數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度集控系統(tǒng)實(shí)時(shí)延伸網(wǎng)的應(yīng)用及優(yōu)化

魏勇軍

【摘要】 廣州供電局有限公司電力調(diào)度控制中心的調(diào)度集控一體化系統(tǒng)從2008年底開始投運(yùn)至今，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了幾次有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)改造優(yōu)化：目前使用了三層路由技術(shù)和HSRP網(wǎng)關(guān)冗余備份以及多種防環(huán)機(jī)制。確保了調(diào)度集控系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控、集控中心安全穩(wěn)定及高效的運(yùn)行，進(jìn)一步提升了調(diào)度集控系統(tǒng)的安全性、準(zhǔn)確性、可靠性。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)交換網(wǎng) 調(diào)度集控實(shí)時(shí)延伸 三層路由 HSRP

最近幾年，伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，做為珠三角核心城市的廣州，電力供應(yīng)需求也相應(yīng)迅猛增長(zhǎng)。通過科學(xué)地增容擴(kuò)充，廣州電網(wǎng)供電能力也得到了快速提高，目前已經(jīng)形成包含200多座變電站的大型電網(wǎng)。

這樣一個(gè)大型電網(wǎng)對(duì)調(diào)度集控系統(tǒng)應(yīng)用、控制、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)高速安全及穩(wěn)定性等提出了更高的要求。廣州局調(diào)度集控目前已建成兩套系統(tǒng)：南瑞OPEN3000系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：南瑞系統(tǒng)）、東方DF8003系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：東方系統(tǒng)）。兩套系統(tǒng)分別從2008年底開始投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，按實(shí)際調(diào)度集控業(yè)務(wù)量及使用的需求，需要從自動(dòng)化機(jī)房分別延伸東方及南瑞系統(tǒng)至調(diào)度責(zé)任區(qū)等多個(gè)監(jiān)控、集控中心供相關(guān)人員使用，這些延伸的遠(yuǎn)程監(jiān)控、集控中心除了調(diào)度責(zé)任區(qū)外，其他延伸點(diǎn)距離自動(dòng)化機(jī)房距離都很遠(yuǎn)，為了讓這些遠(yuǎn)程的延伸點(diǎn)安全、高效地需要使用調(diào)度集控系統(tǒng)，需要使用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估、規(guī)劃建設(shè)，需要對(duì)調(diào)度集控一體化系統(tǒng)的延伸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)工作。

一、組網(wǎng)簡(jiǎn)介

建設(shè)初期根據(jù)當(dāng)時(shí)的設(shè)備及通信技術(shù)條件考慮先將廣州城區(qū)9個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控、集控中心接入調(diào)度集控延伸網(wǎng)絡(luò)。延伸至9個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控、集控中心的兩套調(diào)度集控延伸系統(tǒng)（南瑞OPEN300系統(tǒng)和東方DF8003系統(tǒng)）共用分別在遠(yuǎn)程延伸點(diǎn)共用兩臺(tái)Cisco2950交換機(jī)，通過通信公司的MSTP（多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)）B網(wǎng)接入到調(diào)度中心的兩臺(tái)Cisco4506交換機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)初建立且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不多的情況下，整網(wǎng)使用二層結(jié)構(gòu)進(jìn)行互聯(lián)。

并且兩套系統(tǒng)只通過B網(wǎng)接入，并且2950交換機(jī)上行連接MSTP B網(wǎng)也使用了單線連接方式，因而出現(xiàn)了兩套系統(tǒng)混用一張網(wǎng)及上行連接MSTP網(wǎng)形成單點(diǎn)故障。因此，為了避免單點(diǎn)故障導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷，在原有拓?fù)渖显黾恿薓STP A網(wǎng)進(jìn)行冗余。

二、網(wǎng)絡(luò)初次優(yōu)化改造

初次改造時(shí)東方和南瑞兩套系統(tǒng)的PC共用相同交換機(jī)，東方和南瑞兩套系統(tǒng)有相同的功能，但在數(shù)據(jù)層面是完全獨(dú)立。為確保兩套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隔離，將各站點(diǎn)的Cisco2950交換機(jī)全部更換為Cisco3560交換機(jī)，使用VRF（Virtual Routing Forwarding）技術(shù)將東方系統(tǒng)和南瑞系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行隔離。VRF也稱VPN-Instance（VPN實(shí)例），VRF是MPLS VPN的組件之一，用于隔離不同VPN。在調(diào)度實(shí)時(shí)延伸網(wǎng)用于隔離東方和南瑞兩個(gè)系統(tǒng)。

在初次網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中對(duì)每個(gè)集控中心劃分VLAN，把接入設(shè)備和上聯(lián)鏈路劃分在不同VLAN，并且重新進(jìn)行IP地址規(guī)劃，為進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化進(jìn)行鋪設(shè)。

