务造成严重的回声。
将E1数据封装成数据包的方式会影响数据包在网络中的性能。有些E1 over以太网接口转换器允许用户自己选择各种包封方式，以便与传输网络特性相匹配，获得最佳效果。包封方式包括：包封长度、是否加入IP包头、是否加入VLAN包头等。
对于无线网桥而言，通常用于点到点连接，无需路由寻址，一般无需加入IP包头和VLAN包头，这样可以节省带宽，而无线网桥的带宽通常并不充裕。另外，一些无线网桥的带宽依赖于包长，因此选择合适的E1数据包封长度有时是至关重要的。
对于需要用无线网桥同时提供E1和以太网无线网桥接入的应用，例如网、话一体的话吧，还应该考察转换器的另一项功能，即是否能够对共同传输的数据业务进行严格的流量控制。由于无线网桥的有效传输带宽通常并不很大，而且通常不能为E1数据包提供充分的QoS保证。
因此当传送突发数据业务时，很自然会对E1数据包产生冲击，造成丢包，严重干扰E1信号的传输，产生误码，甚至中断。因此，对于此类应用，应该选择具有下行以太网接口，并能有效限制往返下行接口数据包的优先级的产品，并注意连接方式，如图所示。
在E1 over以太网接口适配器上提供各类告警指示和环回控制功能，对于作为E1无线传输设备的应用方式，是有实际意义的。在工程安装和故障检修阶段，了解本端和对端E1接口的信号状态，控制E1接口的环回以便用E1误码仪测试通道性能，观察丢包现象等，可以帮助工程人员了解情况，判断故障所在。
远程机电控制的网络接入模块设计 篇6
PC机的运算速度非常快, 一般都有一个多任务的操作系统, 可以多任务并行执行, 通过硬中断与软中断、消息队列和各种插口实现TCP/IP协议层之间的通信和整个网络的通信。而DSP运行速度相对较慢, 缺乏多任务操作系统的平台, 只能通过顺序执行加硬件中断的方式来实现, 并且还要同时执行数据采集、串口中断等任务, 所以中断程序应尽量短, 只完成设置各种状态的标志位, 而将相对较慢的网络数据包的处理放在主程序中执行, 以减少各种任务之间的冲突。
PC机的内存非常大, 现在一般都可达到128M以上的存储容量, 可以动态地分配和释放内存, 很容易实现存储器缓存mbuf、网络控制块ncb等链状结构, 且可随意增删;同时能维护多条网络连接, 由于计算机处理速度快, 几乎不用考虑缓冲区溢出的问题。而DSP内部RAM一般只有十几k, 加上外部扩展的RAM也只能达到几十K的容量, 一个最大的以太网数据包就有1.5K左右, 如果也按PC机的内存管理方式和数据结构, 使用mbuf链, RAM肯定不够用, 因此只能在RAM中分配一个固定的1514字节的区段来存放接收到的以太网数据包, 接收一包处理一包。
PC机中TCP/IP协议都是分层次实现的, 相互之间都是通过参数传递进行联系, 这样有利于提高程序的模块化和独立性。而在DSP中, 由于参数传递会占用过多的程序空间, 且降低DSP的执行速度, 所以应尽量减少参数传递, 转而使用全局变量和外部变量等来达到值的传递, 因此各程序间的依赖程度大, 往往会共享某一些变量和数据。
PC机上实现了比较完整的TCP/IP协议。而在DSP中, 由于运算速度和内存的限制, 不可能支持所有的协议, 一般只实现需要的部分, 不需要的协议一概都不支持;而且即使需要的协议也不用像在PC机上实现那么复杂, 可以根据硬件的具体情况和实现的需求进行必要的简化。
2 RTL8019驱动程序的设计
RTL8019驱动程序主要包括以下几部分:
(1) RTL8019的初始化。
RTL8019是网络接口控制芯片, 它负责网络上数据的接收和发送。为了能够使RTL8019启动并处于准备接收或准备发送数据的状态, 必须对相关的寄存器进行初始化。这些寄存器包括CR、DCR、RBCR、PSTART、PSTOP、ISR、IMR、PAR0～PAR5、MAR0～MAR7、CURR、TCP、RCR等。
(2) 中断服务程序。
中断服务程序一般完成两项任务:一是设置中断标志, 以使相关程序能以此发现发生了中断;二是取得中断状态寄存器的值, 并将引起中断的具体原因提交给相应的程序, 这一过程也是通过设置中断原因标志完成的。需要注意的是, 中断服务程序开始的时候要保护中断现场, 待处理完成后要恢复中断现场;中断服务程序应尽可能短小, 以便在尽可能短的时间内执行完成, 因此需要将一些不必要的工作交给其它程序来完成。
(3) 帧发送程序。
在网络中, 帧传输的过程是:发送方将待发送的数据按帧格式要求封装成帧, 然后通过RTL8019将帧发送到网络的传输线上;接收方根据接收到的帧的目的地址研究是否将该帧提交给上层应用程序。帧的发送是指将数据以帧的形式发送到网络传输线上, 因此, 帧的发送过程应该包括以下几个步骤:
①装帧;
②将帧送入RTL8019的发送缓冲区;
③初始化发送控制寄存器;
④启动RTL8019将该帧发送到网络传输线上。
(4) 帧接收程序。
帧接收是指将网络上的数据帧接收并缓存于RTL8019的接收缓冲区中, 然后由主机程序将缓存于接收缓冲区的帧读走并存入内存中以备程序使用。从中可以看出, 帧的接收过程分成两步:
①第一步由RTL8019通过本地DMA将帧存入接收缓冲区;
②第二步是通过远程DMA并在主机的配合下将接收缓冲区中的帧读入内存。
3 网络接入协议的具体实现
TCP/IP协议是一个协议簇, 包含了很多协议, 在DSP上实现的所有协议如图1所示, 通常可分为四层 (不包括物理层) 。
根据DSP的结构特点和所需要实现的功能, 在DSP中实现了ARP (地址解析协议) 、IP (网际协议) 、ICMP (Internet控制报文协议) 、UDP (用户数据报协议) 和TCP (传输控制协议) , 并对它们进行了简化。在数据链路层中实现了ARP。每种网络都有自己的寻址机制, 以太网通过以太网地址即通常所说的RTL8019硬件地址MAC进行寻址的, 每个RTL8019出厂时都有一个唯一的MAC地址。IP地址则仅仅是对于TCP/IP簇有意义的地址, 是一种虚拟地址。当赋予IP地址的IP包要在以太网中传播时, 必须将IP地址转化为以太网地址才能进行正确的传输。ARP协议就是将32位的IP地址动态地映射为48位的以太网地址, 从而保证网络的正确传输。ARP协议由两个文件arpin.c和arpout.c实现。arpin.c负责接收网络上广播的arp包, 判断arp包的类型是网络上其它机子的请求包还是返回本机的响应包, 判断其合法性并进行相应的处理;arpout.c负责主机向网络发送数据报时发送arp请求包以及被arpin.c调用响应收到的arp请求包。
