安徽电力调度数据网优化设计

作者简介： 高夏生 （1963- ） ， 男， 安徽黄山人， 本科， 高 级工程师， 研究方向： 电力系统自动化 、 计算机及网络 、 信 息 安 全 ， （ 电 话） 13856048225 （ 电 子 信 箱 ） 13856048225@139.com。
划值、 负荷预测信息、 行波测距装置管理信息 、 全 ） 变电站统一时钟系统数据和电 球定位系统 （GPS 厂脱硫减排系统信息等。现有调度数据网除了上 述业务外， 还应考虑新增电网应急业务， 满足应 急指挥系统的应用需求， 此外还要为未来业务发 展必须预留充分的冗余度 。 三类业务的性质不 同， 要求也各异， 如实时业务对实时性要求较高， 对数据延时及抖动性要求严格， 其数据传输周期 至少设为秒级。另外两类业务对数据格式及流量 要求较高， 设计时必须满足可靠性和传输效率的 规定。由于调度数据业务影响到电力生产安全 、 电网运行安全 、 能量的有效管理等， 因此调度数 据业务对网络的实时性、 可靠性、 稳定性、 安全性 和管理性都有自身的需求。 2 调度数据网技术体制设计 根据上述业务需求，结合有关安全规定， 安 徽电力数据网技术设计遵循以下原则： “N-1” 的 电路可靠性原则； 接点可靠性原则； 双出口原则； 流量优化与时延原则等， 同时考虑到成本 、 可扩 可管理性 、 安全性 、 延迟性等因素， 本网综 展性 、 合上述要求采用了现今推崇的 IP over SDH 技术 体制， 此技术体制符合电力调度业务相对单一的 应用需求， 且具有网络结构简洁， 复杂度低， 运营 成本小， 传输效率高的优势， 此外， 其调度业务与 非调度业务之间因物理隔离而有利于网络系统
国家电网调度数据网(SGDnet)是电力调度生 产服务的专用数据网络， 是实现各级调度中心之 间及调度中心与厂站之间实时生产数据传输和 交换的基础设施， 是实现电力二次系统应用功能 [1] 必需的支撑平台 。安徽省特高压电网逐渐形成， 电力备用调度系统、应急指挥体系也逐步完善， 为适应智能电网的发展， 满足调度机构在正常运 行和应急状态下电网信息的需求， 同时为备调系 统及智能电网调度技术系统提供支撑， 安徽区域 建设一个安全可靠的二级电力调度数据网是顺 应传统电力输送网改造和电力发展模式转变的 客观需求和核心任务之一。 1 调度数据业务需求 目前安徽省电力调度系统数据业务大致可 分为三类： 实时业务、 非实时业务和应急业务。实 ） /能量管 时业务包括电力数据采集系统 （SCADA 理系统 （EMS ） 调度自动化实时信息 、 广域监测系 实时电力市场辅助控制信息 、 地 统(WAMS) 信息、 区集中监视控制中心和五防系统。非实时业务包 括电能量采集信息、发/送/受电及联络线交换计
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整体安全度。 系统在不同安全级别的业务之间， 调度数据 部署 VPN 以满 网采用了 MPLSL3VPN 隔离技术， 足业务系统的网络及信息安全要求 [2-3]。 MPLS L3 VPN 是服务提供商 VPN 解决方案中一种基 于 PE 的 L3VPN 技 术 ， 它 使 用 边 界 网 关 协 议 （BGP ） 在服务提供商骨干网上发布 VPN 路由， 使 用 MPLS 在服务提供商骨干网上转发 VPN 报文。 MPLS L3VPN 组网方式灵活 、 可扩展性好， 并能 够 方 便 地 支 持 MPLS QoS 和 多 协 议 标 签 交 换 （MPLS TE ） ，因此得到越来越多的应用 。 MPLS L3VPN 模型由三部分组成[7]： CE、 PE 和 P。 VPN 功 P 和 CE 路由器没有特别的 能由 PE 路由器提供， VPN 配置需求。 为了在运营商边缘设备 （PE ） 上识别不同的 VPN 信息， MPLS L3 VPN 提出了 VRF 的概念 。 VRF， VPN 路由转发实例 （VPN Routing&Forward－ ing ） 。 在 PE 上我们为每组 VPN 设定一个 VRF， 此 （VPN ） 路由 VPN VRF 中仅保存本路山转发实例 相关的路由信息， 彼此互相独立， 拥有各自的接 口表、 路由表、 标签表、 路由协议等。 当 PE 收到数 据报文后，根据该报文所属的 VRF 进行查找转 发， 不跨 VRF 转发， 实现了不同 VPN 间的隔离 。 通过在 PE 上划分不同的 VRF，相当于把一台路 由器虚拟成了几台路由器， 各自进行路由的学习 和维护， 彼此互不通信。三类业务 VPN 全网完全 VPN 内各节点却实现完全互通， MPLS VPN 独立， 部署方式的不同即可满足系统需求， 每个 VPN 实 MPLS LSR-ID 采用 loop－ 例分配一个私网标签， back 0 地 址 ， 公 网 标 签 分 配 协 议 选 择 MPLS 本数据网规划三类业务 VPN 如 LDP。根据需要， 下： 实时业务 VPN： vpn-rt 非实时业务 VPN： vpn-nrt 应急业务 VPN： vpn-e 在 MPLS/VPN 中 ， RD 是 用 来 区 别 不 同 的 VPN， 它包括在 VPN-IPv4 地址中， VPN-IPv4 地 址的格式为 RD+IPV4， 。这样每个 MP-BGP 上承 载的路由都实现唯一标识，即使不同 VPN 用户 的 IPV4 地址相同， 但只要它们的 RD 值不同， 也 可以正确区分。RD 用 8 个字节表示， 格式一般采 用 AS:NN。 在 MPLS/VPN 中， RT 用来控制 VRF 中路由 信息的进出。RT 格式为 AS:nn 。 对于以上 MPLS VPN 业务中的关键参数的
