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摘要：文章描述了MPLS技術(shù)的基本概念和工作原理以及我國(guó)電力通信的現(xiàn)狀，分析了在電力通信網(wǎng)中引進(jìn)mpls的必然性，并針對(duì)電力系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)對(duì)傳送性能的要求，闡述了MPLS應(yīng)用在電力通信網(wǎng)中帶來的優(yōu)勢(shì)。

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

近年來,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量以幾何級(jí)數(shù)速度增長(zhǎng),IPoverEverything技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件下,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出較高的實(shí)時(shí)性和可靠性要求時(shí)，IPoverATM當(dāng)是首選。就電力系統(tǒng)而言,被傳送業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的嚴(yán)格要求使得人們對(duì)實(shí)現(xiàn)IP與ATM結(jié)合的技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。IP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是有靈活的路由體系,采用非面向連接的“盡力而為”的服務(wù)方式,適合于非實(shí)時(shí)信息的傳輸,但傳統(tǒng)的IP技術(shù)對(duì)時(shí)延、帶寬等QoS要求無法保證,也就不能滿足語音、視頻等實(shí)時(shí)信息的傳輸要求。ATM是寬帶通信網(wǎng)的核心技術(shù),是一種面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它綜合了分組交換和電路交換的優(yōu)點(diǎn),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(diǎn)是其連接建立信令過于復(fù)雜,路由靈活性不高且在傳輸較短的數(shù)據(jù)時(shí),效率不高。

MPLS（MultiprotocolLabelSwitching多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)）是一種在開放的通信網(wǎng)上利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。它的價(jià)值在于能夠在一個(gè)無連接的網(wǎng)絡(luò)中引入連接模式的特性;其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、兼容現(xiàn)有各種主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù),能降低50%網(wǎng)絡(luò)成本,在提供IP業(yè)務(wù)時(shí)能確保QoS和安全性,具有流量工程能力。此外,MPLS能解決VPN擴(kuò)展問題和維護(hù)成本問題。MPLS技術(shù)是下一代最具競(jìng)爭(zhēng)力的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

1.MPLS技術(shù)

1.1基本概念

MPLS中引入了非常多的新概念和術(shù)語，其中比較關(guān)鍵和重要的有：

1.Label（標(biāo)簽）：包含在每個(gè)分組中的短的、定長(zhǎng)的、只有本地意義的標(biāo)識(shí)符。某一分組的標(biāo)記代表它所屬的FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類），用來在一對(duì)LSR之間進(jìn)行分組交換。

2.FEC（轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類）：具有相同轉(zhuǎn)發(fā)方式（目的地相同、使用時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)路徑相同、具有相同的服務(wù)等級(jí)等）的一類IP分組。每一個(gè)FEC被映射成同一標(biāo)記，獲得相同處理。

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

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

5.LDP（標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議）：一個(gè)LSR通知其它LSR關(guān)于Label/FEC綁定信息的一系列過程。

MPLS采用集成模型IP技術(shù)與下層技術(shù)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(luò)層）的路由轉(zhuǎn)發(fā)速度，處于網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，可認(rèn)為是處于2.5層的一個(gè)協(xié)議。MPLS兼具了高速交換、QoS、流量控制性能以及IP技術(shù)的靈活性和擴(kuò)展性，不僅能夠解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)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(shù)。多協(xié)議指的是支持IP和IPX等各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

1.2工作原理

多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)技術(shù)把網(wǎng)絡(luò)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(jī)地結(jié)合起來,實(shí)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(biāo)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(biāo)簽交換路由器,LSR2為內(nèi)部標(biāo)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(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC),通常一個(gè)FEC與一個(gè)標(biāo)簽(Label)綁定。映射策略一般與網(wǎng)絡(luò)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(guān),如:把具有相同目的地址前綴的數(shù)據(jù)分組映射到一個(gè)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(gè)FEC;等等?！坝成浞纸M”與“標(biāo)簽分組”有相同的語義,映射的過程也就是標(biāo)簽分組的過程,具體操作為在數(shù)據(jù)分組前附加一個(gè)標(biāo)簽頭,隨后這些被標(biāo)簽的分組將在標(biāo)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(shí)不再需要分析網(wǎng)絡(luò)層分組頭信息,而是以標(biāo)簽作為索引交還分組。

2.我國(guó)電力通信現(xiàn)狀

目前，我國(guó)電力系統(tǒng)通信領(lǐng)域存在3個(gè)通信網(wǎng)絡(luò):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(shí)SPDnet和SPTnet又合稱國(guó)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(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的最基礎(chǔ)支柱，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、集約化管理，建設(shè)現(xiàn)代化電力企業(yè)不可或缺的信息基礎(chǔ)設(shè)施。

我國(guó)電力專用通信網(wǎng)是電力市場(chǎng)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(dòng)化信息提供必要保證，承擔(dān)繁重的業(yè)務(wù)信息傳輸任務(wù)，這些信息包括以下6大類。

1調(diào)度電話、行政電話；

2保護(hù)信息、安全自動(dòng)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(dòng)化信息，包括電網(wǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息、遠(yuǎn)動(dòng)信息、自動(dòng)發(fā)電控制AGC信息、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)信息能量計(jì)費(fèi)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(dòng)化應(yīng)用業(yè)務(wù)，包括電力企業(yè)MIS、VOD、交互視頻、會(huì)議電視系統(tǒng)；

