电力通信数据网中MPLS技术的应用分析

徐 毅，袁保平

（国网安徽休宁县供电公司，安徽 黄山 245400）

0 引 言

经济水平的快速提高促进了科学技术的发展，根据研究表明，不管是网络数据流量还是网络规模都在大幅度增长。对于电力系统，技术人员较为注重ATM和IP之间的结合，并且对相关领域知识产生了浓厚的兴趣，然而从目前的网络技术角度上说，由于难以保证带宽和时延等QoS要求，在视频和语音等传输方面存在不足之处，再加上ATM的灵活性与效率难以达到预期标准，因此研发出了MPLS技术，以增强电力通信数据网的安全性与稳定性。

1 MPLS技术的基本原理

MPLS技术通过标签引导可以将连接模式引入无连接网络中，使网络更加简单明了，在降低复杂性和网络成本的同时，对多种主流网络技术起到兼容效果。MPLS技术可以称为多协议标签交换技术，可以结合数据链路层的交换与网络层的转发，完成多次交换的过程，极大程度上提高了转发效率。标签交换路由器简称为LSR，具有MPLS功能。此外，MPLS域的组成需要满足两方面条件，一方面是必须为相邻的LSR，而另一方面是属于同一管理域。数据流向从LSR1到LSR3等3个标签交换路由器，其中LSR1是入口边界，LSR2是内部，LSR3是出口边界，根据各自的策略，数据流分组在LSR1被映射到相应的FEC，且每个都有对应的标签进行绑定。在网络层协议地址五元组中主要包括协议类型、目的端口、目的地址、源端口以及源地址5个方面，与映射策略具有紧密联系。标签分组与映射分组具有相同的含义，将标签头附加在数据分组前，通过标签交换路径，可以将标签分组进行传输组成LSR[1]。

2 MPLS技术引入电力通信网中的必要性

MPLS技术结合ATM与IP的优势，具有自己的独特优势，可以满足电力通信网的需求。首先，MPLS支持Cos、QoS以及流量工程等，在提供面向连接的业务时，主要采用显示路由和无连接的两种方式，可以进行流量控制，完成数据传输，满足传输业务的需求。通过流量工程和QoS保证，可以增强电力通信的实时性与可靠性，满足电力通信的高要求。其次，MPLS可以兼容原本的技术，与链路层无关，可以对网络资源和原有资源起到保护作用。在电力系统中，可以使用ATM和SDH等技术促进网络的融合，增强互联互通性，降低投资成本。再次，MPLS支持复杂的网络结构，可以合理划分网络功能，在网络边缘处理复杂事物，而核心网的主要功能是负责传送，可以保护IP协议，增强网络扩展性，有效解决网络扩容升级的难题。最后，MPLS适用于虚拟专用网。由于各个系统之间具有一定的专有性与私密性，因此需要建立专用网络，实现安全隔离，满足电网发展的客观需求。此外，通过使用MPLS还可以为VPN提供保障，确保电力安全生产。

3 MPLS的关键技术

3.1 标 签

在每个分组中，标签是指具有固定长度的数据，可以进行转发分组。在意义和数值上，一对LSR需要保持一致，上行LSR会接收到下行LSR所传递的标签K，可以对正在通信的LSR发挥作用，并且一个标签对应一对LSR，可以表示特定的FEC分组，其从上行流向下行。MPLS可以对PPP和太网帧等分组结构的标签以及现有的帧进行支持添加，还可以利用标签结构，包含在数据链路层中。此外，分组封装的介质对标签格式起着关键性作用，标签格式一般将VCI和VPI数值作为ATM封装的分组，并且将DLCI作为帧中继PDU，若是介质封装没有内在标签结构，则需要使用特殊数值进行填充。

3.2 标签交换

从某种角度上说，交换过程可以看作为简单的转发过程，通过标签交换机可以处理标签。在LSP入口处，将标签贴在分组上可以产生标签堆栈，其深度为M，在接受和处理分组时，一般选择中间MPLS节点处理堆栈的顶部标签，还可以交换下行LSR新标签[2]。

3.3 流量控制

在整个网络中，若是使用传统的IP网络可能会过度利用某项资源，或者浪费闲置的资源，而使用MPLS可以控制IP包走过的路径，防止在网络中盲目运行，从而合理分配网络资源。MPLS的流量管理机制主要包括路径优级碰撞、故障修复、路径备份、负载均衡以及路径选择等5个方面。

