智能交换（共10篇）
智能交换 篇1
引言
目前, 智能变电站已进入了全面建设阶段。在智能变电站中, 以交换机为核心的通信网络起着关键的作用。[1]智能变电站内所有监视、控制、采样值、跳闸等信息的传输均通过以太网完成交换, 以太网交换机成为智能变电站二次系统的关键设备。智能变电站交换机的选型应综合考虑可靠性、实时性和适合智能变电站使用的高级应用功能, 如时钟同步性能、组播管理性能、安全性等。[2]目前, 智能变电站过程层网络最常用的是VLAN技术, 过程层网络需经过VLAN划分、配置后正常运行。但是, 当交换机端口故障设备迁移到备用端口或交换机需扩充时, 需要重新划分配置VLAN, 增加了现场施工和维护的复杂性。文章通过分析智能交换机的特点, 提出了智能变电站过程层网络即插即用的实现方法。
1 智能交换机
智能交换机是根据IEC61850 智能变电站通信业务模型的要求, 借鉴IP路由, 多协议标签交换等现代通信技术来实现。该技术采用由互联网工程任务组 (IETF) 的提出的TRILL协议, 不但兼容IEEE 802.1 标准的2 层交换功能, 而且能够支持各种组网模型, 支持多业务共网传输。
2 智能交换机功能
2.1 业务自动识别
智能变电站中的4 类报文 (GOOSE, SV, MMS和IEEE 1588) 中GOOSE和SV报文为2 层以太网报文, MMS采用3 层IP报文传输, IEEE 1588 报文既可以采用2 层以太网报文也可以采用3 层的IP报文传输。GOOSE报文根据用途还可以分为快速GOOSE报文和常规GOOSE报文。快速GOOSE报文多用于断路器的跳/合闸控制和闭锁, 常规GOOSE报文多用于传输刀闸节点位置或保护动作信息;SV报文同样可以分为2 类, 用于保护控制的快速SV报文和用于测控装置的常规SV报文。
采用多协议标签交换 (MPLS) 是业务流识别的技术核心。多协议标签交换 (MPLS) 是一种用于快速数据包交换和路由的体系, 它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是, 它具有管理各种不同形式通信流的机制。它提供了一种方式, 将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签, 用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口, 如IP、ATM、帧中继、资源预留协议 (RSVP) 、开放最短路径优先 (OSPF) 等等。在MPLS中, 数据传输发生在标签交换路径 (LSP) 上。LSP是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议, 如标签分发协议 (LDP) 、RSVP或者建于路由协议之上的一些协议, 如边界网关协议 (BGP) 及OSPF。因为固定长度标签被插入每一个包或信元的开始处, 并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包, 所以使数据的快速交换成为可能。
具体报文识别如下:
(1) 识别快速GOOSE流 (跳/合闸、闭锁) , 并赋予1类标签;
(2) 识别快速SV报文流, 并赋予2类标签;
(3) 识别常规GOOSE流, 并赋予3类标签;
(4) 识别常规SV报文流, 并赋予4类标签;
(5) 识别MMS报文, 并赋予5类标签;
(6) 识别1588 报文, 并赋予6 类标签。
2.2 业务流到逻辑子网的映射
智能变电站内各类业务映射到6 个逻辑交换网络, 分别是快速GOOSE交换网络, 快速SV交换网络, 常规GOOSE交换网络, 常规SV交换网络, MMS逻辑交换网络, IEEE 1588 逻辑交换网络。接入层设备解析变电站SCD文件, 获取交换机网络拓扑结构、端口配置、业务流对应的报文订阅关系, 将报文标签号与逻辑子网标签号进行映射。
2.3 逻辑隔离
智能交换机为IEC61860 变电站各类通信业务预分配了不同的交换资源和传输带宽, 将单一物理网络划分为若干个相互隔离的逻辑交换网络, 既满足了各类业务本身对传输网络的性能和可靠性要求, 也保证了共网传输时各逻辑交换网络的安全隔离, 同时还具备全网精确时间同步、维护简单等优势。
智能交换机通过MPLS和逻辑交换网的映射, 实现逻辑子网的相互隔离, 一种类型报文的流量骤增不影响其它类型报文的正常传输。逻辑子网隔离功能为“多网合一, 共网传输”提供了可靠的技术保证。
3 过程层网络即插即用的实现
智能交换机通过解析SCD文件, 智能识别接入平台的IED设备, 设备迁移时 (如改变接入或接口) 能自动识别及切换链路, 无需人工配置, 另一方面由于业务流的识别和逻辑子网的映射是自动完成, 不需人工介入, 因此也就不再需要进行交换机的VLAN配置, 即通过智能交换机可实现过程层网络的智能化, 其实现流程如图2 所示。
4 结束语
智能交换机将SCD文件中报文的订阅关系转化为报文的传输路由, 实现设备自由接入网络、免VLAN配置的报文逻辑隔离的目的。采用智能交换机构建过程层网络, 可以实现过程层网络的即插即用, 在智能变电站中有广阔的应用前景。
摘要：结合智能变电站对交换机的要求, 文章重点分析了智能交换机多协议标签交换等功能特点, 提出了过程层网络即插即用的实现方法。
关键词：智能交换机,多协议标签交换,即插即用
参考文献
[1]杨贵, 王文龙, 熊慕文, 等.千兆交换机在智能变电站的应用探讨[J].电气技术, 2010 (8) :129-132.
[2]周志勇, 孙中尉, 张凡, 等.智能变电站交换机选型[J].中国电力, 2011 (7) :40-43.
智能交换 篇2
当今世界，网络化程度越来越高，人与设备之间的通信方式日新月异、种类繁多。其中的一些通信类型已经为大家所熟知，如IP语音(VoIP)、数字图像、组播、视频点播、对等文件共享、远程视频会议等等。不过，所有这些应用都有一个共同的特点，即对网络带宽的需求可以用“贪得无厌”一词来形容。
从长远来看，带宽本身总是不够用的。因此，网络基础设施背后的智能“设备”，即交换机和路由器必须承担起以智能化的方式跟上带宽需求脚步的艰难任务。像视频和数字X-光这样的应用总是要求更大、更智能化的“传输管道”，而VoIP应用则要求低延迟或响应时间以及一致的传送速率。上世纪90年代中期，随着传统交换机的没落，人们开始竞相发展速度更快、智能化程度更高的交换机和路由器。硅谷的一群天才们看到了这一市场机会，由此，在一种称为“多层交换路由”新概念的基础上发明了网络硬件及其相关的软件，
与当时仅基于软件的路由器相比，这些新的“智能”交换机/路由器能够提供更快的速度和更短的延迟，同时能够将多种网络设备的功能结合在一起。
原来，当需要增加网络带宽时，网络管理员往往通过对网络进行重新设计来避免路由器发生瓶颈。服务器经常不通过路由器，重新安装在离用户更近的地方。在大型企业中，用户通常被划分为通过路由器实现互连的一些较小的网络(子网)。这种划分通常是按照地域、运行的应用类型、需要的数据量和安全方面的因素来进行。例如，财务部门经常被全部布置在自己的群组中，这样做的原因在于为了有效地保护公司的财务记录，而不是考虑到所使用的带宽。而VoIP电话也经常被放置在自己的网络之中，其原因在于这样可以绕过传统路由器的瓶颈。
当计算机需要与自己本地网络之外的其他计算机进行通信时，为了将数据包发送到群组外面，它们必须先将数据包发送到离自己最近的路由器。路由器提供公司与互联网之间的连接和安全边界，以及公司内部群组之间的连接(内部网)。
浅论软交换与固网智能化改造 篇3
【关 键 词】软交换；固网智能化；改造；探讨
【中图分类号】 S972.7+6【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0248-02
目前，构建传统通信方式同现代化通信方式相结合的系统是我国网络信息化发展的终极目标，而软交换系统的发展为此目标的实现带来了可能性，软交换是实现电话网络智能化相关改造的非常有效地技术手段。积极做好固网的改造工作对我国信息化建设的推进非常有利。
一. 软交换与固网智能化的综述
（一）固网的问题现状
通过对目前固网的研究分析可以得出相关的问题，如下：
1、网络结构不尽合理。目前，业务交换点的改造和规模不够充分，如此就需要较大的投资，并且不支持统一的布放全网的业务，进而就不能满足智能业务的快速发展。还有，部分端局间存在不够完整的网络连接以及网络结构较为复杂等现象，这就使网络的维护管理比较困难。
