變電站現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)研究

焦泳霖，李靈彥，吳 昊

（通用技術(shù)集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 高密 250031）

0 引 言

變電站是電能傳送的關(guān)鍵載體，為了滿(mǎn)足智能電網(wǎng)綜合發(fā)展需求，要對(duì)其通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式展開(kāi)深度研究，以提高系統(tǒng)和變電站之間信息交互的質(zhì)量，維持綜合發(fā)展規(guī)劃的可行性和穩(wěn)定性[1]。

1 變電站現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1.1 二級(jí)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

所謂二級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，主要指的就是建立接入+匯聚的通信模式，其中匯聚層能借助對(duì)應(yīng)的技術(shù)模式和應(yīng)用流程完成子系統(tǒng)業(yè)務(wù)流的集成化管理，并且建立統(tǒng)一的承載機(jī)制，這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中的成本支出問(wèn)題[1]。與此同時(shí)，二級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)模式能將子系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)流的相關(guān)內(nèi)容予以匯總，打造承載全網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)的結(jié)構(gòu)模式。例如，匯聚交換機(jī)就能完成接入層流量匯總、管理層網(wǎng)狀互聯(lián)、業(yè)務(wù)區(qū)分以及優(yōu)先級(jí)控制等，匹配VLAN技術(shù)完成系統(tǒng)隔離處理[2]。但是，二級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)依舊存在精細(xì)化業(yè)務(wù)區(qū)分不足的問(wèn)題，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)能力有限，大大限制了網(wǎng)絡(luò)靈活性[2]。

1.2 基于SDN網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

近幾年，基于SDN建立的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不僅能建立完整的集中控制模塊，還能配合開(kāi)放接口可編程要求打造完整的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)結(jié)構(gòu)，為變電站現(xiàn)場(chǎng)通信平臺(tái)應(yīng)用提供保障[3]。平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于SDN網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.1 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)功能

從邏輯層面分析，借助集中控制的手段就能獲取全局信息，并且結(jié)合具體業(yè)務(wù)需求建立全局調(diào)配和優(yōu)化方案。從虛擬化功能層面分析，基于SDN網(wǎng)絡(luò)能建立更加透明化的處理模式，并且能結(jié)合業(yè)務(wù)生成過(guò)程、配置過(guò)程以及刪除隔離過(guò)程滿(mǎn)足資源的針對(duì)性供給處理[4]。從對(duì)接處理層面分析，利用無(wú)縫對(duì)接的方式維持應(yīng)用模塊、業(yè)務(wù)模塊以及網(wǎng)絡(luò)模塊的綜合效果，保證網(wǎng)絡(luò)深度感知業(yè)務(wù)的同時(shí)，也能借助業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)維持網(wǎng)絡(luò)配置的合理性[5]。

1.2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

依據(jù)變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)要求和IEC61850通信規(guī)約自動(dòng)化系統(tǒng)要求，要建立基于SDN的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)管平臺(tái)，結(jié)合應(yīng)用子系統(tǒng)及業(yè)務(wù)類(lèi)型虛擬網(wǎng)絡(luò)匹配對(duì)應(yīng)的控制單元，從而滿(mǎn)足數(shù)據(jù)交互的需求。需要注意的是，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，建立接入模式匹配核心模式的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能在提升分布式處理效率的同時(shí)，保證主備倒換的及時(shí)性和科學(xué)性，為滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性需求提供保證[6]。

在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)上，SDN還能完善三層通信協(xié)議的處理效果，并打造4層到7層的信息協(xié)議處理控制機(jī)制，建構(gòu)業(yè)務(wù)感知模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，為更好地融合ICT創(chuàng)設(shè)良好的平臺(tái)[7]。

2 變電站現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 業(yè)務(wù)流整合算法

為了提升業(yè)務(wù)流節(jié)點(diǎn)處理和流量調(diào)度的合理性，要對(duì)具體業(yè)務(wù)予以標(biāo)記和標(biāo)識(shí)，完整的流量調(diào)度是控制流量識(shí)別效果的關(guān)鍵，基于此建立業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的通信網(wǎng)絡(luò)模式，才能更好地優(yōu)化平臺(tái)化通信網(wǎng)絡(luò)精度識(shí)別效果。利用聚類(lèi)的觀點(diǎn)計(jì)算分析數(shù)據(jù)集合自然簇，尋找數(shù)據(jù)的特性和相似性，滿(mǎn)足業(yè)務(wù)整合優(yōu)化的基本需求[8]。