4 电力通信数据网中MPLS技术的应用

4.1 SCADA的应用

在电力市场中，电力专用通信网具有积极作用，其作为重要组成部分之一，肩负着传递大量信息的任务，可以确保高效传输自动化信息，加强行政管理，提高生产指挥和调度的水平。任务信息主要包括多媒体系统、Internet信息系统、会议电视系统、交互视频、电力企业MIS、自动化应用业务、行政和调度电话、水文和水调信息、故障录波信息、安装自动装置信息、调动自动化信息、电网远程信息、计算机实时信息能量计费系统、生产实时信息、数据采集以及监控SCADA等。安全自动装置信号、保护信号以及调度电话等重要业务对实时性与可靠性有较高要求，在电力通信网中占据一定数据流量，每个接入点都有对应的IP地址，由电力通信网进行分配，确保符合配电自动化要求。同时，对于通信系统而言，需要确保协议具有实时性，并可以容纳1、2层协议。

传统的IP网络传送模式基本上难以满足电力业务的要求，而MPLS技术可以解决QoS问题，结合了流量控制和QoS能力，其处于1、2层协议之间，有利于容纳协议，增强传送的实时性，从而符合电力系统的需求。SCADA的主要职责是采集相关数据和有效控制系统，具有多种功能，如事故追忆、数据计算、告警处理、监视控制以及信息显示等，为电网的安全运行提供了保障。在现代化电力系统中，主要应用分级调度控制，可以采集和监控数据并将其作为电网调度决策的参考。由此可见，在电网调度自动化中，SCADA是核心内容，对电网稳定运行具有实际意义。SCADA对通信具有一定要求，即使在紧急状态下，也需要具有及时、准确以及可靠的特点，在电力事故中实现快速恢复与控制的目标。此外，SCADA接口需要具有良好的实时性、通用性以及开放性，以此满足不同电网调度的需求。根据数据类型的不同，可以针对性采取接入方式，如可以直接接入网络型的数据业务对QoS进行严格控制，以此获得安全可靠的数据传输。

4.2 QoS方面的应用

MPLS域中QoS的主要来源为RSP V携带预定的标记信息，需要确保在网络中运动信号的实时性与可靠性。电力系统四遥具有众多要求，在传送遥测信号时需要将时间控制在3 s内，并在4 s内完成遥调和遥控的传送，在2 s内完成遥信变位传送，另外地区级电网中需要在3 s内完成遥信变位传送。根据服务等级数据流的不同，可以建立多样化的LSP，将物理网络划分为虚拟网络，从一个整体转变为多个部分，分别对应QoS具有不同的信号源。在四遥信号的基础上，工作人员需要指定主备用LSP，必须在业务开通之前或者是网络建设之间完成，从而确保传送信息的安全性与可靠性[3]。

4.3 ATM的应用

电力通信在电力行业中具有辅助性，由于投入资金的限制，使得新技术需要保护已有投资。根据业务的种类需要动态分配带宽，通过采用ATM，可以满足带宽的不同需求。经过数十年的发展，已经建立了成熟的ATM标准制度用于建设广域网。在实际应用中，国家公用通信网上应用了ATM技术，部分单位也正在建设电力系统，形成ATM网络的应用体系，有利于实现IP over ATM。在建设电力专用通信网时需要将ATM宽带网络作为基本思路，由于对网络的可靠性与安全性具有一定要求，因此一般边缘采用MPLS，可以有效接入IP业务，而生产调动等重要部门需要采用ATM网络，以确保满足供电需求，实现安全生产，有利于接入多种综合业务。

将MPLS技术应用在电力通信系统时需要注意以下几点。第一，电力系统内部的人员需要分析当下的先进技术，研究其最新发展规律，加强与制作厂商之间的合作，从而研究出MPLS产品，并将其用于电力系统。第二，在新网络规划过程中，需要从大局出发，购买易于升级的设备，加强现有网络与MPLS网络之间的互通性，确保网络资源可以获得合理利用。第三，在电力系统发展过程中，需要加强建设智能大楼与互联网业务，开展各种业务实验，建立完善的信息网络，为MPLS的网络安全提供保障，使其符合技术标准相关规范，从而促进ATM与IP之间的融合[4,5]。

5 结 论

综上所述，MPLS技术具有广阔的发展前景，工程技术人员应当深刻认识将MPLS技术引入电力通信网中的必要性，不断优化与完善发展模式，使其具有良好的QoS保证，支持多种业务，突出IP的灵活路由和流量控制的特点。同时，需要结合IP与ATM，优化电力通信网，促进MPLS技术的发展，使其综合信息网络，更好地满足电力系统的需求。