在网络层中实现了IP和ICMP。IP协议是TCP/IP协议簇中最核心的协议, 它提供无连接的数据包传送服务, 所有上层协议都要以IP数据包格式传输。IP协议由两个文件ipin.c和ipout.c实现。ipin.c负责接收IP数据包, 收到IP包后, 首先判断其版本号、数据长度、目的地址、检验和是否正确, 再根据IP首部的协议类型字段的值交给相应的上层协议处理;ipout.c负责发送IP数据包, 接收上层协议传递下来的数据, 加上20字节的IP首部, 正确设置源IP地址和目的IP地址、协议类型, 计算检验和, 交给下面的链路层发送。PC机上的IP数据包, 当它的长度超过网络的MTU时, 允许对它分段;在DSP中, 则不支持IP数据包分段, 也不支持IP选项字段。ICMP协议负责传递差错报文以及其它需要注意的信息, 且由ICMP首部8位的类型字段和8位的代码字段决定信息的种类。在DSP中只实现了对回显请求 (类型代码为80) 报文的处理, 从IP层收到ICMP包后, 判断其类型代码段是否为80。如果是, 将这两个字段设置为00 (回显应答) , 计算检验和, 再交给IP层发送;如果不是, 则予以丢弃。从而实现了对ping功能的支持。
在传输层实现了UDP和TCP。UDP协议是一种面向无连接的不可靠的协议, 用两个文件udpin.c和udpout.c来实现。udpin.c实现对UDP包输入的处理, 判断其端口号、检验和是否正确, 正确则将其数据交给相应端口的应用程序, 不正确则丢弃;udpout.c实现对UDP包输出的处理, 从应用程序接收数据, 设置相应的源端口号和目的端口号, 再交给IP层发送。值得注意的是, 计算UDP包的检验和与计算IP包的检验和是不一样的, IP包的检验和只覆盖了IP包的首部, 而UDP包的检验和则覆盖了UDP包的首部和所有的数据。UDP包计算检验和时还引入了一个12字节的伪首部, 包括4字节的源IP地址、4字节的目的IP地址、1字节的零段、1字节的协议段和两字节的检验和, 其目的是让UDP两次检查数据是否正确地到达了目的地。TCP协议与UDP协议虽然同是传输层协议, 但是它提供一种面向连接的可靠的字节流服务。TCP协议是所有协议中最复杂、也是最难实现的一块, 主要由tcpin.c、tcpout.c、tcptimer.c和tcpstream.c四个文件分块实现, 并根据具体应用的需要进行简化。TCP的控制块tcb用结构体来实现, 每一个tcb包含一条TCP连接的所有控制和状态信息, 全部的tcb形成了一个双向链表, 有利于在所有TCP连接中进行搜索。tcptimer.c负责管理TCP协议中的各种状态信息, 它内含前向后向指针, 使之形成定时器超时, PC机上的TCP协议包含快慢两个定时器, 这里仅仅实现了一个500ms的慢速定时器, 因为没有快速定时器, 所以不支持ACK报文延迟, 收到一帧即立即发送ACK;tcpstream.c是TCP的状态机函数, 根据TCP连接所处的不同状态以及发生的事件来决定TCP连接的状态变迁;tcpout.c负责TCP报文的发送, 典型的发送过程是当接收到上层应用程序的数据时, 首先发送SYN帧, 与目标节点三次握手建立连接, 之后加上TCP首部, 交给下层IP模块发送, 并通过重传定时器实现超时重发、持续定时器发送窗口探测帧等功能, 待所有数据发送完毕并得到确认后发送FIN帧, 通过四次握手关闭连接, tcpout.c还可在不同状态和事件下被其它程序调用发送ACK帧、RST帧等其它TCP报文;tcpin.c负责接收从下层IP模块接收到的TCP数据包, 并根据TCP连接的状态信息以及TCP首部的各个标志位进行分支处理, 将数据交给对应端口的上层应用程序, 并调用其它函数实现对TCP包的响应和状态变迁。在PC机上往往可以同时维护多条TCP连接;但在DSP上, 由于DSP速度和RAM容量的限制, 只支持一条TCP连接;这样大大简化了程序的复杂度, 同时也满足了实际需要, 如果今后有需要, 还可以进行扩展。综上所述, TCP/IP协议的具体处理流程如图2所示。
摘要：网络接入使用的是TCP/IP协议, 该协议最先是在UNIX系统中实现的, 后来在Linux、DOS和Windows系统中也实现了TCP/IP。但是, 在UNIX上实现的TCP/IP协议的源代码并不能直接移植到DSP上来, 这是因为PC机和DSP存在着巨大的差异。
动态层次式接入控制方法的研究 篇7
分布式虚拟环境是将虚拟现实与网络通讯相结合,在一组以网络互联的计算机上同时运行虚拟环境的系统[1]。随着网络技术的日渐成熟,虚拟环境中对象间的交互和协作需求不断的提高,它允许来自不同地理位置的用户动态地加入同一个虚拟环境,并通过相互协作共同完成某项任务[2,3]。目前DVE在各个领域都有着广泛的应用,典型的应用包括分布交互仿真、游戏等。
然而,随着用户的不断加入和网络环境的扩大,受限的网络资源限制了DVE系统的性能,尤其是网络服务的多样复杂化导致了信息量的不断增大,从而使网络流量急速增加。而接入控制作为一种预防性的流量控制手段,为实现QoS(Quality of Service)提供保障,它采用的特定控制算法,综合分析当前网络状态和新进业务流资源需求,判定当前网络可用资源是否满足新进业务流QoS需求,并做出接入决定,保证允许接入的实时业务的端到端服务质量,从而控制网络流量。
当前国内外对接入控制方法的研究很多,文献[4]总结了接入控制方法的一些方法策略。接入控制方法大概分为两大类:一种是基于测量的,主要是测量即时信道参数,如信道利用率、时延或带宽等等,如文献[5]、文献[6],该方法简单易实现,同时与信道实时相关;另一种是用模型做预测,利用模型预测新业务流可获得的吞吐量或实时业务的延时,如果网络所提供的条件能满足业务的要求则接受该业务,否则拒绝,如文献[7]、文献[8]。相比较,第一类方法比第二类准确,而且能根据信道实时情况调整相应参数值。
