SDN網絡在電力信息網中的實踐

吳偉東

(國網黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

SDN網絡在電力信息網中的實踐

吳偉東

(國網黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

作為一種新型的網絡架構，SDN網絡控制集中、編程簡介、安全便捷，滿足了電力企業數據中心的網絡需求，為未來電力平臺數據的發展打好了基礎。通過介紹SDN網絡在電力信息數據平臺的應用，指出了基于SDN的電力信息網設計要點。

SDN；網絡虛擬化；電力信息網

1 SDN網絡在電力信息網中的應用

1.1 電力云數據服務

近些年來，云計算技術迅速發展，電力通信網絡以光為媒介，通信網絡的數據中心按照最大峰值配置靜態帶寬的形式進行互聯。數據中心的眾多服務器并非同時工作，而網絡帶寬是動態的，實際處于峰值的時間很短，這造成了網絡資源的浪費，軟件定義網絡能實現數據中心的動態變化，使接入點帶寬可以根據數據中心調整實際值，應用于電力光通信網中。SDN技術可以根據用戶帶寬的實時需求統一分配數據資源、計算資源和網絡帶寬資源，避免電信網絡的浪費，實現資源的動態分析和調度調整。按照服務特點分類，電力云數據中心有三種運營方式：基礎架構即服務、平臺即服務、軟件即服務。基礎架構即服務是其他層次的基礎，也是相對最簡單的，目前SDN網絡發展情況可以利用該服務類型實現服務虛擬化和云存儲。

1.2 電力光網絡和數據網的統一控制與協同

傳統的電力骨干通信網絡架構中，調度數據網、數據通信網和光傳送網是分離的，作為傳輸通道，光傳送網起到了數據傳輸的作用，是電力光網絡通信架構的基礎，但這種分離的網絡架構造成了帶寬資源的浪費與端到端數據業務的動態調度和自主管理。隨著云計算、數據倉庫、數據挖掘、數據虛擬化等新技術的出現，電力通信行業對電力數據網絡提出了新的要求，要求電力網絡從架構、速度、安全性、自主性等方面滿足信息化時代電力數據處理的需求。SDN技術實現了光傳送網和數據網絡的高度統一，減少了電力數據網絡擴容的成本，在軟件定義網絡中，光傳送網可以通過大顆粒流量的控制和疏通，控制過境流量的運輸路徑，降低了電力骨干通信網絡對路由器的容量要求，間接解決了網絡擴容的成本。另外，SDN控制器可以擴展OpenFlow協議，實現異構網的互通和資源調整，使管道服務具有智能化、自主性的特點。

1.3 網絡資源虛擬化

電力通信網絡使用的設備來源廣泛，各個廠家的設備簽署的管理協議不同，光網絡物理層技術具有復雜多元的性質，因此，跨廠家設備集中管理和業務調度成為阻礙電力通信網絡進一步發展的主要原因。SDN技術實現了網絡資源虛擬化，通過對電力數據的轉化與分離，創造了電力通信設備標準接口，實現了電力骨干通信網絡各分支與控制器的連接。網絡資源虛擬化還可以根據客戶的需求調度網絡資源，提高了接入和控制網絡資源的速度。網絡資源虛擬化的實現依托于SDN的物理網絡管理和網絡隔離工作，需要利用專門的中間層軟件——網絡虛擬化平臺完成，虛擬化平臺完成了物理網絡的管理和抽象虛擬化，是資源虛擬化的基礎，虛擬化平臺還可以隔離不同的用戶，保證用戶資源的獨立。

2 基于SDN的電力信息網設計要點

2.1 SDN控制平面

目前，主流的SDN控制平面為單一控制器控制平面，單一控制器控制平面高度依賴于控制器，在進行電力信息網絡設計時，設計師可根據自己的需求選擇相應的控制器，Big Now Controller Floodlight控制器支持跨平臺，且支持OpenFlow和其他接口，控制平面成熟度也很高。Beacon控制平面性能高且易于開發部署。opedaylight控制平面更貼近于各大廠商的設計理念且能支持開源社區。open contril控制平面能夠進行大規模網絡部署，且有冗余備份空間。還有電力網應用分布式控制平面，但目前還沒有完全成熟，大多數設計師難以把握此控制平面與SDN的原則沖突。SDN控制平面的設計分為硬件設計和軟件設計兩方面，硬件設計要求采用X86 構架的硬件平臺并設計外圍接口保證功能擴展。軟件設計要求設計中體現網元管理模塊、拓撲管理模塊和流管理模塊等。

