IPv6及其在電力自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

田沐華

摘 要：站在網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議發(fā)展角度來說，逐漸實現(xiàn)了IPv4向IPv6的過度，為電力自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。本文根據(jù)以往學(xué)習(xí)內(nèi)容，對IPv6的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀以及IPv6技術(shù)分析情況進行總結(jié)，并從電動汽車充換電、智能變電站、配電和用戶側(cè)自動化系統(tǒng)、IPv6推廣的關(guān)鍵因素四方面，論述了IPv6在電力自動化系統(tǒng)中的主要應(yīng)用形式。

關(guān)鍵詞：電力自動化系統(tǒng);電動汽車;智能變電站

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0032-02

1 IPv6標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

IPv6標(biāo)準(zhǔn)主要是由整個國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組以及指導(dǎo)組共同制定，在協(xié)調(diào)運行上，由互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機構(gòu)專門負(fù)責(zé)，很多標(biāo)注化組織，如ITU-T、BBF等專門制定了IPv6應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。從1995年至今，相關(guān)規(guī)范已經(jīng)出現(xiàn)了200多項，形成了應(yīng)用擴展、過渡方案等多種協(xié)議類型。我國在IPv6標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布緊跟時代腳步，并在RFC-6272中明確了RFC標(biāo)準(zhǔn)，該種標(biāo)準(zhǔn)與智能電網(wǎng)的發(fā)展密切相關(guān)，從而實現(xiàn)了控制管理協(xié)議、路由協(xié)議等方面的系統(tǒng)梳理。相比之下，IPv6能夠獲得更多的移動性和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議支持，應(yīng)用效果更加明顯。

2 IPv6技術(shù)分析

2.1 地址空間分析

整個IPv6的地址空間主要由128bit構(gòu)成，以IPv6常用的地址表示格式為主，讓空間分配操作顯得更加合理。從這里可以看出，IPv6的地址空間確實很大，而且整個IRTF依然保留著很多沒有被確定目標(biāo)的地址空間，占總空間總數(shù)的85%。即使如此，地址范圍也比IPv4的地址空間高出293倍。

2.2 自動化和智能化分析

除了傳統(tǒng)的手動配置之外，想要在某些特殊環(huán)境之中提升用戶的工作效率，即插即用的使用方式顯得尤為重要。IPv6可以通過鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議等機制為系統(tǒng)提供自動化的網(wǎng)絡(luò)配置功能，其效果十分明顯。另外，ICMPv6屬于基礎(chǔ)支撐協(xié)議范疇，基于該種報文形式，可以實現(xiàn)地址的重復(fù)性檢測，前綴編寫等功能。除此之外，DHCPv6屬于上一代的升級版本，即使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模十分巨大，仍然可以實現(xiàn)狀態(tài)地址的自動配置。如果是小型或者是動態(tài)性較高的網(wǎng)絡(luò)，人們可以通過NDP實現(xiàn)無狀態(tài)地址的自動配置，將有效的生命周期地址傳遞給用戶，實現(xiàn)設(shè)備的即插即用。

2.3 效率分析

站在理論角度來說，IPv6屬于是對互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)具備的經(jīng)驗和結(jié)果進行改進，其中主要的改進內(nèi)容包括以下幾方面：第一，對包頭設(shè)計以及新的組播機制進行簡化，提升整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理效率;第二，對各種流標(biāo)簽進行應(yīng)用，有利于對流數(shù)據(jù)的全面處理;第三，研究人員可以通過聚類原則，對全局路由表內(nèi)容進行簡化，進一步提升整個路由器以及數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度;第四，在分包和組包操作上，可以在源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之中完成，并不像IPv4那樣，只能通過路由器來完成相應(yīng)操作[1]。

站在另一個角度來說，IPv6對網(wǎng)絡(luò)性能也會產(chǎn)生一定影響，具體內(nèi)容如下：第一，在地址空間以及相應(yīng)功能得到豐富的同時，整個報頭開銷也會相應(yīng)提升;第二，支持IPv6的相應(yīng)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并不成熟，而且也沒有經(jīng)過長期的應(yīng)用檢驗。站在國內(nèi)外發(fā)展角度來說，人們對IPv6性能進行了很多研究和預(yù)測，整體來看，IPv4的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和CPU等方面要比IPv6好很多，而且操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)模塊與上述性能息息相關(guān)，從以往發(fā)展經(jīng)驗來看，在后續(xù)IPv6推廣和應(yīng)用上，系統(tǒng)性能會逐步得到改善。

