電力通信數據網中MPLS技術的應用分析

徐 毅，袁保平

（國網安徽休寧縣供電公司，安徽 黃山 245400）

0 引 言

經濟水平的快速提高促進了科學技術的發展，根據研究表明，不管是網絡數據流量還是網絡規模都在大幅度增長。對于電力系統，技術人員較為注重ATM和IP之間的結合，并且對相關領域知識產生了濃厚的興趣，然而從目前的網絡技術角度上說，由于難以保證帶寬和時延等QoS要求，在視頻和語音等傳輸方面存在不足之處，再加上ATM的靈活性與效率難以達到預期標準，因此研發出了MPLS技術，以增強電力通信數據網的安全性與穩定性。

1 MPLS技術的基本原理

MPLS技術通過標簽引導可以將連接模式引入無連接網絡中，使網絡更加簡單明了，在降低復雜性和網絡成本的同時，對多種主流網絡技術起到兼容效果。MPLS技術可以稱為多協議標簽交換技術，可以結合數據鏈路層的交換與網絡層的轉發，完成多次交換的過程，極大程度上提高了轉發效率。標簽交換路由器簡稱為LSR，具有MPLS功能。此外，MPLS域的組成需要滿足兩方面條件，一方面是必須為相鄰的LSR，而另一方面是屬于同一管理域。數據流向從LSR1到LSR3等3個標簽交換路由器，其中LSR1是入口邊界，LSR2是內部，LSR3是出口邊界，根據各自的策略，數據流分組在LSR1被映射到相應的FEC，且每個都有對應的標簽進行綁定。在網絡層協議地址五元組中主要包括協議類型、目的端口、目的地址、源端口以及源地址5個方面，與映射策略具有緊密聯系。標簽分組與映射分組具有相同的含義，將標簽頭附加在數據分組前，通過標簽交換路徑，可以將標簽分組進行傳輸組成LSR[1]。

2 MPLS技術引入電力通信網中的必要性

MPLS技術結合ATM與IP的優勢，具有自己的獨特優勢，可以滿足電力通信網的需求。首先，MPLS支持Cos、QoS以及流量工程等，在提供面向連接的業務時，主要采用顯示路由和無連接的兩種方式，可以進行流量控制，完成數據傳輸，滿足傳輸業務的需求。通過流量工程和QoS保證，可以增強電力通信的實時性與可靠性，滿足電力通信的高要求。其次，MPLS可以兼容原本的技術，與鏈路層無關，可以對網絡資源和原有資源起到保護作用。在電力系統中，可以使用ATM和SDH等技術促進網絡的融合，增強互聯互通性，降低投資成本。再次，MPLS支持復雜的網絡結構，可以合理劃分網絡功能，在網絡邊緣處理復雜事物，而核心網的主要功能是負責傳送，可以保護IP協議，增強網絡擴展性，有效解決網絡擴容升級的難題。最后，MPLS適用于虛擬專用網。由于各個系統之間具有一定的專有性與私密性，因此需要建立專用網絡，實現安全隔離，滿足電網發展的客觀需求。此外，通過使用MPLS還可以為VPN提供保障，確保電力安全生產。

3 MPLS的關鍵技術

3.1 標 簽

在每個分組中，標簽是指具有固定長度的數據，可以進行轉發分組。在意義和數值上，一對LSR需要保持一致，上行LSR會接收到下行LSR所傳遞的標簽K，可以對正在通信的LSR發揮作用，并且一個標簽對應一對LSR，可以表示特定的FEC分組，其從上行流向下行。MPLS可以對PPP和太網幀等分組結構的標簽以及現有的幀進行支持添加，還可以利用標簽結構，包含在數據鏈路層中。此外，分組封裝的介質對標簽格式起著關鍵性作用，標簽格式一般將VCI和VPI數值作為ATM封裝的分組，并且將DLCI作為幀中繼PDU，若是介質封裝沒有內在標簽結構，則需要使用特殊數值進行填充。

3.2 標簽交換

從某種角度上說，交換過程可以看作為簡單的轉發過程，通過標簽交換機可以處理標簽。在LSP入口處，將標簽貼在分組上可以產生標簽堆棧，其深度為M，在接受和處理分組時，一般選擇中間MPLS節點處理堆棧的頂部標簽，還可以交換下行LSR新標簽[2]。

3.3 流量控制

在整個網絡中，若是使用傳統的IP網絡可能會過度利用某項資源，或者浪費閑置的資源，而使用MPLS可以控制IP包走過的路徑，防止在網絡中盲目運行，從而合理分配網絡資源。MPLS的流量管理機制主要包括路徑優級碰撞、故障修復、路徑備份、負載均衡以及路徑選擇等5個方面。

