摘要：綜合考慮調度管理體制，探討網絡應用特性，有效分析了國家電力調度數據網的組網需求。在綜合電力通信的現狀和深入研究目前IP技術的基礎上，對電力調度數據網組網研究中的相關問題進行了探討。
　　
　　0引言
　　
　　隨著計算機與網絡技術的發展，數字化電網的新時代正在向我們走來。電網調度系統是引入數字化電網應用較早的領域之一。目前，在電網調度自動化領域已建立了比較完善的能量管理系統（EMS）、調度員培訓模擬（DTS）系統、電能量計量（TMR）系統、水調自動化系統等。盡管在應用層面取得了實效，但在數據傳輸網絡化方面，仍然是局部的、不完整的和初級的。因此，針對調度系統的特點，適應各應用系統的需要，建設滿足實時性要求、安全可靠的數據網絡，為調度各應用領域數據傳輸提供網絡平臺已成為當前調度系統中的一項重要任務。
　　
　　本文通過對目前IP網絡技術的深入分析，在調度業務需求和電力通信實際情況的基礎上，綜合考慮目前調度管理體制，結合國家電力調度數據網的網絡設計，提出調度數據網的組網研究方案，該方案將在工程實施中進一步優化。
　　
　　1電力調度數據網要考慮的因素
　　
　　調度數據網的建設必須考慮調度數據業務的特點，這些特點是組建調度數據網應考慮的基本要素。
　　
　　1.1數據信息是網絡承載的主要業務
　　
　　目前調度系統數據通信業務大致可分為2類，即以EMS、廣域相量測量系統等為代表的實時監控業務和以電力交易支持系統、調度日報傳輸、TMR等為代表的調度運行管理的相關業務。這兩類業務的共同特點是以數據處理為主，周期性傳輸，所占用信道帶寬不大。數據具有分布采集、分層傳輸、集中匯聚的特點。數據一般在調度對象（發電廠、變電站）產生，送至對其直接調度的上一級調度部門，處理后按需向更高一級調度轉發。
　　
　　1.2實時性要求
　　
　　實時監控業務的數據傳輸周期為秒級。例如按設計規定，遙測數據傳送時間不大于3s，遙信數據變化傳送時間不大于2s，遙控、遙調命令傳送時間不大于4s，自動發電控制命令發送周期為3s～15s。這些實時性要求，除了數據網必須具有較短的延遲，還需要有優先級機制來保證這些時間敏感數據的可靠傳輸。
　　
　　1.3可靠性要求
　　
　　實時監控業務除了反映電網運行工況外，更重要的是控制電氣設備的投入和退出，下達功率調節命令，對電力系統運行產生直接影響。這類業務的可靠性至關重要，因此數據網絡必須滿足所承載業務可靠性的要求。在網絡設計時應該考慮單點設備或通道故障時網絡不分裂，不影響業務系統的數據傳輸。
　　
　　1.4安全性要求
　　
　　調度系統相關業務的安全是調度安全生產的基礎，部分業務具備實時監控功能，直接關系到調度生產安全，此類業務對網絡的安全性提出了高要求。按照國家經貿委[2002]30號令《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定》以及“全國電力二次系統安全防護總體方案”的要求，承載調度業務的調度數據網應通過SDH/PDH的n×2Mbit/s專線組建，實現與其他網絡系統的物理隔離，成為調度業務可信賴的網絡。
　　
　　1.5數據通道現狀
　　
　　目前電力通信網提供的數據通道以微波通道為主，日后將逐步發展為以光通信為主?，F階段物理通道不算充足，難以*保證迂回路由與電路的無關性要求。個別電路轉接較多，通道質量難以滿足網絡通信的要求，另外，部分邊遠廠站的電路質量更難以保證，這些因素在組網設計時應給予充分重視。
　　
　　2組網基礎研究
　　
　　2.1技術體制的選擇
　　
　　縱觀骨干數據網絡技術體制，存在4種典型模式：IP＋SDH＋ATM＋Fibre,IP＋ATM＋Fibre,IP＋SDH＋Fibre和IP＋Fibre。4種體制在技術發展的不同暑期各占有一定的主導地位。從目前的趨勢來看，IP＋SDH＋ATM＋Fibre和IP＋SDH＋Fibre并存的時代即將過去，現已逐步發展為以IP＋SDH＋Fibre為主的局面。從長遠來看，隨著光通信技術的發展，IP＋Fibre將是IP骨干網的發展方向。