三、2009年網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步優(yōu)化改造

（1）降低二層環(huán)路風(fēng)險(xiǎn)

因?yàn)?個(gè)站點(diǎn)和匯聚設(shè)備4506之間使用物理二層方式連接，結(jié)果是所有站點(diǎn)都在一個(gè)廣播域中，當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)廣播，其他所有站點(diǎn)都能接收到。由此導(dǎo)致的直接問題是大量的廣播包耗盡所有網(wǎng)絡(luò)帶寬，最終會(huì)導(dǎo)致東方、南瑞系統(tǒng)的應(yīng)用運(yùn)行緩慢。

2013年在對(duì)通信設(shè)備A網(wǎng)的協(xié)轉(zhuǎn)本地打環(huán)測(cè)試中，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)二層環(huán)路，由于各個(gè)集控中心站點(diǎn)與匯聚設(shè)備都處于一個(gè)廣播域，一旦出現(xiàn)環(huán)路，將影響所有集控中心站點(diǎn)。為了解決上述前期網(wǎng)絡(luò)缺陷和防范潛在風(fēng)險(xiǎn)，在集控中心和匯聚設(shè)備之間的通信設(shè)備（MSTP/協(xié)轉(zhuǎn)）實(shí)施劃分VLAN，雖然互聯(lián)鏈路是物理上二層，但通過劃分VLAN把各個(gè)集控中心進(jìn)行隔離。這樣，一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)環(huán)路不會(huì)影響到其他集控中心。

（2）隔離東方、南瑞系統(tǒng)

東方和南瑞系統(tǒng)互為主備系統(tǒng)，二層環(huán)路最終會(huì)導(dǎo)致整臺(tái)交換機(jī)崩潰，而東方系統(tǒng)、南瑞系統(tǒng)的PC共享相同的交換機(jī)，任何一套系統(tǒng)出現(xiàn)環(huán)路都會(huì)影響到另外一套系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)的冗余性將不復(fù)存在。

從兩套系統(tǒng)的最大冗余性和可用性考慮，把集控中心原有的兩臺(tái)交換機(jī)增加到四臺(tái)。每套系統(tǒng)分別使用兩臺(tái)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)的物理隔離、設(shè)備冗余以及環(huán)路避免。通過劃分VLAN，集控中心和匯聚節(jié)點(diǎn)之間使用二層鏈路實(shí)現(xiàn)了三層互聯(lián)，并且在結(jié)合OSPF（Open Shortest Path First）建立一個(gè)無環(huán)、高速的三層交換網(wǎng)絡(luò)。

（3）HSRP網(wǎng)關(guān)冗余

集控中心的PC都采用雙網(wǎng)卡運(yùn)行，接入交換機(jī)通過使用HSRP為集控中心PC提供網(wǎng)關(guān)冗余，一套系統(tǒng)中的兩臺(tái)交換機(jī)都可以做為集控中心PC的網(wǎng)關(guān)，使用HSRP后，兩臺(tái)交換機(jī)形成主備關(guān)系，通過選舉的方式使其中一臺(tái)交換機(jī)為主交換機(jī)。并且在主交換機(jī)不能提供服務(wù)的情況下，自動(dòng)切換到備用交換機(jī)。

針對(duì)這情況使用了SLA（Service Level Agreement）檢測(cè)中間網(wǎng)絡(luò)的可用性。SLA是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能度量與診斷工具，它通過主動(dòng)在多個(gè)站點(diǎn)之間或多條路徑之間發(fā)送檢測(cè)包來實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的度量。SLA和HSRP可以結(jié)合使用，SLA負(fù)責(zé)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的連通性，HSRP跟蹤SLA的檢測(cè)結(jié)果，通過這種方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的高效、智能的切換機(jī)制。

SLA可以讓設(shè)備周期性的發(fā)送檢測(cè)包，檢測(cè)包可以是TCP、UDP以及ICMP，在這次應(yīng)用中使用ICMP做為檢測(cè)工具，這里SLA周期性給匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送ICMP 請(qǐng)求包，當(dāng)10秒內(nèi)沒收到ICMP 響應(yīng)包的情況下，HSRP會(huì)自動(dòng)切換備用設(shè)備。

四、結(jié)束語

廣州供電局調(diào)度集控一體化系統(tǒng)從2006年建網(wǎng)開始，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展進(jìn)行一系列的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在可用性方面使用了雙設(shè)備、雙鏈路以及HSRP/SLA/OSPF等技術(shù)?？紤]到實(shí)時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)情況的監(jiān)控，近期我們計(jì)劃投入一套短信告警系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)異常情況。為電力調(diào)度提供準(zhǔn)確性及可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] cisco Document ID：113260

[2] cisco Document ID：7039

[3] cisco Document ID：112095