湖北電力數據通信網優(yōu)化方案研究

羅仁華，楊 杉,胡 威,周至寯

（1.湖北省電力勘測設計院，湖北 武漢 430040；2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

湖北電力數據通信網優(yōu)化方案研究

羅仁華1，楊 杉2,胡 威1,周至寯1

（1.湖北省電力勘測設計院，湖北 武漢 430040；2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

為滿足湖北電力數據通信網與國網數據通信骨干網的無縫對接，形成全程全網的合力，保障端到端的業(yè)務控制與應急聯動，促進一級應用的集中承載與新技術應用的部署，分析了湖北電力信息通信業(yè)務的網絡承載平臺—湖北電力數據通信網的現狀和存在的問題，以及與國網統一規(guī)劃的差異，從技術體制、網絡結構、IP地址、路由協議、自治域等方面提出了優(yōu)化改造方案。湖北電力數據通信網優(yōu)化后，網絡拓撲簡潔、結構層次清晰、IP地址及協議參數統一規(guī)劃，骨干層網絡帶寬擴展了約14倍，便于維護和管理，能夠滿足未來電力各級業(yè)務應用的承載需求

數據通信網；網絡優(yōu)化；路由協議；多協議標簽交換;虛擬專用網

0 引言

隨著國網公司“三集五大”體系建設的推進，公司整體管理水平不斷提高，電力通信業(yè)務逐步向多元化和互動化方向發(fā)展，對數據通信網的網絡結構、傳輸帶寬、通信協議等方面提出了更高的要求[1]。目前，國網數據通信骨干網改造工作已經基本完成，初步建成了利用OTN光傳輸網，以10GE鏈路為主、覆蓋全公司系統71個節(jié)點的高速數據通信骨干網絡平臺，實現了核心區(qū)域網狀連接、各區(qū)域內雙星型上聯的網絡架構。

因各省級數據通信網絡以往主要采用各省分散建設、分級管理的管理模式，各級單位數據通信網絡技術體制、層次結構、IP地址、協議參數等存在明顯差異。

為滿足湖北電力數據通信網與國網數據通信骨干網的無縫對接，形成全程全網的合力，保障端到端的業(yè)務控制與應急聯動，促進一級應用的集中承載與新技術應用的部署，需對湖北電力數據通信網進行優(yōu)化改造[2]。

1 湖北電力數據通信網絡現狀

現湖北電力僅存在一張數據通信網，由湖北電力信息廣域骨干網和各地市級城域網組成。信息廣域骨干網采用雙核心星型結構，分為2個核心節(jié)點（湖北電力、荊州備調）、15個骨干節(jié)點（地市級公司）。信息廣域骨干網現況如圖1所示。

圖1 湖北電力信息廣域骨干網網絡拓撲現況Fig.1 Situation network topology of Information WAN for State Grid Hubei Electric Power Company

2 優(yōu)化改造必要性分析

2.1 帶寬不足

現湖北電力數據通信網骨干層省公司-地市公司通道帶寬為622 Mbps，荊州備調-地市公司通道帶寬為155 Mbps，主要傳送信息化業(yè)務，隨著通信IP業(yè)務、調度語音業(yè)務、配用電網等新業(yè)務的發(fā)展，骨干層帶寬難以滿足IP業(yè)務的發(fā)展需求。

根據信息化業(yè)務帶寬需求的預測，在“十二五”后期至“十三五”中期，信息廣域骨干網地市級公司-省公司帶寬需求達到2.5 Gbps、地市級公司-荊州備調帶寬需求達到622 Mbps。因此，必須進行數據通信網優(yōu)化改造，以滿足信息化業(yè)務發(fā)展的需求。

2.2 協議不滿足

現湖北電力數據通信網內部網關協議為OSPF（開放式最短路徑優(yōu)先）協議，為實現省數據通信網與國網公司數據通信骨干網深度融合，需將湖北電力數據通信網的內部網關協議統一調整為ISIS。

