基于“大二層”的電力用電信息采集網絡解決方案

王衛華

（安徽繼遠軟件有限公司，合肥 230088）

基于“大二層”的電力用電信息采集網絡解決方案

王衛華

（安徽繼遠軟件有限公司，合肥 230088）

目前用電信息采集業務數據承載網一般采用基于xSTP/RRPP協議的傳統二層組網模式，雖在一定程度上滿足了業務需求，但隨著業務的深入開展，其可靠性差、擴展性不足等弊端日益凸顯。文章提出了采用“大二層”網絡技術，構建安全可靠、易擴展的電力用電信息采集網絡解決方案，為用電信息采集網絡的升級改造提供參考。

用電信息采集網絡；xSTP/RRPP；大二層

1 方案背景

根據國網公司規劃，至“十二五”末期，國網將實現對直供直管區域內所有用戶的“全覆蓋、全采集、全費控”。目前國網公司系統內27個省級單位（含直轄市、自治區）的采集系統已基本建設完成。

用電信息采集系統是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監控的系統[1]，主要由智能采集終端、數據通信網絡及數據采集平臺三部分組成。其中數據通信網絡是確保用電信息采集系統安全、可靠運行的重要基礎，通信方式目前主要以有線通信為主，無線通信作為補充，其中，有線通信方式主要采用光纖通信[2-3]。

用電信息采集系統一般采用主站集中部署模式，其數據承載網絡利用地區通信光纖資源，通過交換機組建光纖通信環網，網絡按照核心、接入兩個層次進行規劃。網絡核心層交換機上部署用電采集業務網關，并透傳業務VLAN至接入層交換機，運行xSTP或RRPP等協議避免網絡環路。末端網絡采用EPON接入方式，在各接入站點下掛OLT設備，用戶側采用雙PON口的ONU設備分別與兩個不同站點的OLT設備互聯，實現“手拉手”保護模式，用電信息采集網絡組網拓撲如圖1所示。

目前，用電信息采集數據承載網絡采用傳統的xSTP/RRPP等協議進行二層組網，雖在一定程度上滿足了業務需求，但隨著用電信息采集業務的深入開展，其存在的弊端也逐漸顯現出來。主要體現在以下幾個方面：

（1）傳統二層組網模式協議運行復雜，不宜維護，且存在兼容性、可靠性差等問題。如規劃或操作不當，極易出現網絡環路，導致網絡運行不穩定。

圖1 用電信息采集網絡組網示意圖

（2）現有的網絡規劃雖考慮了鏈路冗余，但不支持鏈路負載均衡。對冗余鏈路的利用不夠充分，無法充分利用已有的光纖鏈路資源。

（3）傳統二層組網規模受節點數量[4-5]、MAC地址數量、VLAN數量等因素制約，無法支撐大規模二層網絡，擴展性不足。

鑒于目前用電信息采集網絡存在的以上問題，本文提出了一種新的解決方案，以消除網絡缺陷，同時提升網絡的可靠性和可擴展性，滿足用電信息采集業務的未來發展需要。

2 方案概述

在基于EPON實現的用電采集通信網中，采用雙PON口的ONU設備需要分別與2個接入站點的OLT設備進行互聯，實現“手拉手”保護模式。為實現ONU設備在線路發生倒換后下連的集中器仍能與業務網關進行通信，就必須要求數據承載網絡采用二層組網模式，將業務網關集中部署在中心站節點上。

隨著用電信息采集業務的逐漸深入開展，用電信息采集網絡的規模將逐漸擴大，承載的用戶終端數量也將逐年增加。傳統用電信息采集二層組網模式，已不能滿足用電信息采集業務未來發展需要。

VxLAN[6]（Virtual eXtensible Local Area Network，虛擬可擴展局域網）是一種隧道封裝技術，采用MAC in UDP的封裝方式來延伸二層網絡，在三層網絡之上建立二層網絡隧道，從而實現跨地域的二層網絡互連。只要物理網絡支持IP轉發，所有IP路由可達的終端用戶之間就可建立一個大范圍的二層網絡。用戶可按需規劃自己的二層虛擬網絡，而不需要考慮物理網絡中IP地址和廣播域的限制。

基于VxLAN技術構建的“大二層”數據承載網絡，具有可跨越三層網絡、隧道透明、天然無環路、支持ECMP（多等價路徑負載均衡）、超大規模邏輯網絡、多租戶用戶隔離等特點，適用于構建用電信息采集“大二層”網絡。

解決方案充分利用地區通信網中豐富的光纖鏈路資源組建可靠網絡拓撲，通過VxLAN技術構建了用電信息采集“大二層”數據傳輸網絡，各站點之間采用三層組網模式，運行動態路由協議，通過虛擬隧道實現各站點之間的二層網絡互通，徹底消除二層網絡環路，支持任意兩個站點之間形成EPON組網的“手拉手”保護模式。同時，解決方案無需改變原有網絡核心業務網關部署方式及站點OLT接入方式，在不影響現有業務正常運行的情況下，實現網絡的平滑遷移。基于VxLAN的用電信息采集“大二層”網絡示意圖如圖2所示。

圖2 用電信息采集“大二層”網絡示意圖

3 方案特點

（1）高效轉發。網絡中每臺設備都以自身節點作為源節點，基于最短路徑算法計算到達其他所有節點的最短路徑，如果存在多條等價鏈路，可實現流量的負載分擔，能夠充分利用網絡帶寬。

（2）可靠性強。各站點間采用三層組網模式，運行動態路由協議，通過虛擬隧道實現各站點之間的二層網絡互通，徹底消除二層網絡環路，支持任意兩個站點之間形成EPON組網的“手拉手”保護模式，網絡可靠性增強。

（3）快速收斂。采用路由協議生成轉發表項，在網絡出現節點或鏈路故障的情況下，可在200ms以內完成網絡收斂。

（4）易于擴展。對網絡組網拓撲無特殊要求，可依據地區通信光纖資源組建環網狀可靠拓撲。VxLAN使用24位標識符，支持224個VxLAN，可以解決傳統二層網絡VLAN資源短缺的問題。

（5）平滑演進。原有網絡核心業務網關部署方式及站點OLT接入方式保持不變，無縫接入“大二層”網絡，在不影響現有業務正常運行的情況下，實現網絡的平滑遷移。

4 結束語

用電信息采集系統的建設是堅強智能電網建設的重要內容，也是支撐階梯電價執行的基礎條件。文章提出的解決方案基于VxLAN技術構建用電信息采集“大二層”數據通信網絡，具有可靠性高、擴展性強、高效轉發、快速收斂以及平滑演進等優勢，能夠較好地解決當前用電信息采集網絡面臨的可靠性與擴展性不足等問題，可為后續用電信息采集系統網絡的升級改造提供參考。

[1] 國家電網公司．Q/GDW 373--2009電力用戶用電信息采集系統功能規范[S]．北京：中國電力出版社，2009

[2] 李寧．遼寧省電力用戶用電信息采集系統改造及效益分析[D]．華北電力大學，2014

[3] 康麗雁，張冶，蔡穎凱．電力用戶用電信息采集系統在智能電網中的應用[J]．東北電力技術，2013, 34(07):50-52

[4] 王作芬，王芙蓉．以太網交換機中生成樹協議的實現[J]．數據通信，2000(4):54-56

[5] 張勁松．以太網交換機快速生成樹協議的研究與實現[D]．西南交通大學，2005

[6] 霍天一．VXLAN技術的研究與測試方案[D]．西安電子科技大學，2015

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.10.003

TM73文獻標示碼：A

1672-7274（2017）10-0009-02