但是以上文献中都没有考虑到动态调整网络状况以及多层次协作的问题。由于服务层次是在系统设计时决定的,不能随着网络状况的变化而做出相应的更改,无法动态地支持较多类型的协作关系,且不同类型的协作对象对系统网络带宽有着不同要求,缺乏灵活性和动态性。因此,本文提出一种动态层次式接入控制方法,该方法能根据对象协作层次和网络链路状况的变化,有效提高带宽的利用率,为不同类型的协作用户提供满足其协作要求的数据传输服务。
2 网络模型
将系统中的n个主动路由器AR记做AR0, AR1, …, ARn-1,其中AR0是核心路由器。每个主动路由器拥有一个上游端口和数个下游端口用来和其他主动路由器或主机连接。将系统的m个主机记做H0, H1, …, Hm-1。在进行接入控制的时候,下游AR需要请求方向的上游AR发送订购请求报文,用来进行链路检测。
定义1:一个网络可表示为一个图G=(V, E),其中V表示所有的节点集合,E表示节点间通信链路的集合。
在由n个路由器构成的CBT(Core-Based Tree)网络中,路由器节点Rc被组织为树状结构,其中作为根节点的路由器被称为核心路由器AR0,其他的路由器ARi(1≤i<n)则作为非叶子节点进行层次状组织,连接作为叶子节点的主机Hc,即v=Rc∪Hc。
定义2:设网络G的总带宽为Btotal,协作层次数为0, 1, …, K-1,协作层次为j的已用带宽为Bused[j],则主动路由ARi(0≤i<n)所在链路的总带宽为Btotal[i],可用带宽为Bavail[i],协作层次为j的可用带宽为Bavail[i][j](0≤i<n,0≤j<K)。
定义3:设主动路由器ARi(0≤i<n)从下游端口接收到节点x发出的协作层次为j(0≤j<K)的订购s的接入请求报文〈X,Bh(s),Bl(s),j〉,其中订购s的最大带宽需求为Bh(s),订购s的最小带宽需求为Bl(s),则此订购s的链路带宽为l(x,s,j),链路带宽是报文在发送过程中计算得出的:l(x,s,j)=min(Bavail[i][j])。
定义4:网络G中,设协作层次为t的订购优先级为Pt,则协作层次为j的订购s优先级为Pj,订购s的权重为Wj=ePj。设主动路由ARi所在链路的分配优先级阀值Ki,协作层次为j的分配带宽阀值Bu[i][j],而根据分配带宽阀值和分配优先级阀值确定的订购接入概率为Pac。
3 动态层次式接入控制方法
本文中认为系统中没法提供保证QoS服务的订购主机是无效主机。如果没有拒绝无效主机加入,其他的主机会继续发布消息给无效主机。这样,无效消息会在主动路由器之间进行转发,从而加重系统的负载。由于在DVE环境中,注重的是用户之间的协作,如果系统无法满足订购主机的服务要求,也就无法与其他用户进行协作。因此,本文采取了动态层次式接入控制方法,在主机加入系统时,判断当时的网络情况是否能够满足其协作要求,从而接入或者拒绝。这一方法不但能够保证用户的活跃性,还能保证发布信息的有效性,同时减少无效报文的转发,缓解主动路由器上的报文处理负荷。下面,我们将对这一动态控制方法做进一步的描述。
3.1 基本思想
协作对象首先将满足其协作层次要求的带宽分配请求通过发布订购消息的方式向系统进行发送,主动路由器则根据动态层次式接入控制方法来确定是否为此订购提供服务,并且随着链路状况的改变进行动态地调整,从而确保能够为该订购提供满足其需求的服务,使得协作方之间链路资源得到保证。
动态层次式接入控制过程通过二级控制机制来实现:第一级为层次间控制,即按照各个服务层对带宽进行控制,从而对总的带宽进行控制;第二级层次内控制,即在各个层次内部按照链路的带宽需求按比例进行分配控制。
当系统接收到协作对象发布的带宽分配订购消息后,各个主动路由器将根据当前的资源状况,按照动态接入控制机制来实现订购的带宽预留,其基本思想为:
若加入新订购之后,所有订购的最高带宽之和仍小于可分配带宽,既系统链路带宽满足订购的最大带宽需求,则为始终接入新订购;
若加入新订购之后,所有订购的最小带宽之和仍大于可分配带宽,既系统链路带宽满足不了订购的最小带宽需求,则说明网络系统拥塞,始终拒绝此订购;
若属于其余情况,即新订购的订购链路上不满足订购的最大带宽需求,但满足订购的最小带宽需求,根据分配带宽阀值来判断是否接入,按照权重公平的原则均衡各类业务,有选择地拒绝部分业务:
(1) 订购链路上有足够的带宽满足主动路由的分配带宽阀值,则其接入概率
(2) 若无法满足,则其接入概率
3.2 层次式请求检测
当主动路由器AR收到订购请求报文时,首先计算此时系统的链路带宽满足订购的带宽需求,如果满足,则可以被系统接入。如果不能满足,则说明网络系统拥塞,系统拒绝接入。
定理1:节点x发出的协作层次为j的订购s的接入请求报文〈X,Bh(s),Bl(s),j〉。若订购被接入,则
证明:协作层次为j的订购s被接入,则表明系统可以满足s的带宽请求;
即此时的系统可用带宽大于分配给s的带宽,同时也大于s的最小带宽需求,
即 Bavail[j]≥Bl(s) (3)
而
则
由式(3),式(4)可得
定理2: 设节点x发出的协作层次为j的订购s的接入请求报文〈X,Bh(s),Bl(s),j〉。若订购s的链路带宽满足订购的最大带宽需求,即l(x,s,j)≥Bh(s),则此订购可被接入且满足协作层次为j的带宽分配。
证明:因为节点x订购s的链路带宽满足订购s的最大带宽需求,即l(x,s,j)≥Bh(s)
则l(x,s,j)-Bh(s)≥0
即min(Bavail[i][j])-Bh(s)≥0
min(Bavail[i][j]-Bh(s))≥0
所以订购s的带宽要求可被满足且满足协作层次为j的带宽分配。
定理2成立。
定理3: 设主动路由器ARi从下游端口接收到订购接入请求报文〈X,Bh(s),Bl(s),j〉。若Bavail[i]<Bl(s),即此时系统的链路带宽无法满足订购的最小带宽需求,则说明这个订购是无法满足QoS的业务。
证明:(反证法)协作层次为j的订购被接入,则满足总协作层次为j的带宽分配;
即 Bavail[i][j]≥Bl(s) (5)
且 Bavail[i]≥Bavail[i][j] (6)
由式(5),式(6)可得Bavail[i]≥Bl(s)
定理3成立。
3.3 动态层次式接入控制算法
