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智能电的络通信架构及关键技术

时间:2019-05-22 00:27:32 来源:互联网 阅读:0次

智能电的络通信架构及关键技术

4 .承载电力系统多业务平台的骨干技术

电力数据络和电力信息络是电力行业的专用骨干,它是智能电的信息高速公路,承载主要数据流量,为保证信息流和业务流畅通无阻,首先必须建设一个健壮的(Robust)电力骨干数据络,坚强智能电对电力数据的要求主要集中在两个方面:一是对安全提出了更高的要求,电力骨表1络成分广域(WAN)IP、DWDM智能电的络技术架构应用说明提供电力数据(骨干)、因特的络互联和路由等功能骨干中提供标记交换,隔离不同业务的流量保护原有投资技术,已逐渐退出应用为接入城域、广域提供物理通道可用于LAN(以太)接入城域以无线方式接入广域无源光络,提供光纤接入方式电力企业的Intranet电厂、变电站等生产控制领域电厂、变电站等生产控制领域IED设备互连用于计量、仪表数据采集等数据的传输输、配电、用电侧的数据采集、监测和监控设备巡检中标签数据的采集智能化住宅小区,提供家庭用户的光纤接入提供驻地及用户家庭络接入,远程抄表、因特接入用户驻地或家庭络接入,远程抄表用于HAN中智能家居,家电控制可采用的络技术MPLS、MPLSVPNATMSDHMSTPGPRSPONIEEE802.3、802.1d、802.1qRS-485、PROFIBUS等传统的现场总线工业以太(802.3、802.1d、802.1q)N-PLC、B-PLC/BPL(窄带、宽带电力线载波通信)无线传感器络(802.15.x)物联、RFIDPON/EPON/FTTH接入(AN)企业本地(LAN)现场区域(FAN)用户驻地及家庭络(HAN)N-PLC、B-PLC/BPL无线局域802.11无线传感器络(802.15.x)干在安全性建设方面一直比较重视,安全性是另一个专题,本文不打算在这方面展开讨论;二是对络的可靠性、可用性和服务质量(QoS)保证提出了更高的要求。

目前,电力骨干络中主要采用MPLS技术,电力行业采用MPLS有以下考虑:

(1)利用MPLSVPN对不同业务之间进行逻辑隔离,通过为不同的业务系统划分虚拟专用,有效隔离不同业务,保证业务的安全和可靠运行。

(2)简化中间结点:主要的分类和标记功能由边缘结点承担。络中心只需要按标记转发。

(3)针对不同业务需求提供服务质量保证,MPLS本身不是一种QoS体制,但可以在MPLS框架中实现IP层的QoS机制。通过将区分服务(DiffServ)的逐跳转发行为(PHB)与MPLS的标签绑定,MPLS域中路由器依据MPLS标签转发IP包,实现QoS策略。为了适应智能电更多实时性的互动流量的增长,本文主要强调骨干两个方面技术的深化应用:一是VPN的部属策略;另一个是流量工程的规划。

(4)细化VPN部属策略,以提供细分的业务隔离和对关键业务提供QoS保证随着智能电应用流量在种类和数量上的增长,必须对在同一骨干络上运行的不同业务系统和不同业务单位提供细化的隔离手段,可采用三层VPN对骨干络中承载的不同业务系统进行隔离,采用二层VPN技术对通过骨干连接的不同业务单位进行隔离。MPLS可提供二层和三层的VPN技术,以太的桥接协议(PBB)也可为广域提供二层的隔离VLAN。

这里以电力调度数据络为例,根据不同业务的实时性需求给出了一个粗粒度的VPN划分:

1)实时业务VPN:主要包括传输频度在秒级的数据,远动信息、如:络RTU、AGC/MGC、水调自动化、EMS系统之间交换的用于络分析的实时数据、电力市场实时数据等。

2)准实时业务VPN:如无功电压管理系统、地调供负荷计划数据、地方小火电发电计划数据和错峰预警信号等数据、电度量计费系统。

3)非实时业务VPN:继电保护及故障录波信号、调度生产运行报表等。调度数据作为生产类络,不允许承载对外的公访问流量,因此,不设置缺省业务流量,信息数据可以设缺省业务流量。

4)部属流量工程,优化络全局的抗拥塞和抗故障能力流量工程(TE)能够解决负载不均衡出现的拥塞问题,方法是使络流量同络拓扑相互匹配,从而提高络资源的利用率,传统IP络一旦为一个IP包选择了一条路径,则不管这条链路是否拥塞,IP包都会沿着这条路径传送,MPLS流量工程可以控制IP包在络中所走过的路径,这样可以避免传统路由协议的盲目行为,在建立路径时,就考虑流量的合理分布,实现络资源的合理利用。TE弹性属性决定在链路故障或结点失效时采取的策略。

当流量传输路径上发生故障时,需要解决以下几个基本问题:故障检测、故障通知、链路复原与业务恢复。如果流量主干流经的路径发生了故障,那么可以为它们指定许多恢复策略,下面给出的是一些可行的策略:

1)在结点之间配置有多条平行的路径,根据某种控制策略,发生故障时,使得在一条LSP失败后,其上的流量转移到其它的LSP上。

2)将流量主干重新路由到具有充足资源的路径上。如果没有所需的路径的话,则不进行重新路由。

3)考虑各种资源约束参数,将流量重新路由到任意一条可用路径上。骨干数据可采用类似种策略,即沿袭路径备份的策略,可以配置两条LSP,一条处于激活状态,另外一条处于备份状态,一旦主LSP出现故障,业务立刻导向备份的LSP,直到主LSP从故障中恢复,业务再从备份的LSP切回到主LSP。同时,要求络具有重路由的机制,以备需要时启动,MPLS络的RSVP-TE和CR-LDP均支持重路由机制。

5 .分布式传感器络

分布式传感器络在智能电中是大有用武之地的,它可以解决从电力系统远程监测、状态感知、远程控制,到用户侧的实时计量和智能家居交互。分布式的传感器络涵盖较为宽泛的络技术,但共同之处是设备基于嵌入式平台,计算资源有限,要求低能耗,数据量不大,在不易布线的环境下需要无线传输等。目前流行的TCP/IP是为了计算机之间共享资源而提出的,而传感器络则是面向监控的,在工业络中引入流行的TCP/IP和以太技术,是为了从其开放性、高带宽、低成本、建设和运维的简易性和扩展的灵活性等优点中获益。但同时也引入了过多的协议开销、分组交换的不稳定性,以及开放所带来的安全隐患。特别是,在面向数据采集和控制的智能传感器应用中,层层嵌套的协议首部在数据单元中所占比重过大,例如:常用的TCP-〉IP-〉以太协议装,带来额外20+20+18=58字节的协议首部,相对所发送的状态数据、控制数据等比重过大,此外,层层的协议处理也带来额外的处理延时,这对于计算资源有限、低带宽、低能耗的传感器络来说是不可忽略的。

本文从络通信协议栈的角度出发,把用于智能电的智能结点分为两类:

(1)需要端到端IP连接的设备:如变电站中的一些提供核心服务的IED、智能家居中的家庭关等。这类智能结点通常作为IP络中可访问的常规结点,需要完整的TCP/IP协议栈,但可以采用轻量级的IP协议。

(2)无需端到端IP传输的:如变电站中的现场层用于数据采集和控制的IED设备,智能家居中的被控设备结点等。这些结点通常只对本地提供访问,因此MAC层的寻址和接入控制功能就够用了,可采用精简的协议栈,将应用层直接映射到数据链路层,如图2(b)。

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