2、固网交换机型号复杂。在公共交换电话网络建设的初级阶段，有些城市引进了交换机的相关技术，但由于交换机的型号种类比较多，并且其提供业务的能力也良莠不齐，因而要在全网实施增值业务困难较大。
3、固网智能化业务难以开展。因为网络的用户在使用新型的业务时均要借助交换局的全网配合，但是交换机厂家型号的不同使得其利用的资源不同，因此就需要制定不同的方案来进行业务的开展。
4、固网的号码资源利用不充分。目前，固网用户数据资料的放置十分分散，很难使固网同相关的移动业务有效融合，无法实现固网用户数据资料的统一集中的管理，这就使用户属性管理及数据资料很难实现共享。就固网而言，用户的信息就是借助固网的号码段来进行识别，由于交换机型号的不同，使这些固网的号码包含有网络运营商的相关信息以及网络用户归属的网络、交换机等相关的信息。不同的地域、网络及交换局对固网用户的号码进行自身相关的分配，但是当网络用户要改变自身网络的归属属性时，就不得不改变原有的号码，导致用户使用存在很大的不便，而固网号码的宝贵资源就白白浪费掉了。
（二）固网系统智能化改造的意义
固网系统的智能化改造就是在传统固定网络电话业务的基础上，使要实现的业务和承载业务的网络相分离，这样就可以把固定网络用户的电话信息等相关的任务独立出来，并构建新的独立的网络系统进行用户资料数据等信息的存储，各个资料数据库间统一IP接口的连接标准，满足不同网络间的信息交流。
（三）软交换技术的基本特点及优势
软交换是指控制网络功能的实体，为下一代网络及时地提供呼叫及连接的控制功能，同时是其功能的核心体现。其软交换技术的网络结构图如图1。它具有以下的特点：具备分组网、电路交换网的集成；也具有汇接始末端的能力；能将呼叫控制层同业务层等进行较好的分离。
就如图1所示，软交换设备位于控制层中，这就可以提供对各业务的控制能力，软交换设备同功能、应用、策略等服务器之间采用了相互通信以及标准协议的联系。简单的说，软交换实现了不同型号远程交换机同时加载业务，且可以为不同的业务提供不同的呼叫控制的功能。其优势是具有媒体网关的接入功能、呼叫的控制功能、提供业务的功能、互联互通的功能、支持开放的业务以及应用接口的功能还有资源的控制及管理的功能等。
二、交换及固网智能化改造的方法
（一）将软交换作为固网汇接技术的基础。近年来信息技术的发展使得传统汇接技术已不能适应如今时代的快速发展，借助软交换的相关技术能促使实现网络电话系统环境统一化的管理，把网络的相关流量区化为较为合理的区域，进而将软交换的相关技术作为控制的中心，如此的操作实现了网络环境的平行管理，同时软交换的相关技术可以控制终端及信令的网关，利用终端网关来代替原来的汇接的设备，这样就能实现由软交换控制呼叫等功能，为固网相关业务的智能化奠定有效的技术基础。
（二）控制网络用户的数据资料的核心技术就是新型网络的节点技术，网络节点技术可快速的储存智能业务等系列的网络用户数据资料，该技术支持软交换技术与汇接终端的交互作用，并且能有效的在信令中体现出用户在呼叫过程中相关的映射关系，可以将网络用户的智能化的业务属性转变成相对应的接入的特殊编码，通过相应的编码操作完成智能化业务的使用全过程。
（三）固网的运营商可在本地网中进行智能化技术的改造，并进行相关端局和汇接局结构的调整，进而实现完整的端汇结构，可以把所有的端局中的呼叫转变为汇接局的方式。在应用层的相关配置中，用服务器为智能业务提供丰富的资源供应，并在集中的数据库中进行设置，而被储存的智能业务用户信息可用业务接入码的形式表示，从而触发智能业务。
（四）部分固网智能业务的实现。基于软交换技术的智能网络的构建可实现移机不改号的业务流程；可以实现同振及顺呼业务功能，即独立信令网关与软交换设备间借助M3UA的协议进行交互，进而为信令网与IP网之间提供完整的互通功能。网络用户的智能化业务的呼叫信令流程如图2.所示；可实现固网悦铃、一号通、一号双机等业务。以上智能业务的实现可有效增加固网用户的粘性，能够使固网业务收入保持稳定。
总结：
随着整个时代的进步发展，我国的信息通信系统也面临着高速发展的黄金时期。实现固网的智能化系统及软交换的改造有利于信息现代化的建设，进一步提升网络的资源利用率以及提供更加稳定的信息通信环境。做好软交换与固网智能化系统的改造是下一代网络发展的必然趋势，只有这样才能发挥其智能化的优势，给广大的用户带来极好的享受，确立其技术水平的领先地位。利用软交换的相关技术完成固网的智能化改造，进一步提升固网的应用价值，加速固网向移动化、智能化的指定方向迅速的发展，进而完成网络进化的最终目标。
参考文献
[1] 胡小东.软交换组网设计浅析[J].移动通信，2007（9）
[2] 陶艾生.固网智能化热点问题探讨[J].电信科学，2007（5）：84-86
[3] 唐航，向东方.基于软交换解决方案的企业通信技术研究.人民长江，2008（39）：106-108
刍议智能光交换网络的发展 篇4
关键词：智能光交换,弹性分组环,MPLS over WDM
1 网络技术发展的背景
从光传输技术的发展进程来看，在短短的10年中，光传输技术发展迅速：由早期的SDH→DWDM。近年来，中国IT业也全速追赶世界发展的潮流，大约每2年的时间传输速率提高3倍，光纤总长度已达100万公里，同时IP业务的迅速发展使骨干网的宽带化具有广阔的发展前景，各地的电信与广电运营商也积极推进网络的光纤化进程。
在这些新型可重构的光网络节点设备的控制通路中，使用了现有的数据网络控制协议（如MPLS、OSPF等）来决定路由。另外，由于在IP路由器、ATM交换机等设备中强化了流量工程和基于约束的路由技术，从而允许这些设备动态决定带宽。这两种技术的使用，为传统的光网络引入了智能控制和管理信令，从而使得光网络具备了智能化的特点。并且实时的智能光网络能够有效地连接光网络资源和数据业务，提供高性价比的传送网，而且为发展新型宽带网络业务铺平了道路。
现代社会对网络带宽的巨大增长促使各种组织致力于传统IP网络协议的修改，使之能够支持QoS，特别是语音和实时图像传输对QoS的迫切要求。在提供QoS保证和优化组网模式的可用技术方案方面，MPLS (Multiprotocol label switching）是一种被广泛接纳的技术，它使无连接的IP协议具有了面向连接的特性。高密度波分复用传输设备的波长数飞速增长以及OXC的实用化，使得第三层的交换或MPLS直接运行在波长级别上成为可能，因此，基于MPLS控制平台的IP光网络技术近来发展十分迅速。
对于通信等网络运营商所要建设的光传输网络，首先要考虑建设一个经济高效的网络架构平台，即充分利用光层的技术，提高系统的容量，降低系统的成本；其次提供多业务的广泛的接入平台，扩展用户范围；然后发展智能光传输网络，增强网络的适应能力，提供全新的网络业务，提高市场竞争能力。智能城域光网络随着城域网业务和应用的不断发展，其接口呈多样性，流量具有随机性，这都要求网络具有智能化，能实时分配资源，自动建立连接。自动交换光网络（ASON/ASTN）是智能光网发展的主流方向，目前国际电信联盟等国际性标准化组织都在研究智能光网技术，并提出了一些相关的建议或草案。ASON网络结构最核心的特点就是支持电子交换设备动态向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务特性动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自动建立或者拆除光通道，不需要人工干预。
2 主要实现技术
采用MPLS over WDM技术为光层引入了控制信令，从而形成了智能光网络技术。它利用传统的IP选路协议来发现路由，并对现有的BGP、IGP、OSPF、IS-IS等路由协议进行扩展来传递计算标签交换通道（LSP）时所需要的链路状态拓扑、资源可用信息和策略信息，同时利用LDP、RSVP，为LSP通过网络预留资源或规定相应的显式通道。为了将MPLS选路协议和信令协议与光交换机相适配，构造智能型波长路由器/光交换机，就必须对传统MPLS协议作相应的扩展和修改：建立新的链路管理协议（LMP），以处理光网络的链路管理；扩展适配的OSPF/IS-IS协议，以便公告可用的光网络资源；通过扩展适配的RSVP来提供光网络所必须的流量工程能力，使得LSP可以在整个光核心网络上实现明显标记。
使用MPLS的主要优点就是它可提供可变长度的标签栈功能，从而使得MPLS具有多级LSP体制。向光网络进行扩展的MPLS与传统的MPLS有所不同，它支持多种类型的交换粒度，如时分复用（TDM）、波长和光纤交换等。这种可支持多种类型交换的光网络信令允许大量的LSP在交汇点进行汇集，从而透明地穿过更高一级的LSP隧道，然后再在远端节点进行分离。这种操作模式非常有用，它可以将骨干网络中部分第二层的大型业务隧道加以汇聚，或者将它们归并和疏导到更高一级的LSP中，以更大的粒度穿过骨干光网络。通过MPLS控制平面可以动态地要求传送层提供所需带宽、配置波长等网络资源，并通过保护恢复技术提供更强的网络生存能力，从而使光网络能够像面向连接的电路交换一样实现面向连接的光路交换。