根据动态层次式接入控制方法的基本思想,主机Hx向上游主动路由器ARi发送接入请求〈X,Bh(s),Bl(s),j〉,将依据当前的网络带宽状况分以下步骤进行处理。图 1给出了这一算法的流程图。
具体算法描述如下:
输入:从ARi端口VIFik获取的接入请求M。
输出:接入/拒绝信息。
步骤 1:从消息M中读取〈X,Bh(s),Bl(s),j〉,利用定理2判断订购链路上是否存在有效链路可以分配最大带宽需求;
步骤 2:若是订购链路上有足够的带宽分配,则以概率1接入;
步骤 3:若是订购链路上没有足够的带宽分配,则判断订购链路上是否存在有效链路可以分配最小带宽需求;
步骤 4:若是订购链路上有足够的最小带宽分配,再判断订购链路上是否有足够的带宽满足主动路由的分配带宽阀值,满足则按照式(1)接入,否则按照式(2)接入;
步骤 5:若是订购链路上没有足够的带宽分配,则拒绝接入;
步骤 6:当主机接到拒绝信息,则调整延时请求或是挂起一段时间,再次发送请求;
步骤 7:当主机接到接入信息,则进行第二步订购。
4 实 验
为了验证提出的动态接入控制(Dynamic Admission Control,DAC)方法的效果,本实验采用opnet平台进行仿真,在仿真环节中,主要验证此动态接入控制方法减少系统负载方面的作用。从主动路由器AR处理负荷和带宽吞吐量的变化情况这两个指标来判定系统负载,分别考察了接入前后主动路由器上这两个指标的变化情况。在仿真场景中,在1000m×1000m的区域范围内,采取了基本的系统架构,最上方的服务器作为根结点,被称为核心路由器,其余的路由器称为主动路由器,被组织成树状结构,作为非叶子节点进行层次状组织,连接作为叶子节点的参与者。系统总带宽为10Mbit/s,业务分为三个等级,设其优先级{P1,P2,P3}分别为{3,2,1},每个客户端以均值λ={2,2,4}个s-1泊松分布分布产生业务请求报文,各个业务服务时间服从均值1/μ=10s指数分布,最大带宽Bh(s)={0.08,0.05, 0.03}Mbit/s,最小带宽Bl(s)={0.04,0.02,0}Mbit/s,初始化Bavail[i]={5,3,2}Mbit/s,Bu={4,2,1}Mbit/s,仿真时间为60m。
实验在考察主动路由器处理负荷时,我们读取核心路由器的报文接收速率,并选择仿真时间作为指标。如图 2所示,随着仿真时间的延长,网络中的业务流逐渐增加,主动路由器的吞吐量也越来越多。开始时随着用户的加入,由于使用DAC之后,系统尽可能的接入用户,所以在0m到30m时比在未采取动态接入控制(NO Dynamic Admission Control,NoDAC)时的所接收的报文数量多;但是在30m到60m,由于DAC对带宽的有效利用,使用DAC之后比NoDAC的AR接收的报文数量少。
系统的带宽吞吐量情况如图3所示,随着仿真时间的延长,网络中的业务流逐渐增加,网络带宽的吞吐量也越来越多。可以看出随着报文的发送,NoDAC的带宽吞吐量一直大于使用DAC的带宽吞吐量,这是因为NoDAC中,由于没有使用DAC的发布消息需要向上游转发,从而导致一个发布消息需要向上和向下两个方向进行转发,而引入接入控制之后,由于用户的订购有带宽需求,因此不满足的报文可以直接拒绝,从而有效的提高了系统的带宽利用率。
针对DVE多层次协作领域的特点,本文采用了多层次的带宽需求作为参数的接入控制来稳定系统处理负荷,同时从动态接入控制方法使用前后的实验对比可以看出其能够实现降低系统处理负荷的目的。
5 结束语
本文针对分布式虚拟环境下协作种类众多,基于发布订购通讯协议的系统结构松散的结构,提出了一种动态层次式接入控制方法。该方法首先使用动态链路带宽更新机制实时更新各个路由器上带宽记录,进一步使用动态接入控制机制,将带宽参数作为接入控制条件应用于系统的发布订购之中,有效地实现了稳定系统负载和网络负荷的目的。实验结果表明此方法是可行和有效的。
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基于SDN的无线网络接入控制 篇8
随着互联网的快速发展,网络用户的数量增长迅猛,特别是移动智能终端用户,如何管理移动终端成为管理员必须要考虑的问题。 传统网络采用垂直分层结构,将控制逻辑和数据转发耦合到交换机、路由器等网络设备中。 这些网络设备都是封闭的,其中的网络协议和专利为设备商所特有,因此科研人员和网络管理人员很难实验和部署新型网络协议和应用。 对于大规模的网络管理,传统网络已经显现出它的不足。 为了解决现有TCP/IP体系架构所面临的问题, 世界各国的科研工作者都在积极开展未来互联网的研究, 软件定义网络(Software Defined Network , SDN[1]) 就是在这种技术背景下产生的。
SDN这种新型网络架构将传统TCP / IP体系网络分为数据平面和控制平面,数据平面只负责底层数据的转发, 控制层面来决策数据转发。 控制器开放北向接口NBI , 使得一些新型网络应用能迅速部署。 控制器和SDN交换机之间通过安全通道相连, 并按照Open Flow[2]协议规则来管理和配置交换机。 Open Flow协议最初是由斯坦福大学的Nick Mc Keown教授[2]提出, 开放网络基金会ONF对基于Open Flow的无线SDN进行了详细介绍, 并发布了相关白皮书文档[3]。 本文就是基于控制层面的北向API接口, 实现了一种基于MAC地址的访问控制策略, 并将该应用部署到实验室网络中, 通过实验验证了可行性和实用性。
1 传统网络的无线接入管理
1 . 1 WEP接入认证
WEP是802 . 11b中定义的一种加密方式, 目的是为WLAN提供和有线网络LAN同级别的安全性。 由于WLAN是基于无线电磁波的传输, 没有固定封闭的传输媒介,无法提供端到端的安全传输,因此更容易被入侵,现在已经基本被淘汰。
1 . 2 WPA接入认证
WPA有WPA和WPA2 两个标准, 是为了解决WEP的弱点而产生的, 现在已替代了WEP加密。 WPA-PSK采用TKIP加密方式,密匙越长越安全。 WPA2 是增强型版本,新增了AES加密方式,WPA2-PSK则支持TKIP和AES两种加密方式, 是现有的加密方式中相对最安全的一种。
1 . 3 WEB认证方式
