2 电力调度数据网应用要求及相关技术
2.1 电力调度数据网拓扑及组网
2.1.1 拓扑
2.1.1.1 网络拓扑结构对比分析
常用的网络拓扑结构有总线型、环型、星型和网状型四种，它们的特点如表2-1所示：
表2-1 网络拓扑结构比较
1.总线型拓扑结构
图2-1 总线型拓扑结构图
（1）总线型拓扑结构的优点：
①结构简单，可扩充性好，组网容易；
②多个节点共用一条传输信道，信道利用率高；
③传输速率较高。
（2）总线型拓扑结构的缺点：
①故障诊断困难，发生故障时往往需要检测网络上的每个节点；
②故障隔离困难，故障一旦发生在公用总线上，可能影响整个网络的运行；
③网上计算机发送信息容易发生冲突，网络实时性不强。
2.环型拓扑结构
图2-2 环型拓扑结构图
（1）环型拓扑结构的优点：
①网络结构简单；
②缆线长度比较短；
③网络整体效率比较高。
（2）环型拓扑结构的缺点：
①故障的诊断和隔离较困难；
②环路是封闭的，不便于扩充；
③控制协议较复杂。
3.星型拓扑结构
图2-3 星型拓扑结构图
（1）星型拓扑结构的优点：
①网络结构简单，组网容易，便于管理；
②故障诊断容易。
（2）星型拓扑结构的缺点：
①网络需要智能的、可靠的中央节点设备。中央节点的故障会使整个网络瘫痪；
②中央节点负荷太重；
③每台计算机直接与中央节点相连，需要大量电缆；
④通信电缆是专用的，利用率不高。
4.网状型拓扑结构
图2-4 网状型拓扑结构图
网状型网络的每一个节点都与其他节点有一条专门线路相连。网状型拓扑结构广泛应用于广域网中。
（1）网状型拓扑结构的优点：
①节点间路径多，碰撞和阻塞减少；
②局部故障不影响整个网络，可靠性高；
③网络扩充和主机入网比较灵活简单。
（2）网状型拓扑结构的缺点：
①网络关系复杂，建网较难；
②网络控制机制复杂。
2.1.1.2 网络拓扑结构的选用原则
选择网络拓扑结构时应主要考虑以下因素：
（1）数据的流向。
业务由各个站点流向调度中心为主，各站点之间流通业务较少。
（2）传输链路。
由于数据业务是构筑在电力专用网络传输链路上的，因此，传输链路应可靠且带宽充足，这也是网络拓扑结构设计的一个重点。
（3）节点之间的地理位置。
设计网络拓扑结构时应考虑各节点之间的相互地理位置关系。
（4）节点之间的业务隶属关系。
应考虑各节点之间的业务联系，由于网络采用链路状态协议，因此，有必要将相互间业务联系较多的节点设置在同一个子域内，以提高网络的效率。
（5）网络的可靠性及冗余性。
（6）网络的收敛时间。
电力调度数据网络对数据传输的要求高，所以网络的收敛时间要短。网络的收敛时间除了与采用的路由协议有关，还受网络拓扑结构的制约。此外网络的直径以及链路的多少都与收敛时间有关。
2.1.1.3 拓扑规则
（1）充分利用电力通信传输网络资源，网络连接采用半网状连接。
（2）在条件许可的情况下尽可能采用P与PE设备分离的部署结构，保障骨干网络的可靠性，将网络路由的收敛振荡影响限定在网络的一定范围内。
（3）为保证网络的可靠运行，省骨干网内各节点至省中调直达路由跳数不大于4跳，迂回跳数不大于6跳。地区网内各节点至地调、县（区）调直达路由跳数不大于5跳，迂回路由跳数不大于7跳。
2.1.2 组网
2.1.2.1 组网原则
图2-5 网络架构示意图
核心层，作为网络的核心部分，负责集中处理网络路由信息更新，可靠而迅速地传输大量的数据流。
汇聚层，作为网络中核心层和接入层沟通的桥梁，上连核心层，下接接入层。
接入层，作为骨干网络中的末端节点，直接为业务单元提供丰富的业务接口。
组网原则主要包括以下几个方面：
（1）电力调度数据网省骨干网和地区网链路技术采用 IP over SDH体制。
（2）全网采用MPLS技术组网，全网实现端到端的MPLS VPN。
（3）骨干部分（汇聚层及核心层）：路由器POS接口+SDH。
（4）接入部分（接入层）：路由器2M广域网接口+SDH。
（5）与调度端（业务系统）互联：路由器GE或FE接口。
2.1.2.2 组网技术介绍
基于技术先进性和成熟性的原则，考虑到电力调度数据网传输的信息均为IP数据包，因此电力调度数据网采用IP技术体制。
目前广域网骨干网建设选择的组网技术主要有三种：一种是釆用IP over OPTIC（裸光纤）方式进行组网；一种是通过SDH传输设备提供POS/CPOS接口进行组网；还有一种就是通过MSTP（多业务传输平台）提供以太网接口进行组网。
1.IP over OPTIC
采用裸光纤方式进行组网是在各个节点设备之间采用千兆或百兆光纤进行互联，而且由于各个节点之间的距离会超过路由器接口的最大传输距离，需要增加光功率放大器，导致投资过大；同时不能利用现有网络资源，容易造成资源浪费。另外，采用光纤组网没有传输层，光纤质量、性能监测和保护等功能无法实现，断光纤即断业务，虽然借助网络层协议能够实现快速切换，能够达到传输的50ms倒换。但是因为光纤资源独占，利用率大打折扣。
