電力通信網(wǎng)絡(luò)多鏈路同時傳輸技術(shù)研究

李凱+王輝+劉信+馬斌

摘要：由于SCTP單鏈路傳輸不能充分利用偶聯(lián)資源、遇到故障鏈路切換不及時等問題，該文基于電力通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)提出電力通信網(wǎng)絡(luò)中多鏈路同時傳輸技術(shù)。首先提出電力通信網(wǎng)絡(luò)中多鏈路同時傳輸方法；隨后，將基于最優(yōu)選鏈路集合多鏈路同時傳輸方法引入到電力通信網(wǎng)絡(luò)信息通信傳輸中；基于最優(yōu)選鏈路集合多鏈路同時傳輸方法降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄鶗r延，實(shí)現(xiàn)了電力通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o縫切換，提高了電力通信網(wǎng)絡(luò)電力通信傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

關(guān)鍵詞：電力通信網(wǎng)絡(luò)；流傳輸控制協(xié)議；多鏈路同時傳輸

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0219-02

1 研究背景

隨著堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，信息通信技術(shù)已滲入電網(wǎng)各環(huán)節(jié)，成為電網(wǎng)的核心中樞神經(jīng)網(wǎng)。電網(wǎng)信息系統(tǒng)在大力提高各業(yè)務(wù)部門生產(chǎn)效率的同時趨于多元化，規(guī)模越來越大、系統(tǒng)間耦合程度和復(fù)雜程度也越來越高。這些原因?qū)е逻\(yùn)維工作量和難度逐漸增大，運(yùn)維檢修效率低下、故障診斷定位難度大，每年需投入運(yùn)維人員與外部推廣單位進(jìn)行配合運(yùn)維實(shí)施。而這些信息系統(tǒng)在未來一定時期內(nèi)仍將具備“橫向擴(kuò)展和縱向深化”發(fā)展的特點(diǎn)，信息系統(tǒng)深化應(yīng)用將成為常態(tài)化，已經(jīng)實(shí)施的各個專業(yè)運(yùn)維工具積累的運(yùn)維數(shù)據(jù)具有分散性特征。

網(wǎng)絡(luò)故障在電網(wǎng)信息通信系統(tǒng)故障類中的發(fā)生率占比超過50%，而數(shù)據(jù)傳輸信息丟失、帶寬不足、路由狀態(tài)錯誤、時延過大等情況，是網(wǎng)絡(luò)故障的最常見情況，因此需要關(guān)鍵技術(shù)的研究，形成以通信網(wǎng)絡(luò)信道性能預(yù)測、路徑選擇、路徑切換為中心的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)故障精確診斷與分析技術(shù)的輔助決策方法。亟待研究以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測技術(shù)為基礎(chǔ)，通過方法優(yōu)化、實(shí)際測試，實(shí)現(xiàn)滿足實(shí)際需求的網(wǎng)絡(luò)性能預(yù)警方法研究。

SCTP協(xié)議作為有廣闊應(yīng)用前景的下一代傳輸協(xié)議，具有很多值得研究和應(yīng)用的新特性，多歸屬主機(jī)特性就是其中之一[1]。越來越多的終端配備了多接口為多鏈路同時傳輸?shù)膽?yīng)用提供了方便，能夠在所有鏈路上傳輸數(shù)據(jù)從而使得網(wǎng)絡(luò)資源利用最大化[2]。

隨著特高壓、智能電網(wǎng)向全球能源互聯(lián)網(wǎng)的新階段轉(zhuǎn)變。電網(wǎng)企業(yè)在保障供電可靠性提高的同時，保障有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的重要性日益凸顯。在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過程中，電力通信網(wǎng)絡(luò)重要性日益突出，如何提高電力通信網(wǎng)絡(luò)可靠性，保障好全球能源互聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，近年來得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[3]。目前，電力通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸仍然基于傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議TCP或者UDP，在由于極端自然災(zāi)害引發(fā)的倒桿塔、斷線事故中傳統(tǒng)傳輸層協(xié)議無法執(zhí)行鏈路自動切換，影響通信信息傳輸?shù)目煽啃?。董雪源等提出了將SCTP應(yīng)用于電力通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)姆椒?，使得電力通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在電力通信網(wǎng)絡(luò)與輸電線路統(tǒng)一故障時能夠迅速可靠動作[4]。

