基于层叠模式的配电通信网络关键技术研究

作     者：宋晓凤 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡致远

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：虚拟网络 通道监测 资源适配 时间同步 业务编排 

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。