　　
　　對于調度組網的技術體制選擇，從技術的成熟性和建網的經濟性上講，采用IP＋SDH＋Fibre模式更適合調度業務的需求和電力通信的現狀。華東電力設計院進行的國調業務流量分析表明，國調總業務數據流量為15318.2kbit/s（峰值），帶寬需求在n×2Mbit/s水平，因此IPoverSDH更有利于基于2Mbit/s帶寬的擴充，使投入產出比處于*狀態。另外，電力通信通道正處于微波通道為主向光纖通道為主的發展過程，對于偏遠電廠、變電站，可利用原有的PDH通道，無須另外增加通道投資。同時，該模式對IP業務的“物理隔離”能較好滿足調度業務的總體安全要求。
　　
　　2.2拓撲結構的幾點考慮
　　
　　2.2.1總體結構
　　
　　國家電力調度數據網節點多，網絡規模大，其總體結構應采取分級、分層、多自治域設計；總體結構擬以省調為分界點分為2級，即國家電力調度數據骨干網和省調度數據網（以下簡稱為骨干網和省網），兩級網絡相對獨立。骨干網和省網內部均按標準IP網絡分層設計，可分為核心層、骨干層和接入層。核心層為網絡業務的交匯中心，通常情況下只完成數據交換功能；骨干層位于核心層和接入層之間，負責層內數據交換以及層間業務的匯聚、分發；接入層將用戶業務接入網絡，實現質量保證和訪問控制。骨干網為一個自治域，每個省網分別為各自獨立的自治域。
　　
　　結合目前調度管理體制，調度數據網的骨干網可由國、網、省調節點構成，省網可由省、地調組成。骨干網核心層節點包括國調、網調及部分省調，骨干層由省（市）調節點構成，接入層為電廠和變電站。
　　
　　2.2.2骨干網拓撲設計
　　
　　骨干網拓撲設計主要是基于電力通信傳輸網絡的結構，兼顧調度管理體制，立足于方便網絡建設、運行和管理的原則；同時應滿足調度業務的可靠性、實時性要求。骨干網網絡拓撲示意圖如圖1所示。

　　
　　2.2.2.1可靠性設計
　　
　　為提高網絡運行的可靠性，避免通道中斷導致網絡故障，從電路組織看，電路的無關性應至少滿足N-1原則，即應避免由于通信電路單點故障導致網絡多條鏈路的同時中斷，從而造成數據網絡分區分裂或迂回鏈路過載使網絡癱瘓。
　　
　　核心層是網絡拓撲的中心，既是路由交換的核心，也是跨區信息流的骨干通道，應具有較高的拓撲冗余度。另外，核心層節點之間、核心層與骨干層之間、骨干層節點之間的鏈路連接均應滿足無單點故障，即均有兩條路由不同的電路和以保證層內、層間的迂回路由。接入層節點可視通道情況采用雙歸或單歸拉入到骨干層節點。
　　
　　2.2.2.2實時性保障
　　
　　根據調度業務目前的信息量要求，調度組網的基礎帶寬可定為n×2Mbit/s，在運行中可根據網絡流量的增加，適時擴容鏈路。鑒于網絡核心層信息流量大于骨干層，為避免網絡擁塞，核心層的鏈路帶寬設計至少應是骨干層帶寬的2倍～4倍。
　　
　　為滿足業務的實時性要求，避免節點間跳數太多導致時延過長，拓撲中任兩節點間的zui大跳數原則上不應超過3跳。
　　
　　2.2.2.3拓撲設計
　　
　　對于骨干網，為方便管理，同時考慮電路的走向，可選擇國調、網調以及部分地理位置較核心的省（市）調（如三峽、四川、山東）作為核心層節點，各網調及網內省調形成本區域的骨干層，同時選擇網內的某一省調（該省調應是本區通信樞紐中心）作為本骨干層的第2出口與核心層相連。
　　
　　2.3網絡路由
　　
　　2.3.1域間路由
　　
　　國家電力調度數據網采用何種路由結構，即是穿越自治域＋接入自治域，還是單自治域，抑或多穿越自治域的方式，與IP網絡設計能力有很大關系，網絡規模對路由結構起決定性作用，除技術因素外，調度管理體制也是考慮因素。
　　
　　調度數據網的規模，地埋上覆蓋全國。從節點個數來講，若國、網、省調按雙節點配置，設備總數不超過80臺，各省網內部（含地、縣調）的網絡設備估計不超過100臺；全國網絡設備（不包括廠站節點）約3000臺。