2.4 安全性分析

在IPv6應(yīng)用上，主要以IPSec機制為基礎(chǔ)，通過封裝化安全凈荷擴展報頭，實現(xiàn)了身份認(rèn)證算法的有效加密，這也為網(wǎng)絡(luò)層強制提供了一系列有效的安全措施。站在安全性角度來說，IPv6技術(shù)并不圓滿，還存在以下幾方面問題：首先在，之前的IPv4網(wǎng)絡(luò)傳輸層之中的安全問題并不能完全利用IPv6網(wǎng)絡(luò)層解決，還容易出現(xiàn)拒絕服務(wù)攻擊等不良反應(yīng);其次，IPv6的引入，可以能帶來一些新的安全問題，如強制性組播支持等新型網(wǎng)絡(luò)攻擊，再加上新的地址自動配置等方式的應(yīng)用，為人為網(wǎng)絡(luò)攻擊的開展創(chuàng)造了很多新的機會。

2.5 服務(wù)質(zhì)量和移動支持

服務(wù)質(zhì)量主要是對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的控制能力進行表達，主要內(nèi)容包括寬帶傳輸、丟包率以及錯誤率等等。在IPv6協(xié)議發(fā)展過程中，主要是對該方面的支持機制進行提升，具體內(nèi)容如下：首先，基本報頭之中對流量類型和流量簽進行定義，為區(qū)別處理、實時性保障等工作提供了基礎(chǔ)條件;其次，在部分?jǐn)U展報頭上，具備直接的QoS溝通能力，如擴展報頭的選擇等等。如果是站在移動IP角度來說，可以為移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)條件，這一點在IPv4層面上便已經(jīng)取得了很大的成功。在后續(xù)研究過程中，研究人員以此為基礎(chǔ)，對IPv6進行了深化處理，實現(xiàn)了移動IP業(yè)務(wù)的全面改進，這其中包括NDP、SLAAC等方面的應(yīng)用，而且在移動節(jié)點的配置上，并不需要外地代理等方面的參與?，F(xiàn)如今，中國電信等企業(yè)開始對MIPv網(wǎng)絡(luò)進行簽署，所能收獲何種效果還需要進一步驗證之后才能確定[2]。

3 IPv6在電力自動化系統(tǒng)中的主要應(yīng)用形式

IPv6在應(yīng)用過程中，并不能將電力自動化系統(tǒng)之中的全部網(wǎng)絡(luò)問題解決，自身還處于不斷發(fā)展和完善的過程。除此之外，現(xiàn)階段很多IPv4設(shè)備和技術(shù)還在繼續(xù)應(yīng)用，而且無法在第一時間內(nèi)完成升級工作，從這里可以看出，IPv6在電力自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用屬于一個長期過程。

3.1 電動汽車充換電

該項系統(tǒng)主要涉及到的服務(wù)內(nèi)容包括監(jiān)控、調(diào)度以及計費計量等，通過IPv6的應(yīng)用，能夠滿足人們的特殊應(yīng)用需求：首先是公網(wǎng)通信和移動通信需求，由于充電調(diào)度不單單存在與充電站和充電樁之中，而且在用戶移動過程上，監(jiān)控和調(diào)度設(shè)備便已經(jīng)開始工作，由于該項應(yīng)用的越來越廣泛，再加上人們對智能化需求度越來越高，讓電動汽車的集群式調(diào)度工作開展顯得極為重要。在未來，電動汽車充換電將會展示出明顯的移動性特點，相比于IPv6，在地址空間能量等方面能夠展示出更加強大的支持能力。其次是多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通信和協(xié)調(diào)，在整個充電服務(wù)過程中，主要包括物聯(lián)網(wǎng)、傳感器以及現(xiàn)場總線等等。IPv6在上述應(yīng)用之中具備很強優(yōu)勢，在很多新的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之中，甚至只出現(xiàn)了IPv6基礎(chǔ)協(xié)議。最后，在通信安全、效率等方面，充換電服務(wù)涉及到的系統(tǒng)和設(shè)備很多，如電表、開關(guān)以及無功補償裝置等等，必要時，人們還會將電動汽車作為整個電網(wǎng)服務(wù)的輔助設(shè)備，此時，IPv6的即插即用價值展示的更為明顯[3]。

