变电站现场通信网络架构及其关键技术研究

焦泳霖，李灵彦，吴 昊

（通用技术集团工程设计有限公司，山东 高密 250031）

0 引 言

变电站是电能传送的关键载体，为了满足智能电网综合发展需求，要对其通信网络架构模式展开深度研究，以提高系统和变电站之间信息交互的质量，维持综合发展规划的可行性和稳定性[1]。

1 变电站现场通信网络架构设计方案

1.1 二级现场网络平台

所谓二级通信网络，主要指的就是建立接入+汇聚的通信模式，其中汇聚层能借助对应的技术模式和应用流程完成子系统业务流的集成化管理，并且建立统一的承载机制，这就大大减少了网络建设过程中的成本支出问题[1]。与此同时，二级通信网络模式能将子系统通信业务流的相关内容予以汇总，打造承载全网综合业务的结构模式。例如，汇聚交换机就能完成接入层流量汇总、管理层网状互联、业务区分以及优先级控制等，匹配VLAN技术完成系统隔离处理[2]。但是，二级通信网络依旧存在精细化业务区分不足的问题，动态可重构能力有限，大大限制了网络灵活性[2]。

1.2 基于SDN网络平台

近几年，基于SDN建立的网络平台不仅能建立完整的集中控制模块，还能配合开放接口可编程要求打造完整的网络层级结构，为变电站现场通信平台应用提供保障[3]。平台结构如图1所示。

图1 基于SDN网络平台结构示意图

1.2.1 实现平台功能

从逻辑层面分析，借助集中控制的手段就能获取全局信息，并且结合具体业务需求建立全局调配和优化方案。从虚拟化功能层面分析，基于SDN网络能建立更加透明化的处理模式，并且能结合业务生成过程、配置过程以及删除隔离过程满足资源的针对性供给处理[4]。从对接处理层面分析，利用无缝对接的方式维持应用模块、业务模块以及网络模块的综合效果，保证网络深度感知业务的同时，也能借助业务动态维持网络配置的合理性[5]。

1.2.2 拓扑结构

具体拓扑结构如图2所示。

图2 拓扑结构示意图

依据变电站运维管理系统要求和IEC61850通信规约自动化系统要求，要建立基于SDN的现场通信网络运行监管平台，结合应用子系统及业务类型虚拟网络匹配对应的控制单元，从而满足数据交互的需求。需要注意的是，结合网络拓扑结构可知，建立接入模式匹配核心模式的二级网络结构能在提升分布式处理效率的同时，保证主备倒换的及时性和科学性，为满足网络实时性需求提供保证[6]。

在网络协议基础上，SDN还能完善三层通信协议的处理效果，并打造4层到7层的信息协议处理控制机制，建构业务感知模块和数据分析模块，为更好地融合ICT创设良好的平台[7]。

2 变电站现场通信网络关键技术分析

2.1 业务流整合算法

为了提升业务流节点处理和流量调度的合理性，要对具体业务予以标记和标识，完整的流量调度是控制流量识别效果的关键，基于此建立业务驱动的通信网络模式，才能更好地优化平台化通信网络精度识别效果。利用聚类的观点计算分析数据集合自然簇，寻找数据的特性和相似性，满足业务整合优化的基本需求[8]。

2.1.1 建 模

（1）完成流量预处理，借助网络节点和属性参数完成定义并着重关注流截取内容，将终端中第一个TCP/UDP数据包作为开始点，并依据本条流的方向评估数据包，在规定时间内若是没有捕获RST/FIN数据包，则认定本条流已经结束[9]。

（3）要完成特征的选择，借助分析过程评估数据属性，然后获取数据内在特征和结构更加类似的节点，结合变电站业务要求完成特征子集的评估。最佳特征子集见表1。

表1 最佳特殊子集一览表

2.1.2 仿真分析

为了全面分析变电站现场通信技术应用的合理性，要匹配层次化聚类内容，结合编程方式，按照聚类算法完成数据对比[6]。节选不同的时间和地点，借助网络流量识别分析系统对网络运行状态予以测试分析，获取试验数据集，然后结合算法的具体内容，了解变电站平台化现场通信网络的适应性。

2.2 ICT网关路由器

目前，变电站现场通信网络架构体系中，要想全面推广变电站ICT依旧存在一些瓶颈。一方面是因为信息网络和通信网络之间层级关联度有限，使得信息的传输和信息的处理分别列属在不同模块，这就大大降低了系统数据处理的时效性。另一方面虚拟网络机制本身就会减少变电站不同应用系统信息交互共享的数量，造成运维负荷超标。基于此，要想推进ICT应用，就要结合SDN，发挥其网络虚拟化和集中控制等优势，设计更加满足实际标准组件应用规范的运行规划。

第一，优化设计业务多播通信流量方案。多数变电站系统都存在终端地理位置集中且数据量小的特点，因此要结合开发控制器对流量进行优先处理，建构以Dijsktra算法为核心的多播生成树，从而维持终端寻址的合理性。

第二，在建立对应组后要结合交换机映射关系完成管理列表的控制，配合MAC地址完成不同业务分析工作。控制器接收到具体的消息，利用匹配的元件模块完成消息的解析，评估目的地址是否为组播IP，若是组播IP，则要联系业务多播组件，并且获取最终终端交换机的数据集合参数。若不是组播IP，则正常处理。完成计算源交换机的应用工作，下发流表，评估交换机是否是边缘交换机，若是边缘交换机，在下发流表时将目的地址设置为组播IP，广播流量和交换机进行终端的直联。若不是边缘交换机则在下发流表时，单播流量直接跳转到交换机的端口位置[10]。

3 结 论

在变电站平台化现场通信网络关键技术应用的过程中，要对基础算法予以改进升级，设置基于SDN的网络结构，确保时钟同步流量优化和可控多播构建等工作都能顺利开展，为通信网络实时性应用提供保障，促进变电站健康可持续发展。