WEB认证是一种应用层接入管理方式, 在这种方式中, 管理员创建一个开放模式的无线接入点, 用户接入后访问网络时, 被强制重定向到指定的认证网页, 要求输入正确的账号和密码才能继续访问网络。 即使是同一个用户, 在每次断开连接后, 这种接入认证方式需要再次输入账户名和密码,因此不是很便捷。
1 . 4 MAC - ACL接入控制
MAC - ACL直接利用MAC地址认证控制接入, 这种接入方式也需要接入服务器(例如Radius),用来判断MAC地址是否合法。 此种方法必须预先知道哪些MAC地址是合法的,由于每一个终端的MAC地址唯一,可以用分级权限访问实现。
2 基于SDN的无线MAC地址访问控制
上述接入认证方式各有优劣, 如WEP和WPA加密认证算法方式已被证明存在漏洞,常用于家庭个人Wi Fi网络;WEB接入认证虽然安全, 但是每次输入密码会影响使用的便捷;MAC-ACL虽然可以自动认证,但是首次获得合法MAC地址的过程较为麻烦。 而且,目前多数网络设备的转发功能和认证功能在一起,随着用户规模的增加,管理的开销成为影响网络性能的重要因素。 本文主要探索高效安全的无线网络接入管理方式。
2 . 1 采用SDN架构的无线接入网
SDN将网络的控制逻辑和数据转发分开, 形成应用层、控制层和基础设施层三个层次,如图1 所示。
应用层: 包含各种网络应用程序, 实现交换机的数据转发、负载均衡、流量控制和防火墙等功能。 控制器开放北向接口,用户可以开发并部署自己的应用。 本文所提出的MAC地址访问控制就是北向接口的应用。
控制层:控制逻辑,即控制器。 控制器的网络控制功能主要包括南向接口协议Open Flow、 链路发现、 拓扑管理、策略定制和下发流表等。 控制器南向接口与SDN交换设备相连,控制器通过交换设备上报的信息进行统一的监控和管理。 控制器根据应用层程序执行相应策略,而策略定制和下发流表则是控制器利用南向接口的下行通道对网络设备实施统一控制。
基础设施层:主要由一些网络设备组成,如Open Flow交换机,无线Open Flow接入点。 这些网络设备接控制器的南向接口, 控制器与设备之间通过安全通道连接,采用Open Flow协议通信。 控制器通过在Open Flow交换机中产生流表控制数据的转发。
2 . 2 MAC地址接入控制算法设计
由于SDN的灵活性和开放性,很多科研人员积极将SDN架构引入到无线接入网中。 Nick Mc Keown教授提出的Open Roads[4], 采用SDN架构来管理Wi Fi和Wi MAX。Soft RAN[5]提出了软件定义无线接入网架构,用控制器来管理无线资源。 但这些无线SDN网络架构都未提及网络的安全性, 本文从安全防护角度, 研究实现了基于MAC地址的自动访问控制策略, 下面介绍具体算法。
MAC接入控制算法:白名单模式
控制器和Open Flow交换机连接并运行时,首先要进行的工作是链路发现。 控制器通过定时的发送包含LLDP数据包的Packet_out消息给与其相连的Open Flow交换机, 交换机收到消息后立即发往到所有端口, 并根据交换机反馈回来的Packet_in消息获取交换机信息。因而LLDP数据包是一种广播包, 不需要通过控制器下发流表来决定转发。 通过链路发现后,控制器可以学习到全局网络拓扑结构, 配置管理相应的下发流表, 控制数据的转发。
在MAC地址访问控制程序中,定义了packet_in_handler ( ) 、 add_flow ( ) 和drop_flow ( ) 三个函数。 packet_in_handler ( ) 函数用来对发送进来的数据包进行处理, 首先判断目的地址dst是否在交换机中,若在,则匹配相应的流表, 完成转发; 若不在, 则设置为OFPP_FLOOD, 这是泛洪转发逻辑端口,泛洪转发不产生流表。 判断完目的地址后,再来看源地址src。 从数据包pkt中提取src,用send ( src ) 将源地址送往MAC认证服务器, 并将其与白名单中的MAC地址列表匹配。 如果src在白名单中,则可以断定用户是合法用户, 此时向控制器返回FLAG1,控制器收到FLAG1 标识后, 通过add_flow ( ) 生成转发流表,转发动作actions=output 。 如果源地址不在白名单中,则向控制器返回FLAG2, 控制器收到FLAG2 后, 直接产生丢弃流表,转发动作actions=drop 。 这样Open Flow交换机中就有了用户端口到外网端口的转发规则。 同理,从外网端口送来数据包时,src地址就是外网端口的MAC地址, 同上述情况一样, 先查找流表, 若没有匹配成功,则送往控制器, 控制器对于从外网端口送来的数据包,直接产生转发流表。
因此, 只有白名单用户在访问外网时, 才产生从用户端口到外网端口的转发流表,其他非法用户则产生丢弃流表, 这样就可通过白名单上的MAC地址控制用户网络接入。
2 . 3 MAC地址认证服务器
MAC地址认证服务器的工作流程如图2 。
MAC地址认证服务器的功能主要是接收控制器送来的src地址, 并与白名单对比, 判断该src地址是否为合法用户。 然后将返回结果送给控制器,让控制器产生相应的流表。
3 实验验证
通过在实验室部署无线SDN网络来测试算法应用程序的正确性,搭建的网络如图3。
实验所用设备有:2 台电脑, 无线Open Flow交换机,笔记本和支持Wi Fi的智能手机。 其中一台电脑作为控制器, 控制器为Ryu, 安装在Ubuntu 12.04 LTS桌面版系统上。 另一台作为MAC地址认证服务器,提供认证登录和提取MAC地址功能。 无线Open Flow交换机是采用市场上的家用路由器TP-Link 841n无线路由器, 在运行部分添加了Open Flow模块的Open Wrt系统,创建一个Wi Fi热点, 使该WLAN端口也支持Open Flow 。
用户连接到无线热点后, 首次连接访问外网时, 将该用户重定向到MAC地址认证服务器。 此时用户端会跳转至Web登录界面,要求输入用户名和密码。 登录成功后,用户的MAC地址被存储到白名单上,用户再次请求访问外网时,MAC认证服务器可以通知控制器产生相应的转发流表, 这样通过认证的用户就可以访问外网。 当用户断开后,下一次再连接无线网络时,由于它的MAC地址已经存储在白名单中, MAC地址认证服务器会直接通知控制器产生相应的转发流表。 用户再次连接上网时,可以不用输入账号和密码而直接访问外网。
