基于“大二层”的电力用电信息采集网络解决方案

王卫华

（安徽继远软件有限公司，合肥 230088）

基于“大二层”的电力用电信息采集网络解决方案

王卫华

（安徽继远软件有限公司，合肥 230088）

目前用电信息采集业务数据承载网一般采用基于xSTP/RRPP协议的传统二层组网模式，虽在一定程度上满足了业务需求，但随着业务的深入开展，其可靠性差、扩展性不足等弊端日益凸显。文章提出了采用“大二层”网络技术，构建安全可靠、易扩展的电力用电信息采集网络解决方案，为用电信息采集网络的升级改造提供参考。

用电信息采集网络；xSTP/RRPP；大二层

1 方案背景

根据国网公司规划，至“十二五”末期，国网将实现对直供直管区域内所有用户的“全覆盖、全采集、全费控”。目前国网公司系统内27个省级单位（含直辖市、自治区）的采集系统已基本建设完成。

用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统[1]，主要由智能采集终端、数据通信网络及数据采集平台三部分组成。其中数据通信网络是确保用电信息采集系统安全、可靠运行的重要基础，通信方式目前主要以有线通信为主，无线通信作为补充，其中，有线通信方式主要采用光纤通信[2-3]。

用电信息采集系统一般采用主站集中部署模式，其数据承载网络利用地区通信光纤资源，通过交换机组建光纤通信环网，网络按照核心、接入两个层次进行规划。网络核心层交换机上部署用电采集业务网关，并透传业务VLAN至接入层交换机，运行xSTP或RRPP等协议避免网络环路。末端网络采用EPON接入方式，在各接入站点下挂OLT设备，用户侧采用双PON口的ONU设备分别与两个不同站点的OLT设备互联，实现“手拉手”保护模式，用电信息采集网络组网拓扑如图1所示。

目前，用电信息采集数据承载网络采用传统的xSTP/RRPP等协议进行二层组网，虽在一定程度上满足了业务需求，但随着用电信息采集业务的深入开展，其存在的弊端也逐渐显现出来。主要体现在以下几个方面：

（1）传统二层组网模式协议运行复杂，不宜维护，且存在兼容性、可靠性差等问题。如规划或操作不当，极易出现网络环路，导致网络运行不稳定。

图1 用电信息采集网络组网示意图

（2）现有的网络规划虽考虑了链路冗余，但不支持链路负载均衡。对冗余链路的利用不够充分，无法充分利用已有的光纤链路资源。

（3）传统二层组网规模受节点数量[4-5]、MAC地址数量、VLAN数量等因素制约，无法支撑大规模二层网络，扩展性不足。

鉴于目前用电信息采集网络存在的以上问题，本文提出了一种新的解决方案，以消除网络缺陷，同时提升网络的可靠性和可扩展性，满足用电信息采集业务的未来发展需要。

2 方案概述

在基于EPON实现的用电采集通信网中，采用双PON口的ONU设备需要分别与2个接入站点的OLT设备进行互联，实现“手拉手”保护模式。为实现ONU设备在线路发生倒换后下连的集中器仍能与业务网关进行通信，就必须要求数据承载网络采用二层组网模式，将业务网关集中部署在中心站节点上。

随着用电信息采集业务的逐渐深入开展，用电信息采集网络的规模将逐渐扩大，承载的用户终端数量也将逐年增加。传统用电信息采集二层组网模式，已不能满足用电信息采集业务未来发展需要。

VxLAN[6]（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟可扩展局域网）是一种隧道封装技术，采用MAC in UDP的封装方式来延伸二层网络，在三层网络之上建立二层网络隧道，从而实现跨地域的二层网络互连。只要物理网络支持IP转发，所有IP路由可达的终端用户之间就可建立一个大范围的二层网络。用户可按需规划自己的二层虚拟网络，而不需要考虑物理网络中IP地址和广播域的限制。

基于VxLAN技术构建的“大二层”数据承载网络，具有可跨越三层网络、隧道透明、天然无环路、支持ECMP（多等价路径负载均衡）、超大规模逻辑网络、多租户用户隔离等特点，适用于构建用电信息采集“大二层”网络。

解决方案充分利用地区通信网中丰富的光纤链路资源组建可靠网络拓扑，通过VxLAN技术构建了用电信息采集“大二层”数据传输网络，各站点之间采用三层组网模式，运行动态路由协议，通过虚拟隧道实现各站点之间的二层网络互通，彻底消除二层网络环路，支持任意两个站点之间形成EPON组网的“手拉手”保护模式。同时，解决方案无需改变原有网络核心业务网关部署方式及站点OLT接入方式，在不影响现有业务正常运行的情况下，实现网络的平滑迁移。基于VxLAN的用电信息采集“大二层”网络示意图如图2所示。

图2 用电信息采集“大二层”网络示意图

3 方案特点

（1）高效转发。网络中每台设备都以自身节点作为源节点，基于最短路径算法计算到达其他所有节点的最短路径，如果存在多条等价链路，可实现流量的负载分担，能够充分利用网络带宽。

（2）可靠性强。各站点间采用三层组网模式，运行动态路由协议，通过虚拟隧道实现各站点之间的二层网络互通，彻底消除二层网络环路，支持任意两个站点之间形成EPON组网的“手拉手”保护模式，网络可靠性增强。

（3）快速收敛。采用路由协议生成转发表项，在网络出现节点或链路故障的情况下，可在200ms以内完成网络收敛。

（4）易于扩展。对网络组网拓扑无特殊要求，可依据地区通信光纤资源组建环网状可靠拓扑。VxLAN使用24位标识符，支持224个VxLAN，可以解决传统二层网络VLAN资源短缺的问题。

（5）平滑演进。原有网络核心业务网关部署方式及站点OLT接入方式保持不变，无缝接入“大二层”网络，在不影响现有业务正常运行的情况下，实现网络的平滑迁移。

4 结束语

用电信息采集系统的建设是坚强智能电网建设的重要内容，也是支撑阶梯电价执行的基础条件。文章提出的解决方案基于VxLAN技术构建用电信息采集“大二层”数据通信网络，具有可靠性高、扩展性强、高效转发、快速收敛以及平滑演进等优势，能够较好地解决当前用电信息采集网络面临的可靠性与扩展性不足等问题，可为后续用电信息采集系统网络的升级改造提供参考。

[1] 国家电网公司．Q/GDW 373--2009电力用户用电信息采集系统功能规范[S]．北京：中国电力出版社，2009

[2] 李宁．辽宁省电力用户用电信息采集系统改造及效益分析[D]．华北电力大学，2014

[3] 康丽雁，张冶，蔡颖凯．电力用户用电信息采集系统在智能电网中的应用[J]．东北电力技术，2013, 34(07):50-52

[4] 王作芬，王芙蓉．以太网交换机中生成树协议的实现[J]．数据通信，2000(4):54-56

[5] 张劲松．以太网交换机快速生成树协议的研究与实现[D]．西南交通大学，2005

[6] 霍天一．VXLAN技术的研究与测试方案[D]．西安电子科技大学，2015

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.10.003

TM73文献标示码：A

1672-7274（2017）10-0009-02