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摘要：文章描述了mpls技術的基本概念和工作原理以及我國電力通信的現(xiàn)狀，分析了在電力通信網(wǎng)中引進MPLS的必然性，并針對電力系統(tǒng)關鍵業(yè)務對傳送性能的要求，闡述了MPLS應用在電力通信網(wǎng)中帶來的優(yōu)勢。

關鍵字:電力通信;電力系統(tǒng);網(wǎng)絡;MPLS;ATM;IP

近年來,隨著網(wǎng)絡規(guī)模和用戶數(shù)量的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量以幾何級數(shù)速度增長,IPoverEverything技術越來越受到人們的關注。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術條件下,針對網(wǎng)絡提出較高的實時性和可靠性要求時，IPoverATM當是首選。就電力系統(tǒng)而言,被傳送業(yè)務對實時性和可靠性的嚴格要求使得人們對實現(xiàn)IP與ATM結(jié)合的技術產(chǎn)生了濃厚的興趣。IP技術的優(yōu)點是有靈活的路由體系,采用非面向連接的“盡力而為”的服務方式,適合于非實時信息的傳輸,但傳統(tǒng)的IP技術對時延、帶寬等QoS要求無法保證,也就不能滿足語音、視頻等實時信息的傳輸要求。ATM是寬帶通信網(wǎng)的核心技術,是一種面向連接的網(wǎng)絡技術,它綜合了分組交換和電路交換的優(yōu)點,具有良好的QoS保證,支持語音、數(shù)據(jù)和圖像通信。但ATM的缺點是其連接建立信令過于復雜,路由靈活性不高且在傳輸較短的數(shù)據(jù)時,效率不高。

MPLS（MultiprotocolLabelSwitching多協(xié)議標簽交換技術）是一種在開放的通信網(wǎng)上利用標簽引導數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g。它的價值在于能夠在一個無連接的網(wǎng)絡中引入連接模式的特性;其主要優(yōu)點是減少了網(wǎng)絡復雜性、兼容現(xiàn)有各種主流網(wǎng)絡技術,能降低50%網(wǎng)絡成本,在提供IP業(yè)務時能確保QoS和安全性,具有流量工程能力。此外,MPLS能解決VPN擴展問題和維護成本問題。MPLS技術是下一代最具競爭力的通信網(wǎng)絡技術。

1.MPLS技術

1.1基本概念

MPLS中引入了非常多的新概念和術語，其中比較關鍵和重要的有：

1.Label（標簽）：包含在每個分組中的短的、定長的、只有本地意義的標識符。某一分組的標記代表它所屬的FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價類），用來在一對LSR之間進行分組交換。

2.FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價類）：具有相同轉(zhuǎn)發(fā)方式（目的地相同、使用時轉(zhuǎn)發(fā)路徑相同、具有相同的服務等級等）的一類IP分組。每一個FEC被映射成同一標記，獲得相同處理。

3.LSR（標簽交換路由器）：LSR是執(zhí)行MPLS協(xié)議、完成標記交換的物理設備，包括控制模塊和轉(zhuǎn)發(fā)模塊。處于MPLS邊緣的LSR被稱為LER（邊緣標記交換路由器）.

4.LSP（標簽交換路徑）：一個特定的FEC經(jīng)過同一層次上的LSR所形成的路徑。

5.LDP（標簽分發(fā)協(xié)議）：一個LSR通知其它LSR關于Label/FEC綁定信息的一系列過程。

MPLS采用集成模型IP技術與下層技術結(jié)合在一起，利用第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）的交換能力提高第3層（網(wǎng)絡層）的路由轉(zhuǎn)發(fā)速度，處于網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，可認為是處于2.5層的一個協(xié)議。MPLS兼具了高速交換、QoS、流量控制性能以及IP技術的靈活性和擴展性，不僅能夠解決當前網(wǎng)絡中存在的問題，而且能夠支持許多新功能，是一種較為理想的骨干IP網(wǎng)技術。多協(xié)議指的是支持IP和IPX等各種網(wǎng)絡協(xié)議。

1.2工作原理

多協(xié)議標簽交換(MPLS)技術把網(wǎng)絡層(第三層)的轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)鏈路層(第二層)的交換有機地結(jié)合起來,實現(xiàn)了“一次路由多次交換”大大提高了分組轉(zhuǎn)發(fā)效率。MPLS的基本思想如圖1所示,具有MPLS功能的路由器稱為標簽交換路由器(LSR),MPLS域由一組屬于同一管理域(或路由域)并且相鄰的LSR組成。圖中箭頭方向表示數(shù)據(jù)流方向,LSR1和LSR3分別為入口和出口邊界標簽交換路由器,LSR2為內(nèi)部標簽交換路由器。不同的數(shù)據(jù)流分組在LSR1處根據(jù)各自的策略被映射到相應的轉(zhuǎn)發(fā)等價類(FEC),通常一個FEC與一個標簽(Label)綁定。映射策略一般與網(wǎng)絡層協(xié)議地址五元組(源地址、源端口、目的地址、目的端口、協(xié)議類型)有關,如:把具有相同目的地址前綴的數(shù)據(jù)分組映射到一個FEC;把具有相同源地址和目的地址的數(shù)據(jù)分組映射到一個FEC;等等。“映射分組”與“標簽分組”有相同的語義,映射的過程也就是標簽分組的過程,具體操作為在數(shù)據(jù)分組前附加一個標簽頭,隨后這些被標簽的分組將在標簽交換路徑(LSP)上傳輸,LSP由分組傳輸路徑上所經(jīng)過的一系列LSR組成。LSP上的LSR轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組時不再需要分析網(wǎng)絡層分組頭信息,而是以標簽作為索引交還分組。