MPLS技术的出现，使得我们能够通过基于分组，信元的网络实现动态互连和流量工程并在光纤层实现动态连接。这些技术的出现为网络向更加简化和更加智能化的方向迈进创造了条件。因此，目前许多国际标准化组织和行业论坛已经开始开展有关智能光网络的相关标准的制定工作，其目标是拿出一个开放式的通用光网络模型和相关标准接口。基于ASON的智能光网络可以实现光通路的永久性连接（PC）、软永久性连接（SPC）和交换型连接（SC），从而实现对光链路的快速、灵活配置，以满足流量工程和服务质量的要求。
3 对不同业务的技术支持
在传输网中采用新一代的传输设备，除了要解决原有的话音业务以外，还需要考虑对数据业务的支持，针对数据业务的特点，发展适应数据业务发展需要的宽带传输技术对于ATM而言，主要是VP-RING技术，即通过在传输网络上逐点汇聚实现带宽的共享，通过相关的协议实现环网的保护。对于IP业务，可以采用内嵌RPR（弹性分组环）技术，该技术通过相关的协议，实现环网的动态共享和保护。
4 下一代的光网络发展策略
下一代光网络将使用交换技术提供动态的端到端连接，创建一种智能光网络（ION）。ION能快速地配置和恢复端到端连接。一个连接所占的带宽可从一个STM-1一直扩大到整个波长的容量。这种能力对于改变通信业务的现状意义深远，它促进了带宽使用的更快增长。
4.1 从电信号到光信号
光联网是实现ION的关键，它能为业务层提供可扩展性、可靠性和最低的成本开销。光层由多个集成的模块构成，这些模块与网络智能相结合，将能支持光层的动态配置。这些模块包括大容量线路系统、光交换平台和可调设备。大容量线路系统能达到每秒太比特级的传输速率，并能支持相距数千公里的两个城市之间的全光连接。这些系统只有极少量的光电转换器，因此，它相对于传统的较短距离的线路系统在运营成本和业务速度等方面都具有很大的优势。光层中的光交换平台将从不透明交换过渡到全光交换，到那时，它不仅能够交换单条光通路、成束的光通路，甚至整个线路系统的光纤，故其扩展能力是空前的。可调光源、过滤器和接收机将能提供灵活的选择性和降低运营成本。这些边缘设备能支持高效的波长分配，降低波长阻塞，并通过固有的再生能力消除了距离上的限制。
4.2 从不透明交换到全光交换
从业务运营商的角度来说，全光交换机（PXC:Photonic switch）的主要优点在于它具有可扩展性，能降低成本，并能提高业务速度。PXC能够在一个端口上透明地交换一个任意速率和协议的波长，或一束波长，甚至是包括所有波长的整根光纤。从技术观点来看，快速的技术进步正在促进光交换和全光网络技术的实现。传输距离可达3000公里以上的长距离光系统即将投入商用。
总之，构建光互联网络所需的基本功能部件已经具备，下一步就是要考虑如何增加智能，以解决所有网元设备之间的互连互通问题。随着科技的进步和人们需求的不断出现，基于光网络的智能化技术也会不断发展，并将引发光网络技术的一次新的革命。
参考文献
智能交换 篇5
越来越多的商用网络用户认识到了包括无线、VoIP和数据等网络融合所带来的好处，它不光可以节省成本，也可以为企业提高效率、增强服务。GS7xxTPS系列旨在帮助商用网络便捷地将现有网络架构迁移至融合性网络架构，包括无线局域网、VoIP电话或IPPBX和视频电话等。运用PoE和自动语音VLAN的功能，交换机可以帮助用户便捷地设置PoE功能，使IP电话和无线接入点可以部署在用户需要的任何地方，而不必改变布线设施。此外，每台交换机的前四个端口还支持基于IEEE802.3at草案标准的PoE+功能，提供高达30W的输出功率给PoE用电设备，如多信道无线接入点、平移/倾斜/缩放IP摄像机以及带有触摸屏的IP电话等。一台GS7xxTPS交换机可以为商用网络解决现在甚至未来对以太网供电的需求。
“随着商用网络持续使用网络电话、无线和其他融合网络技术来精简他们的网络并且借以来提高商业运作效率，他们需要更先进交换设备来支持他们不断发展的需求。”NETGEAR智能交换产品线经理MaggieWu表示。“我们ProSafeGS7xxTPS系列千兆增强型智能交换机就满足了这些需求，它用以支持关键应用服务，如基于VoIP的呼叫中心、拥有统一的无线和有线网络的分支机构/远程办公室和组织机构。GS7xxTPS系列在合理的价位支持实用的功能组合，为用户提供了兼具高性能、易用性、可扩展性和可靠性的解决方案。
高性能、易管理性和可扩展性设计，GS7xxTPS系列是业界唯一可堆叠的千兆智能交换机。每台交换机都有两个专门的HDMI接口，提供高达20Gbps的堆叠带宽。客户可以堆叠多达6台交换机或是288个接口，并且通过一个IP地址来进行管理。此外，堆叠功能还包括冗余和热插拔。因为它们属于NETGEAR千兆堆叠智能交换机系列的扩展，所以GS724TPS和GS748TPS可与GS7xxTS交换机(GS724TS和GS748TS)进行堆叠，从而为客户提供更大的投资保护。
作为NETGEARProSafe增强型智能交换机家族成员，GS724TPS和GS748TPS配备了全套的增强型功能，如访问控制列表(ACL)、802.1x端口认证、增强的QoS、速率限制和组播侦听。以此为商用网络提供更有力的安全保证、更高服务质量和可用性。此外，基于Web浏览器的直观界面提供了简单而全面的管理，有助于将交换机上的潜力充分发挥出来，
“我们所需的基础设施价格超过我们的预算，使我们一直无法清楚如何部署融合性网络，直到我们与NETGEAR合作才解决这个问题。”GaryHowell，摩根沃尔什顾问有限公司管理的技术总监表示。“自从安装了可堆叠交换机GS7xxTPS后，它的表现一直让人满意，操作简单明了，并能提供高性能的多个虚拟局域网的网络连接，没有比这个更棒的解决方案了。”
GS7xxTPS系列的其他特色功能包括：
智能管理功能：
商用网络可以从一个易于使用并可用来配置所有功能的Web控制台，像管理一台设备般来管理所有ProSafe可堆叠千兆智能交换机，同时进行监测和故障排除。(其特点包括单一IP地址、自动主备份、堆叠组自动同步固件和主交换机维持堆叠组配置)。这些交换机也支持SNMP协议(v1/v2/v3)，来收集和跟踪数据，以此去监测网络的健康以及管理设备，并更容易地执行关键IT的控制和政策。SNMPv2c是最常见的部署，因为它提供了比v1更好的报告能力。公司从更强大的安全性角度考虑可以选择提供数据加密的SNMPv3。这些交换机还能使用NETGEARProSafe网络管理软件(NMS100)和其他基于SNMP的软件进行管理。
高级安全性：
这些交换机还提供增加的网络安全功能来更有力保障商用运行。这些措施包括802.1x的身份验证和基于MAC和/或IP地址的允许或拒绝的ACL流量过滤。
高级的质量服务(QoS)
优先级队列能确保高优先级的流量即使在交通挤塞时也能得到有效传输。比如，公司在使用网络电话或视频会议时，需要将语音、视频传输和其它实时应用的优先级设置高于延迟不敏感的流量，以确保可靠性和质量。尽管会增加流量负荷，仍然需要使用流量优先级分类来确保延迟敏感的服务和应用的质量。ProSafe堆叠千兆智能交换机提供了一系列广泛的QoS功能，如802.1p的优先级、基于第3层的(DSCP)的优先次序和限速。
“商用网络需要的是功能强大到足以帮助成长型商用网络支持融合应用的解决方案，这些商用网络可能没有企业级的强大IT资源。”MatthiasMachowinski，Infonetics公司的语音和数据分析师表示。“像NETGEAR可堆叠智能交换机这类产品功能是以商用网络为目标的工具，它简化了网络运营，同时还能提供企业级的高级功能，从而帮助商用网络向融合网络成功转型。”
NETGEARProSafeGS7xx系列千兆增强型智能交换机将为商用网络提供一个强有力的新工具，并可通过24/7的技术支持与经验丰富的商用网络专家进行沟通，促使其更快地发展业务。
高速智能型数据处理交换机 篇6
已申请专利
项目简介:
本项目旨在开发一种智能型、高速的数据处理交换机。它应用于第三代 (3G) 和第四代 (4G) 无线网络通讯。这种数据处理交换机基于INTEL生产的IXP1200芯片, 辅以一套开放式的操作系统, 并由一套自发研制的网络数据交换软件所控制。它的数据转换速率可达到10GBPS。本数据处理交换机的智能化主要体现在以下几个方面:1、数字缓存系统:本数据处理交换机提供缓存功能以提高数据传输的有效性。2、内容选择模块:本数据处理交换机能够提供不同协议之间文本内容的相互转换。3、语音识别与文本转换:本数据处理交换机还能提供语音识别和文字转换语言的功能。在第三代和第四代无线通讯中, 数据打包技术及数据传输技术起着十分重要的作用。高速且具有智能化功能的数据处理交换机将有着巨大的市场。
