IPv6+技术在新型电力系统中的应用

摘要：为满足新型电力系统对电力数据通信网在安全性、可靠性、灵活性和兼容性等方面提出的新需求，文章分析了传统电力数据网存在的主要问题，广泛调研了三大通信运营商关于IP技术演进策略，结合国家的产业政策和电力数据网现状特点，论证了采用SDN和IPv6+创新技术建设新一代电力数据通信网的可行性；提出统筹兼顾网络平滑演进和保护现有投资情形下网络的建设方案，并以福建电网为例给出具体的实施建议，以促进IPv6+技术在电力系统的推广应用，支撑电力数字化转型。

关键词：新型电力系统；数据网；IPv6+；SDN技术

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.04.045

中图分类号：TM 76，TP 96" " " " " " " "文献标示码：A" " " " " " " "文章编码：1672-7274（2023）04-0-04

Application of IPv6+Technology Networking Based on New Power System

CHEN Lifan

（Xinjiang University， Urumqi 830000， China）

Abstract： In order to meet the new requirements of the new power system for the security， reliability， flexibility and compatibility of the power data communication network， the paper analyzes the main problems existing in the traditional power data network， extensively investigates the evolution strategies of the three major communication operators on IP technology， and combines the national industrial policies and the current characteristics of the power data network， The feasibility of building a new generation of power data communication network using SDN and IPv6+innovative technology is demonstrated; Study the network construction scheme under the condition of taking into account the smooth evolution of the network and protecting the existing investment， and give specific implementation suggestions with Fujian Power Grid as an example to promote the promotion and application of IPv6+in the power system and support the digital transformation of power.

Key words： new power system; data network; IPv6+; SDN technology

构建以新能源为主体的新型电力系统，是“双碳”背景下我国能源电力转型发展的方向。电力数据通信网作为新型电力系统的关键基础设施，其安全性和可靠性对电力系统的安全稳定运行至关重要。因此，建设安全可靠、技术领先、面向未来的下一代电力数据通信网，能够为电力供应保障、构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统提供有力支撑[1]。

传统的电力数据通信网基于MPLS-VPN技术，采用IPv4技术体制，域内路由协议采用IS-IS协议，域间路由采用MP-EBGP。基于IPv4技术的传统网络存在技术瓶颈，不能有效支撑新型电力的发展需要，主要表现在以下几个方面。

（1）网络架构：采用控制面和数据面合一的网络架构，缺乏灵活性和创新能力。

（2）网络设备：大部分路由器为早期产品，功能相对落后，无法为业务提供更高质量的保障能力。

（3）网络协议：基于MPLS VPN的协议种类复杂，增加了技术和管理难度。

（4）网络管理：管控能力不强，智能化程度不高。采用命令行方式管控，策略路由需要手工逐跳配置，效率低；可观、可测、可控、故障诊断手段有限，不具备AI能力。

（5）网络带宽：基于路由协议做转发路径规划，网络流量不均衡，造成资源浪费。

（6）网络安全：网管系统尚无法满足等保三级标准，包括未实现对非授权设备的网络行为进行检查或限制；无法提供运维审计、数据库审计、日志审计；对身份鉴别、访问控制措施不完善；未对恶意代码进行检测和防护，不具备补丁升级和更新措施；缺少日常安全漏洞检测工具等；难以为云业务提供网络本身的安全保障。

1" IP技术发展概况

IP技术的发展经历一波三折。TCP/IP标准是20世纪70年代提出的，由于当时没有找到合适的应用，因而IP技术没有得到很好的发展，反而被认定有很多问题。20世纪80年代提出并红极一时的ATM被认为是一种解决IP痛点的有效技术，但ATM本身的局限性又制约了其发展。20世纪90年代WWW的应用，使Internet发生了根本的变化，TCP/IP得到广泛应用，IP网络得到快速发展[2]。