5電力市場(chǎng)支持信息系統(tǒng)包含的各類應(yīng)用業(yè)務(wù)；

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(diǎn)：

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

2實(shí)時(shí)性要求高。傳輸實(shí)時(shí)信息通道占的比例較大，每天24h不間斷運(yùn)行。

3網(wǎng)絡(luò)升級(jí)擴(kuò)展余地要求大。隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，各種通信新技術(shù)不斷的涌現(xiàn)，通信網(wǎng)也要相應(yīng)的發(fā)展和變化。因此要求通信網(wǎng)絡(luò)易于升級(jí)和擴(kuò)充。

4點(diǎn)多面廣、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)為主、容量要求不大。局部地區(qū)站點(diǎn)密度大，需要頻繁的上下話路。

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

3．MPLS在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1.電力通信網(wǎng)中引進(jìn)MPLS的必要性

MPLS技術(shù)融合了IP與ATM各自的優(yōu)點(diǎn)，是IP與ATM的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。其特點(diǎn)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(wù)等級(jí)）.MPLS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和路由計(jì)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(wù)，保障傳輸業(yè)務(wù)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(duì)可靠性和實(shí)時(shí)性的高要求。

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

（3）MPLS支持大規(guī)模層次化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)功能的劃分將復(fù)雜的事務(wù)處理推到網(wǎng)絡(luò)邊緣去完成，核心網(wǎng)只負(fù)責(zé)完成傳送功能，這有利于在一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)IP協(xié)議的擴(kuò)展性，具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，路由器容量很容易擴(kuò)展到大比特級(jí)。把MPLS引入電力通信網(wǎng)中，很容易解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級(jí)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(gè)應(yīng)用系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)乃矫苄院蛯Ｓ行砸约案鱾€(gè)系統(tǒng)之間的安全隔離。因此，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)建立各自的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN是電網(wǎng)發(fā)展的客觀要求。MPLS為VPN提供了技術(shù)支持保證，而VPN則是MPLS技術(shù)最重要的應(yīng)用之一。

3.2.MPLS應(yīng)用在電力通信中帶來的優(yōu)點(diǎn)：

電力專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(dòng)化提供了必要的保證。新時(shí)期,電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承擔(dān)繁重的業(yè)務(wù)信息傳輸任務(wù),包括調(diào)度自動(dòng)化信息、辦公自動(dòng)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(chǎng)支持信息系統(tǒng)等包含的各類應(yīng)用業(yè)務(wù)。鑒于以上的分析，MPLS應(yīng)用在電力通信網(wǎng)中將有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）在電力通信網(wǎng)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)中,存在一部分關(guān)鍵性的業(yè)務(wù),如調(diào)度電話、繼電保護(hù)信號(hào)、安全自動(dòng)裝置信號(hào)、自動(dòng)控制信號(hào)以及遠(yuǎn)程控制信號(hào),雖然數(shù)據(jù)流量不大但對(duì)可靠性和實(shí)時(shí)性要求很高。這些業(yè)務(wù)要求通信系統(tǒng)能夠容納第1,2層協(xié)議,同時(shí)要求通信系統(tǒng)能夠保證QOS和實(shí)時(shí)性。但很明顯,純IP網(wǎng)絡(luò)無法達(dá)到電力關(guān)鍵性業(yè)務(wù)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(guān)鍵技術(shù),改技術(shù)結(jié)合ATM和IP的優(yōu)點(diǎn),能夠保證達(dá)到電力系統(tǒng)的特殊要求。

（2）為保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用分層分級(jí)調(diào)度控制。各級(jí)調(diào)度控制的功能和目標(biāo)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(jí)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(dòng)化的基礎(chǔ)與核心，是電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的保證，其地位和作用十分重要。SCADA對(duì)通信的基本要求是可靠、準(zhǔn)確、及時(shí)，特別是要在緊急狀態(tài)下能夠快速高效動(dòng)作，從而有利于調(diào)度人員很好地預(yù)測(cè)、控制和迅速恢復(fù)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(shí)時(shí)性的要求,能滿足電網(wǎng)調(diào)度的實(shí)際需要。對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化SCADA/EMS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，針對(duì)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(luò)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可直接接入，通過嚴(yán)格設(shè)定QoS保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性；若是屬于V.24/V.28（RS2232ORRS485）標(biāo)準(zhǔn)的低速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可通過具備V.24/V.28接口的IP設(shè)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(shù)作為EMS與RTU間通信的通用標(biāo)準(zhǔn)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(yù)留協(xié)議（RSPV）攜帶預(yù)定的標(biāo)簽信息來提供QoS,這樣可以保證具有實(shí)時(shí)性的信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中可靠,實(shí)時(shí)傳輸。MPLS可為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流建立不同的LSP,使得同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)可被分為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò),每一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)代表一個(gè)COS（服務(wù)等級(jí)）,這些虛擬網(wǎng)絡(luò)可以有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和信號(hào)源。這樣,四遙信號(hào)可以與其他低等級(jí)信號(hào)共存于同一物理網(wǎng)絡(luò)中,區(qū)別在與COS及不同的實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除應(yīng)當(dāng)以最高優(yōu)先級(jí)完成四遙信號(hào)的傳送,還應(yīng)有網(wǎng)絡(luò)管理員在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期間或業(yè)務(wù)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(wù)的發(fā)展需要來看，綜合化、寬帶化、智能化是發(fā)展的趨勢(shì)。隨著電力通信要求的提高，MPLS實(shí)現(xiàn)ATM與IP的結(jié)合將是一個(gè)必然的趨勢(shì)。滿足了電力調(diào)度、生產(chǎn)的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。采用MPLS技術(shù)能夠建造一個(gè)可靠、高效、安全的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)。

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