主要市场:
智能交换 篇7
关键词：ASON智能光网络,自动交换,实现
1 加强ASON智能光网络建设是信息化建设的必经之路。
目前, 光缆网由于覆盖广阔、点多线长, 极易遭受打击和破坏, 而且光纤通信容量巨大, 一旦损毁可能中断大量业务。这就使如何快速恢复被中断的业务, 成为了至关重要的关键问题。传统光网络虽然也设计了一定的自愈能力, 但基本上都是靠网络资源的物理备份实现的, 不仅牺牲了网络资源利用率, 而且抗多次断纤的能力较差, 难以适应严酷的环境。通信业务呈现显著的突发性和不均衡性。首先, 遇有重大事故地区通信业务量会在短时间内快速上升到平时的几十倍、甚至上百倍, 呈现出极大的突发性;其次, 通信业务主要在参与的上下级单位之间的协同关系密切的单位之间流通, 重大事故地域的通信流量将远大于普通地域的流量, 网络负荷分布呈现明显的不均衡性。通信业务的这些特点要求光网络必须具备更强的业务适应能力, 不能因为业务的突发和负荷的不均而导致网络阻塞或崩溃。传统的光网络是一种静态网络, 基本上以手工方式配置通道资源, 不具备根据业务流量流向动态调度通道资源的能力。
ASON是光传送网络组网的一种新技术, 目前已成为“智能光网络”、“下一代光网络”的代名词。自动交换光网络 (ASON) 在传输网中引入了业务网的信令机制, 并通过能提供自动发现和动态连接建立功能的控制平面, 增强了网络连接管理和故障恢复能力, 从而使静态配置的传统光网络升级为一种动态的、基于信令和策略驱动控制的智能光网络。ASON网络是一种动态网络, 能够根据业务需求自动调整传输通道, 迅速疏通上层业务, 业务自适应能力显著增强。ASON网络具有自动监测光通道, 并动态重选通道路由的特点, 可以在毫秒级时间内利用迂回路由快速疏通故障业务, 使用户根本感觉不到故障的存在。ASON的故障恢复利用空闲的逻辑通道实现, 体现了“以网抗毁”、“动态抗毁”的思想, 不仅网络资源利用率高, 而且具备抗多次断纤能力, 能够极大满足通信的特殊要求。引入自动交换光网络技术, 将对升级改造现有通信系统, 为信息化建设提供智能化的信息承载基础平台起到关键作用。
2 制约ASON自动交换光网络智能实现的原因
2.1 硬件方面
2.1.1 物理光缆网是实现传送网智能化的基础, 只有在光缆栅格较为密集, 节点间光缆路由不少于3个以上维度的情况下, 才能充分发挥ASON网效能。目前普遍存在的光缆分布密度不够、出入局路由单一、多系统同缆、节点布局不平衡等问题, 光缆线路多以星形结构、单环为主, 网状模型不明显, 没有形成栅格网状网。
2.1.2 个别基站没有ASON设备, 设备型号不统一。
没有在核心层光网络节点之间组建网状网络, 因而没有形成完整的ASON智能光网络。
2.1.3 有些安装ASON设备的基站, ASON设备缺少完成ASON控制功能的控制盘 (SCU) , 另一些设备缺少冗余备用的光板。
2.1.4 多数基站只对部分重业务采取了简单的通道保护, 没有实现全业务智能自动保护, 浪费了带宽资源。
个别ASON设备只是当成高级大容量SDH设备使用, ASON主要功能没有完全发挥出来。
2.2 软件方面
2.2.1 管理制度不适合现今ASON网络技术要求。
2.2.2 缺乏专业值勤管理人员。多数台站缺乏熟悉设备原理, 能熟练进行网管操作的专业值勤人员。
3 ASON自动交换光网络智能实现
3.1 加强光缆网系基础建设, 加快实现光缆网格栅化分布, 为更好的实现ASON网络智能化提供基础的物理平台。
首先应加强光缆自身建设, 集中主要资金力量建设主要干线, 关键部位。
其次应加强运营商融合, 加速通信向信息转型。
目前就开展区域内光缆通信网建设来说, 还存在部分线路路由周边环境恶劣, 施工难度大;多数线路建设跨度区域较大, 涉及到多个运营商, 需要协调多重复杂关系;个别线路需要独立建设, 投入资金量较大, 采用移动、联通、电信光缆线路资源丰富的特点, 走各运营商融合的路子。完成光缆线路的网络格栅化。可以做到“一举三得”。从运用价值上看, 如果各运营商各搞一套, 不但会出现很多重复建设, 而且给国家经济造成沉重的负担。从需要上看, 技术不能兼容, 则无法形成整体能力。从实际运用上看, 协力攻关, 可以最大限度地达成优势互补, 形成较大的技术优势, 能够较好地解决信息基础网建设中的技术难题。
3.2 按照“急用先上, 局部先建, 各网共存, 逐步完善”原则, 逐步扩展ASON的建设规模, 继续完善配套ASON网络建设, 对未配备ASON设备的台站陆续配备设备。压缩传统光网络的范围, 直至全网智能化, 实现传输和交换的融合, 进而提高信息网络的传输能力。
3.3 加强ASON网和SDH网络的融合, 保证业务承载的兼容性, 确保已有的SDH和WDM资源能够得到充分的运用发挥。
保持现网业务稳定, 又要充分发挥ASON网络的智能大容量特点以满足新业务需求拓展。
3.4 辩证地认识新技术特点, 把握风险规避环节。
充分考虑ASON网络“双刃剑效应”。“能力越大, 责任越大”, 由于骨干节点多采用ASON技术, 因同路由隐患增加, 需要另外进行风险管理, 维护管理难度加大。如果操作不当, 容易造成整个维护区域内网络瘫痪。造成破坏远大于传统SDH网络。在实际应用时, 为最大限度地规避可能对现网业务带来的风险。应该着力在软实力上下功夫。
3.4.1 完善相应规范管理制度, 以适应新设备、性特点、新要求。
传统的管理规章制度和光纤通信传送网执勤维护管理条例、规程、技术标准中缺少相关ASON、OTN等新技术的标准要求和操作规范, 应制定完善适合现状网络的新的法规、条例和值勤制度。
3.4.2 提高值勤人员的维护水平。
智能光网络网管系统的智能性和操作复杂性, 要求使用维护人员必须具有扎实的专业技术基础和丰富的运维管理经验。因此, 应加大维护人员培训力度, 提高网管人员的业务水平。
3.4.2. 1 要加强对智能光网络网管人员的业务培训, 本单位要定期组织集中培训, 或者到院校、设备厂家参加委托培训, 以提高使用维护技能。
智能交换 篇8
随着通信技术的高速发展, 固网的发展趋于下降态势, 为了稳固现有用户, 并且适当拓展新用户, 智能化组合改造固话网络已经成为必然。近年来, 随着NGN技术的广泛应用和软交换的引入, 借鉴移动网已成熟的技术和管理理念, 引入固网中的HLR (归属位置寄存器) 网元节点, 用于用户数据的集中管理和智能业务触发, 通过智能化改造网络, 实现真正意义上本地网内相同号码携带功能[1]。
二、混合放号业务介绍
现在电信行业有一项推广业务就是固话的混合放号, 它是指用户不用考虑自己的物理位置, 只需要在某个业务窗口选择自己心仪的号码, 不用考虑将来发生迁移后需要更改号码, 这个号码在使用过程中, 如果发生用户迁移情况, 提出迁移申请后可以保持原号码不变, 剩下的工作由交由本地电信运营商完成。
现在的混合放号业务, 它由软交换核心网SS与SHLR相互配合提供。在SHLR概念中, 用户选择的某个号码是其对外公布的号码, 但是在固网中将这个号码拆分成两个号码:一个是用于被叫方显示的主叫号码或主叫方所拨的被叫号码, 同时是固网识别用户和计费的号码, 称之为逻辑号码 (用户号码DN) , 另外一个是用于网络内部寻址的物理号码 (路由号码LRN) 。当用户拨出电话时, 系统将根据主叫用户的逻辑号码进行接续, 当用户接受来话呼叫时, 系统将根据被叫用户的物理号码进行接续[2]。
三、混合放号的基础
在原有传统PSTN网络中, 每个带用户的程控交换局都有一个或多个其专属的本地电话号段, 当用户发起呼叫时, 通过相关的路由分析, 最终找到落地交换局并完成呼叫流程。XX电信原来的固网本地网网络如图1所示:
通过上面的固网本地网网络拓扑图可以看到每个市话端局都有特定的局号, 用户可以选择使用的固定电话号码范围就与其所处的物理位置有关, 当用户的物理地址位于市话端局1的覆盖范围内时, 其只能在局号883****内选择, 用户无法选择那些除883以外的其他心仪号码, 或者当用户需要从甲地搬迁到乙地时, 必须面对需要变更电话号码的问题。
为了实现固网智能化, 现在比较流行的方式主要采用了“软交换汇接局完全访问SHLR”方案, 方案如图2所示, 是指所有话务经软交换汇接局汇接, 由汇接局访问SHLR获取主、被叫用户的号码信息或业务接入码, 然后继续进行后续的业务触发或接续[3]。