4 電力通信數據網中MPLS技術的應用

4.1 SCADA的應用

在電力市場中，電力專用通信網具有積極作用，其作為重要組成部分之一，肩負著傳遞大量信息的任務，可以確保高效傳輸自動化信息，加強行政管理，提高生產指揮和調度的水平。任務信息主要包括多媒體系統、Internet信息系統、會議電視系統、交互視頻、電力企業MIS、自動化應用業務、行政和調度電話、水文和水調信息、故障錄波信息、安裝自動裝置信息、調動自動化信息、電網遠程信息、計算機實時信息能量計費系統、生產實時信息、數據采集以及監控SCADA等。安全自動裝置信號、保護信號以及調度電話等重要業務對實時性與可靠性有較高要求，在電力通信網中占據一定數據流量，每個接入點都有對應的IP地址，由電力通信網進行分配，確保符合配電自動化要求。同時，對于通信系統而言，需要確保協議具有實時性，并可以容納1、2層協議。

傳統的IP網絡傳送模式基本上難以滿足電力業務的要求，而MPLS技術可以解決QoS問題，結合了流量控制和QoS能力，其處于1、2層協議之間，有利于容納協議，增強傳送的實時性，從而符合電力系統的需求。SCADA的主要職責是采集相關數據和有效控制系統，具有多種功能，如事故追憶、數據計算、告警處理、監視控制以及信息顯示等，為電網的安全運行提供了保障。在現代化電力系統中，主要應用分級調度控制，可以采集和監控數據并將其作為電網調度決策的參考。由此可見，在電網調度自動化中，SCADA是核心內容，對電網穩定運行具有實際意義。SCADA對通信具有一定要求，即使在緊急狀態下，也需要具有及時、準確以及可靠的特點，在電力事故中實現快速恢復與控制的目標。此外，SCADA接口需要具有良好的實時性、通用性以及開放性，以此滿足不同電網調度的需求。根據數據類型的不同，可以針對性采取接入方式，如可以直接接入網絡型的數據業務對QoS進行嚴格控制，以此獲得安全可靠的數據傳輸。

4.2 QoS方面的應用

MPLS域中QoS的主要來源為RSP V攜帶預定的標記信息，需要確保在網絡中運動信號的實時性與可靠性。電力系統四遙具有眾多要求，在傳送遙測信號時需要將時間控制在3 s內，并在4 s內完成遙調和遙控的傳送，在2 s內完成遙信變位傳送，另外地區級電網中需要在3 s內完成遙信變位傳送。根據服務等級數據流的不同，可以建立多樣化的LSP，將物理網絡劃分為虛擬網絡，從一個整體轉變為多個部分，分別對應QoS具有不同的信號源。在四遙信號的基礎上，工作人員需要指定主備用LSP，必須在業務開通之前或者是網絡建設之間完成，從而確保傳送信息的安全性與可靠性[3]。

4.3 ATM的應用

電力通信在電力行業中具有輔助性，由于投入資金的限制，使得新技術需要保護已有投資。根據業務的種類需要動態分配帶寬，通過采用ATM，可以滿足帶寬的不同需求。經過數十年的發展，已經建立了成熟的ATM標準制度用于建設廣域網。在實際應用中，國家公用通信網上應用了ATM技術，部分單位也正在建設電力系統，形成ATM網絡的應用體系，有利于實現IP over ATM。在建設電力專用通信網時需要將ATM寬帶網絡作為基本思路，由于對網絡的可靠性與安全性具有一定要求，因此一般邊緣采用MPLS，可以有效接入IP業務，而生產調動等重要部門需要采用ATM網絡，以確保滿足供電需求，實現安全生產，有利于接入多種綜合業務。

將MPLS技術應用在電力通信系統時需要注意以下幾點。第一，電力系統內部的人員需要分析當下的先進技術，研究其最新發展規律，加強與制作廠商之間的合作，從而研究出MPLS產品，并將其用于電力系統。第二，在新網絡規劃過程中，需要從大局出發，購買易于升級的設備，加強現有網絡與MPLS網絡之間的互通性，確保網絡資源可以獲得合理利用。第三，在電力系統發展過程中，需要加強建設智能大樓與互聯網業務，開展各種業務實驗，建立完善的信息網絡，為MPLS的網絡安全提供保障，使其符合技術標準相關規范，從而促進ATM與IP之間的融合[4,5]。

5 結 論

綜上所述，MPLS技術具有廣闊的發展前景，工程技術人員應當深刻認識將MPLS技術引入電力通信網中的必要性，不斷優化與完善發展模式，使其具有良好的QoS保證，支持多種業務，突出IP的靈活路由和流量控制的特點。同時，需要結合IP與ATM，優化電力通信網，促進MPLS技術的發展，使其綜合信息網絡，更好地滿足電力系統的需求。