　　
　　單自治域的方式，即國、網、省、地、縣調均處于單一路由策略和統一的技術模式下，從現實意義來講，網絡建設和管理存在較大困難，同時該自治域內路由器總數較多，受IP網技術限制，域內路由器數目、路由條目過多將極大地影響網絡性能，設備、鏈路多會降低路由協議收斂速度而導致網絡效率降低，故障概率升高會導致全網經常處于路由震蕩狀態中，影響網絡運行。
　　
　　多穿越自治域的模式，即國、網、省調各自為政，自成體系，網絡劃分粒度較細，缺乏整體性的網絡規劃設計，沒有規模效益，網絡效率難以達到*。國、網、省、地、縣的分治，對廠站的兩點接入帶來困難。分散的結構，使綜合網絡管理難以部署，并給網絡故障診斷帶來較大困難。同時，各自治域需分別設計，多頭重復建設，各自運行，難以降低建設、管理、運行成本。
　　
　　穿越自治域＋接入自治域模式，即國、網、省調構成調度數據網骨干網，形成穿越自治（路由）域；省、地、縣調節點構成各省內部的調度數據網（簡稱省網），形成接入自治（路由）域；各省網與骨干網通過兩點互聯，省網之間不設直接通道。在組網初期，網絡規模較小，網架尚未完善，業務需求也不高，可先采用靜態路由和單點接入方式實現省網與骨干網的域間互聯。
　　
　　相對于單自治域及多穿越自治域方案，該方案網絡結構簡單，層次清晰明了，在網絡效率、穩定性、可擴性、可管理性以及建設和運行成本等方面具有綜合優勢。
　　
　　國家電力調度數據網網絡結構如圖2所示。
　　

　　2.3.2域內路由
　　
　　2.3.2.1路由規劃
　　
　　按現調度網絡的規模，自治域內采用鏈路狀態協議——開放式zui短路徑優先協議（IS-IS），整個路由域設計為層次結構，分為2層，即一個主干區和若干子區，各子區相對獨立，網絡路由分為區內和區間，每個區內路由的變化僅在區內完成收斂，不會影響到其他區。采用分層協議能增強網絡穩定性，使網絡具有彈性，便于擴展。同時，分層協議隱藏了其他層次的拓撲結構，降低了路由計算的復雜度，既增強網絡的安全性，也提高路由收斂速度。層次化路由，也使層間可以進行網絡地址匯聚，縮短路由表長度，提高網絡尋址效率。
　　
　　在目前網絡規模及路由分區組織的情況下，OSPF與IS-IS協議均可滿足調度網絡總體技術要求。鑒于在企業組網設計中OSPF較IS-IS更為通用，工程和維護經驗更豐富，在方案設計、工程施工階段更易實施，運行維護人員也較易掌握，因此，本次骨干網組網協議選用OSPF。
　　
　　2.3.2.2路由區域設計
　　
　　按OSPF的設計要求，內部為分層、分區設計，可分為骨干區域（0區）和子區，0區包含所有的邊緣區域路由器（ABR），子區區域號需統一定義，子區間的流量均經過骨干區。
　　
　　調度數據網的區域劃分考慮如下：國調、備調路由器廣域口為0區。骨干層出口路由器的外聯口（與其他核心層節點的互聯口）屬于0區，內聯口（與本骨干層節點的互聯口）屬于本骨干網子區。骨干層的出口路由器是ABR，有“雙重身份”，隔離0區和子區，并發布聚合后的子區內路由到0區。第1出口（網調）與第2出口（網內某省調）的互聯口既可定義為0區，起核心層路由迂回作用，又可定義為子區號，為骨干層路由迂回、數據傳遞所用。如果鏈路充裕，可一條鏈路定義為0區，另一條鏈路定義為子區。
　　
　　2.3.2.3廠站路由接入設計
　　
　　骨干網拓撲為3層結構，而OSPF為2層設計，無法將OSPF延伸至網絡接入層——廠站節點；廠站路由器屬于網絡“葉子”節點。為減少網絡路由的復雜度，避免動態路由協議的相互引入，骨干網與廠站路由器之間采用靜態路由，并將鏈路、LOOP路由發布OSPF，傳遞至網內其他節點，實現互通。
　　
　　2.4地址編碼
　　
　　地址編碼的基本原則是滿足地址的惟一性，調度數據網的IP地址應依據《全國電力系統信息網絡IP地址編碼規范（試行）》集中管理，統一分配。為使尋址更加有效且保證地址*性，網絡地址編碼應與網絡拓撲（分區）及路由結構相結合，充分考慮自治域間及域內分片分區地址聚合的可能，使路由精簡有效。同時，網絡地址和應用地址應有所區別，方便管理和網絡擴展。