通过调整后的方案图可以看到, 在原有架构基础上, 增加了软交换与SHLR组合方, 使得组网更加灵活, 管理趋于集中, 便于迅捷地提供多样化的增值业务。但是这种方案需要新建软交换汇接局和采购SHLR设备, 一次性设备投资比较大。
在XX电信已经完成固网智能化改造中, 使用了华为技术有限公司的软交换设备作为新汇接局, 同时利用中继网关 (UMG8900) 与XX电信所有市话端局新开中继电路, 利用信令网关 (SG7000) 与XX电信LSTP信令转接点新开高速链, 这个过程只完成了软交换设备与XX电信PSTN网络设备的对接。为了实现智能化, 同时需要在软交换机房新建SHLR9200和MRS6100, 并利用以太网交换机将各设备连通, 使得软交换核心网与之互通[4]。改造完成后本地网端局层面如图3, 本地信令网层面如图4。
四、在固网智能化后实施开放混合放号业务
4.1软交换核心网上的数据配置
1、增加SHLR本地地址, SHLR地址索引为0, SHLR描述为“sxs”, SSN标志为“是”, 路由标志为DPC, 本局信令点编码为001122:
命令为:ADD SHLRLA:SHLRADDRINDEX=0, SHLRDESC="sxs", SSNF=YES, RT=DPC, OPC="001122", NI=NN, SSN=SCMG;
2、增加SHLR远端地址, SHLR地址索引为0, 路由标志为DPC, 目的信令点编码为001122, 网络指示语为“International network”, SCCP子系统号SCMG:
命令为:ADD SHLRRA:SHLRADDRINDEX=0, RT=DPC, DPC="001122", NI=IN, SSN=SCMG;
3、增加SHLR组, SHLR组号为0, 选择方式为“主备用”, SHLR索引1为0, SHLR索引2为2:
命令为:ADD SHLRGRP:SHLRGRPNUMBER=0, SE-LECTMODE=STB, SHLRIDX1=0, SHLRIDX2=2;
4、增加SHLR配置, SHLR选择码为0, SHLR选择源码为0, 主叫用户类别为“普通”:
命令为:ADD SHLRCFG:SHLRSLC=0, SHLRSSC=0, CLTP=NRM, SHLRCFGIDX=0, QTYPE=STD, OVRPFLGSTD=NO;
5、增加SHLR业务配置, SHLR配置索引为0, 业务类型为CLRNPIN, SHLR群号为0:
命令为:ADD SHLRSRVC:SHLRCFGIDX=0, SRVTP=CLRNPIN, SHLRGRPNO=0;
6、设置MAP协议配置数据, 运营商为中国网通, 是否支持AI为“YES”, AI长度为4, AI头为“E0”, AI结束符为“E000”:
命令为:SET MAPCFG:OPR=CNNC, A-ISF=YES, AILEN=4, AIH=K'E0, AIE=K'E000;
4.2S HLR上的数据配置
1、增加MTP目的信令点:国内网编码为112B31, 信令点转接点为否, 路由选择域为12, 其它参数为默认值。
命令为:ADD N7DSP:NPC="112B31", STP=FALSE;
2、增加M3UA应用服务器:应用服务器名为as_test1, 设备工作模式为转接模式, 目的信令点索引为0 (目的信令点码从目的信令点表N7DSP表获得) , 路由上下文为2。
命令为:ADD M3AS:DESC="as_test1", SWM=TM, DPCX=0, RC=2;
3、增加M3UA连接组:此连接组连接的应用服务器索引为0, 连接选择屏蔽码为0, 业务模式为负荷分担模式, 工作模式为信令网关模式。
命令为:ADD M3ASSOS:ASX=0, ASC=0, TM=LOADSHARE, WM=SGP;
4、增加M3UA路由:增加路由名为lu_test, 应用服务器索引为0, 连接组索引为1, 路由优先级为1的M3UA路由:
命令为:ADD M3RT:DESC="lu_test", ASX=0, AS-SX=1, PR=1;
5、在SHLR上登记智能业务 (即加混合放号的数据) , 具体如下:
增加描述为"城区", 用户的逻辑号码为"2698888", 用户的物理号码为"2698888", 主叫智能业务配置为"智能业务0", 被叫智能业务配置"智能业务3", 短信中心索引为"1"的用户信息记录, 归属网络索引为1, 归属区索引为3, 用户群索引为1。
命令为:ADD USR:DESC="城区", DN="2698888", LRN="2698888", INCALLINGPREFIX=IN_0-1, INCALLED PR EFIX=IN_3-1, SMSINX=1, LOCZCIDX=1, AREAIDX=3, GROUPIDX=1;
五、结束语
混合放号这门概念提出时间比较早, 但是在现实社会一直沿用和发展, 虽然移动通信发展非常迅猛, 但是固话的混合放号还会是一个固话主推业务, 是力保存量的技术保证, 通过采用软交换与SHLR组合对混合放号业务的固网进行智能化改造, 能够优化网络结构和节点数量, 减少后期维护成本, 方便提供新的增值服务。
摘要：混合放号业务是固网运营商一项保用户拓新源的增值业务, 通过引入软交换与SHLR组合技术, 以实现固话发生位置迁移时不用更改用户对外号码。该模式还具有组网方式先进, 放号不受单个交换局号段限制的特点, 提高了业务实现的灵活性, 具有很实用的市场应用价值。
关键词：混合放号,软交换,SHLR
参考文献
[1]王琼.混合放号业务在固网运营中的应用与研究[J].现代电子技术, 2009 (23) :71-73
[2]刘福林.浅谈混合放号业务的解决方案[J].铁路通信信号, 2008 (10) :37-39
[3]金文晰, 马晓慧.软交换+SHLR实现深圳本地全网智能化[J].电信技术, 2006 (2) :26-28
智能交换 篇9
为了实现变电站内不同厂家设备的互操作性,IEC TC57工作组在2000年SPAG会议上决定以IEC 61850标准作为电力系统无缝通信体系标准[1]。IEC 61850通信协议采用面向对象技术和抽象通信服务接口对站内智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)的数据对象统一建模,实现了智能变电站内的无缝通信[2]。网络通信系统承载智能变电站SV采样值和GOOSE跳闸信号等关键数据通信业务,非常关键。但IEC 61850并未构建网络交换机配置、管理信息模型,给站内网络管理和维护带来困惑。因此,将网络交换机作为一种IED设备纳入IEC 61850标准体系中,研究其在IEC 61850标准下的信息模型建立和映射实现具有现实意义。
1 IEC 61850标准下IED建模方法
1.1 IEC 61850通信体系架构
IEC 61850按照变电站自动化系统所要完成的控制、监控和继电保护三大功能,从逻辑上将系统分成三层,即站控层、间隔层、过程层。如图1所示。过程层主要完成开关量I/O、电流/电压模拟量的采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能,该层的物理设备主要是合并单元(Merging Unit,MU)、智能终端(Intelligent Terminal,IT)或气体密封组合开关(Gas insulated Switchgear,GIS)装置。间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用,如保护设备、测控设备和计量设备。站控层的功能分为两类:一是利用各个间隔或全站的信息对多个间隔或全站的一次设备发生作用,如母线保护或全站范围的互锁,二是与接口相关的变电站层功能,主要是人机界面接口(Human Machine Interface,HMI)、远方控制中心接口(Tele Control Interface,TCI)以及与远方监视和维护工程师的接口(Tele Monitoring Interface,TMI),该层的物理设备主要有带数据库的监控主机,工程师站和远方通信接口等。
过程层网络负责过程层设备和间隔层设备之间电压互感器(PT)和电流互感器(CT)瞬态采样值(SV)的采集和保护控制开关量传输;站控层网络承载间隔之间五防联锁信号、间隔和站控层之间四遥(遥信、遥测、遥控、遥调)信号。网络交换机尤其是过程层交换机的运行状态对保护测控的影响很大,因此对网络交换机实施统一信息建模,实现后台统一监控管理显得十分必要。
1.2 IED的建模步骤