為解決以上問題，本問將基于最優(yōu)選鏈路集合的多條鏈路同時傳輸方法應(yīng)用到電力通信網(wǎng)絡(luò)中。針對SCTP協(xié)議特征進(jìn)行鏈路選擇，得到最優(yōu)選鏈路集合；將鏈路傳輸切換到最優(yōu)選鏈路集合上進(jìn)行多鏈路同時傳輸。該方法可以優(yōu)選多條鏈路的集合同時進(jìn)行電網(wǎng)通信數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)選鏈路集合根據(jù)鏈路狀態(tài)實(shí)時變化，有效隔離電網(wǎng)通信中各類故障問題，有效提升電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并且提高通信網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和數(shù)據(jù)傳輸效率。

2 電力通信網(wǎng)絡(luò)中多鏈路同時傳輸

2.1 基于SCTP協(xié)議的電力通信網(wǎng)絡(luò)通信信息傳輸

當(dāng)前電力通信網(wǎng)絡(luò)中，為有效保證電力通信數(shù)據(jù)傳輸可靠性，通過不同方式提供了多條數(shù)據(jù)傳輸鏈路，這些鏈路往往是異構(gòu)的，當(dāng)前電力通信網(wǎng)絡(luò)中鏈路兩個通信站點(diǎn)間均存在冗余鏈路的基礎(chǔ)上，如何能夠有效利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源顯得尤為重要，為SCTP協(xié)議的應(yīng)用和發(fā)揮作用提供良好的基礎(chǔ)環(huán)境。

目前電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備型號及數(shù)量規(guī)模越來越大、產(chǎn)品種類越來越多、設(shè)備也越來越復(fù)雜，很難對具體原因進(jìn)行分析、定位，對于出現(xiàn)故障的設(shè)備無法做出快速響應(yīng)，運(yùn)維檢修難度較大，需要開展對網(wǎng)絡(luò)通道故障的分析、精確定位，以及檢修過程精益化管控的研究和應(yīng)用。

2.2 電力通信網(wǎng)絡(luò)中多鏈路同時傳輸

為了應(yīng)對SCTP協(xié)議多鏈路同時傳輸中多條鏈路性能不均衡導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出的問題，本文分別將基于SCTP多鏈路同時傳輸方法引入到電力通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，提出多條鏈路同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，出現(xiàn)故障及時切換的預(yù)防性設(shè)備狀態(tài)檢修方法，提升電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性和穩(wěn)定性。

首先基于MPLS技術(shù)在兩個通信站點(diǎn)間建立多條鏈路，然后將SCTP多鏈路同時傳輸應(yīng)用到傳輸層中，實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)絡(luò)的多鏈路同時傳輸。

2.3 基于最優(yōu)選鏈路集合的多鏈路同時傳輸方法

本文首先對電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中多條鏈路進(jìn)行鏈路性能評價，優(yōu)選出鏈路性能優(yōu)選集合，根據(jù)相應(yīng)方法進(jìn)行鏈路切換。鏈路切換方法使用參考文獻(xiàn)[5]所提出的鏈路性能切換方法。以信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)等為基礎(chǔ)，采用基于自適應(yīng)濾波算法、綜合性能評價方法等，對電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸通道進(jìn)行時延帶寬預(yù)測、主路徑選擇和自動切換，從而提升網(wǎng)絡(luò)通道故障定位效率和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性；通過與現(xiàn)有設(shè)備檢修流程高效融合，在設(shè)備運(yùn)維檢修過程中，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)維檢修各環(huán)節(jié)中所涉及的檢修人員、響應(yīng)時間、檢修流程進(jìn)行全過程跟蹤，從而提升檢修效率。

