搜索
覆盖网络技术在电力信息网络中的应用研究陈伟民（金华电业局科技信息处浙江金华321001）摘要：本文首先介绍了Overlay网络，然后引出了Overlay技术下的电力调度系统，分析了该系统的原理，得出该系统比传统系统的优点，最后介绍了多种业务在该系统下的应用。该系统具有较好的扩展性和较强的灵活性关键字：Overlay网络、电力调度、应用层组播、P2P技术1引言全国范围内超大规模互联电路系统的形成,对电力系统调度运行提出新的要求[1-2],。电力通信网业务不再是最初的语音通信和电网调度实时监控信号的传输等窄带业务，而是逐渐发展到同时承载电网调度自动化、电力营销自动化、配电网自动化、变电站继电保护自动化以及办公自动化、视频监控和视频会议、IP电话和其他数据传输等多种业务的接入。因此针对广域分布数据进行分布开放式处理成为必然。当前分布开放式调度自动化开放系统存在一些缺点：1）大量遗留系统存在，无法迅速更换或升级，部分陈旧的软硬件已经不再被支持，改造现有应用的系统以适应新的系统结构又要投入巨大的工作量；2）国际电工委员会所制定的IEC61970[3-5]系列标准不能大规模推广，数据接口跟系统功能还不能很好的紧密结合；3）“开放”仅局限于调度中心内部，互操作性很差。因此将overlay（覆盖网）技术引入电力系统，有助于解决大规模电力系统的全网统一调度和分析计算问题。本文结合电网调度自动化系统结构，提出了基于overlay模型的电力调度系统，接着分析了在overlay模型下的优势，最后分析了overlay模型下电力调度系统的多种业务应用。2overlay网络介绍overlay网络是建立在一个或者多个已存在网络之上的网络，通过增加额外的、间接的、虚拟的层，来改善下层网络部分领域中的一些属性，提高网络的性能。overlay网络有以下特性：第一扩展性好，一个overlay网络不需要改变已有的网络结构，不需整个网络范围内的网络组件的支持，这一思想的实施将会加快新型的网络功能和服务的部署；第二灵活性强，overlay网络所建立的是一个抽象的连接，这些连接可根据应用程序的需要，进行优化；第三健壮性，一个overlay网络比下层的网络设施更加健壮。因此，overlay网络概念一经提出，就引起了人们的重视。特别是近几年以来，在现有的Internet传输网络之上构建的完全位于应用层的overlay网络系统发展很快。例如提出了监测路径失效的弹性overlay网络（ResilientOverlayNetwork,RON）[6]，为现有的Internet提供端对端服务质量保证的服务overlay网络（ServiceOverlayNetwork,SON）[7]等。2．1Overlay概念覆盖网络是由一系列分布于Internet各自治系统内部的覆盖服务节点以及连接它们的逻辑链路所组成的虚拟网络，它能有效地利用Internet给终端用户提供更为可靠的服务。覆盖节点通常具有路由、数据处理和数据保存等功能，而逻辑链路（即覆盖链路）通常对应底层的一条或多条物理路径。图1所示就是一个覆盖网络的例子。覆盖网络大致可以分为两大类：基于终端主机的覆盖网络和基于固定节点的覆盖网络。在基于终端主机的覆盖网络中，终端主机只是逻辑上相连（在网络层），没有得到ISP的任何支持。它要求终端主机同时和其它多个终端相连。图1覆盖网络示意图2．2Overlay网络优点Overlay网络技术具有以下优点：1）不需要大规模改变现有网络架构就能提供更为可靠、容错性更好的服务。有了覆盖网络,即使网络层出现错误，应用系统也可以凭借覆盖网络快速找到替代路由，并且可以根据应用服务的不同服务质量要求寻找相应的最优路径。2）可以方便地通过针对特定应用的覆盖网络提供在现有网络层基础结构中难以提供的新业务，如应用层多对多的可靠多播，而不需要改变现有网络架构，实现起来也是很方便。3）通过采用能更好地利用网络资源信息的算法来提高现有Internet已有的业务性能，如VoIP的语音质量。