IEC 61850系列标准采用了面向对象的统一建模技术,用对象继承的方法设计不同层次的类,为系统建立了一个统一的信息分层抽象数据对象模型[3]。并采用了独立于具体网络应用协议(如MMS)的抽象通信服务接口(ACSI)实现信息交换。因此,依据IEC 61850标准,对变电站IED设备的自动化功能服务建模可归纳为以下几个步骤[4,5,6]:
(1)将IED应用功能分解成最小单元-逻辑节点(Logical Node,LN),多个LN合并成逻辑设备(Logical Device,LD),用数据对象(Data Object,DO)、数据属性(Data Attribute,DA)对模型进行填充、描述,实例化信息模型属性。
(2)依照抽象通信服务接口(Abstract Communication Service Interface,ACSI),构建抽象通信服务模型。
(3)依照特殊通信服务映射(Specific Communication Service Mapping,SCSM)将抽象的通信服务映射到具体的通信网络协议上。
(4)使用变电站配置描述语言(Substation Configuration description Language,SCL)将建好的抽象模型生成IED设备的自描述配置文件,保证各个厂商的产品可以相互识别,自由沟通。
本文依据上述IED建模步骤研究IEC 61850标准下智能变电站网络交换机的信息模型和映射实现方法。
2 网络交换机信息模型
2.1 网络交换机的功能
按照OSI的七层网络模型,以太网交换机可以分为二层交换机、三层交换机等。二层交换机属于数据链路层设备,根据报文MAC地址查找对应端口的方式进行报文的存储转发。由于其交换速度快,转发时延小,普遍应用在智能变电站过程层和站控层网络。
依据国家电网公司《智能变电站网络交换机技术规范》[7],智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化的基本特点,对网络交换机功能提出了具体要求[8],如图2所示。
(1)服务质量标识(Qo S):以太网包头中添加优先级序号,按照流量分配原则或权重设置对GOOSE报文优先转发。
(2)虚拟局域网(VLAN)和多播过滤技术:基于端口、MAC和协议的VLAN技术;基于多播MAC地址表的静态组播和GMRP/IGMP snooping两种协议下的动态组播,对通信区域进行划分,实现安全隔离。
(3)快速生成树协议(RSTP):变电站通信采用环形网络时,采用RSTP或多生成树协议(MSTP),每个交换机的最长恢复时间不超过50 ms。
(4)精确时间同步协议(PTP):当过程层采用IEEE1588网络对时方式时,交换机应支持精确时钟同步传输协议,需支持E2E和P2P透明时钟技术。
(5)多链路聚合(TRUNK):支持逻辑上多条单独的链路作为一条独立链路使用,链路聚合功能开启过程中数据不丢失。
(6)简单网络管理协议(SNMP V2/V3):支持端口状态实时监控、端口流量数据统计;提供端口断线告警和其他异常告警提示;日志和自检报告。
本文旨在对智能变电站网络交换机按照IEC 61850协议进行统一建模,替代SNMP对网络交换机的管理方式,将交换机纳入全站监控体制中,实现无缝连接和互操作。
2.2 网络交换机信息模型
信息模型将IED的功能分解并虚拟化成可视和可访问的实体,这些实体被称为逻辑节点。逻辑节点包含带专用数据属性的数据对象。在IEC 61850中以“类”方式命名和描述信息模型。标准7-4部分定义了变电站特定的逻辑节点和数据类,7-3部分定义了公用数据属性类(CDC)。为保证模型良好的通用性和一致性,应按下列原则建模[9]:
(1)每个最小功能单元建模了一个LN(逻辑节点)对象,属于同一功能对象的数据和数据属性应放在同一LN对象中。
(2)尽量采用IEC 61850标准规定的LN类型;如需扩充LN类型,应遵守标准规定和命名规范。
(3)数据属性类全部引用CDC类和国网企业标准[8]已扩充的类型。
2.2.1 逻辑节点零(LLN0)建模
逻辑节点零代表可被访问的逻辑设备公用数据信息。逻辑设备具有唯一的逻辑节点零。表1所示交换机LLN0类,是针对与交换机功能无关的系统配置和系统状态特定信息,在继承公用逻辑节点类的全部数据基础上创建的兼容逻辑节点类。
2.2.2 功能逻辑节点命名
基于2.1节对交换机功能的分析,由于标准7-4中没有已定义逻辑节点类适用于待建模的功能,需要新建交换机独特的系列功能逻辑节点类,同时建立数据对象、数据属性及使用方式。新建逻辑节点的命名首字母以“Z”开头,定义为其他电力系统设备(Further Power System Equipment)。表2为新建交换机逻辑节点,其中端口配置、流量统计和告警管理为指定逻辑节点类。
2.2.3 端口管理ZSPM类和流量统计ZSTS类建模
目前,大多数管理型交换机的网络管理通过SNMP代理访问管理信息库(Management Information Base,MIB)实现,它包括一些标准库和私有库。MIB-II库主要由RFC1213和RFC2819定义[10]。通过将MIB库的管理信息结构(Management Information Structure,MIS)中对象类型(OBJECT-TYPE)映射到逻辑节点类的数据对象;并根据MIS的语法(SYNTAX)和访问方式(ACCESS)选择合适的CDC类中定义的属性类型,最后将状态(STATUS)映射到M/O,可以实现新建ZSPM类和ZSTS类。按照上述映射方式建立的端口管理ZSPM类和流量统计ZSTS类模型分别如表3、表4所示。
2.2.4 告警管理GGIO类建模
按照国网企业标准关于告警信号建模的要求,告警管理通过扩展GGIO类实现。表5所示为告警管理ZASM类建模。其中,电源和温度告警门限、端口告警开启通过“控制”配置,告警状态数据对象由原总告警Alm扩展所得。GGIO中可以定义多个端口的告警信息。
2.2.5 交换机物理设备建模
一个物理设备应建模为一个IED对象。该对象是一个容器,包含服务器(server)对象,server对象至少包含一个LD对象。每个LD对象中至少包含3个LN对象:LLN0、LPHD和其他应用逻辑节点[11]。图3所示为交换机物理设备模型。交换机包含一个服务器,分别由基本功能逻辑设备LD1和高级功能逻辑设备LD2组成,LD1中的ZSPM、ZSTS可以根据端口数目建成多个实例。高级功能逻辑设备LD2中的逻辑节点可以根据上述建模方法自行建模。
3 交换机信息交换服务模型
逻辑节点、数据、数据属性定义了应用所需的信息,必须借助于服务模型实现信息交换。IEC 61850标准设计了独立于网络和应用层协议的抽象通信服务接口(ACSI)。ACSI提供了两种基本抽象通信服务接口,如图4所示:客户/服务器模型(client/server)和对等(Peer to Peer)模型,前者用于控制和数据访问服务,后者用于通用变电站事件交换(GOOSE和GSSE)服务,一个IED和多个远程IED之间快速和可靠的系统事件分发以及采样测量值传输[12]。
交换机信息模型的主要功能是对交换机进行配置管理和状态监控,符合客户/服务器模型。ACSI提供了14类服务模型,信息模型中的数据对象及属性通过对服务的引用实现信息模型的信息交换。逻辑设备所需服务模型子集在交换机逻辑节点LLN0中定义。以基本功能逻辑设备LD1为例,逻辑节点ZSPM、ZSTS、GGIO的数据对象类型以“控制”和“状态信息”为主,LD1除了引用SERVER、LD、LN、DATA基本信息模型中定义的服务外,还可定义数据集(DATA-SET)、报告控制块(REPORT-CONTROL-BLOCK)、日志控制块(LOG-CONTROL-BLOCK)等服务模型,以满足通信带宽使用效率和事件驱动信息交换的要求。
4 网络交换机通信服务映射实现
ACSI提供了抽象的通信服务模型,没有定义具体的ACSI报文。ACSI服务映射到应用层的一个或多个报文(PDU协议数据单元)由特定通信服务映射(SCSM)规定。SCSM采用特定通信栈映射实现信息与服务模型,一种SCSM是将服务映射到制造报文规范(Manufacturing Message Specification,MMS)以及TCP/IP,另一种SCSM是将报文直接映射到以太网链路层和单向多路点对点串行链路;前者主要针对变电站站控层和间隔层的客户/服务器类型的通信映射,后者针对快速的GOOSE报文和采样值传输。
网络交换机的管理大部分时间传输的是配置管理和状态监控报文,告警触发时产生随机突发报文。IEC 61850规定远方人机接口与变电站之间的访问控制报文属于低速报文(类型3),交换机管理报文满足低速报文的要求。根据标准8-1中对于类型2、3、5的报文要求面向报文的服务,交换机的SCSM映射就是将交换机的客户/服务器类型服务映射到MMS报文,其中传输层至少支持TCP/IP框架[13]。