2.3 傳輸質量保證不足

現湖北電力數據通信網沒有啟用MPLS VPN，對傳輸的業(yè)務不具備QoS（服務質量）保障，導致無法保障延遲敏感類業(yè)務(語音、視頻)的帶寬和傳輸質量等問題。

2.4 國網數據通信骨干延伸及自治域劃分的要求

現國網數據通信骨干網僅延伸至省公司和荊州備調，根據國網公司要求，需將國網數據通信骨干網向下延伸至地市。

現省內數據通信網為一個統一的自治域，將國網數據通信骨干網延伸至地市后，各地市級城域網需按照國網公司統一規(guī)劃采用獨立的的BGP AS自治域號。

3 優(yōu)化改造方案

3.1 業(yè)務需求分析

根據業(yè)務發(fā)展需求，湖北電力數據通信網除了承載SG186工程的各項信息系統業(yè)務外，還須承載一體化高清會議電視、語音、視頻等實時業(yè)務和其它通信管理業(yè)務。

3.2 網絡拓撲規(guī)劃

根據業(yè)務流向、傳輸網絡拓撲、鏈路帶寬適當超前以滿足今后信息化快速發(fā)展等原則，湖北電力數據通信網絡優(yōu)化可分為國網數據通信骨干網延伸和地市數據通信城域網建設兩個部分。拓撲圖如圖2所示。

圖2 湖北電力數據通信網網絡拓撲規(guī)劃圖Fig.2 The planning Topology of Data communications network for State Grid Hubei Electric Power Company

3.2.1 國網數據通信骨干網延伸

國網數據通信骨干網延伸采用二層結構，具體為：

核心層：2個節(jié)點，省公司和荊州備調節(jié)點。在省公司配置2臺核心PE；在荊州備調配置一臺核心PE。省公司與荊州采用10GE鏈路交叉連接；省公司2臺核心PE之間采用10GE鏈路連接；核心層整體采用大帶寬鏈路形成熱備三角交叉連接。

骨干層：14個節(jié)點，在省公司和13個地市（武漢、鄂州、黃石、咸寧、黃岡、荊門、荊州、十堰、孝感、隨州、襄陽、宜昌、恩施）各配置2臺骨干PE。

3.2.2 地市級數據通信城域網

地市級數據通信城域網采用三層結構，具體為：

省公司和13個地市（武漢、鄂州、黃石、咸寧、黃岡、荊門、荊州、十堰、孝感、隨州、襄陽、宜昌、恩施）的2臺城域網核心PE均以10GE鏈路與各自站點的2臺國網邊界PE互聯；神農架林區(qū)公司2臺城域網核心PE以2*GE分別接入襄陽公司國網邊界PE；黃龍灘電廠納入十堰公司數據通信城域網，檢修公司納入省公司本部數據通信城域網。核心層：1個節(jié)點，在省公司和13個地市（武漢、鄂州、黃石、咸寧、黃岡、荊門、荊州、十堰、孝感、隨州、襄陽、宜昌、恩施）各配置2臺城域網核心PE、2臺CE。

骨干層：在地市所屬縣公司各配置1臺接入PE、1臺接入CE，每節(jié)點接入PE分別與骨干節(jié)點2臺骨干PE分別采用155 Mbps接口互聯，保證了上行鏈路的N-1可靠性。

接入層：縣域內各調度站點、二級單位等。

3.2.3 城域網接入原則規(guī)劃

1）1 000/500 kV變電站/換流站接入原則

根據各站點業(yè)務流向、管理模式及傳輸網網絡結構。1 000/500 kV變電站/換流站由省檢修公司運維管理。為保證網絡的可靠性，遵循N-1的可靠性設計原則，規(guī)劃在檢修公司配置2臺城域網PE，各站點配置1臺接入PE接入檢修公司，接入CE采用MCE方式實現站點不同VPN業(yè)務接入，接入拓撲如圖3所示。

圖3 1000/500 kV變電站/換流站接入網絡拓撲圖Fig.3 The access network topology of 1 000/500 kV substation/converter station