IP网络发展可以划分为三个时代。第一个时代是Internet时代，以IPv4为代表技术，属于尽力而为型网络，需要人工运维；第二个时代是全IP时代，核心技术是MPLS，属于静态策略，半自动运维；第三个时代就是我们正在经历的万物互联的智能时代，即IPv6。IPv6是互联网升级演进的必然趋势，是网络技术创新的重要方向，是网络强国建设的基础支撑，是数字中国的联接底座，是我国应对国际互联网竞争的迫切需要。

2019年，我国发布《中国IPv6发展状况》白皮书，并正式上线“国家IPv6发展监测平台”，成立IPv6+技术创新工作组，明确IPv6+技术研究和产业实践“三步走”发展战略。IPv6+技术创新体系的发展分为三个阶段。第一个阶段是以SRv6技术为基础，广泛应用VPN、TE、FRR等特性，为网络提供一定的编程能力，同时优化业务部署；第二个阶段是引入5G和云特性，包含IFIT、BIERv6、网络切片，从而实现有条件保障用户体验的自治网络；第三个阶段以APN6为技术重点，进一步提升网络能力，同时利用应用驱动网络技术实现应用感知、高度自治的网络，网络能感知到应用及其需求，从而为其提供相应的SLA保障。这也是网络发展的最终目标。

2" 新型电力系统需求分析

2.1 承载业务

根据国家电网有限公司印发的关于《新型电力系统数字技术支撑体系框架设计（2022年版）》的通知（国家电网互联〔2022〕71号），新型电力系统数字技术支撑体系是以数据为核心要素，围绕主网、配网两个层级，聚焦电、非电、碳三类核心数据的采传存用进行设计。数据通信网主要承载接入管理信息大区的电、非电、碳三类核心数据的采集终端数据流量以及部署于管理信息大区各应用系统的应用终端数据流量。

（1）采集终端业务。数据通信网承载的采集终端包括台区智能融合终端、集中器、采集器、智能电表装置等，涉及的电类数据包括中压非涉控设备及低压配电网设备采集数据、用户用电及台区计量数据。

（2）应用系统应用终端业务。根据新型电力系统信息框架设计，管理信息大区部署的应用主要包括：新一代调度技术支持系统、新一代集控站系统、配网管理、新一代电力交易、供电服务指挥、输电全景监控系统、用电信息采集系统、网上电网、负荷管理（智慧能源服务）、新能源云、国家级碳排放监测服务以及通信的IMS、视频会议系统等。

（3）承载业务对网络需求。各类采集终端和应用终端对网络带宽和时延的需求见表1。

2.2 对网络功能需求

新型电力系统数字技术支撑体系架构明确提出“信息系统云端化”。数字化转型的加速，使得云对网络的需求更加强调灵活定制和快速交付能力。因此为更好支撑新型电力系统业务云化，需要网随云动，根据云的需求自动进行弹性适配、按需部署和敏捷开通，形成网主动适配云的模式，促成云网端到端能力服务化，最终实现云网融合。云网融合主要从网络性能、网络可用性、网络智能性、柔性适配能力和网络安全等5个维度来考虑。

（1）网络性能：包括网络覆盖、网络带宽等指标。

（2）网络可用性：包括SLA保障和差异化保障等。

（3）网络智能性：包括弹性伸缩、闭环自动化、网络可编程、故障快速发现和流量自动切换、全局网络资源动态优化等。

（4）柔性适配能力：包括快速开通、原子能力服务化和整体化网络供给等。

（5）网络安全：包括地址与标识安全、协议安全、身份安全等。

3" IPv6+技术演进策略

3.1 IPv6+技术

IPv6+技术是在IPv6技术基础上增加智能识别和控制的技术。IPv6报文由IPv6基本报文头、IPv6扩展报文头以及上层协议数据单元（载荷）三部分组成。相比于IPv4报文，IPv6取消了IPv4报文头中的选项字段，并引入了多种扩展报文头，在提高处理效率的同时增强了IPv6的灵活性，为IP协议提供了良好的扩展能力[3]。目前IPv6扩展报文头的设计已成功应用于SRv6、网络切片、IFIT、BIERv6和APN6等技术中，业界将这些统一定义为IPv6+技术。

