SDN網(wǎng)絡(luò)在電力信息網(wǎng)中的實(shí)踐

吳偉東

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

SDN網(wǎng)絡(luò)在電力信息網(wǎng)中的實(shí)踐

吳偉東

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SDN網(wǎng)絡(luò)控制集中、編程簡(jiǎn)介、安全便捷，滿(mǎn)足了電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)需求，為未來(lái)電力平臺(tái)數(shù)據(jù)的發(fā)展打好了基礎(chǔ)。通過(guò)介紹SDN網(wǎng)絡(luò)在電力信息數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用，指出了基于SDN的電力信息網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

SDN；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；電力信息網(wǎng)

1 SDN網(wǎng)絡(luò)在電力信息網(wǎng)中的應(yīng)用

1.1 電力云數(shù)據(jù)服務(wù)

近些年來(lái)，云計(jì)算技術(shù)迅速發(fā)展，電力通信網(wǎng)絡(luò)以光為媒介，通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心按照最大峰值配置靜態(tài)帶寬的形式進(jìn)行互聯(lián)。數(shù)據(jù)中心的眾多服務(wù)器并非同時(shí)工作，而網(wǎng)絡(luò)帶寬是動(dòng)態(tài)的，實(shí)際處于峰值的時(shí)間很短，這造成了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的動(dòng)態(tài)變化，使接入點(diǎn)帶寬可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心調(diào)整實(shí)際值，應(yīng)用于電力光通信網(wǎng)中。SDN技術(shù)可以根據(jù)用戶(hù)帶寬的實(shí)時(shí)需求統(tǒng)一分配數(shù)據(jù)資源、計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，避免電信網(wǎng)絡(luò)的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分析和調(diào)度調(diào)整。按照服務(wù)特點(diǎn)分類(lèi)，電力云數(shù)據(jù)中心有三種運(yùn)營(yíng)方式：基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)。基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)是其他層次的基礎(chǔ)，也是相對(duì)最簡(jiǎn)單的，目前SDN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況可以利用該服務(wù)類(lèi)型實(shí)現(xiàn)服務(wù)虛擬化和云存儲(chǔ)。

1.2 電力光網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的統(tǒng)一控制與協(xié)同

傳統(tǒng)的電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和光傳送網(wǎng)是分離的，作為傳輸通道，光傳送網(wǎng)起到了數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，是電力光網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的基礎(chǔ)，但這種分離的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)造成了帶寬資源的浪費(fèi)與端到端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度和自主管理。隨著云計(jì)算、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)虛擬化等新技術(shù)的出現(xiàn)，電力通信行業(yè)對(duì)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，要求電力網(wǎng)絡(luò)從架構(gòu)、速度、安全性、自主性等方面滿(mǎn)足信息化時(shí)代電力數(shù)據(jù)處理的需求。SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光傳送網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的高度統(tǒng)一，減少了電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的成本，在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中，光傳送網(wǎng)可以通過(guò)大顆粒流量的控制和疏通，控制過(guò)境流量的運(yùn)輸路徑，降低了電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)路由器的容量要求，間接解決了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的成本。另外，SDN控制器可以擴(kuò)展OpenFlow協(xié)議，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)的互通和資源調(diào)整，使管道服務(wù)具有智能化、自主性的特點(diǎn)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化

電力通信網(wǎng)絡(luò)使用的設(shè)備來(lái)源廣泛，各個(gè)廠家的設(shè)備簽署的管理協(xié)議不同，光網(wǎng)絡(luò)物理層技術(shù)具有復(fù)雜多元的性質(zhì)，因此，跨廠家設(shè)備集中管理和業(yè)務(wù)調(diào)度成為阻礙電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展的主要原因。SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，通過(guò)對(duì)電力數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化與分離，創(chuàng)造了電力通信設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)各分支與控制器的連接。網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化還可以根據(jù)客戶(hù)的需求調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，提高了接入和控制網(wǎng)絡(luò)資源的速度。網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化的實(shí)現(xiàn)依托于SDN的物理網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)隔離工作，需要利用專(zhuān)門(mén)的中間層軟件——網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺(tái)完成，虛擬化平臺(tái)完成了物理網(wǎng)絡(luò)的管理和抽象虛擬化，是資源虛擬化的基礎(chǔ)，虛擬化平臺(tái)還可以隔離不同的用戶(hù)，保證用戶(hù)資源的獨(dú)立。

2 基于SDN的電力信息網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 SDN控制平面

目前，主流的SDN控制平面為單一控制器控制平面，單一控制器控制平面高度依賴(lài)于控制器，在進(jìn)行電力信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師可根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的控制器，Big Now Controller Floodlight控制器支持跨平臺(tái)，且支持OpenFlow和其他接口，控制平面成熟度也很高。Beacon控制平面性能高且易于開(kāi)發(fā)部署。opedaylight控制平面更貼近于各大廠商的設(shè)計(jì)理念且能支持開(kāi)源社區(qū)。open contril控制平面能夠進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署，且有冗余備份空間。還有電力網(wǎng)應(yīng)用分布式控制平面，但目前還沒(méi)有完全成熟，大多數(shù)設(shè)計(jì)師難以把握此控制平面與SDN的原則沖突。SDN控制平面的設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面，硬件設(shè)計(jì)要求采用X86 構(gòu)架的硬件平臺(tái)并設(shè)計(jì)外圍接口保證功能擴(kuò)展。軟件設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)中體現(xiàn)網(wǎng)元管理模塊、拓?fù)涔芾砟K和流管理模塊等。