2）220/110/35 kV變電站、營業(yè)廳、供電所接入原則

220 kV變電站規(guī)劃配置1臺接入PE，接入所屬地市公司。110/35 kV變電站/營業(yè)廳和供電所規(guī)劃配置1臺接入PE，接入所屬地市公司或者縣公司。接入CE采用MCE方式實現站點不同VPN業(yè)務接入，接入拓撲圖如圖4所示。

圖4 220/110/35 kV變電站、營業(yè)廳、供電所接入網絡拓撲圖Fig.4 The access network topology of220/110/ 35 kV substation/Business Hall/Power Station

3.3 路由協議

3.3.1 自治域AS的考慮

國網數據通信骨干網延伸網絡中，核心和骨干節(jié)點PE均納入國網AS 64600域中，各地市級城域網自成一個自治域，同時各地市級CE設備自成一個自治域。國家電力數據通信骨干網與地市數據通信網為AS域間關系。

3.3.2 域內路由協議IGP

域內路由協議在網絡中起著連通骨干、路徑選擇和自動路由迂回的作用。網絡IGP路由協議統一設計，本期推薦采用IS-IS協議作為IGP協議。

3.3.3 域間路由協議EGP

自治域系統之間使用的路由協議為外部網關協議EGP。外部網關協議EGP主要是傳統的外部網關協議EGP、邊界網關協議BGP。

傳統EGP不支持環(huán)路拓撲結構，即使在網絡拓撲是穩(wěn)定的情況下，也經常傳送全部路由表。BGP是基于策略的路由，支持路由地址總結，連接比較可靠，使用觸發(fā)式更新，僅修改更新部分，支持地址聚集特性，有助于節(jié)約C類IP地址資源。不同版本的BGP通過談判特性可以相互支持，互操作性、兼容性較好。因此，地市數據通信網與國家電力數據通信網絡域間路由協議宜選擇BGP-4協議。

為了支持基于MP-BGP的MPLSVPN，在PE—PE之間還必須運行MP-BGP（BGP多協議擴展），主要用于承載網絡中MPLSVPN私網路由。

3.3.4 路由反射

為減少核心PE和骨干PE的IBGP連接數量，減輕核心PE和骨干PE設備的負擔。在省公司和荊州備調各配置1臺單獨的RR路由反射器，作為國網及省公司AS域的路由拓撲計算與分發(fā)。

各地市級城域網由城域網核心PE兼作RR路由反射器，作為地市公司及所轄縣公司業(yè)務接入時路由拓撲計算與分發(fā)。

3.4 MPLS VPN設計及業(yè)務接入方案

3.4.1 MPLS VPN技術選擇

本網絡采用MPLS VPN技術實現業(yè)務的安全隔離。MPLS VPN可以簡化對用戶端設備的需求和用戶管理、維護Intranet/Extranet的復雜性，每個CE僅需要維持一個到PE的路由交換協議，CE間的路由交換、傳輸控制、路由策略由運營商根據VPN用戶的需求來實施。由于BGP的策略控制能力很強，隨之而來的是VPN用戶路由策略控制的靈活性。

3.4.2 MPLS VPN優(yōu)點

MPLS VPN技術具有如下優(yōu)點。

（1）能提供QoS保證

主干MPLS網絡可以以面向連接的方式提供集成服務，也可以通過劃分類以面向無連接的方式提供差分服務，另外，還可以通過流量工程技術間接地為QoS的實現提供一定的資源保障。

（2）安全性較高

在PE上，各VPN路由通過VRF來隔離，也具有較好的安全性。

（3）可擴展性好

MPLS VPN通過兩層標簽棧區(qū)分域內路由和VPN路由，使網絡具有較好的可擴展性。

3.4.3 業(yè)務接入方案

本期業(yè)務接入采用MCE接入方式，MCE接入方式中CE、PE之間具有路由器功能豐富，擴展能力強，網絡結構層次清楚，維護簡單，交換機、路由器之間可以運行動態(tài)路由協議，網絡的自愈能力強等優(yōu)點。