　　
　　2.5網絡接入
　　
　　2.5.1調度中心應用系統接入
　　
　　調度中心須接人的應用系統較多，按照安全級別的不同，各應用系統劃分為不同的虛擬網（VPN），由通信網關分別接人不同的3層交換機。目前主機可以靜態、動態或默認路由的方式接入網絡。
　　
　　2.5.2廠站接入
　　
　　2.5.2.1廠站節點接入骨干網
　　
　　廠站節點應依據調度關系、網絡拓撲和鏈路狀況，就近接入骨干節點;為保障接入的可靠性，應視廠站的重要程度采取兩點或單點接入骨干網，兩點接人應由不同物理路由接入骨干網不同節點;廠站為網絡的接入層節點，采用靜態路由方式，以不影響骨干網路由為原則。
　　
　　2.5.2.2廠站應用系統接入
　　
　　按不同的安全級別，廠站應用系統分別接入不同VPN，即通過各自通信網關分別連接不同的接人交換機，由路由器接人骨干網，實現VPN隔離。
　　
　　3部署VPN的幾點考慮
　　
　　調度數據網承載的業務較多，為保證安全等級不同的應用業務之間的相互隔離，調度數據網需部署VPN以滿足業務系統的網絡及信息安全要求。
　　
　　3.lVPN的部署方式
　　
　　根據路由信息交換方式可將VPN分為2類:覆蓋VPN和對等VPN;覆蓋VPN可通過2層交換技術（X.25、幀中繼、ATM）或3層隧道技術（IpSeC等）來實現，缺點是VPN路由復雜、擴展困難。對等VPN可通過傳統的復雜路由策略或IP訪問列表來實現，缺點是VPN用戶共享地址空間、缺乏隔離性、維護困難。而MPLSVPN則是兼顧了覆蓋VPN和對等VPN的優點，滿足不同VPN業務的隔離性和安全要求，并簡化了路由工作，能較為靈活地滿足多種拓撲需求。
　　
　　BGP/MPLSVPN通過BGP發布VPN路由信息,并使用MPLS轉發VPN流量。一個BGP/MPlSVPN網絡由客戶邊緣設備（CE）、業務提供商邊緣設備（PE）和業務提供商骨干網設備（P）組成。在調度數據網內，CE為各調度節點的3層交換機以及各廠站接人交換機,PE為各調度節點和廠站的路由器。
　　
　　骨干網內全網部署MPLSVPN，需要在全網PF上運行MP-IBGP;為降低網絡復雜度，避免全狀IBGP會話,減少IBGP的鏈接數,可通過建立級的路由反射器來實現IBGP的路由交換。
　　
　　3.2多VPN結構設計
　　
　　電力調度生產業務可分為2類:實時監控和非控制生產類。2類業務按安全要求縱向上劃分為不同的VPN，實現安全隔離。對于同一業務，即使安全等級一樣，由于地理位置、所屬行政管理區域不一致，業務上沒有互通的需要，也采取一定的隔離措施，橫問上劃屬為不同的VPN，獲得更多的安全性。
　　
　　3.3分層技術部署廠站VPN
　　
　　常規技術部署MPLSVPN之后，整個VPN內部路由為平面結構，無層次概念，網內路由任何變化將會導致全VPN路由震蕩和收斂;對于骨干網應用點涉及國、網、省調及廠站，即VPN業務需部;到廠站，而廠站一般采用低端網絡設備，其處理能;與國、網、省調的中、設備相差較遠，全網路由戶同步將依賴于低端設備的計算能力，勢必減慢VPN內路由收斂速度，降低網絡穩定性，甚至產生循環路由，導致通信異常。
　　
　　分層PE技術可減少廠站路由器的VPN路由處理壓力，符合網絡總體層次結構設計:連接廠站的國、網、省調節點設備稱為上層PE（SPE），廠站路由器稱為下層PE（UPE），其他核心和骨干層路由器為普通PE。UPE僅維護其直接連接的VPN節月的路由，不維護VPN中其他遠程節點的路由器SPE維護VPN中的所有路由，SPE只發布VRF黑認路由給UPE。
　　
　　采用分層PE，VPN路由信息更新僅在核心不骨干層路由器（SPE和PE）間進行，收斂時間更快各廠站路由器（UPE）僅需知道直連的VPN路由不需要知道和處理所有的VPN的信息，大大減4了直調廠站節點路由器的處理壓力。