目前,智能变电站多采用“三层结构两层网络”的通信网络架构,过程层和站控层网络交换机均可采用管理口传输MMS管理报文,通过站控层网络连接后台监控系统或直接连接到多网卡后台监控系统实现网络交换机的统一管理。
5 交换机的SCL语言描述
为了实现设备互操作性,IEC 61850标准采用变电站配置描述语言SCL对变电站系统和IED设备进行配置自描述,实现通信系统配置数据在IED配置工具和不同制造商提供的系统配置工具之间的相互交换[14]。
SCL语言通过Schema模式定义了具体的SCL语法,主要包括头(Header)、变电站(Substation)描述、IED描述、通信系统(Communication)描述、以及逻辑节点数据类型模板(Data Type Templates)五部分。IED部分描述了预配置信息,包括LD、LN、DO和所具备的通信服务能力。
以交换机LD1为例,编写的交换机SCL描述文件示意如下:
限于篇幅,文中没有对LD1包含的所有服务、逻辑节点和数据对象进行描述,实际的IED能力描述文件(IED Capability Description,ICD)应根据交换机信息模型和服务模型进行具体设定,完成实例化过程。
6 应用实例
以某220 k V电压等级智能变电站过程层网络为例。GOOSE A和GOOSE B网各采用五台网络交换机以星形结构进行组网。按照上述信息模型设计的网络交换机,得到了实际工程应用。网络交换机以MMS报文方式通过站控层网络连接后台监控系统,实现了网络交换机参数的设置、端口统计流量查询和告警信息的上传。后台监控系统设置和读取交换机参数属于客户/服务器模式。该工程的应用验证了采用基于IEC 61850信息建模方式设计网络交换机的正确性,为智能变电站通信网络的远程监控和无人值守奠定了基础。
7结论
智能变电站网络交换机影响整个变电站的可靠和稳定,在工程应用中受到广泛的关注。网络交换机通过后台监控系统实现网络设备的IED化管理,成为必然趋势。本文对网络交换机信息建模和映射实现进行了初步探讨,鉴于依据IEC 61850标准对交换机逻辑节点建模时发现,数据对象的命名依然存在很大的灵活性,希望尽快出台网络交换机统一建模规范,实现不同厂家网络交换机的统一管理。
摘要：智能变电站通信网络承载着采样值和保护跳闸等重要信号,网络交换机是信息可靠传输的关键。对网络交换机进行信息建模是实施IED化管理的前提。介绍了IEC 61850通信体系架构和IED功能服务建模步骤。在分析智能变电站网络交换机功能的基础上,研究了网络交换机的信息模型,重点列举了逻辑节点零、端口管理、流量统计和告警管理的逻辑节点类模型。然后探讨了网络交换机的服务模型和通信服务映射实现方法,并展示了交换机的变电站配置描述语言(SCL)示例。最后给出了网络交换机信息建模在智能变电站的应用实例。
智能交换 篇10
随着变电站通信网络标准和IEC61850 的制定和颁布,在光电互感器应用的大力推动下,数字化变电站的建设步伐加快。变电站的数字化将带来保护、 测量的显著变化,其中,一次设备的智能化和数字化最直接地改变了变电站智能终端设备的结构[1]:电流、电压采样数据值(Sample Value,SV)通过以太网通信网络传输;开关量输入、输出前移至过程层智能设备、通过通用面向对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event,GOOSE)来传递状态量。
对于数字化变电站系统而言,满足IEC61850 的网络通信是整个系统实现的基础[2]。本文基于数字化变电站测控保护一体化智能终端的模块化设计思路,利用ADSP-BF518 在信号处理和数据通信上的优势,结合Marvell公司生产的88E6060 以太网交换芯片来扩展以太网接口,满足智能终端系统对通信的需求。
1 数字化变电站智能终端总体设计方案
IEC61850 通信标准为变电站间隔层一体化智能终端的实现提供了有力的支持,由于在IEC61850 标准下数据传输的数字化、设备之间的互操作性得以实现[3],因此可以将测控、保护、录波、监测甚至合并单元的功能整合成一体化智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)装置。
本文对测控保护一体化终端采用多CPU、多插件版的设计思路,可以通过不同功能插件版的组合实现测控、保护、数据采集以及合并单元等功能。整个智能终端系统采用通用的4U机箱、统一的背板总线标准(见图1)。智能终端主要由分立的功能插件板和背板总线组成,其中功能板件主要包括: 电源板、主控CPU插件、保护及通信插件板、开入/ 开出量板、光纤输入输出板、总线板和人机界面板等。
本文主要讨论的是智能终端保护及通信插件板通信模块的设计和实现,采用Blackfin处理器ADSP-BF518、FPGA和Marvell 88E6060 交换芯片,运行嵌入式实时操作系统,接收IEC61850 9-2、 TDM总线信号、GOOSE报文的接收和发送,实现IEEE1588 时钟同步,完成智能终端通信模块的实现。为了实现整个装置的通用性,通信插件板也可以与光纤输入输出插件板配合,实现数字化变电站合并单元的功能。
2 智能终端通信模块的硬件设计
2.1 通信模块硬件整体框架
智能终端保护及通信插件板主控CPU选用ADSP-BF518 芯片,FPGA采用Cyclone II系列EP2C8Q208C8N芯片,以太网交换芯片选用88E6060,实现智能终端以太网接口的扩展,保护及通信插件板结构如图2 所示。
智能终端保护及通信插件板主要由两大部分和一些接口以及外扩存储器组成,包括DSP部分、 FPGA部分、1 路RS232 串口、2 路光以太网口和1 路电以太网口、外扩SDRAM和Flash、CAN总线和RS485 总线、校时秒脉冲(Pulse Per Second,PPS)、 看门狗以及电源模块。
其中ADSP-BF518 主要完成IEEE1588 时间同步,通过光纤以太网口实现GOOSE报文的接收和发送、IEC61850 9-2 采样值报文的接收和处理以及数字保护算法的实现;除此之外,还要通过CAN总线和RS485 总线与主控CPU进行通信。
FPGA芯片用于实现继电保护模块与整个保护测控一体化平台的背板数据交互和逻辑粘合,包括以TDM总线形式编码并传输采样值信息、时钟同步秒脉冲PPS、背板人机接口总线、并行总线扩展以及为了兼容传统继电保护模式的双向I/O控制线驱动继电器等功能。
2.2 ADSP-BF518 主控芯片
随着IEC61850 规范的逐步推行,必将对处理器的处理能力提出更高的要求,包括更高的通信能力、存储能力、智能特性的支持等[4]。综合考虑数字化继电保护对数据处理和通信有较高要求的特点, 保护及通信插件板采用Blackfin处理器BF518 和Alter FPGA来实现智能终端的以太网通信、数据运算和背板总线数据交换等功能,并完成整个平台的IEEE1588 校时任务。
2.3 ADSP-BF518 最小系统及外围接口电路
ADSP-BF518 是整个继电保护模块的核心器件,DSP部分电路主要包括支持BF518 正常运行的最小应用系统电路和外围接口电路[5]。其中BF518 最小系统电路包括时钟电路、复位电路、电压模块和JTAG接口电路,设计涉及的外围电路包括外部存储器扩展电路、SPI-CAN和RS485 通信模块、以太网通信模块以及RS232 调试接口。BF518 外围电路原理示意如图3 所示。
2.4 DSP与FPGA之间的接口
ADSP-BF518 的优势在于控制能力和数字信号处理能力,而FPGA的优势在于非常强的时序控制能力。如何让DSP与FPGA发挥各自的特长,将2 个芯片的功能应用有机地联系起来,这就需要实现DSP与FPGA之间的接口。目前比较通用的做法是FPGA作为异步接口连接在DSP的地址总线和数据总线上,占据DSP内部统一的地址空间。本设计将FPGA模块中的结果缓冲器设为双口RAM, 一端连接到ADSP-BF518 的EBIU总线接口上,另一端则连接到FPGA的内部逻辑单元,FPGA作为DSP的异步接口,连接在BF518 的EBIU上,占据A[1]~A[15] 共15 根地址线和D[0]~D[15] 共16 根数据线。
2.5以太网通信接口电路的设计
2.5.1智能终端通信硬件需求