为了测试该MAC地址访问控制功能, 用户A是笔记本,用户B是支持Wi Fi的手机。 打开无线网络,连接无线Open Flow接入点。 用户A正确输入了账号和密码,完成认证,MAC地址被加入到白名单。
在本系统中, 由于用户A完成登录认证, 所以MAC地址被存储在MAC地址认证服务器的表单中(即白名单用户), 而用户B没有登录认证, 属于非法用户, 所以用户A可以正常访问外网,而用户B无法直接访问外网。
经过如上测试步骤之后,Open Flow交换机产生转发流表。 图4 为dpctl指令查看的流表,省去了部分非关键字段, 从Open Flow所产生的转发流表中选择4 条具有代表性的流表规则。 下面,结合图4 中的流表规则来说明本文所提算法的合理性和正确性。
用户A的MAC地址为74:86:7a:48:2b:23 ,B的MAC地址为70:72:3c:d5:c4:36 ,外网的MAC地址为28:c6:8e:c6 : 37 : c0 。 其中, actions为空就是丢弃数据包行为。
控制器下发了4 条流表,port 1 连接外网,port 4 为无线Open Flow端口。 用户A和用户B都连在无线端口上。 用户A—Internet,Internet— 用户A,用户B—Internet,Internet — 用户B 。 用户A完成登录认证, 其MAC地址就存储到白名单中, 控制器下发对其到Internet的正常转发行为流表。 而用户B没有通过认证,MAC地址不在其中,对其向外网转发的数据包下发丢弃流表。 这样就可以通过流表规则控制无线用户对网络的访问。
4 结论
基于无线SDN的MAC地址访问控制, 可以在传统加密方式基础上增加一道有力的安全防护,而这样做的代价仅仅是控制器上的一个应用程序,无需再买其他的专用设备,节省了成本开销。 本文提出了无线网络接入认证方法, 白名单用户首次认证成功后, 立即产生转发流表, 而其他非法用户则产生丢弃流表, 阻止其访问外网,该方法切实可靠。
摘要：传统网络架构封闭、僵化,很难部署新型网络协议和应用。软件定义网络SDN将数据转发层面和控制层面分离,并开放了网络的可编程接口,通过控制器来管理终端的接入和数据转发,提高了灵活性和可控性。提出了一种采用MAC地址的访问控制策略,使网络接入更加安全与便捷,并部署在现实网络中,用实验证明了该策略的可行性和可靠性。
关键词：软件定义网络,OpenFlow,MAC地址,接入认证
参考文献
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[4]YAP K K,KOBAYASHI M,SHERWOOD R,et al.OpenRoads:Empowering research in mobile networks[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review,2010,40(1):125-126.
风电接入孤网后的频率控制策略 篇9
随着全球气候变暖和化石性能源危机的爆发,风力发电作为无污染、可再生能源在全世界范围内得到了广泛的关注和发展。截至到2013年底,全球范围内约有24个国家的装机容量超过1GW。中国风电仍保持着持续发展的后劲,市场预期良好,至2013年底,全国共有16个省(区)风电累计并网容量超过1GW[1]。
风电的并网形式主要包括大规模集中接入输电网和分布式接入配电网两种方式,随着风电利用形式的多样化,越来越多的风电场将作为主要电源形式接入孤立电网运行。相比于接入传统大电网,风电场接入孤网后将会对系统运行产生重要的影响,其中之一便是频率稳定问题。由于风电场容量相对于孤网系统容量较大,且不具备传统发电机组的调频功能,风电出力的随机波动特性势必会引起孤网系统频率的显著波动,危及到系统内各类电气设备的安全运行。因此,研究风电接入后的孤网频率控制策略是解决风电场接入孤网运行的关键。
目前国内外对风电接入孤网后系统频率稳定问题研究还很少,文献[2]提出了符合风电孤网运行原则的功率调节器核心控制算法,但该算法仅适用于负载突然变化或风速突然变化的秒级时间尺度频率调整,未涉及到更长时间尺度二次和三次调频;文献[3,4]针对风电场并入孤网的安全稳定装置的配合问题,提出适应风电特性的孤网系统高频切机配置方法,但该方法仅是针对紧急情况下的频率控制,未涉及到正常运行时的频率稳定控制;文献[5]通过仿真分析提出,风电场规模较大时会影响地区电网的频率恢复,但未提出相应的频率稳定策略。文献[6]针对高渗透率大规模风电接入的孤立电网,提出一种风电–储能系统孤立电网控制策略,该策略仅适用于含储能的孤网系统,不具有普适性。
本文在总结孤网定义及现有频率控制方式的基础上,研究并提出风电接入孤网后抑制高频现象的系统的三次和二次频率控制策略,三次调频策略可根据风电场出力预测结果将风电纳入系统的计划曲线制定中,二次调频策略在常规机组二次调节控制策略的基础上,根据频率运行范围确定风电场是否参与调节。最后,通过仿真方法验证所提策略的有效性。
2 孤网定义及频率控制方式
2.1 孤网定义
电力建设规程规定,电网中单机容量应小于电网总容量的8%,以保证当该机发生甩负荷时,不影响电网的正常运行。根据这一判据,最大单机容量小于电网总容量的8%的电网可以称为大电网,机网容量比大于8%的电网统称为小网。孤立运行的小网,称为孤网,孤网是孤立电网的简称,一般泛指脱离大电网的小容量电网。
2.2 孤网频率控制方式
电力系统中影响系统频率变化的关键因素主要有两个:(1)负荷与发电机出力之间的不平衡量;(2)系统内所有发电机总转动惯量。孤网容量较小,各单台机组和大型用电设备所占的功率比例较大,发电机组输出功率的变化量和负荷的扰动量相对值也较大,这将对孤网频率产生明显影响。而且,孤网中所有发电机组旋转惯量储存的动能和锅炉群所具备的热力势能均较小,自平衡能力差,同样的不平衡力矩会引起较大的发电机组转速变化,即同样的不平衡量在孤网运行时会导致频率出现较大幅度的波动[7,8]。