　　
　　鑒于分層VPN技術尚處于網絡技術文件草案階段，同樣為減少低端廠站PE路由器的VPN路由處理壓力，加快全網路由收斂速度，對于那些不支持分層VPN的網絡節點，可采用標準的VRF-to-VRF方式實現廠站PE路由器的接入:在2臺PE上為每個VPN分別建立VRF，在每個VRF中，將對方PI看做CE，PE之間通過物理接口或邏輯接口方式區分不同的VPN。該方式采用多自治域，適合在規模較大的接人網絡中部署VPN。
　　
　　4其他幾點思考
　　
　　4.1網絡管理
　　
　　網絡管理可通過帶內和帶外2種方式實現，從成本和技術角度考慮，調度網宜采用帶內管理方式。
　　
　　從調度管理體制出發，調度骨干網宜采用分級管埋模式，可設置1個全域管理中心和6個分區管理中心，全域管理中心設在國調，分區管理中心設在6個網調，即國調負責骨干網主干區的管理，各網調負貢相關子區的管理。
　　
　　除滿足ISO標準五大基本功能（配置、性能、故障、安全、統計計費管理）外，根據調度具體的運行管理需求，網管還應該包括其他一些功能，如報表管理、告警輸出等。
　　
　　4.2網絡性能指標
　　
　　衡量網絡的性能指標大致分為網絡延遲、網絡收斂時間、包丟失率、可用率;性能指標與網絡規模、拓撲設計、傳輸質量、鏈路帶寬、設備配置、設備性能等多種因素有關，在網絡設計時需權衡利弊，綜合考慮。
　　
　　4.3QoS
　　
　　標準IP網絡對數據傳輸提供"盡力而為"的服務，基于*先出機制轉發，對所有的報文同等對待，對報文傳送的可靠性、傳輸時延等性能不提供保證。
　　
　　在網絡穩定、流量恒定時，調度組網的性能指標符合目前的業務要求。即使業務量增加導致網絡流量增加，也可通過帶寬擴充解決。但在網絡部分故障導致擁塞或有突發流量時，實時性強的調度業務仍要求得到可用性保障，需要網絡提供端到端的QoS。
　　
　　電力調度專網上部署QoS，應以不過多增加系統的復雜度，保證網絡的可維護性、可管理性為原則。若能做到網絡核心簡潔，僅在邊緣略微復雜，也是較為理想的解決方案。如何在IP網行之有效的部署QoS仍是業界探索的課題。目前一般采用DiffSer實現QoS。Diffserv體系是否能*調度業務的實時性需求，在工程實施時仍需進一步驗證和測試。
　　
　　4.4網絡安全
　　
　　電力二次系統安全是的整體工程，網絡安全是系統安全的一部分。電力調度數據網內部由于網絡覆蓋面大，承載業務較多，需有相應的安全設計和相應措施，做到有備無患。網絡安全主要考慮以下幾個方面:
　　
　　a.路由安全:路由協議在對等體之間的認證;關閉網絡邊緣動態路由協議;確保VPN內部路由和骨干網路由不能相互泄露。
　　
　　b.業務隔離:通過VPN對安全等級不同的業務進行縱問有效隔離。對于同一業務，即使安全等級一樣，由于地理位置、所屬行政管理區域不一致，業務上沒有互通的必要，也可采取一定的隔離措施，劃屬為不同的VPN。
　　
　　c.接入安全:接入端口是網絡安全中的薄弱環節，應采用必要的接人認證機制和流量控制手段。
　　
　　d.訪問控制和監測:限定用戶的訪問級別，只寸網管、遠程登錄用戶應有監控的手段。
　　
　　e.網絡管理:應采用安全增強的SNMPv2及以上版本網管系統。
　　
　　尺應用系統:應用系統本身應該是安全、可控的，由的通信網關接人網絡;通信網關的動態路由功能應關閉。
　　
　　5結語
　　
　　國家電力調度數據網是為保障三峽工程和全國聯網工程的順利實施，本著"統一規劃設計、統一技術體制、統一路由策略、統一組織實施"的原則而組建，節點覆蓋全國大部分網省調。該工程是電力系統*個全國性規模的lP數據網絡，目前工程已進入安裝調試階段，具體實施方案仍在進一步的優化和完善中。該網投運后，全國調度系統（省調以上）將實現IP互聯，必將促進各地調度自動化業務的發展，并為日后全國電力市場支持系統的建立打下堅實的基礎。