2.我國電力通信現(xiàn)狀

目前，我國電力系統(tǒng)通信領域存在3個通信網(wǎng)絡:SPDnet電力調(diào)度網(wǎng)、SPTnet電力通信網(wǎng)（傳輸網(wǎng)）、SPInet電力信息網(wǎng)。同時SPDnet和SPTnet又合稱國家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)。電力系統(tǒng)通信網(wǎng)是現(xiàn)代電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)運行的最基礎支柱，是實現(xiàn)現(xiàn)代化、集約化管理，建設現(xiàn)代化電力企業(yè)不可或缺的信息基礎設施。

我國電力專用通信網(wǎng)是電力市場的重要組成部分，為電力系統(tǒng)的生產(chǎn)指揮和調(diào)度、行政管理和傳輸自動化信息提供必要保證，承擔繁重的業(yè)務信息傳輸任務，這些信息包括以下6大類。

1調(diào)度電話、行政電話；

2保護信息、安全自動裝置信息、故障錄波信息和水文、水調(diào)信息等；

3調(diào)度自動化信息，包括電網(wǎng)生產(chǎn)實時信息、遠動信息、自動發(fā)電控制AGC信息、計算機實時信息能量計費系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)EMS、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控SCADA等；

4自動化應用業(yè)務，包括電力企業(yè)MIS、VOD、交互視頻、會議電視系統(tǒng)；

5電力市場支持信息系統(tǒng)包含的各類應用業(yè)務；

6internet信息系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)等。

電力通信網(wǎng)作為一種專用網(wǎng)，它具有以下特點：

1高可靠性。這是電力系統(tǒng)行業(yè)特點的要求，也是最重要的要求之一。

2實時性要求高。傳輸實時信息通道占的比例較大，每天24h不間斷運行。

3網(wǎng)絡升級擴展余地要求大。隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，各種通信新技術不斷的涌現(xiàn)，通信網(wǎng)也要相應的發(fā)展和變化。因此要求通信網(wǎng)絡易于升級和擴充。

4點多面廣、點對多點為主、容量要求不大。局部地區(qū)站點密度大，需要頻繁的上下話路。

傳統(tǒng)的IP技術適合傳輸非實時的信息，是面向非連接的。雖然路由靈活，但無法保證低時延、動態(tài)帶寬等QoS要求，容錯性和流量控制差，不能滿足電力通信的高可靠性和實時性的要求，無法很好傳輸電力系統(tǒng)中的語音、視頻會議等實時業(yè)務。ATM是面向連接的一種廣域網(wǎng)技術，在QoS、流量控制等方面有優(yōu)勢，但ATM技術異常復雜，短途傳送數(shù)據(jù)效率低。

3．MPLS在電力通信網(wǎng)中的應用優(yōu)勢

3.1.電力通信網(wǎng)中引進MPLS的必要性

MPLS技術融合了IP與ATM各自的優(yōu)點，是IP與ATM的優(yōu)勢互補。其特點決定了MPLS很適合電力通信網(wǎng)發(fā)展的需要。

（1）MPLS支持QoS、流量工程、CoS（服務等級）.MPLS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸和路由計算分開，能夠以無連接方式或顯示路由的方式提供面向連接的業(yè)務，保障傳輸業(yè)務的QoS需求和流量控制。良好的QoS保證和流量工程功能很好地滿足了電力通信對可靠性和實時性的高要求。

（2）MPLS是一種與鏈路層無關的技術，它同時支持X.25、FR、ATM、PPP、SDH、DWDM，最大限度地兼顧了原有的各種技術，保護了原有投資和網(wǎng)絡資源。在電力系統(tǒng)中，這一特點使得目前電力通信中使用廣泛的SDH、ATM等技術，能夠統(tǒng)一在同一個MPLS平臺上，促進了網(wǎng)絡互連互通和網(wǎng)絡的融合，節(jié)約投資。

（3）MPLS支持大規(guī)模層次化的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，進一步促進了網(wǎng)絡功能的劃分將復雜的事務處理推到網(wǎng)絡邊緣去完成，核心網(wǎng)只負責完成傳送功能，這有利于在一個大的網(wǎng)絡中維護IP協(xié)議的擴展性，具有良好的網(wǎng)絡擴展性，路由器容量很容易擴展到大比特級。把MPLS引入電力通信網(wǎng)中，很容易解決現(xiàn)有網(wǎng)絡的擴容升級的問題。

