變電站現場通信網絡架構及其關鍵技術研究

焦泳霖，李靈彥，吳 昊

（通用技術集團工程設計有限公司，山東 高密 250031）

0 引 言

變電站是電能傳送的關鍵載體，為了滿足智能電網綜合發展需求，要對其通信網絡架構模式展開深度研究，以提高系統和變電站之間信息交互的質量，維持綜合發展規劃的可行性和穩定性[1]。

1 變電站現場通信網絡架構設計方案

1.1 二級現場網絡平臺

所謂二級通信網絡，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應的技術模式和應用流程完成子系統業務流的集成化管理，并且建立統一的承載機制，這就大大減少了網絡建設過程中的成本支出問題[1]。與此同時，二級通信網絡模式能將子系統通信業務流的相關內容予以匯總，打造承載全網綜合業務的結構模式。例如，匯聚交換機就能完成接入層流量匯總、管理層網狀互聯、業務區分以及優先級控制等，匹配VLAN技術完成系統隔離處理[2]。但是，二級通信網絡依舊存在精細化業務區分不足的問題，動態可重構能力有限，大大限制了網絡靈活性[2]。

1.2 基于SDN網絡平臺

近幾年，基于SDN建立的網絡平臺不僅能建立完整的集中控制模塊，還能配合開放接口可編程要求打造完整的網絡層級結構，為變電站現場通信平臺應用提供保障[3]。平臺結構如圖1所示。

圖1 基于SDN網絡平臺結構示意圖

1.2.1 實現平臺功能

從邏輯層面分析，借助集中控制的手段就能獲取全局信息，并且結合具體業務需求建立全局調配和優化方案。從虛擬化功能層面分析，基于SDN網絡能建立更加透明化的處理模式，并且能結合業務生成過程、配置過程以及刪除隔離過程滿足資源的針對性供給處理[4]。從對接處理層面分析，利用無縫對接的方式維持應用模塊、業務模塊以及網絡模塊的綜合效果，保證網絡深度感知業務的同時，也能借助業務動態維持網絡配置的合理性[5]。

1.2.2 拓撲結構

具體拓撲結構如圖2所示。

圖2 拓撲結構示意圖

依據變電站運維管理系統要求和IEC61850通信規約自動化系統要求，要建立基于SDN的現場通信網絡運行監管平臺，結合應用子系統及業務類型虛擬網絡匹配對應的控制單元，從而滿足數據交互的需求。需要注意的是，結合網絡拓撲結構可知，建立接入模式匹配核心模式的二級網絡結構能在提升分布式處理效率的同時，保證主備倒換的及時性和科學性，為滿足網絡實時性需求提供保證[6]。

在網絡協議基礎上，SDN還能完善三層通信協議的處理效果，并打造4層到7層的信息協議處理控制機制，建構業務感知模塊和數據分析模塊，為更好地融合ICT創設良好的平臺[7]。

2 變電站現場通信網絡關鍵技術分析

2.1 業務流整合算法

為了提升業務流節點處理和流量調度的合理性，要對具體業務予以標記和標識，完整的流量調度是控制流量識別效果的關鍵，基于此建立業務驅動的通信網絡模式，才能更好地優化平臺化通信網絡精度識別效果。利用聚類的觀點計算分析數據集合自然簇，尋找數據的特性和相似性，滿足業務整合優化的基本需求[8]。

2.1.1 建 模

（1）完成流量預處理，借助網絡節點和屬性參數完成定義并著重關注流截取內容，將終端中第一個TCP/UDP數據包作為開始點，并依據本條流的方向評估數據包，在規定時間內若是沒有捕獲RST/FIN數據包，則認定本條流已經結束[9]。

（3）要完成特征的選擇，借助分析過程評估數據屬性，然后獲取數據內在特征和結構更加類似的節點，結合變電站業務要求完成特征子集的評估。最佳特征子集見表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場通信技術應用的合理性，要匹配層次化聚類內容，結合編程方式，按照聚類算法完成數據對比[6]。節選不同的時間和地點，借助網絡流量識別分析系統對網絡運行狀態予以測試分析，獲取試驗數據集，然后結合算法的具體內容，了解變電站平臺化現場通信網絡的適應性。

2.2 ICT網關路由器

目前，變電站現場通信網絡架構體系中，要想全面推廣變電站ICT依舊存在一些瓶頸。一方面是因為信息網絡和通信網絡之間層級關聯度有限，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數據處理的時效性。另一方面虛擬網絡機制本身就會減少變電站不同應用系統信息交互共享的數量，造成運維負荷超標。基于此，要想推進ICT應用，就要結合SDN，發揮其網絡虛擬化和集中控制等優勢，設計更加滿足實際標準組件應用規范的運行規劃。

第一，優化設計業務多播通信流量方案。多數變電站系統都存在終端地理位置集中且數據量小的特點，因此要結合開發控制器對流量進行優先處理，建構以Dijsktra算法為核心的多播生成樹，從而維持終端尋址的合理性。

第二，在建立對應組后要結合交換機映射關系完成管理列表的控制，配合MAC地址完成不同業務分析工作。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，評估目的地址是否為組播IP，若是組播IP，則要聯系業務多播組件，并且獲取最終終端交換機的數據集合參數。若不是組播IP，則正常處理。完成計算源交換機的應用工作，下發流表，評估交換機是否是邊緣交換機，若是邊緣交換機，在下發流表時將目的地址設置為組播IP，廣播流量和交換機進行終端的直聯。若不是邊緣交換機則在下發流表時，單播流量直接跳轉到交換機的端口位置[10]。

3 結 論

在變電站平臺化現場通信網絡關鍵技術應用的過程中，要對基礎算法予以改進升級，設置基于SDN的網絡結構，確保時鐘同步流量優化和可控多播構建等工作都能順利開展，為通信網絡實時性應用提供保障，促進變電站健康可持續發展。