3.4.3.1 MCE接入

本工程在核心層節(jié)點均應配置2臺支持Multi-VRF功能的三層交換機/路由器作為MCE，分別與2臺核心或骨干PE互連，各部分功能如下：

（1）PE是骨干網MPLS域的邊緣，MCE是本地局域網接入MPLS VPN的網關；

（2）PE和MCE之間采用動態(tài)路由，保證連接的可靠性。

（3）PE和MCE均支持Multi-VRF功能隔離VPN路由信息并進行VPN路由信息交換。

（4）在MCE接入側，不同業(yè)務可以在一臺支持Multi-VRF功能的交換機/路由器上實現隔離：將不同的業(yè)務（VPN）設置在不同的VLAN中，MCE與PE交換VPN路由表（VRF），為不同的業(yè)務提供單獨的VPN路由轉發(fā)表，并通過它與PE對應的VRF進行路由交換，實現端到端的MPLS/VPN的解決方案，實現本地VPN隔離，但全網同一VPN可以自由通信。即在MCE接入側，利用VLAN以及Multi-VRF功能做到物理隔離。核心、骨干節(jié)點業(yè)務接入示意圖如圖5所示。

圖5 核心/骨干節(jié)點接入示意圖Fig.5 The access node schematic of core/backbone node

采用雙PE和雙CE的全冗余連接結構，CE和PE之間采用動態(tài)路由協議，實現負荷分擔和鏈路備份，可以用來保證關鍵業(yè)務的可靠性。

3.4.3.2 VLAN接入

實際上，在各節(jié)點處本工程的MCE一般不都直接與業(yè)務主機（服務器）連接，中間大多經過一些級聯的交換機，則：MCE交換機把每個VPN捆綁到相應的VLAN中，通過802.1Q trunk的方式把VLAN的劃分傳遞到局域網二層交換機上，通過VLAN技術進行業(yè)務隔離；在用戶接入端將該用戶劃入二層交換機的某個VLAN，通過802.1Q Trunk鏈路上聯到MCE，MCE將802.1Q Trunk端口的VLAN對應到其相應MPLS VPN的VRF，最終實現隔離VPN路由信息的功能，由此也將MPLS PE的VRF VPN范圍擴展到了接入層設備和客戶桌面系統。通過VLAN-VRF的對應，單個業(yè)務系統可以在整個網絡中保持連通，但由于不同業(yè)務采用不同VRF配置，彼此在路由上完全隔離。

因此，在城域網中利用802.1Q標準的VLAN技術實現各業(yè)務系統之間的安全隔離。

利用VLAN技術實現不同業(yè)務的隔離時，不宜采用普通三層交換機。主要是普通三層交換機只支持一個路由轉發(fā)表，要在用戶端區(qū)分屬于不同VPN的用戶，要么設置成一臺純粹的二層交換機運行，要么每臺交換機只能接入同一個VPN用戶，每增加一個VPN就需增加一臺三層交換機。城域網業(yè)務接入示意圖如圖6所示。

圖6 業(yè)務接入示意圖Fig.6 The data access node schematic

3.5 MPLS流量工程、MPLS快速重路由

MPLS流量工程（MPLS-TE）利用可用資源沿鏈路建立標簽交換路徑（LSP），從而確保始終為特定流提供有保證帶寬，以避免在穩(wěn)定或故障情況下出現擁塞。MPLS快速重路由技術（FRR）形成快速的自愈保護方式，本工程中可以對重要的業(yè)務實施MPLS快速重路由技術，以減少重要業(yè)務中斷時間。

3.6 資源規(guī)范

3.6.1 IP地址規(guī)劃

根據國網統一規(guī)劃IPv4地址資源方案如下，各省數據通信網業(yè)務IPv4地址取值范圍及分配方案如下：（1）要求各省使用B類（X.Y.0.0/16）作為業(yè)務IP地址范圍；（2）IPv4地址的第一個八位位組用于表示網絡設備或業(yè)務VPN域，具體分配方案參見表1；（3）IPv4地址的第二、三、四個八位位組取值范圍1～254。