2.2 SDN與光傳送網(wǎng)絡(luò)控制平面融合

SDN的應(yīng)用要求光通信設(shè)備提高其可編程能力，為了適應(yīng)更靈活、更開(kāi)放、更高效的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，SDN架構(gòu)中要引用一些靈活可編程的物理層技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)物理參數(shù)實(shí)現(xiàn)物理性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括光收放器波長(zhǎng)、輸入輸出功率、調(diào)制格式、信號(hào)速率及光放的增益等。具體融合過(guò)程分為三階段：第一階段為分布式ASON+統(tǒng)一網(wǎng)管，此階段要求規(guī)劃模擬工具與NMS的在線交互，接入本地算法，改編網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多線程多進(jìn)程并行化，通過(guò)OpenFlow協(xié)議下發(fā)的控制指令可以受到光網(wǎng)絡(luò)的路由計(jì)算和保護(hù)，多核并行的服務(wù)器架構(gòu)大幅度縮短了故障分析的時(shí)間。第二階段為分布式ASON+PCE，此階段要求轉(zhuǎn)移路由器計(jì)算功能到NMS系統(tǒng)外的PCE中，計(jì)算光波路徑與波長(zhǎng)，并設(shè)計(jì)指令，全網(wǎng)路由的計(jì)算都通過(guò)PCE進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)兩套管理系統(tǒng)，一套用于給原有的NMS下達(dá)指令，另一套負(fù)責(zé)PCE系統(tǒng)，通過(guò)PCEP協(xié)議下達(dá)指令。第三階段為transport_sdn統(tǒng)一控制，此階段要將NMS系統(tǒng)的配置管理和性能管理功能抽象出來(lái)作為SDN的上層網(wǎng)絡(luò)，給原有的APP增加帶寬按需分配、光虛擬專(zhuān)用網(wǎng)等模塊，原SDN控制器增加多于協(xié)同與網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力，完成網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化。

2.3 SDN體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

SDN架構(gòu)設(shè)計(jì)包括物理設(shè)施層和應(yīng)用服務(wù)層，物理設(shè)施層由網(wǎng)元管理模塊、拓?fù)涔芾砟K和流管理模塊 3 個(gè)功能模塊及硬件設(shè)備抽象層接口集合而成，應(yīng)用服務(wù)層由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)模塊、資源管理模塊、服務(wù)質(zhì)量模塊、PCE 路由模塊、安全管理模塊、虛擬化模塊等組成。其中物理設(shè)施層管理光網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元、流表和拓?fù)涞刃畔⒌牟樵?xún)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于與南向接口和北向接口的連接，與南向接口的連接要注意時(shí)隙、端口、波長(zhǎng)等顆粒度必須支持OpenFlow，與北向接口的連接要注意全局靜態(tài)拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)能力必須合格。應(yīng)用服務(wù)層的設(shè)計(jì)要重點(diǎn)關(guān)注安全性和狀態(tài)設(shè)置，還要對(duì)物理設(shè)施層的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行虛擬化，確保與光傳送網(wǎng)絡(luò)控制平面的融合。軟件定義網(wǎng)絡(luò)不僅要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)控制層面的需求和特點(diǎn)，還要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)層面的特征對(duì)于數(shù)據(jù)緩存、媒體服務(wù)等功能的影響，要將原有架構(gòu)的基本功能置于控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)層面，將SDN的新型控制系統(tǒng)抽象化、集中化。

3 結(jié)語(yǔ)

信息化時(shí)代的到來(lái)使國(guó)內(nèi)電力數(shù)據(jù)平臺(tái)的統(tǒng)一成為了可能，SDN網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)也為電力平臺(tái)提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，電力通信網(wǎng)引入 SDN 技術(shù)，構(gòu)建了新興的智能網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的智能管理與控制，為解決光網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際問(wèn)題提供了有益思路。但是SDN技術(shù)還不成熟，繁多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議加大了光路調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)交換的難度，在實(shí)際推廣中，應(yīng)先在小范圍內(nèi)應(yīng)用，及時(shí)解決出現(xiàn)的問(wèn)題，再大規(guī)模推廣。

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Practice of SDN network in electric power information network

WU Wei-dong

(State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China)

As a new type of network architecture, SDN has characteristics of centralized network control, brief programming and convenience, which can meet network needs for power enterprise data center and lay the foundation for the future development of power platform data. By introducing the application of SDN network in power information data platform, the key points of design of power information network based on SDN are pointed out.

SDN; Network virtualization; Power information network

G276

： A

： 1674-8646(2017)16-0056-02

2017-06-12