（4）MPLS支持大規(guī)模的虛擬專用網(wǎng)VPN。為了保證電力安全生產(chǎn)，必須保證各個應用系統(tǒng)具有相當?shù)乃矫苄院蛯Ｓ行砸约案鱾€系統(tǒng)之間的安全隔離。因此，各個應用系統(tǒng)建立各自的虛擬專用網(wǎng)絡VPN是電網(wǎng)發(fā)展的客觀要求。MPLS為VPN提供了技術支持保證，而VPN則是MPLS技術最重要的應用之一。

3.2.MPLS應用在電力通信中帶來的優(yōu)點：

電力專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)正常運行的重要保證,為電力系統(tǒng)的生產(chǎn)指揮調(diào)度、行政管理和辦公自動化提供了必要的保證。新時期,電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承擔繁重的業(yè)務信息傳輸任務,包括調(diào)度自動化信息、辦公自動化信息、Internet信息系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)以及電力市場支持信息系統(tǒng)等包含的各類應用業(yè)務。鑒于以上的分析，MPLS應用在電力通信網(wǎng)中將有以下的優(yōu)點：

（1）在電力通信網(wǎng)傳輸?shù)臉I(yè)務中,存在一部分關鍵性的業(yè)務,如調(diào)度電話、繼電保護信號、安全自動裝置信號、自動控制信號以及遠程控制信號,雖然數(shù)據(jù)流量不大但對可靠性和實時性要求很高。這些業(yè)務要求通信系統(tǒng)能夠容納第1,2層協(xié)議,同時要求通信系統(tǒng)能夠保證QOS和實時性。但很明顯,純IP網(wǎng)絡無法達到電力關鍵性業(yè)務的傳輸要求。而MPLS是被事業(yè)界普遍看好的解決未來IP骨干網(wǎng)中QoS問題的關鍵技術,改技術結(jié)合ATM和IP的優(yōu)點,能夠保證達到電力系統(tǒng)的特殊要求。

（2）為保證電網(wǎng)安全可靠運行，現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用分層分級調(diào)度控制。各級調(diào)度控制的功能和目標有所差別，但都需要數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控即SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition），以此作為各級電網(wǎng)調(diào)度決策的依據(jù)。所以，SCADA系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度自動化的基礎與核心，是電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的保證，其地位和作用十分重要。SCADA對通信的基本要求是可靠、準確、及時，特別是要在緊急狀態(tài)下能夠快速高效動作，從而有利于調(diào)度人員很好地預測、控制和迅速恢復大的電力事故。與SCADA系統(tǒng)的接口必須要考慮到開放性的要求，使其有一定的通用性，還要考慮到實時性的要求,能滿足電網(wǎng)調(diào)度的實際需要。對于電網(wǎng)調(diào)度自動化SCADA/EMS實時數(shù)據(jù)業(yè)務，針對其數(shù)據(jù)類型不同可以采用不同的接入方式。若是屬于網(wǎng)絡型數(shù)據(jù)業(yè)務，可直接接入，通過嚴格設定QoS保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性；若是屬于V.24/V.28（RS2232ORRS485）標準的低速實時數(shù)據(jù)業(yè)務，可通過具備V.24/V.28接口的IP設備轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包格式后，再通過MPLS域?qū)崿F(xiàn)傳送。

（3）以IP技術作為EMS與RTU間通信的通用標準在1998年已經(jīng)提出?，F(xiàn)在可以建立一種通過MPLS完成的RTU與EMS之間的連接模型（如下圖）。在MPLS域內(nèi),由于MPLS支

圖3利用MPLS建立RTU與EMS之間的連接模型

持用資源預留協(xié)議（RSPV）攜帶預定的標簽信息來提供QoS,這樣可以保證具有實時性的信號在網(wǎng)絡中可靠,實時傳輸。MPLS可為不同服務等級的數(shù)據(jù)流建立不同的LSP,使得同一個物理網(wǎng)絡可被分為多個虛擬網(wǎng)絡,每一個虛擬網(wǎng)絡代表一個COS（服務等級）,這些虛擬網(wǎng)絡可以有不同的拓撲結(jié)構(gòu)和信號源。這樣,四遙信號可以與其他低等級信號共存于同一物理網(wǎng)絡中,區(qū)別在與COS及不同的實現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)。除應當以最高優(yōu)先級完成四遙信號的傳送,還應有網(wǎng)絡管理員在網(wǎng)絡建設期間或業(yè)務開通之前人工制定主、備用LSP,以提高傳送的可靠性。

結(jié)束語

從電力系統(tǒng)通信業(yè)務的發(fā)展需要來看，綜合化、寬帶化、智能化是發(fā)展的趨勢。隨著電力通信要求的提高，MPLS實現(xiàn)ATM與IP的結(jié)合將是一個必然的趨勢。滿足了電力調(diào)度、生產(chǎn)的各個應用系統(tǒng)的建設和發(fā)展。采用MPLS技術能夠建造一個可靠、高效、安全的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)。

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