根據國網統一規(guī)劃，湖北公司第二個八位位組為54、55。

第三個八位位組一期規(guī)劃分配范圍為0～143，其中省公司規(guī)劃分配16個位組，其它各單位規(guī)劃分配8個位組，另144～255范圍預留。

例如：湖北電力視頻VPN使用29.54.0.0/16和29.55.0.0/16兩個B類地址；湖北電力語音VPN使用30.54.0.0/16和30.55.0.0/16兩個B類地址。

3.6.2 BGP AS參數規(guī)劃

根據國網統一規(guī)劃，湖北電力一級業(yè)務VPN AS號分配為54676～54435；湖北電力二級業(yè)務VPN AS號分配為34676～34435；省/地市VPN AS規(guī)劃分配為19400～19351。全省各地市級PE/CE設備AS號規(guī)劃見表2。

表2 全省各地市級PE/CE設備AS號規(guī)劃Tab.2 The planning AS number for Municipal PE/CE devices

4 傳輸通道組織

湖北電力數據通信網優(yōu)化改造，采用IP over OTN/SDH技術體制組網。國網數據通信骨干網延伸中，骨干PE與省公司核心PE采用1路10GE（OTN承載）+1路622 Mbps（省10 Gbps網承載）鏈路互聯，另一臺骨干PE與荊州備調核心PE采用1路2*GE（OTN承載）+1路155 Mbps（省10 Gbps網承載）鏈路互聯。保證傳輸通道的雙平面冗余配置。

地市級城域網中，骨干PE與2臺核心PE分別采用1路155 Mbps（通信城網承載）鏈路互聯。

5 結語

湖北電力數據通信網優(yōu)化后，網絡拓撲簡潔、結構層次清晰、IP地址及協議參數統一規(guī)劃、骨干層網絡帶寬擴展了約14倍、便于維護和管理，能夠滿足未來電力各級業(yè)務應用的承載需求，能進一步推動電力信息通信新技術新應用的部署和落實，增強數據通信網絡的優(yōu)質服務水平[3]。

（References）

[1]尹薇薇.杭州電力數據通信網建設方案研究[J].電力信息與通信技術,2014,12(10):31-36.

YIN Wei-wei Research on Construction of Hangzhou Power Data Communication Network[J].Electric Power Information And Communication Technology,2014,12(10):31-36.

[2]曹盛.省級電力數據通信網優(yōu)化方案研究[J].科技資訊,2015（20）:26-27.

CHAO Sheng Research on the optimization of provincial data communication network[J].Science and Technology Informa?tion,2015（20）:26-27.

[3]段敬，張淑娟.山西電力骨干數據通信網優(yōu)化方案研究[J].山西電力,2011（5）:54-58.

DUAN Jing，ZHANG Shu-Juan.Research on the Optimization of Shanxi Power Backbone Data Communication Network[J]. Shanxi Electric Power,2011（5）:54-58.

Research on the Optimization of Hubei Electric Power Data Communication Network

LUO Renhua1，YANG Shan2,HU Wei1，ZHOU Zhijun1
(1.Hubei Electric Power Survey&Design Institute,Wuhan Hubei 430040,China; 2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China)

In order to meet the needs of seamless connection with the State Grid data communica?tion backbone network,the whole network security force,end to end service control and emergency response,promote the application of concentrated load and new technology application deployment, Hubei power data communication network is the platform of Hubei Electric Power Corporation. Tthis paper analyzes the current situation and problems of Hubei power data communication net?work,and analyzes the differences to the unified planning of State Grid Corporation.It presents the optimization ofprinciple of reformation,the structure of network,IP address,routing protocol, autonomous system etc.After optimization,network topology is simple,clear hierarchy,IP address and protocol parameters of unified planning,core network bandwidth expansion of about 14 times, it is convenient for maintenance and management,which can meet the needs of the power supply at all levels of business applications in the future.

data communication network;network optimization;routing protocol;multiple protocol label switch;virtual private network

TN915.853；TM76

A

1006-3986(2016)04-0050-07

10.19308/j.hep.2016.04.012

2016-03-05

羅仁華（1983），男，湖北武漢人，工程師。