2.IP over SDH
IP over SDH，也称 Packet over SDH（POS）。IP 数据通过 SDH 网络传送，它的封装过程为：首先IP分组根据RFC 1662规范插入到PPP帧中的信息段，利用PPP协议对IP数据包进行封装，然后将封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，再经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。
IP over SDH传输效率高，适合组建以IP业务为主要承载的数据网络。其原因主要在于它具备以下几个优点：
（1）利用PPP协议将IP数据包映射到SDH帧结构上，不仅使IP网络体系结构更加简化，同时大大提高了数据传输效率。
（2）由于是基于SDH传输平台的IP网络技术，因此即便节点之间距离较远，也可以在兼容不同技术和标准的基础上，简单地实现网络互联。
（3）基于SDH传输平台，同时具备SDH技术的各项优点，进一步保障了网络的可靠性。SDH的主要优点在于其保护能力和50ms的倒换能力，且不受传送距离限制；缺点是投资大，维护管理相对复杂。
3.MSTP
MSTP是在传统SDH基础上发展出来的一种新技术，能够在SDH设施上支持数据业务的传送，通过以太网接口，实施二层交换和本地汇聚或数据透传。用户以多点到单点的汇聚方式接入网络，用户数据根据MAC地址完成用户侧不同以太网端口与网络侧不同虚容器间的包交换。此方式具有端口汇聚、带宽共享的优势，并且通过VLAN方式可以实现用户的逻辑隔离和速率限制。利用SDH环或RSTP实现二层保护和环上的带宽共享，节省了设备端口和网络资源。但由于二层交换具有竞争带宽的特性，用户实际带宽难以确保，安全性不高。
4.组网技术比较分析
（1）IP over OPTIC和IP over SDH两种方式的比较分析如表2-2所示：
表2-2 IP over OPTIC和IP over SDH的对比分析
目前光纤资源相当稀缺，且通信传输网本身就是为各类业务应用系统提供通信通道，并已进行先期投资，因此电力调度数据网采用IP over SDH的组网方式较IP over OPTIC更适合。
（2）IP over SDH与MSTP的比较。
①在通道扩容及配置灵活性方面，IP over SDH主要提供E1、POS、CPOS接口，其中POS、CPOS可以选择155M、622M以及2.5G的传输容量；而MSTP提供10/100/1 000M以太网接口。两种方式通道容量的选择都可以满足各类业务传送的需求，且配置都很灵活，但IP over SDH造价较高。
②在传输通道带宽利用率方面，两种方式的带宽均可用软件将其设置为n×2M或n×155M，利用率基本一致。
③在通道实时性方面，根据MSTP的基本功能模型可知，数据通过以太网接口直接接入需要经过以太网帧的切片、协议封装和速率映射，整体上比PDH（E1等）和STM-N（POS/CPOS）处理所需的时延更长。
④在电力调度数据网路由器QOS调节机制的发挥方面，当部分E1或155M POS/CPOS通道发生故障而导致网络过载或拥塞时，为确保电力调度数据网的部分重要业务不受延迟或丢弃，路由器会利用自身的路由策略而避免拥塞；而当路由器通过以太网接口与SDH互联时，路由器无法感知SDH传输层内部物理通道的带宽变化，在E1或155M POS/CPOS通道故障导致网络过载或拥塞时，此时路由器的QOS调节机制失效，路由器无法对QOS策略进行调整，进而出现各种问题，如调度业务传输的时延、报文重传和丢包等。
⑤在电力调度数据网通道故障及性能的监测方面，电力调度数据网和SDH传输网两侧的网管在E1或155M POS/CPOS通道发生故障时，均可监测到两种通道的链路状态。对于以太网接口，SDH已有完备的故障性能监测管理功能；而电力调度数据网则必须要在路由器上配置双向转发检测协议（BFD）等辅助手段来检测通道，以便通过毫秒级的链路故障发现来帮助网络迅速实现故障的恢复和保护网络。
综上所述，虽然带有二层交换和汇聚功能的MSTP系统可以明显减少节点的业务端口数，降低网络成本，减轻三层交换机或路由器的负担，组网灵活，适合于网络汇聚层和接入层使用，以及安全性要求较低的网络浏览和视频点播（VOD）等业务。而点到点的透传方式是直接将数据封装到虚容器中进行传送，结构简单，成本较低，且具备较好的用户带宽保证和安全隔离功能，适合有较高QOS要求的数据租线业务，但是其带宽利用率较低，网络硬件资源消耗较大，不支持端口汇聚等应用，灵活性不如IP over SDH。而且点到点透传方式需要手工配置每一个物理通道，耗时费力，因此电力调度数据网推荐采用IP over SDH的组网方式。