基于层叠模式的配电通信网络关键技术研究.pdf

中文摘要 摘 要 随着工业互联网的发展，工业系统业务的多样性和传输技术的复杂性不仅需 要承载网络透明，同时也要提供满足不同业务需求的服务。以配电通信网络为例， 其承载网络不能有效满足广域生产控制的实时性、可靠性以及时间同步需求，同 时存在资源利用率低，协同能力差等问题。对此，本文研究基于层叠模式的配电 通信网络虚拟化方案及其实时、可靠、同步技术。主要内容如下： ①分析现有工业网络结构、业务需求及技术方案。针对网络的实时、可靠问 题，IEC61850 提出在局域网络采取“无缝冗余” 的模式，包括业务应用层冗余和通 信承载层冗余两种；互联网工程任务组从 OSI 传输层入手提出了 Multi-Path TCP 协议和流控制传输协议等多路径传输协议；而物联网则从应用层出发采用消息队 列遥测传输协议。通过分析总结以上方案的适用范围及局限性，为论文的研究提 供设计思想。 ②研究适用于异构承载网络的配电通信网络虚拟化方案，采用层叠网的设计 思想，在实体网络边缘设计新的功能网元，构建叠加在承载网之上的虚拟网络， 该虚拟网络满足工业承载透明传输要求，屏蔽了底层传输的差异性，实现了异构 网络的融合。针对虚拟网络的构建，为网元选择适用于现有传输协议的TCP 代理 和 NAT 相结合的方法动态适配底层传输通道，满足业务多样化的服务质量需求， 实现资源的高效利用。 ③基于该虚拟网络结构，设计满足配用电业务需求的实时、可靠以及同步技 术。针对实时可靠问题，设计双端网元的实时通道监测算法和双端自主切换方法 来支撑业务需求与承载通道的实时动态适配，实现虚拟网络与底层物理承载网络 的实时动态映射。针对异构网络建立精准时间同步体系问题，采用固定传输路径 与基于时间驱动的调度算法为同步报文建立一条时间确定性的虚拟传输路径；同 时提出动态的业务编排模型，保证时间确定类业务和时序类业务的准确传输。理 论分析和仿真实验结果证明，通道监测算法实现了通道的可靠性监测，时间确定 性调度算法提高了业务同步精度。以上技术解决了配电自动化控制的实时、可靠 和同步问题，且部分技术已在实际应用中实现。 关键词：虚拟网络；通道监测；资源适配；时间同步；业务编排 I 英文摘要 Abstract With the development of the industrial Internet, the diversity of industrial system services and the complexity of transmission technologies not only need to transparency of the bearer network, but also provide services that suffice to different business needs. Taking the distribution communication network as an example, its wide-area industrial bearing network cannot effectively meet the requirements of real-time, reliability and time synchronization of wide-area industrial production control, and has problems such as low utilization rate of resources and poor coordination ability. In this regard, this paper studies the virtualization scheme of distribution communication network based on overlay mode