基于最優(yōu)選鏈路集合多鏈路同時傳輸方法可以描述為：首先，選擇所有鏈路中鏈路性能評價值最優(yōu)的鏈路，該鏈路的性能值設(shè)定為[Ebest]；然后，將所有鏈路性能值和[Ebest]進(jìn)行比較；最后，根據(jù)所有鏈路選擇評價的結(jié)果進(jìn)行鏈路選擇，將數(shù)據(jù)傳輸切換到最優(yōu)選鏈路集合上。其實(shí)施例如下：

步驟1：鏈路性能評價

為了更準(zhǔn)確地評價鏈路性能，本方法綜合考慮鏈路的時延和帶寬等性能指標(biāo)，根據(jù)以上步驟預(yù)測得到鏈路時延和帶寬，將備選鏈路性能參數(shù)和主鏈路進(jìn)行比較得到鏈路評價值，評價公式如公式1所示。

步驟3：鏈路切換

將數(shù)據(jù)傳輸切換到步驟2所選擇的最優(yōu)選鏈路集合上。跳轉(zhuǎn)到步驟1。

基于該方法的電力通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可以充分利用現(xiàn)有異構(gòu)資源，在保障和提升電力通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的同時，充分利用通信網(wǎng)絡(luò)資源，提升全球能源互聯(lián)網(wǎng)中“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的可靠性和高效性?；谧顑?yōu)選鏈路集合的多路徑同時傳輸方法應(yīng)用與電力通信網(wǎng)絡(luò)中，在電力通信通道發(fā)生故障前提前將鏈路切換到優(yōu)選鏈路集合中，保障電力通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)持續(xù)傳輸，為電力通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢修提供技術(shù)支撐。

基于以上方法可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障精確診斷功能實(shí)現(xiàn)對平臺接入設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行快速診斷分析定位、協(xié)助運(yùn)維檢修人員快速排查故障、解決故障，并將故障診斷結(jié)果與設(shè)備檢修流程高效融合，實(shí)現(xiàn)故障診斷、故障分析定位、運(yùn)維檢修一體化。同時，通過運(yùn)維檢修流程的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，對運(yùn)維檢修流程實(shí)施跟蹤與處理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維檢修各環(huán)節(jié)透明化、規(guī)范化。通過上述這些功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷、故障分析定位、運(yùn)維檢修、流程跟蹤各環(huán)節(jié)高度融合，達(dá)到有效減輕運(yùn)維工作量、提高運(yùn)維檢修效率、提升平臺的可靠性指標(biāo)，從而為企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營運(yùn)行提供安全可靠保障。

3 結(jié)束語

針對流控制傳輸協(xié)議SCTP在鏈路故障檢測過程中存在延后問題，特別是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹麈溌钒l(fā)生故障性能下降時，鏈路切換不能有效及時動作的問題。本文結(jié)合電力通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)分析了多鏈路同時傳輸方法，將基于最優(yōu)選鏈路集合多鏈路同時傳輸方法引入電力通信網(wǎng)絡(luò)信息通信傳輸中；采用基于最優(yōu)選鏈路集合多鏈路同時傳輸方法進(jìn)行多鏈路同時傳輸能夠在鏈路性能惡化及時、準(zhǔn)確地進(jìn)行主鏈路自動切換，提升電網(wǎng)信息通信系統(tǒng)和設(shè)備的可用率，提升運(yùn)維檢修效率，提升現(xiàn)有檢修模式和故障診斷效率等問題，更好的提升運(yùn)維檢修能力和效率。因此，基于最優(yōu)選鏈路集合多鏈路同時傳輸方法降低了鏈路自動切換時間，為電力通信網(wǎng)絡(luò)無縫切換奠定了基礎(chǔ)，提高了電力通信網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)目煽啃?，保障全球能源互?lián)網(wǎng)“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的可靠性和高效性。

參考文獻(xiàn)：

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