电力系统的频率调整是按照负荷变化的周期和幅值大小区别对待的,一般将负荷变化分解成三种成分。第一种幅度很小,周期又很短,一般小于10s,具有随机性质,称为微小变动分量;第二种变动幅度较大,周期大约在10s至2~3min之间,属于冲击性的负荷变动;第三种是长周期分量,周期大约在2~3min至10~20min之间,它是由生产、生活和气象等引起的负荷变化,有其规律性,可以预测。
频率的三次调整是针对第三种负荷变动分量,它随时间调整机组出力执行发电计划,或每隔一段时间(如5min)按经济调度原则重新分配出力[9]。频率的二次调整是针对第二种负荷变动分量,这种调整需要通过自动或手动方式改变调频发电机的同步器(也称调频器)来实现。同步器位置的改变会平移调速系统的静特性,从而改变发电机出力,达到调频的目的。如果参加调频机组的容量足够大,就可以实现无差调节。
近年来,为了提高孤网运行频率稳定,学者们进行了大量的研究。研究结果表明,通过提高一次调频动作灵敏度[10,11,12]、设置合理的OPC定值[13,14]、高频切机、低频减载以及二次调频等手段[15,16,17],可有效维持孤网运行的频率稳定。对于作为孤网状态常态运行的电网,如企业自备电厂、循环经济系统和微网等,除了以上的频率控制手段,还需要具有根据负荷预测制定机组计划的三次调频功能。
风电场接入孤网后,若不考虑风电出力的随机性,系统三次调频和二次调频都将存在一定的误差,从而在风电出力波动较大时,出现由于机组调节容量不足导致的频率显著波动现象。本文主要研究风电接入孤网后系统三次调频和二次调频控制策略的调整方案。
3 风电接入孤网后系统频率控制策略
3.1 三次调频策略
在风电场接入之前,为了维持孤网实时运行时的频率稳定,有必要进行三次调频,即根据负荷短期(日前)或超短期(5min或15min)预测曲线,按照经济调度原则分配各台发电机组出力,发电机组随时间调整出力执行发电计划。
风电接入孤网后,三次调频控制流程如图1所示。机组计划出力包括风电的计划出力和其他可调节出力常规机组的计划出力。由于风电运行成本近乎为零,在运行中应优先考虑风电发电,因此,计划制作流程首先根据负荷预测、不可调节出力机组预测功率、可调节出力常规机组参数以及线路限额,以风电接纳能力最大为目标,计算出孤网系统的风电接纳空间;比较风电功率预测值和风电接纳空间,若接纳空间大于预测值,则风电场的计划即为预测值,反之,风电场需要限制出力至接纳空间,至此,风电场计划制作完成。将风电场计划值以及一些出力不可调机组(如小水电)的预测出力看作“负”的负荷,叠加到负荷上,即可得到系统的等效负荷,再将等效负荷按照经济调度或调节比例等原则在可调节出力的常规机组之间分配,即可得到可调节出力常规机组的发电计划。
3.2 二次调频策略
风电接入孤网后系统二次调频流程如图2所示。考虑到经济原因和技术因素,风电场不适合频繁进行秒级出力调节,可通过设置频率阈值,确定风电场参与二次调节的范围。在频率阈值范围以内,系统二次调频由其他具备AGC二次调频功能的常规机组承担,即根据系统频率偏移幅度,计算出系统所需的总调节功率,并按照一定的分配原则分配至参与调频的各台常规机组。频率超出上阈值,且风电场出力处于爬坡状态时,可采取分批切除风电机组的措施稳定频率;频率低于下阈值,且风电场出力处于下降状态时,可采取紧急切负荷措施稳定频率。
4 仿真验证
以某铝厂自备电厂为例仿真验证所提的频率控制策略。图3为某自备电厂系统接线图,铝厂负荷共分三期,分别为300MW、500MW和700MW,铝厂负荷日曲线按照恒定不变考虑。系统内共有8台火电机组,其中4台容量100MW,2台容量300MW,2台容量350MW,火电机组调节范围按照50%Pn~100%Pn考虑,上下爬坡速率按照2%Pn/min考虑。风电场装机容量300MW,含150台2MW直驱风电机组,接入三期负荷220k V母线上。
典型日风电场预测出力和实际出力如图4所示,时间尺度为1h。图5给出了根据负荷和火电机组最低技术出力计算所得的风电的接纳空间,可以看出,风电的接纳空间远远高于风电的预测出力,风电的计划出力即为预测出力。
将风电计划出力作为“负”的负荷和铝厂负荷叠加得到等效负荷,并按照机组可调出力比例分配给各火电机组,可得到三种容量火电机组的计划出力,如图6所示。
按照图2所示二次调频控制流程图,设置系统频率安全运行范围为48.5~50.5Hz,风电调节频率阈值为50.5Hz,火电机组全部参与AGC二次调节。300MW风电场接入孤网系统后,如在三次调频中火电机组只根据铝厂负荷制定计划曲线,风电出力势必会引起频率大幅提升。图7为风电场接入后,且参与三次频率控制时的频率运行曲线,其中风电场和火电机组的出力计划按照图5和图6执行。可以看出,风电场仅参与系统三次频率控制、但系统不具备二次频率控制功能时,在本算例系统中,系统频率运行范围为48.5~51.5Hz,仍然超出了安全运行范围。图8为采取本文所提出的三次和二次调频控制策略后的系统频率运行曲线,可以看出,本文提出的控制策略可有效地将系统频率控制在频率安全运行范围内。
5 结论
接入点控制器 篇10
风力发电是目前可再生能源中发展最快的一种发电方式,但风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力具有波动性和间歇性,给系统的电能质量和稳定性等造成影响[1,2]。当风电场的容量较小时,这些特性对电力系统的影响还不显著,但随着风电场规模和容量的扩大,就将影响电力系统的正常运行。
随着宁波风力发电事业的不断发展,风电场中风力发电机装机容量的增大,风电在电力系统中所占的比例将逐渐增加,大型风电场并网运行对电力系统造成的影响将越来越显著[3],因此研究风电接入对电力系统正常运行的影响已成为迫切需要解决的实际问题。
本文以某110kV风电站为例,研究风电接入区域电网无功电压和潮流特性,分析不同电网负荷时段下风电接入对电网的量化影响,进而形成适合区域电网的风电调度控制策略,保证未来大容量风电接入下区域电网的安全稳定运行。
1 基于随机潮流计算的风电仿真原理
由于风电的出力变化在相当程度上不可预测和控制,以传统方式假设一个潮流断面来进行分析难以得到全面的结果,容易发生以偏概全的错误,因此风电接入对电力系统的影响分析需采用以随机潮流或连续潮流为主的分析方法。为此,首先设计一个以潮流计算为核心的、可以自动计算连续潮流或随机潮流的风电潮流分析程序。
