一种适用于灾后恢复的智能电网远程保护的SDN方法与流程

本发明涉及智能电网技术领域，尤其是涉及一种适用于灾后恢复的智能电网远程保护的sdn方法。

背景技术：

目前现有的电网正在经历大规模的改造，被称为智能电网，数据通信要求使用不同组件以升级现有的网络基础设施。随着这些转变，智能电网系统需要维护一个大规模的异构网络，这带来了许多挑战。其中一个严峻挑战就是这种网络基础设施在人为或自然灾害(如飓风、地震)中自我修复的能力，如何使停电的损失达到最小，通过智能电网不同组成部分之间的持续交互，新能源基础设施应以高效的方式重新配置对物理资产和网络拓扑的控制，实现弹性运行。

目前大多数变电站间底层通信介质都是有线通信技术(如以太网、plc)，因此在某些灾害中它们很容易被损坏。暴风雨、洪水、小地震等自然灾害都会导致线路故障，由于仍能保证基础设施正常运行，因此最终可能会导致电网物理部件的损坏。在这种情况下，自修复需要智能电网各组成部分之间的全面协调，并且依赖备份链路和设备。假设大部分网络基础设施被破坏，快速切换到无线通信应该是快速恢复线路的首要方法。

这些挑战可以通过智能电网远程保护应用的sdn恢复方法进行解决，sdn将底层通信基础设施的控制面和数据面分离，主要目标是能够与网络设备(如路由器、交换机)交互，以建立一个开放的网络体系结构。通过这种方式，可以获得整个网络的全局视图，并且可以进行全局更改，而不必访问每个设备的独特硬件。最终，各种大规模的网络架构可以很容易地部署和维护，同时仍然具有弹性和鲁棒性。

中国专利公开号cn104934968a，公开日2015年09月23日，发明创造的名称为基于多智能体的配网应灾恢复协调控制方法及装置，该申请案包括首先确定配网应灾恢复的目标函数与约束条件，通过将配电网恢复阶段划分为骨干通道恢复阶段、局部配网恢复阶段和区域联网恢复阶段，然后将所述配电网恢复的各个阶段分别设置为骨干恢复agent、局部配网恢复agent、区域联网恢复agent，建立基于黑板模型的mas协作机制，建立基于mas的配网恢复控制决策体系，得到恢复结果，采用校验agent对所述恢复结果进行校验，得到最终恢复结果，将所述最终恢复结果通过所述全局恢复agent传递至用户接口agent，结束配网应灾恢复。该申请案不能在进行大规模的网络架构时不容易部署和维护，其弹性和鲁棒性不能得到很好的维持。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术的大多数变电站间底层通信介质在某些灾害中它们很容易被损坏的问题，提供一种大规模的网络架构可以很容易地部署和维护，同时仍然具有弹性和鲁棒性的适用于灾后恢复的智能电网远程保护的sdn方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于灾后恢复的智能电网远程保护的sdn方法，其特征是方法包括以下步骤：

s1：建立基于sdn的通信基础设施模型；

s2：使用lte公共网络链路作为备份，以保障基础设施运行；

s3：应用ue网关应用协议完成变电站快速响应；

s4：将备份链路应用于sdn通信设施；

s5：使用mininet设置及其与ns-3的集成对应用进行测试。目前大多数变电站间底层通信介质都是有线通信技术(如以太网、plc)，因此在某些灾害中它们很容易被损坏。暴风雨、洪水、小地震等自然灾害都会导致线路故障，由于仍能保证基础设施正常运行，因此最终可能会导致电网物理部件的损坏。在这种情况下，自修复需要智能电网各组成部分之间的全面协调，并且依赖备份链路和设备。假设大部分网络基础设施被破坏，快速切换到无线通信应该是快速恢复线路的首要方法。

本发明的主要目标是能够与网络设备(如路由器、交换机)交互，以建立一个开放的网络体系结构。通过这种方式，可以获得整个网络的全局视图，并且可以进行全局更改，而不必访问每个设备的独特硬件。最终，各种大规模的网络架构可以很容易地部署和维护，同时仍然具有弹性和鲁棒性。