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SGDnet 安徽子区自治域内采用开放最短路 域内根据网络规模， 进一步分 径优先协议(OSPF)， [6] 区(分层)， 选择 OSPF 协议依据为 ： 1 ） 它是标准和开放的链路状态协议， 有利于 不同厂家产品的互操作性； 2 ） 其路由费用能满足综合度量的要求。提供 网络传输链路的通道具有多样性要求， 网络内的 路由选择既要依据路由器的跳数， 还应依据链路 的可靠性等参数； 3 ） 收敛速度较快， 满足调度数据网高性能的 要求； 4 ） 对网络带宽占用率较低， 可以尽可能降低 路由协议的业务开销对于网络带宽的占用率， 保 证把更多的带宽资源留给网络所承载的 IP 应用 业务； 5 ） 可以更好地支持 MPLS/VPN 的部署 [8]， 有 效地减少人工设置静态路由的工作量， 提高网络 可控制的范围； 的可管理、 6 ） 隐藏了其它区域的拓扑结构， 从而明显地 减少了路由选择协议流量。 4.2 域间路由协议(BGP) 骨干网与省调及地调接入网之间跨域互联 采用策略化的边界路由协议 BGP-4，与传统的 AS 域间路由协议相比， BGP-4 协议具有许多优 点： 1 ） 支持路由地址总结； 2 ） 其连接是运行在 TCP 之上，连接比较可 靠； 3 ） BGP 使用触发式更新， 仅修改更新部分； 4 ） 支持地址聚集特性，有助于节约 C 类 IP 地址资源等。 5 调度数据网路由选路 OSPF 路由的选路有两种方式，一种为自行 计算链路开销，另外一种为通过手工更改开销 （COST ） 值来选路，选择开销最小的链路传送数 安徽电力调度数据网采 据。为了减少路由成本， 用自动计算加手工设置的方式进行路由选择 。 2011 年 3 月项目组采用 592 8E 联调路由选路测 试法对本网路由选路方式进行了实验验证， 验证 方案如下。
摘要： 智能电网建设是我国传统电力输送网络改造及顺应电力发展模式转变的客观需求， 电力调度数据网是智 ） 国家电网总体规划下， 本文在安徽省电力调度数据业 能电网的基础技术平台， 在国家电网调度数据网 （SGDnet 务需求分析的基础上，提出了安徽电力调度数据区域网络的拓扑结构、路由协议、路由选路、虚拟专用网络 （VPN ） 、 服务质量 （QoS ） 策略等具体方案， 搭建了安徽子区电力调度数据网络硬件环境， 包括国网系统安徽省调 度中心， 备调以及安徽省 17 个地市的调度中心， 配置核心路由器 2 台、 地市调度中心骨干路由器 17 台以及接 设计了网络整体技术内涵： ①组网技术体制采用 IP over SDH 技术； ②采用高可靠的组网核心 入交换机 54 台， 双电源； ③采用 MPLS L3 VPN 技术隔离不同业务， 保证了网络的安全可靠； ④使用服务质 设备， 配置双引擎、 量 （QoS ） 策略，保障了重要业务在通道拥塞时数据流的带宽。设计的网络系统经模拟测试结果证明，基于 SGDnet 二次开发的安徽电力调度数据网设计方案安全可靠有效。 关键词： 电力调度； 国家电网调度数据网 （SGDnet ） ； IP 网络技术； 虚拟专用网络 （VPN ） ； 服务质量 （QoS ） ； 网络安全 中图分类号： TN951.41 文献标识码： A 文章编号： 1006-8309 （2012 ） 03-0066-05
上述 MPLS/VPN 技术对实时业务和非实时 （实时控制 VPN、 非控制生产 业务通过部署 VPN VPN ） 实现隔离， 达到 《电力二次系统安全防护规 定》 的要求。此技术体制既满足电力调度业务特 性及传输效率的基本功能， 又有利于整个系统的 安全防护和系统管理。 3 调度数据网络结构设计 安徽电力数据调度网是全国 SGDnet 网组成 部分 [4]， 安徽子区网由安徽省调 、 备调和 17 个地 备调节点既属于骨干网 0 调节点组成， 其中省调、 区，又属于安徽子区； 17 个地调节点属于安徽子 安徽子区通过省调、 备调两点接入 0 区。 安徽 区。 子区网络分为两层： 省调和备调作为核心， 各地 调连接省调、 备调； 骨干网安徽子区由省调 、 备调 安徽子区网的拓扑结 两个节点上联骨干网 0 区， 构规划如图 1.