ADSP-BF518 自带1 个以太网媒体访问控制器(Ethernet Media Access Controller,EMAC)。EMAC支持IEEE1588v2 标准的以太网10/100 Mbit/s介质独立接口(Media Independent Interface,MII),使得用户通过BF518 处理器上的硬件时间戳机制,可以任意选择以太网物理层(Physical Layer,PHY)收发器,实现IEEE1588 精密时钟同步协议。
对于本次智能终端通信系统的实现而言,至少需要为IEC61850 9-2 采样值和GOOSE分别配置一个光以太网接口。通常扩展以太网接口可以有2 种方法,一种是增加总线型以太网控制器,另一种是采用以太网交换芯片。
总线型以太网控制器需要通过DSP的数据总线传输数据,显然不如EMAC自带的直接存储器访问通道收发数据速度快。在此次保护及通信插件板的设计中,IEC61850 9-2 采样值报文和GOOSE报文对以太网实时性和传输速率有着非常高的要求[6]。
智能终端以太网流量主要分为3 个部分,即IEC61850 9-2 采样值报文、GOOSE报文和IEEE1588 报文。由于通常情况下IEEE1588 报文流量要远小于其他2 个报文的流量,因此下面主要对GOOSE报文和采样值报文进行流量分析[7]。
1)基于IEC61850-9-2LE规约的合并单元的流量分析,按照每帧1 点(12 个模拟量通道)计算,一个合并单元每秒种的数据流量:
S=159 字节 ×8bit/ 字节 ×50 周波/s×80 帧/ 周波=5.088 Mbit/s
2)基于IEC61850-GOOSE规约的智能设备的流量分析,按照GOOSE报文稳定状态重传T0=5 s来计算,一个智能设备每秒种的数据流量:
S=6 016 bit×(1 帧/5 s) = 0.012 Mbit/s
通过上述分析可知,通常情况下影响网络带宽的主要是采样值报文,100 Mbit/s的带宽已经能满足就地保护应用需求。而对于像主变保护等需要多通道合并单元和高采样率的应用,一块插件板的通信带宽和处理性能将不能满足要求,可以采取智能终端内配置多块保护及通信插件板配合的方式,采用并行运算的方法来解决。
2.5.2 ADSP-BF518 与Marvell 88E6060 电路设计
Marvell 88E6060 是美国Marvell公司生产的快速以太网交换芯片,已经大量应用于交换机相关产品中。通过上节分析可知,采用Marvell 88E6060 来扩展以太网接口可满足智能终端对通信系统的要求,ADSP-BF518 与Marvell 88E6060 的连接如图4 所示。
Marvell 88E6060 的大量运行状态可由DSP通过管理数据输入/ 输出(Management Data Input/ output,MDIO)和管理数据时钟信号(Management Data Clock,MDC)连接的串行管理接口(Serial Management Interface, SMI)来进行配置,包括VLAN的配置、端口的开闭、端口的工作模式和通信速率、LED灯的配置等。但是88E6060 的端口工作模式,例如Port5 的MAC模式或PHY模式的选择, Port1 和Port2 为光以太网口还是电以太网口等,需要在硬件电路设计时拉高或者拉低相应的管脚。
3 通信模块软件设计
3.1 基于uC/OS II的软件统一任务调度
uC/OS Ⅱ支持多任务运行,通过对多任务的调度实现应用程序的各种功能,根据智能终端保护及通信插件板要实现的功能,系统的任务可分为保护参数计算任务、保护逻辑判断任务、GOOSE报文收发任务、IEC61850 9-2 SV接收任务、IEEE1588 校时任务、SPI-CAN收发任务以及嵌入式以太网协议栈LwIP运行所需的主任务。此外,为了响应DSP的外围接口事件,需要产生相应的系统中断,包括以太网收发数据产生的DMA1 和DMA2 中断、FPGA中断和SPI-CAN接收数据产生的DMA5 中断。由于同一系统中中断的优先级都高于任务的优先级, 为了防止系统中断过久地占用CPU的使用权,增加系统应用的可调度性,中断服务程序的代码应该尽量简洁。软件系统整体方案如图5 所示。
由于整个软件系统的主要应用程序都是基于uC/OS Ⅱ来进行调度,根据整个软件系统要实现的功能应用,可将所有任务分为实时任务和非实时任务,而实时任务又可分为强实时任务和准实时任务。在本次智能终端的功能应用中,强实时任务有GOOSE报文的收发、SV采样值接收,且都是基于以太网通信的应用,所以分别由系统赋予最高优先级, 由以太网中断唤醒。而保护参数计算、保护逻辑判断、SPI-CAN的收发以及IEEE1588 标准定义的精密时钟同步协议(Precision Timing Protocol,PTP) 校时程序都属于准实时任务。
3.2 以太网通信接口底层驱动
对于基于IEC61850 的数字化智能终端系统而言,以太网通信也是终端保护、测控功能实现的核心。 而BF518 EMAC和PHY芯片Marvell88E6060 驱动程序的准确编写,是整个以太网正常运行的基础。
3.2.1 Marvell 88E6060 的驱动配置
Marvell 88E6060 作为ADSP-BF518 的PHY器件,通过BF518 EMAC自带兼容IEEE Std. 802.3- 2002 的MII管理接口对以太网外部PHY器件进行管理。MII管理接口包括2 根信号线:MDIO、 MDC。其中MDC是管理数据的时钟输入,通过MAC系统管理寄存器的MDCDIV[5:0] 来设置; MDIO是管理数据的输入输出双向接口,数据与MDC时钟同步。MDC时钟频率的具体计算公式为:
式中,SCLK为BF518 的系统时钟,N为MDCDIV域的配置值。
由上节硬件电路描述可知,芯片Port0、Port1 配置为光以太网口,Port2 配置为电以太网口,Port5 配置为与BF518 EMAC连接的MII接口模式。为了满足本次智能终端的功能需求,需要对88E6060 的MAC端口以及相应PHY端口进行软件配置,具体配置程序如下。
3.2.2 BF518 EMAC驱动配置
ADSP-BF518 EMAC驱动的实现是整个系统基于以太网的应用稳定运行的基础,BF518 EMAC采用直接存储器访问(Direct Memory Access,DMA) 方式完成以太网接口的数据接收和发送,采用中断方式实时处理接收到的网络数据包。BF518 EMAC驱动部分主要分为EMAC初始化、发送数据包处理、接收包处理等部分,下面以EMAC初始化为例来介绍。
EMAC初始化工作是在整个网络应用的初始化阶段完成的,主要包括EMAC的寄存器初始化、TX和RX DMA初始化、EMAC DMA接收/ 发送完成中断使能以及完成发送包处理函数在LwIP网络接口上的注册。
4 以太网通信功能验证
为了验证智能终端通信模块软、硬件设计的正确性,本设计采用KF900 光数字继电保护测试仪构建测试平台。如图6 所示,上位PC机通过电以太网接口与测试仪相连,通过测试软件控制测试仪输出[8]。 智能终端保护及通信插件板通过光纤以太网接口Port0、Port1 分别与测试仪的光纤通信接口Fiber A、 Fiber B连接,用以接收IEC61850 9-2 采样值报文和发送GOOSE报文;并且插件板通过RS232 接口向上位机打印验证信息和运算结果。
GOOSE报文的发送,采用光继电保护测试仪的GOOSE测试模块和以太网抓包软件Wireshark分别进行验证,试验过程中用Wireshark软件抓取事件发生后第一个GOOSE报文包进行解析。IEC618509-2 采样值报文接收的验证利用光继电保护测试仪输出采样值报文,由智能终端接收并解析IEC618509-2 报文中的电流、电压值,并通过RS232 串口发送至监控主机,验证通信过程的正确性。
继保仪上位机软件配置电流/ 电压一次值设置为三相电路的相电压均为63 510 V,相电流均为1 000 A。经过智能终端对GOOSE报文和IEC618509-2 报文的接收、解析,对接收的采样值进行快速傅里叶计算,三相电压有效值显示为63 428 V、63 434 V、 63 442 V,三相电流显示均为999 A;模拟事件发生、 状态量改变、GOOSE报文的事件处理和发送也能正确进行,验证了通信模块设计的正确性。
5 结语
基于DSP和交换芯片的智能终端通信模块设计很好地满足了数字化变电站对智能终端通信系统的功能需求,整个测控保护一体化智能终端采用模块化多CPU板并行运行的方式,保护及通信插件板选用基于Blackfin架构的ADSP-BF518 和Cyclone II系列FPGA作为硬件电路的主控芯片。为了扩展装置的以太网口,还介绍了基于88E6060 交换芯片的以太网接口扩展方案,很好地利用了BF518 自带的EMAC的传输速度优势。