3.2 智能變電站

在變電站自動化系統(tǒng)建設(shè)過程中，主要經(jīng)歷了綜合自動化、數(shù)字化變電站以及智能變電站的演變過程，現(xiàn)如今，以IP技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為了變電站自動化系統(tǒng)的重點內(nèi)容。除了和上級調(diào)度機構(gòu)通信之外，變電站自動化系統(tǒng)的整個通信應(yīng)用核心主要集中在設(shè)備局域網(wǎng)絡(luò)之中。截止到目前，人們所應(yīng)用的主流方案集中在組成站控制層之中，位于間隔層和過程層之間，在確保采樣值具備科學(xué)性的同時，也能提升信息在傳輸過程中的實時性和可靠性。還有的為此過程進行單獨組網(wǎng)，將光纖直接連接在一起。從上述分析內(nèi)容中可以看出，IPv6協(xié)議優(yōu)勢主要集中在容量層面，但這并不是變電站自動化系統(tǒng)最需要的。從之前學(xué)習(xí)內(nèi)容中可以了解到，我國的變電站通信系統(tǒng)以電力專網(wǎng)的組成形式為主，該種形式可以提升系統(tǒng)的安全性，這一點在烏克蘭電網(wǎng)事件之中可以明顯的體會出來。另外，隨著智能化設(shè)備的不斷發(fā)展，站內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加頻繁，而且IPv6在移動性以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之中的優(yōu)勢，可以為整個變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展提供有利條件。

3.3 配電和用戶側(cè)自動化系統(tǒng)

近年來，整個電力系統(tǒng)用戶側(cè)發(fā)生了巨大變化，從之前的基本可靠，到現(xiàn)在的電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰，自動化系統(tǒng)的優(yōu)勢更加明顯。人們對整個自動化設(shè)備的需求越來越高，尤其是在信息流和業(yè)務(wù)流的開展上，對通信協(xié)議產(chǎn)生了高度依賴，這也為IPv6推廣留下了更加廣闊的空間，具體表現(xiàn)內(nèi)容如下：首先，人們需要對大量的公網(wǎng)路由IP地質(zhì)進行注冊。由于配電和用戶側(cè)的通信環(huán)境十分復(fù)雜，無法實現(xiàn)電力通信的專網(wǎng)覆蓋，通信點數(shù)卻在日益提升。所以說，只有IPv6這樣打的地址容量，才能將上述問題解決。其次，端對端的通信方式越來越受到人們的認(rèn)可與歡迎。以智能電表的應(yīng)用為例，如果在IPv4之中加入NAT映射機制，雖然可以將支撐作用發(fā)揮出來，但這種支撐屬于短暫支撐，其配置和管理程序也很復(fù)雜，無法在智能電表數(shù)量日益增加的時代之中發(fā)揮出作用。IPv6僅僅依靠容量優(yōu)勢，便可以實現(xiàn)對端通信方式的全面優(yōu)化，確保其實時性和安全性。最后，該系統(tǒng)的安全問題更加復(fù)雜。尤其是在日常生活之中，配用電設(shè)備和廠家很多，用戶的用電行為也不同，相關(guān)部門和企業(yè)只能依靠IEC62351指導(dǎo)，對不同層次中的安全手段展開應(yīng)用。而在IPv6作用下，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全機制的強制統(tǒng)一，避免對后續(xù)工作產(chǎn)生影響[4]。

3.4 IPv6推廣的關(guān)鍵因素

IPv4和IPv6的發(fā)展體現(xiàn)出明顯的長期性和系統(tǒng)性特點，如果盲目的進行主動采納和被動應(yīng)用，其應(yīng)用效果將無法合理展示出來。因此，人們需要對其推廣的關(guān)鍵因素進行考慮首先，IPv6的標(biāo)準(zhǔn)過度屬于一個長期過程，相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)也要對IPv6展示出一定的認(rèn)同特性，但想要實現(xiàn)完全采納，還需要很長經(jīng)歷很長一段時間。例如，在IEC61580第二版使用上，目前只支持IPv4。其次，現(xiàn)階段整個市場中的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品對IPv6的支持度十分有限，想要得到一些成熟、穩(wěn)定發(fā)展機會，其實際性能還要通過一些深層次驗證，在安全、性能等方面尋求突破。再次，電力自動化系統(tǒng)之中依然以IPv4技術(shù)為主流，如果開展大規(guī)模的改造工作，所花費的成本很高。受上述因素的限制，IPv4和IPv6并存應(yīng)用顯得十分必要。最后，整個IPv6應(yīng)用還需要將一整套環(huán)境以及協(xié)議內(nèi)容提升，一些個別應(yīng)用很難將整體效果展示出來，為此，相關(guān)工作人員應(yīng)提升對IPv6完善的重視程度。

4 結(jié)語

綜上所述，在IPv6標(biāo)準(zhǔn)推廣和使用上，對電力自動化系統(tǒng)研究產(chǎn)生了極大影響。除了在地址空間數(shù)量級的突破，IPv6在很多層面上均優(yōu)于IPv4，如安全性、工作效率以及即插即用等，這些也是IPv6標(biāo)準(zhǔn)改進的主要體現(xiàn)內(nèi)容。預(yù)計在未來發(fā)展上，IPv6必將全面代替IPv4，成為網(wǎng)絡(luò)層實際應(yīng)用過程中的主流協(xié)議。

參考文獻

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