基于MPLS-VPN的电力调度数据网优化实证探索

国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 付 饶 袁 丁 刘 琦 张文龙 史晓桢

网络信息技术快速发展，逐渐应用于各个领域，建立针对性的管理与服务系统，提升工作质量和效率，已成为一种趋势。MPLS-VPN 属于一种基于MPLS 技术的虚拟化专用网络，具有灵活性、可扩展性和安全性等优势，适用于电力调度数据网络建设及运营管理，因此，应在有关方面加强研究，提升MPLS-VPN 技术实践应用效果，使其更好的服务于电力调度工作，保证数据传输安全可靠，及时有效[1]。

1 MPLS-VPN 技术基本原理

VPN 将ISP 或者NSP 作为基础，结合公用网络的实际情况，在其中设置专用于数据通信的网络技术。其具有较强的融合性和数据承载能力，且节点之间不需要设置物理连接，只需要通过虚拟网络便可以将其连接在一起，即通过信号感应连接。MPLSVPN 技术，将MPLS 技术与VPN 结合在一起，构建虚拟专用网络。可以进行数据、语音、图像等方面的宽带连接[2]。此外，还可以在其中应用其他相关技术，进行服务能力提升和功能拓展，满足用户需求[3]。

在电力调度数据网络中，使用MPLS-VPN 技术下的虚拟专用网络在进行电力数据信息转发时，机制相对较为个性化。对省级电力调度数据、地区级电力调度数据、电厂级电力调度数据的要求、流程、标准等准确识别，规范化运行。其可以为进入电力网络中的IP 数据包提供便于识别的标识，并可以进行标识交换，实现数据包转发，标识属于IP 数据包的代替品[4]。这一网络在电力系统中应用时，主要包括以下三个部分：边缘部分的节点，也被称为标记边缘路由器（LER：Label Edge Router）；核心位置的节点，属于标记交换路由器（LSR：Label Switching Router）；位于节点之间的路径，属于标记交换路径（LSP：Label Switched Path）。整个LSP 属于穿越网络的单向运输通道[5]，具体工作原理如图1所示。

图1 工作原理图

2 MPLS-VPN 技术特点及其安全性

2.1 MPLS-VPN 技术特点

2.1.1 低成本

MPLS 在原有网络技术的基础之上，进行ATM和IP 技术的集成化处理，对其进行简化设计，能够将L2和L3技术高效能的组合在一起，相关技术资源共享，取长补短，减少非必要投资，节约成本[6]。

2.1.2 提升资源使用率

在网络中通过标签代替数据包，并进行标签之间的交换，从而实现IP 地址重复使用，提升其资源使用率和使用价值。

2.1.3 灵活性和扩展性突出

这一网络通过Any To Any 进行连接，有助于网络灵活性和可扩展性的增强。其中，对于灵活性，制定个性化控制策略，满足不同用户需求，打造增值型业务。对于可扩展性，增加网络容纳VPN 的能力，并注重每一个VPN 用户量的拓展。

2.1.4 安全性较高

基于MPLS-VPN 技术的网络建设，注重安全性提升，具体体现在地址空间分类、数据与路由分离、核心网络隐藏等多个方面，有效避免用户对其的攻击，提升安全性。

2.2 MPLS-VPN 技术安全性

2.2.1 实现VPNs 间的数据与路由分离

网络设计时，对于用户而言，其在共享网络资源下，需要在MPLS 网络核心和VPN 中实现地址空间分离。只有实现这一目标，才可以对每个IP 地址有效使用，避免不同用户在使用同一个IP 地址时发生矛盾。此外，对于所有的VPN 数据流量也进行分离设置，避免数据从一个VPN 流入到其他VPN之中。而VPN 实例的路由信息也需要进行分离，保持彼此的独立性[7]。

2.2.2 核心网络隐藏

基于MPLS-VPN 技术的电力调度网络设计，对核心网络进行隐藏，其可以增强网络安全性，提升其抗攻击能力。在未获取网络拓扑结构的前提下，攻击者只能依靠猜想进行IP 地址分析和确定，从而弱化其攻击能力。当前，帧中继和ATM 皆使用网络2层VPN，增强了核心网络隐藏效果，网络服务商和用户仅对用户VC 信息进行共享，其他皆处于隐藏状态，提升了安全性。

2.2.3 抗攻击性能

这一网络设计时，必须能够及时、准确的界定核心网络路由器是否被外网DOS 攻击，这样才能及时作出应对，维护网络的运行安全。为了实现这一目标，MPLS 网络中每个VPN 皆对应一个针对性的VRF，且处于独立性和封闭性状态，不可进行跨越式访问，即无法通过一个VPN 访问到另一个VPN，有效阻止了使用者对网络的攻击。

3 基于MPLS-VPN 的电力调度数据网优化实证

3.1 工程概况

本次研究，选择B 地区电力调度数据网工程作为研究对象，主要包括一个主站、2个550kV 变电站、3个220kV 变电站。该区域建立这一网络的目的，是实现数据调度整体水平的提升，完成当地电力系统信息化、智能化、自动化等方面建设及改革工作。