3overlay模型下的电力调度指挥系统随着电力调度自动化系统的广泛开发和使用，人们所熟悉的电力抢修车在街上出现的次数将会越来越少，甚至消失。电力调度自动化技术的核心是通信，基于覆盖网技术的电力调度自动化将能够很好地实现对远方的电气装置进行遥控、遥信和遥测，以实现对配电网变压器及重要节点的在线监测，对大量的远动装置进行实时远方监控，并能对配电网络故障、接地区段进行识别与隔离，以保证供电的可靠性，同时在通信管理方面还可以实现自动漫游、自动登录、远方复位和远方整定参数等功能。采用overlay网络的优点是增加了网络的稳定性，使网络具有弹性，便于扩展。例如某地区级电力调度数据网按overlay结构设计见图1。图1Overlay下电力调度系统图其中一级地区网是一个自治域系统，聚集所有下一级调度的信息和它本身所在自治域系统内的节点信息，下一级调度系统除了包含自身系统内的节点信息以外还有包含接入该层节点的信息。除此之外，对于同一个局调度系统内，每个终端主机都有一个覆盖服务节点，然后采用多播机制进行数据转发。对于具有相同或者相似条件下的终端主机，采用P2P技术来实现文件共享等。根据电力调度系统需求和通信原理，系统分层图见图2。图2overlay下电力调度系统分层图1）overlay下电力调度系统的组播应用我们采用PacketReflection技术来实现一个局调度系统内的组播应用。每个终端主机都是一个覆盖服务节点，在所有成员之间建立一颗组播分布树，组播数据的复制在终端实现。如图3所示的应用层多播树，在数据从源S1发送到目的地E1时，终端主机E1可以给R4发送Reflection请求，要求当有数据从S1发送给E1时，路由器R4要把数据同时转发给E2、E3。图3PacketReflection技术应用图2）P2P技术实现资源共享具有相同或相类似的局调度系统中,每个终端用户主机都是对等的,且保存着数据和信息。在这个系统中数据不存放在控制中心的服务器上，所有信息的传输和服务的实现都直接在终端用户上进行，无需中间环节和服务器的介入。4利用Overlay组建高效综合电力调度网的优势Overlay网络是建立在一个或者多个已存在网络之上的网络，本身该网络具有较好的扩展性和较强的灵活性，把Overlay技术应用在电力调度系统上，具有以下优势4．1更灵活的组网方式Overlay网的拓扑结构是任意构造和建立，每个拓扑建立可以根据下层物理网络的拓扑信息和实际节点信息等进行最佳组合，而且Overlay节点节点都具有网络拓扑的自动发现功能，能够自动识别网络结构的变化并对业务的传送作出相应的决策，这种自动的网络更新机制能够避免在城域网络发生变化时复杂的、人为的网络调整。4．2电信级的网络安全性和可靠性在电力调度系统会遭到很多恶性攻击从而导致数据丢失，Overlay网络凌驾于已有的网络之上，为电力调度系统提供了一个安全覆盖服务网络，并且采用了安全覆盖隧道、相容哈希和过滤等技术来防止他人恶性攻击。4．3承载多业务的能力Overlay作为新一代的网络技术具有同时承载视频、数据和话音的能力。使用服务等级SLA方式区分业务，并采用强大的Qos质量控制技术，保证了各个业务都能获得所需的带宽，有效地避免了业务之间的冲突和网络的拥塞。4．4更高的资源利用率Overlay网络采用P2P资源共享技术能够有效利用电力调度系统散布的大量普通节点，将计算任务或存贮资料分布到所有节点上，利用其中闲置的计算能力或存贮空间，达到高性能计算和有效利用资源4.5更高的带宽利用率现有的电力调度系统网络中，由于路由器不支持组播，因此很多应用都是通过单播实现，从而导致时间延时和差错等，而Overlay网络采用应用层组播技术能够在现有的网络上避开路由器，从而实现应用层组播。4．6该系统优点1）互操作性：异种系统之间的应用和资源的协同能力很强。2）延续性：能够兼容现有系统应用，在新旧系统之间平滑升级。3）可移植性：系统运行于不同软硬件平台的能力。