IPv6+技术通过应用SRv6协议简化网络，提升网络的可编程能力，同时聚焦用户体验保障，关注网络切片、安全性等，从而满足云网融合、5G 2B、算力网络、工业互联网等应用的定制化需求[4]。

3.2 三大通信运营商关于IPv6+技术的演进策略

（1）面向云网融合的发展浪潮，中国移动积极推动承载网络的数智化转型。当前，中国移动以IP网全面SDN化为抓手，提升网络控制能力，实现可灵活动态选路的智能弹性网络。通过引入SRV6 BE、SRv6 Policy、G-SRv6、网络切片等面向下一代互联网的IPv6+创新技术，打造确定性转发、端到端低时延、差异化网络服务的承载网络，为客户提供灵活丰富的接入能力，满足云网融合多样化、高质量业务需求。

（2）中国电信认为云网融合是新型信息基础设施的核心驱动和基本内涵，是新型信息基础设施发展的必然选择，但云网融合的发展将是个长期的演进过程。中国电信在创新组网方面提出要进一步优化互联网网络架构和协议，一方面部署互联网CDN，提高网络效率、提升用户感知，另—方面以5G SA网络和物联网为抓手，推动IPv6单栈网络建设，并结合SRv6等协议的引入逐步形成端到端智能化的全IPv6网络。

（3）中国联通建设了面向算网一体的融合承载网络，技术演进采用CUBE-netX.0架构。在CUBE-net 2.0阶段，联通引入SDN技术，实现了云网一体化的业务开通和服务。在CUBE-net 3.0技术架构中，将继续夯实云网一体服务基础，还将结合5G+AI、边缘计算，智慧家庭、行业云网等新业务诉求，探索面向业务级的算力网络新技术，向用户提供实时、高效的算网一体服务。

根据三大运营商顶层规划，IPv6+技术是IP承载网络发展的必然趋势。但鉴于新旧网络的过渡需要平滑演进，同时为最大限度地保护传统网络投资，三大运营商在IPv6+技术的发展初期将采用SDN和IPv6+创新技术。

3.3 IPv6+技术与SDN相结合的技术优势

采用基于SDN架构和IPv6+技术的网络，具有提供可编程路径、快速业务发放、自动化运维、质量可视化、SLA保障和应用感知等特点。IPv6+技术可在智能、安全、超宽、广联接、确定性和低时延六个维度全面提升IP网络能力，助力打造无处不在的智能IP联接，构建万物互联的智能世界，满足新型电力系统安全可靠、灵活高效、泛在连接的多场景应用需求。主要技术优势包括。

（1）网络具有可观、可测、可控能力。

（2）支持网络资源编排、全局/局部规划和调优能力，大幅提高网络利用率。

（3）支持多因子组合约束路径，满足差异化业务需求。

（4）支持网络资源可编排，维护窗口零风险。

（5）支持路由层面50ms保护倒换，增强可靠性和可控能力。

（6）支持FlexE网络切片、业务物理隔离、视频等重要业务质量可承诺。

（7）支持智能运维，提升网络运维效率，降低故障影响。

（8）支持分钟级故障定位。

（9）支持KPI异常识别、海量运维数据充分分析，网络隐患及时发掘，实现预防性维护。

（10）支持AI能力，实现传统人工运维向数智化运维转型。

3.4 电力数据通信网技术演进策略

结合国家产业技术政策和三大运营商关于IPv6+技术的发展路径，以及SDN和IPv6+创新技术的优势，电力数据通信网向下一代网络演进初期推荐采用IPv6+SDN的技术路线，在兼容现有MPLS网络和投资的前提下，简化网络协议，提高网络利用效率，实现网络平滑演进；更好地支撑不同业务对网络带宽、可靠性、安全性等差异性需求；更好地支撑网络业务开通敏捷化、管理运维精细化和智能化；最终为企业创造更多的管理和经济效益，支撑电力数字化转型。