3.2 电力设计中难点问题解决

MPLS-VPN 技术在电力调度网络中应用时，需解决以下两个方面的难题。

3.2.1 跨层双链路问题

在电力调度数据网络中，OSPF 协议属于常用协议，基于省级电力调度、地区级电力数据调度、电厂级电力数据调度进行协议划分。每个电厂、变电站根据区域划分Area。但是，在电力调度中依然采用这一模式，则会导致跨层双链路问题。以电厂为例，由于电厂其中一条链路处于Area0之中，当其中断时，与之相关的电力系统所有分区皆会接收到信息，产生全网路由重新计算的问题，降低电力调度数据网络稳定性。因此，本次设计对于电厂和550kV 变电站的第二条链路使用独立的Area，对于电厂和省调的链路采用两个Area，避免某一个出现问题带来的整体影响。

3.2.2 跨双节点冗余链路问题

为了解决电厂、550kV 变电站跨层双链路上联的问题，本次设计对两条链路独立进行Area 区分的方法，但其存在一定的问题，即MPLS 之中，如果发生一条链路中断的情况，另一条是否可以快速接替。在设计中，电厂、550kV 变电站的跨Area双链路，借助两条链路建立LSP，同时，需要使lookback 地址参与到OSPF 路由之中，使用的命令为network。然而，一个路由之上，使用这一命令无法实现一个网段同时进入两个Area 之中。为了解决这一问题，通过路由进行注入，将lookback注入OSPF 之中，实现外部路由注入。

3.3 实践应用

3.3.1 路由器选择

在电力调度数据网络中，路由器选择方面，基于经济性、安全性、可靠性和优质性等原则，选择了2种路由器，即思科公司3600路由器、华为公司Quidway 路由器，这也是案例地区电力系统常用路由器，适应性较强。

3.3.2 VPN 划分

电力调度数据网络VPN 划分方面，根据电力业务类型分别设置不同的VPN。其中，对于电力数据采集和监视控制系统，划分为电力实时业务，即对其进行实时化管理，及时获取电力信息并分析，实现运行状态的实时监督，设置相应的VPN（s）。对于计量和继电保护方面的信息管理业务，划分为准实时业务，设置VPN（zs）。

3.3.3 功能设置和实现

基于MPLS-VPN 技术的电力调度数据网络优化设计过程中，主要功能设计和实现如下：第一，对于电力数据专用通道（n×2Mbps）通过MPLSVPN 技术进行组网，可以对调度业务跨越广域网时提供电力信息传输安全保障，实现本次改造电力调度二次安防的需求；第二，借助网络进行县域和市域的电力数据调度，并进行变电站监控系统之间的数据交换，保证数据交换的实时性和畅通性；第三，在设计时，对于继电保护和电量计量系统，使用纵向VPN 传输通道，提升安全性，节约通道资源，降低成本；第四，基于电力数据信息全局统筹管理的视角，设置具体的通信机制，在统一的电力系统控制中心设置多方面的连接和管理功能，对系统所有通信链路进行实时监管；第五，增强电力系统的融合性和服务能力，使其可以支持各种国际标准协议。对于网络互联方面的协议定义，采取标准化模式。

3.3.4 应用测试

为了检验本次设计的合理性，设计如下的测试模型。测试指标主要包括经济性（X1）、安全性（X2）、畅通性（X3）、可靠性（X4）、效率性（X5）、优质性（X6）六方面内容。合理性分析模型如下：

具体的测评模型如下：

其中，y代表方案合理性，α代表其他影响因素，β代表各项指标的影响系数，X代表每个指标。在测试时，如果达到预期标准，记作1，未达到预期标准，记作0，合格率的计算公式如下：

其中，M代表合格率，H代表合格的系数，W代表测试的整体次数。对于本次设计的方案，总计随机测试1000次，结果如表1所示。由此可见，本次设计具有合理性，可以在实践中推广。

表1 测试结果

3.3.5 结果讨论

根据上述研究得出，基于MPLS-VPN 技术的电力调度网优化，可以提升相关工作的经济性、安全性、畅通性、可靠性、效率性、优质性，因此，在电力调度之中，应注重MPLS-VPN 技术使用，保证其使用效果“最佳”，具体建议如下。第一，有效消除干扰。MPLS-VPN 技术在应用时，数据信息获取属于基础环节，必须保证信号的畅通性、连续性、清晰性，这样才能保证数据信息识别和分析结果质量提升。第二，注重BP 神经网络技术的应用。基于MPLS-VPN 技术的电力调度网优化，需要注重方案的合理设计，实现综合效果“最大化”。为了实现这一目标，应有效使用BP 神经网络技术，借助其强大的特征识别能力和学习能力，得出最佳方案。

综上所述，MPLS-VPN 技术在电力调度数据网络中的应用具有可行性和合理性，能够提升整个网络的经济性、安全性、畅通性、可靠性、效率性、优质性，因此，应注重这一技术的使用。但是，在使用时，需要结合实际情况和需求，针对性设计，合理选择路由器，科学配置VPN，有效建立网络连接，增强其服务能力和质量。