4）可扩展性和分布性5各种业务在Overlay下电力调度系统中的应用电力调度系统中的业务包括程控交换、调度、远动通道、会议电视、视频监控、电力市场技术支持等数据量不大但实时性要求极高的业务，以及各类管理信息和宽带上网等突发数据量大但实时性相对不高的业务。网络将根据不同业务的质量需求和特性，制定不同的服务级别和带宽保证，以满足多种应用。Overlay网络中各种业务见表1所列。业务传送方式服务级别带宽延时优先级语音交换2M点对点汇集EFN×2M有保证极小1事件检测、电力市场点对点EF每条线路有保证的2M极小1视频调度点对点、广播EF有保证2M极小1信息发布专线EF有保证2M极小1信息管理专线AF设定带宽小2宽带上网以太网汇集BE动态共享带宽无需求3表1overlay下各种业务1）语音调度业务这些业务是网络中最重要的业务，要求网络对其提供最可靠的带宽保证、最小的时延和最高的优先等级，所以指定为最高的服务级别—EF类。2）视频高带宽实时性业务这类业务包括会议电视业务、视频监控系统业务和图像广播业务。这类业务面向连接，对带宽和时延的要求严格，所以也同样属于EF类业务。在Overlay网络上可以同时支持H.263和Sip的视频会议电视系统，也支持图像的广播功能。Overlay提供的P2P资源共享技术能够为建立高带宽的动态图像监控系统提供丰富的带宽。3）用户服务、Internet等普通业务对于电力系统中的没有实时要求的业务，如用户宽带上网业务，可以根据业务重要性划分不同的业务等级和业务速率，有些业务按突发性业务处理，因此采用Overlay技术能够较好的保证业务，提高容错性。4）各类管理信息业务这些业务必须要求严格的质量保证。利用Overlay技术，能够更好大的保证高效率、低延迟、低丢包等6总结采用Overaly技术，使电力通信平台既能够提供传统的、高质量的各类话音图像、数据管理等业务，也能应对电力调度系统信息化发展提出的各种不同要求、不同质量等级的网络业务需求。因此，将Overlay技术在电力系统的应用是下一代网络发展的必然趋势，并且能够使电力通信能够真正做到面向用户和面向未来。参考文献：1赵遵廉。中国电网的发展与展望.中国电力,2004.37(1):1-62卢强。数字电力系统。电力系统自动化2000.24（9：1-43HisseyTW,PecaJG.OpenArchuretureDistributedProcessingtheModernDesignforElectricPowerNetworkAutomation.In:Proceedingof1990IEEEColloquiuminSouthAmerica.NewYork:IEEE,1990.150-1614MurphyL,WuFF.AnOpenDesignApproachforDistributedEnergyManagementSystems.IEEETranasonPWRS.1993,8(3):1172-11795HisseyTW,PecaJG.OpenArchuretureDistributedProcessingtheModernDesignforElectricPowerNetworkAutomation.In:Proceedingof1990IEEEColloquiuminSouthAmerica.NewYork:IEEE,1990.150-1616DavidGAndersen,HanBalakrishnan,MFransKaashoeketal.ResilientOverlayNetwork[C].In:ProceedingsofSOSP2001,2001-107YanghuaChu,SanjayRao,HuiZhang.ACaseforEndSystemMulticast[C].In:ProceedingsofACMSigmetrics,2000-06作者简介：陈伟民--金华电业局科技信息处主任工程师，1991年毕业