电力分组传送网QoS保障技术

电力分组传送网QoS保障技术

摘要：电力大部分业务均采用了分组化传输，ptn分组传送网融合了sdh网络和ip网络各自的优势，已经成为电力通信系统网络宽带化、业务ip化和多元化的重要通信方式。针对电力生产控制要求高可靠性、低时延特性要求，文章分析了ptn网络的qos网络保障架构，借鉴ason技术，建立了传送平面、管理平面、控制平面三个平面。并从流量控制和传输路由两个方面论证了ptn的qos 保障体系。根据流量从进入网络到出网络各个阶段，实现流分类、流量管理、拥塞管理、队列调度等流量控制机制。最后阐述了面向连接的路由控制过程。

关键词：分组传送网；qos保障；流量控制；路由控制

中图分类号：tn915.02 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）16-0210-04

0 引言

电力通信网承载了电力系统各种具体的业务，是电力系统稳定可靠运行的基础保障设施。电力通信网承载的电力业务主要包括以下六类[1]：电力自动化类业务、安稳保护类业务、语音类业务、电视电话会议类业务、企业管理类业务、视频监控类业务。这六类业务要求传送的信息包括低速数据、实时数据、数据文件、语音、可视图文、视频流等多种通信业务，每种业务有不同要求。在这六类业务中，除了安稳保护类业务因电力应用特殊性，对实时性、可靠性要求严格，主要采用tdm方式进行传输外，其他类的业务将来趋

势都将采用ip分组化方式进行传送。

目前电力通信网主要sdh技术组网[2-3]，虽然sdh网络通过mstp 技术支持ip业务传输，但其基于帧交换内核通过封装协议实现以太网承载，效率不高，网络灵活性差，无法满足大流量、突发性为特征的分组化传送的要求。路由器、交换机传送技术虽然是针对分组传输特性设计的，但因其缺乏有效的监管手段、无连接的业务特性、缺乏有效的保护手段，因此，也难以扩展到电力的多种应用中。分组传输网（ptn）技术融合了传统传送网和分组网络各自的优势，支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具备快速的故障定位、故障管理和性能管理等丰富的操作管理维护（oam），支持快速的保护倒换；具有统计复用功能，支持突发性要求的分组数据传输。在电力通信网，逐渐尝试采用ptn技术[4-8]。文献4

提出了ptn应用于电力通信的构想，文献5提出了ptn在电力应用中的组网模式；文献6提出ptn在电力应用中的演进过程。

1 ptn qos网络保障架构

ptn是以分组业务为核心的多业务交换技术，其传输的核心是分组交换。分组数据的特性是业务数据量呈泊松分布，数据流量具有突发特性，采用无连接方式进行传输，与sdh技术比较更适合于统计复用传送场合。但是这种方式容易造成网络中部分链路空闲或利用率不高，而另一部分链路则发生拥塞，这主要是由于数据业务流汇聚到同一链路或同一个节点的相同端口引起的，因而导致流量在网络中分布不均衡，数据业务流不能够正常、可靠的传输。由于电

力生产控制要求，大量的业务状态信息、控制命令，要求具有很高的可靠性，又要求具有严格的延时特性[9]。因此，ptn技术若要在电力系统中进行应用，必须能够提供与sdh类似的可靠的传送机制，即要求提供符合要求的端到端的qos服务保障。

为此，ptn借鉴ason技术，建立了传送平面、管理平面、控制平面的qos网络保障架构。（如图1所示）

1.1 传送平面：实现对ptn接口的业务适配、操作管理维护（oam）报文的转发和处理、业务报文的分组标签转发和交换、网络保护、业务的服务质量（qos）处理、同步信息的处理和传送以及nni接口的线路适配等功能。主要包括流分类和流标记、队列和调度、流量监管、拥塞管理、拥塞避免、流量整形、连接运行等模块。

1.2 控制平面：完成处理业务流量经过的路径。包括资源的发现、通告、预留、调度，路由的选择、监视，主要包括路由、信令、资源控制等模块。

1.3 管理平面：实现通道路由、故障管理、网元级和子网级的拓扑管理及状态监视、通路路由、配置管理、性能管理和安全管理等功能。

可以将qos网络保障构架功能模块细化到一个网络节点，如流分类、队列等；或者细化到一个网段，如qos路由等。对于后者将无论这个网段是端到端、端到边、边到边还是网络到网络，要想实现网段必须在网络节点之间有信令。

在此架构下，业务qos服务保障技术手段主要是源节点到目的节

点间采用业务流量控制和业务路由控制，以便有效地管理控制好网络中流量而不导致网络出现堵塞，提高网络中的业务数据流的传输可靠性、服务质量及网络中资源的有效利用率。

2 ptn 流量控制技术

ptn网络的服务质量是指针对网络中各种业务的不同需求，为其提供不同的服务质量保证。其最主要的手段就是对进入ptn网络的流量进行控制，功能模型如图2所示。

对网络中的各种业务提供如丢包率、延迟、抖动以及宽带等不同的服务质量保证以实现同时承载数据、语言和视频业务的综合机制是流量控制功能的目的。其功能模型主要包括流分类和流标记、流量监管、队列调度、拥塞管理、拥塞避免、流量整形、连接允许功能等，按照部署位置，可分为uni（用户网络接口）侧功能和nni （网络结点接口）侧功能。

2.1 流分类流分类首先对进入ptn网络的包进行包标记。根据服务级别的不同包被标记，这样在网络中就可以以单包的形式被接收。一般包标记位于入口，分类依据是端口或协议，依据协议在包头某个域设置一个值（如ip头中的tos域，mpl包头中的exp域、pw、mac、vlan id等及其组合）。然后对该包进行分类，通过解析包头多个域，决定这个包属于哪个聚集和服务等级协定。

流分类算法核心是构建一个范围集合，其每个域由一个规则类型映射得到，构成了包含多个规则的数据结构。在流分类时，其特征由多个数据项来表示。数据分类相当于对包含多项数据的数据包对

规则库中的每个域进行匹配，查找最佳匹配规则。

2.2 流量监管通过对业务流进行速度限制来实现流量监管，为了保护资源，通过监督进入网络的某一个流量的规格将其限制在合理的范围之内或者对超出的流量的部分进行惩罚。流量监管可以通过丢弃报文或重新设置报文的优先级处理某个连接的超标流量。流量监管过程如图3所示。

设令牌桶的最大尺寸为mbs，sir为令牌桶产生令牌的速率。在0时刻，令牌桶是满的，即令牌数目tc（0）=mbs。在时刻t，当一个尺寸为b字节的分组pk达到时：tc（t）大于等于b，评估结果表示“符合”，则pk分组可以继续发送，调整tc（t）令牌数目，tc（t）=tc（t）-b；如果tc（t）小于b，评估结果为“不符合”，表示pk分组无法发送，丢弃pk分组。

为提供服务优先级功能，对评估结果为“符合”的分组，可将他的标记改为其他的优先级后再进行转发。

2.3 流量整形流量整形是主动调整流量输出速率的常用措施，为了减少由于突发流量导致的下游网元丢包的现象，一般都过分组缓冲超出流量的约定并适时发送缓冲的分组从而达到均匀发送报

文的目的。与流量监管最大的区别就是流量整形是将流量监管中需要丢弃的报文放入到他们的缓冲区或队列中。（如图4所示）

2.4 拥塞管理一般采用队列技术进行拥塞管理，其主要用来监控网络负载，预见并避免拥塞的发生。使用一个队列算法对流量进行分类，之后采用某种优先级别算法将这些流量发送出去。每种队