4" IPv6+技术在福建电网中的应用

4.1 建设方案

在省调、备调各建设一套异地互备的SDN控制器和支持SDN加IPv6+技术新特性的路由器，采用热备工作方式，正常情况由主调控制器负责全网控制管理，当主调异常时切换到备调控制器。网络建设初期，流量调度、智能算路等控制功能由SDN控制器完成，新增的SDN化网元的基础维护功能（告警、巡检等）以及业务开通功能（如L3VPN等）均由现有数据网网管实现。在网络SDN化改造逐步完成的过程中，逐步扩展SDN控制器功能，将现有数据网管功能统一纳入SDN控制器，实现统一的综合运维管理。如图1所示。

4.2 SDN控制器选型建议

SDN控制器选型可采用两种方案：由路由器厂家提供SDN控制器；采用跨厂家管控的SDN控制器。

目前由路由器厂家提供的SDN控制器只能管理自家的产品，而且整个控制域也需采用同厂家路由器才能发挥SDN管控效能。由于福建公司数据通信网分期分批建设路由器，品牌种类多，难以采用路由器厂家提供SDN控制器的方案，而且从产品采购和网络安全性角度考虑，也不宜全网均采用单一品牌的设备组网。

目前采用跨厂家的SDN控制器已在中国移动承载网率先应用验证，在广东、四川、浙江、江苏四省移动公司展开现网试点，充分验证了由中国移动研究院制定的单层控制器架构及与设备解耦技术方案的可行性，在简化架构、提升业务发放效率和故障处理率方面优势明显，大力推动了多厂家控制器产品的开发与成熟进程，建议福建电网考虑选择能跨厂家管控的SDN控制器方案。

4.3 软件配置

SDN控制器系统采用四层软件架构，包含采集适配层、数据层、功能服务层和能力开放层。

（1）采集适配层：系统应具备跨厂家设备的直采能力，通过SNMP、Telemetry、NetFlow、NETCONF等多种网元管理协议，直接对全网IP网络设备采集资源、告警、性能、路由、流量等数据。考虑割接执行、业务开通、网络调优等需求，可以对网络设备进行配置下发。省内SDN控制器采用单层控制器组网，南向直接对接不同厂家的设备，实现业务在设备的下发和监控。

（2）数据层：系统对所有的数据都集中管理，包括资源数据、配置数据、告警数据、拓扑数据、流量数据等，通过建立统一的数据模型，支持跨域、端到端分析。

（3）功能服务层：提供能力服务，是能力对外开放的核心使能层，支撑业务应用和接口开放，主要分为基础维护管理、业务自动配置与管理、SDN调度控制管理三大类功能。

（4）能力开放层：通过服务调用、实时消息、FTP等接口协议，实现与业务编排系统、资源管理系统、故障管理系统、数据共享平台等对接。

5" 结束语

结合新型电力系统的建设需求和IP技术发展的趋势，福建电网采用成熟先进的SDN和IPv6+技术相结合的方式建设新一代电力数据通信网络，解决传统电力数据通信网存在网络技术架构不先进、网络协议复杂、网络管控能力不强、智能化程度不高、网络带宽资源未有效利用等突出问题，满足新型电力系统数字技术支撑体系框架下云对网的需求，以及网络安全性、可靠性和灵活性的需求，是一种有效、可行和适用的解决方案，可复制推广至全国电力系统应用，具有较大的经济价值和社会价值。■

参考文献

[1] 孙福友．面向未来新型电力系统，构筑下一代高品质通信网络[J]．能源，2022（6）：52-53.

[2] 黄少波．ATM技术和IP技术向MPLS演进[J]．闽西职业大学学报，2005（3）：131-133，136.

[3] 李洋．基于隧道技术IPV4与IPv6双协议栈网络设计与实施[J]．网络安全技术与应用，2017（7）：50-52，75.

[4] 冯小芳．电信运营商基于IPv6+的云网融合建设策略研究[J]．电信快报，2022（9）：11-15.