2.1.1 建 模

（1）完成流量預(yù)處理，借助網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和屬性參數(shù)完成定義并著重關(guān)注流截取內(nèi)容，將終端中第一個(gè)TCP/UDP數(shù)據(jù)包作為開(kāi)始點(diǎn)，并依據(jù)本條流的方向評(píng)估數(shù)據(jù)包，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)若是沒(méi)有捕獲RST/FIN數(shù)據(jù)包，則認(rèn)定本條流已經(jīng)結(jié)束[9]。

（3）要完成特征的選擇，借助分析過(guò)程評(píng)估數(shù)據(jù)屬性，然后獲取數(shù)據(jù)內(nèi)在特征和結(jié)構(gòu)更加類(lèi)似的節(jié)點(diǎn)，結(jié)合變電站業(yè)務(wù)要求完成特征子集的評(píng)估。最佳特征子集見(jiàn)表1。

表1 最佳特殊子集一覽表

2.1.2 仿真分析

為了全面分析變電站現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)應(yīng)用的合理性，要匹配層次化聚類(lèi)內(nèi)容，結(jié)合編程方式，按照聚類(lèi)算法完成數(shù)據(jù)對(duì)比[6]。節(jié)選不同的時(shí)間和地點(diǎn)，借助網(wǎng)絡(luò)流量識(shí)別分析系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)予以測(cè)試分析，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)集，然后結(jié)合算法的具體內(nèi)容，了解變電站平臺(tái)化現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性。

2.2 ICT網(wǎng)關(guān)路由器

目前，變電站現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系中，要想全面推廣變電站ICT依舊存在一些瓶頸。一方面是因?yàn)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)之間層級(jí)關(guān)聯(lián)度有限，使得信息的傳輸和信息的處理分別列屬在不同模塊，這就大大降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性。另一方面虛擬網(wǎng)絡(luò)機(jī)制本身就會(huì)減少變電站不同應(yīng)用系統(tǒng)信息交互共享的數(shù)量，造成運(yùn)維負(fù)荷超標(biāo)。基于此，要想推進(jìn)ICT應(yīng)用，就要結(jié)合SDN，發(fā)揮其網(wǎng)絡(luò)虛擬化和集中控制等優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)更加滿(mǎn)足實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)組件應(yīng)用規(guī)范的運(yùn)行規(guī)劃。

第一，優(yōu)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)多播通信流量方案。多數(shù)變電站系統(tǒng)都存在終端地理位置集中且數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)，因此要結(jié)合開(kāi)發(fā)控制器對(duì)流量進(jìn)行優(yōu)先處理，建構(gòu)以Dijsktra算法為核心的多播生成樹(shù)，從而維持終端尋址的合理性。

第二，在建立對(duì)應(yīng)組后要結(jié)合交換機(jī)映射關(guān)系完成管理列表的控制，配合MAC地址完成不同業(yè)務(wù)分析工作。控制器接收到具體的消息，利用匹配的元件模塊完成消息的解析，評(píng)估目的地址是否為組播IP，若是組播IP，則要聯(lián)系業(yè)務(wù)多播組件，并且獲取最終終端交換機(jī)的數(shù)據(jù)集合參數(shù)。若不是組播IP，則正常處理。完成計(jì)算源交換機(jī)的應(yīng)用工作，下發(fā)流表，評(píng)估交換機(jī)是否是邊緣交換機(jī)，若是邊緣交換機(jī)，在下發(fā)流表時(shí)將目的地址設(shè)置為組播IP，廣播流量和交換機(jī)進(jìn)行終端的直聯(lián)。若不是邊緣交換機(jī)則在下發(fā)流表時(shí)，單播流量直接跳轉(zhuǎn)到交換機(jī)的端口位置[10]。

3 結(jié) 論

在變電站平臺(tái)化現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，要對(duì)基礎(chǔ)算法予以改進(jìn)升級(jí)，設(shè)置基于SDN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保時(shí)鐘同步流量?jī)?yōu)化和可控多播構(gòu)建等工作都能順利開(kāi)展，為通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性應(yīng)用提供保障，促進(jìn)變電站健康可持續(xù)發(fā)展。