选取，我们按照国家电力调度网的统一规划， 具 体见表 1.
表 1 三类业务 VPN 的 RD 及 RT 参数设置 VPN 类型 实时 VPN 非实时 VPN 应急 VPN RD 命名 30000:1 30000:2 30000:3 RT 命名 30000:801 30000:802 30000:803
图2
路由选路测试示意图
1 ） 路由选路方案：设 4 个节点 R1、 R2、 R3、 R4， 各节点均分配各自的网址， 改变相关的参数， 跟踪路由选择的路线， 4 个节点可能的走向如图 2 示意图。 2 ） 数据规划： R1:gei_1/1 3.34.17.1/30 gei_1/2 3.34.15.6/30 R2:gei_1/1 3.34.12.6/30 gei_1/2 3.34.15.5/30 R3:gei_1/1 3.34.12.5/30 gei_1/2 3.34.12.1/30 R4:gei_1/1 3.34.17.2/30 gei_1/2 3.34.12.2/30 ） Loopback 地址分配： 3 R1: 1.1.1.1/32 R2: 1.1.1.2/32 R3: 1.1.1.3/32 R4: 1.1.1.4/32 ） 接口配置： 4 分别配置 5928E 各接口地址，把 VLAN 10 和 VLAN 20 分别绑定在 gei_1/1 和 gei_1/2 端口 上，配置各接口地址， R2 和 R4 上分别挂两台电 脑测试，接口设置为 acess vlan 100，以 R4 上 OSPF 配置为例： router ospf 10 network 3.34.17.0 0.0.0.3 area 0.0.0.0 network 3.34.12.0 0.0.0.3 area 0.0.0.0 redistribute connected redistribute static ） 路由跟踪： 5 两 台 笔 记 本 地 址 分 别 设 为 10.1.1.1 和 192.168.17.168，在笔记本上 tracert 跟踪路由方 向。 6 ） 实验结果： Ⅰ、当保持各互联借口默认 COST 值参数不 变， tracert 10.1.1.1 地址时， 可以发现路由走向是 R4—R1—R2；当更改 R4 Gei_1/1 的 ip ospf 值 为 1550 （默认为 1000 ） ，更改 R2 Gei_1/2 的 ip ospf 值为 1550 时，发现路由走向为 R4—R3— R2， 跟踪结果分别如图 2 所示。 Ⅱ、当还原 R4 和 R2 接口的 OSPF 值时， 路 由走向又还原为原来默认方向。 实验证明： 当更改接口 COST 值时， 数据流会 走向手动设置的链路开销值小的路径。采用自动 计算加手工设置的方式进行， 确保路由按照合理 的路径传送，当链路中断时自动选择备用链路 。 本项目骨干节点为 155M POS 链路， 为确保各转 发节点选择合理路径， 并减轻由于自行计算产生 的最优路径对地调站点的负担， 对于链路 cost 的 规划，采用自动计算加手工设置的方式进行， 确 保路由按照合理的路径传送， 当链路中断时自动
DOI:10.13837/j.issn.1006-8309.2012.03.023
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高夏生 1， 程俊 2， 张先亮 2， 许峰 2， （1.安徽省电力公司调度中心， 合肥 230081； 2.安徽中兴继远信息技术股份有限公司， 合肥 230031 ）
图1
国网调度数据骨干网安徽子区第一平面拓扑图
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调度数据网路由协议设计 国家电网调度数据网总体路由设计基于开 放性 、 可扩展性的原则， 自治系统编号 （AS ） 内部 IGP 采用 OSPF 路由协议，同时采用 BGP/MPBGP 路由协议支持 VPN 路由的传递[5]。 4.1 域内路由协议(IGP)