2.2 SDN與光傳送網絡控制平面融合

SDN的應用要求光通信設備提高其可編程能力，為了適應更靈活、更開放、更高效的網絡發展需求，SDN架構中要引用一些靈活可編程的物理層技術，通過調節物理參數實現物理性能的實時監測，包括光收放器波長、輸入輸出功率、調制格式、信號速率及光放的增益等。具體融合過程分為三階段：第一階段為分布式ASON+統一網管，此階段要求規劃模擬工具與NMS的在線交互，接入本地算法，改編網絡拓撲結構，實現多線程多進程并行化，通過OpenFlow協議下發的控制指令可以受到光網絡的路由計算和保護，多核并行的服務器架構大幅度縮短了故障分析的時間。第二階段為分布式ASON+PCE，此階段要求轉移路由器計算功能到NMS系統外的PCE中，計算光波路徑與波長，并設計指令，全網路由的計算都通過PCE進行，網絡中設計兩套管理系統，一套用于給原有的NMS下達指令，另一套負責PCE系統，通過PCEP協議下達指令。第三階段為transport_sdn統一控制，此階段要將NMS系統的配置管理和性能管理功能抽象出來作為SDN的上層網絡，給原有的APP增加帶寬按需分配、光虛擬專用網等模塊，原SDN控制器增加多于協同與網絡虛擬化能力，完成網絡的全局優化。

2.3 SDN體系架構設計

SDN架構設計包括物理設施層和應用服務層，物理設施層由網元管理模塊、拓撲管理模塊和流管理模塊 3 個功能模塊及硬件設備抽象層接口集合而成，應用服務層由網絡監測模塊、資源管理模塊、服務質量模塊、PCE 路由模塊、安全管理模塊、虛擬化模塊等組成。其中物理設施層管理光網絡網元、流表和拓撲等信息的查詢，設計重點在于與南向接口和北向接口的連接，與南向接口的連接要注意時隙、端口、波長等顆粒度必須支持OpenFlow，與北向接口的連接要注意全局靜態拓撲的網絡能力必須合格。應用服務層的設計要重點關注安全性和狀態設置，還要對物理設施層的數據資源進行虛擬化，確保與光傳送網絡控制平面的融合。軟件定義網絡不僅要關注網絡控制層面的需求和特點，還要關注網絡轉發層面的特征對于數據緩存、媒體服務等功能的影響，要將原有架構的基本功能置于控制層面和轉發層面，將SDN的新型控制系統抽象化、集中化。

3 結語

信息化時代的到來使國內電力數據平臺的統一成為了可能，SDN網絡的開發也為電力平臺提供了強大的網絡基礎，電力通信網引入 SDN 技術，構建了新興的智能網絡，通過對數據的智能管理與控制，為解決光網絡中的實際問題提供了有益思路。但是SDN技術還不成熟，繁多的網絡協議加大了光路調節與數據交換的難度，在實際推廣中，應先在小范圍內應用，及時解決出現的問題，再大規模推廣。

[1] 邢寧哲，吳舜，萬瑩.SDN技術在電力企業數據中心應用的探索與研究[J].電信科學，2015，31(5)：158-164.

[2] 譚雄華.軟件定義網絡(SDN)在電力行業的應用[J].信息與電腦，2016，(16)：78-79.

[3] 王曉波，邰煒.軟件定義網絡(SDN)體系及其電力應用關鍵技術研究[J].信息化建設，2015，(11)：110-111.

[4] 劉碧丹.基于SDN的電力數據中心架構研究及性能分析[D].北京：華北電力大學，2015.

[5] 吳鵬，吳軍民，劉川.軟件定義網絡在電力數據通信網中的應用研究[J].信息技術，2014，(01)：52-55.

[6] 王毅，張寶英，王海.軟件定義網絡在電網企業的應用研究[J].電力信息與通信技術，2015，13(4)：73-77.

Practice of SDN network in electric power information network

WU Wei-dong

(State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China)

As a new type of network architecture, SDN has characteristics of centralized network control, brief programming and convenience, which can meet network needs for power enterprise data center and lay the foundation for the future development of power platform data. By introducing the application of SDN network in power information data platform, the key points of design of power information network based on SDN are pointed out.

SDN; Network virtualization; Power information network

G276

： A

： 1674-8646(2017)16-0056-02

2017-06-12