通常,潮流只能给出固定边界条件下的运行分析,但是风电的随机性、不确定性使得风电出力随时变化,因此将风电作为一个随机负荷点处理,即图1所示的风电接入功率Pn+jQn可在额定输出范围内任意变化,从而可将常规潮流计算变为随机潮流计算。
随机潮流计算结构如图2所示,由随机边界条件设定器、潮流计算模块、结果观察统计模块组成。
负荷大小、平衡母线电压、机组出力都是边界条件,可指定其中1个或2个或全部在各自的范围内随机变化。按照蒙特卡罗抽样,先选出一个样本构成一组边界条件,然后计算潮流,得到所有母线的电压幅值和相角,进一步可计算出所有线路、主变流过功率,计算结果最终被传递给结果观察模块,记录关注的量。当抽样数据足够多(单变量100次,双变量及以上10 000次)后,被关注量的结果就趋于稳定,此时便可知其变化范围。
综上所述,可根据风电机组的功率输出特性进行电网潮流的连续计算,以确定因风电场出力变化而导致的母线电压和线路功率变化的时序特性,用于指导电网运行。
2 典型负荷方式下的仿真分析
风电接入区域电网引起的主要问题是无功平衡,因此本文着重分析风电接入所在区域电网的潮流和电压情况。某110kV风电场所在区域电网如图3所示。
本文将从风电场本身和电网侧两个角度来研究。首先,假定风电场的输出功率水平,选取几种典型的电网运行方式,通过仿真平台检验区域电网在该水平风电冲击下的变化;其次,改变风电场输出功率,研究风电场对处于不同运行方式下的电力系统造成的影响;最后,利用仿真数据分析总结风电场对区域电网的影响程度。根据以上思路,仿真设置主要包括以下两方面。
(1)风电场侧:设置仿真模型中不同的发电机类型。
如普通的老式异步机组,它的特点是直接从电网中抽取无功进行励磁,其功率因数维持在0.8左右,甚至更低;如新式双馈式机组,它虽然也需要电网提供无功支持,但是与老式异步机组的最大不同是在励磁控制上,它可通过逆变器将一定的有功转化为无功供励磁使用,从而保证功率因数为1,即纯有功出力。
(2)大电网侧:选取几种比较典型的对电力系统影响最严重的运行方式进行仿真。
考虑该风电所在的供区电压水平偏低,选取了正常负荷方式、夏季高峰负荷方式和节假日轻负荷方式。
2.1 电网正常负荷方式
该区域电网正常负荷约为150万kW·h,为正常运行方式;风电站有风机33台,满发出力为4.95万kW·h。
设置风机模型为普通的老式异步机组,从停发到满发,计算风电出力变化对风电所在区域各母线电压的影响。从计算结果可知,普通老式异步机组从停发到满发,风电所在区域各母线电压都有不同程度下降,其中A站的110kV母线电压下降幅度最大,为1.06%,其次是A站的220kV母线电压,下降幅度为0.29%,但是所有母线电压均未越限。由普通老式风机特性可知,所有母线电压均下降是因普通老式风机引起的。
由于该110kV风电场采用新式双馈式机组,因此重新设置26台风机功率因数为1,其余7台风机功率因数为0.98。从计算结果可知,采用新型双馈发电机组后,从停发到满发,各母线电压都有不同程度上升。其中,A站的220kV母线电压上升幅度为0.074 2%;值得注意的是,A站的110kV母线电压在上升到一定程度后开始下降,这是因为部分功率因数为0.98的风机消耗无功对电压产生的作用开始显现,A站的35kV母线电压也有类似现象。但是,所有母线电压均未越限。
综上分析可知,在电网正常运行方式下,该风电场现有的5万kW·h机组对区域电网电压的影响都在限额范围内。
2.2 夏季高峰负荷方式
选取某年8月13日10时20分断面,该地区电网网供负荷达到607万kW·h,风电所在区域负荷达到172万kW·h。此情况下,首先计算该风电在老式机组下出力变化对各母线电压的影响。由计算结果可知,风电的出力变化对附近电网节点的电压水平产生很大影响,在高峰负荷电压接近下限或已越下限时,老式风机会使电压情况更恶劣,尤其是A站110kV母线电压。
采用新式双馈式机组后,由计算结果可知,虽然220kV母线电压越过了下限,但是A站110kV母线电压已升到考核范围内,这说明新式风机可改善母线低电压情况。
对比老式异步机组和新式双馈式机组在高峰时段对母线电压的影响。采用老式异步机组,功率因数控制在0.99时,风电场大发电需从电网吸收大量无功功率,因此在负荷高峰期间将造成A站110kV电压明显越限;采用新式双馈式机组,功率因数控制在1时,母线电压在合理范围内,因此在负荷高峰期间风机功率因数的有效控制有助于改善该地区电压偏低的局面。该110kV风电场新式双馈式机组功率因数可在0.95～1范围内调节,因此可根据负荷水平及时调整功率因数,或在风电场内安装无功补偿装置。
2.3 节假日轻负荷方式
选取某年1月26日5时00分断面,该地区电网网供负荷为94万kW·h,将该110kV风电场风电机组模型功率因数设为1,机组从停发到满发,风机的投入使原本合格的A站110kV母线电压越过了上限,并且A站110kV电压升到一定程度后开始下降。这是因为风电出力抵消了A站原来的负荷后,开始倒送有功,且随着倒送有功的增大,无功消耗开始增大。
将风电机组模型功率因数设为0.95,机组从停发到满发,A站110kV母线电压下降了0.436 7%,风机的投入对电压偏高的情况有所改善。
综上分析可知,在轻负荷情况下,电网线路中传输功率较低,整个电网无功过剩,电网电压处于一个较高的水平,此时,风电场的出力增大可能会进一步推高电网电压;在不向220kV主变倒送有功的情况下,风电机组运行功率因数应低于0.95,以便改善电压情况。
3 结束语
本文通过仿真某110kV风电场,全面深入分析风电场并网对区域电网正常运行造成的影响,并通过分析仿真量化结果,提出相应的调度控制措施,以保证区域电网的安全可靠运行。该风电场在电网正常运行方式下对区域电网的电压稳定影响有限;但在特殊的运行方式下,如夏季负荷高峰或节假日负荷低谷时,需将风电机组的功率因数控制在一定范围内才能保证区域电网无功电压合格。
参考文献
[1]姚兴佳,王士荣.董丽萍.风电场及风力发电机并网运行[J].可再生能源,2006(6):100
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