作为优选，所述步骤s1包括以下步骤：每个变电站都维护一个sdn网关交换机，该交换机可以由位于控制中心的全局sdn控制器控制。全球sdn控制器可以通过流量规则来维持变电站之间的流量，与网关的常规通信可以通过控制现有的数据网络来实现。本发明考虑在sdn交换机和sdn全局控制器之间进行带内通信，变电站的网关也可以是变电站局域网络(lan)的一部分，引入了一个本地sdn控制器来控制变电站局域网络内的流量。

作为优选，所述步骤s2包括以下步骤：为了实现基于sdn的通信基础设施，提出了一个基于sdn的lte变电站间冗余链路模型，用户设备(ue)与本地sdn交换机相连。每个ue都有一个来自公共lte网络提供商的用户身份模块(sim)卡，当检测到两个sdn交换机之间的有线链路故障时，每一方的ue都被激活，并连接到lte网络，交换机更改它们的流动规则，故障线路通过ue重新定向，当有线链路固定后，sdn交换机会再次改变流量表，将流量重定向到原来的有线链路，双方的ues都与lte网络断开连接。

作为优选，所述步骤s3包括以下步骤：

(1)从pgw向sdn全球控制器报告其分配的用户设备ip地址；

(2)从sdn全局控制器接收地址映射信息。该地址映射包含目标变电站ip地址及其对应的目标ueip地址信息；

(3)封装和反封装通信事件之间的通信。为此，创建一个新的ip，其中源和目标ip地址分别是ue的源ip地址和ue的目标ip地址，如图3所示，通过这种方式，pgw可以分配适当的teid。。

作为优选，所述步骤s4包括以下步骤：为了处理公众lte网络不可用的情况，考虑一种电池供电的wifi设备以建立无线备份链接，每个sdn交换机都配备了支持设备，在使用无线连接之前，支持设备需要找到从一个交换机到另一个交换机的路由器。此过程是一次性的，可以提前完成，以便为某些延迟时间的应用程序节省时间。新的sdn框架，可以用于变电站级的智能电网通信。该框架包括变电站与sdn控制器之间不同的通信链路。我们将链路故障检测功能集成到这个框架中，以实现实时的自我恢复。。

作为优选，所述步骤s5包括以下步骤：利用mininet与离散事件仿真器ns-3的功能连接起来，在mininet节点之间使用ns-3通信，每个设备、链接、协议、应用程序等都表示为对象并链接在一起以创建网络拓扑；在ns-3中使用了tapbridge对象，它允许运行本机应用程序和协议栈的主机系统和虚拟机与ns-3模拟集成，mininet主机发送给虚拟tap设备的数据包通过文件描述符传输给ns-3进程；然后，通过tapbridge将它们转发到ns-3网络设备，并通过ns-3仿真信道进行传输。为了测试所提出的架构的准确性，我们建立了一个测试工具，可以让研究人员使用sdn交换机来实现基于lte或wifi的连接。这是通过集成广泛使用的mininet仿真器和支持lte/ieee802.11协议栈的ns-3实现的。据我们所知，这项工作是第一次为更详细的面向网络的评估提供这样的集成。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)目前大多数变电站间底层通信介质都是有线通信技术(如以太网、plc)，因此在某些灾害中它们很容易被损坏。暴风雨、洪水、小地震等自然灾害都会导致线路故障，由于仍能保证基础设施正常运行，因此最终可能会导致电网物理部件的损坏。在这种情况下，自修复需要智能电网各组成部分之间的全面协调，并且依赖备份链路和设备。假设大部分网络基础设施被破坏，快速切换到无线通信应该是快速恢复线路的首要方法；

(2)提出新的sdn框架，可以用于变电站级的智能电网通信。该框架包括变电站与sdn控制器之间不同的通信链路。我们将链路故障检测功能集成到这个框架中，以实现实时的自我恢复。；

(3)为了测试所提出的架构的准确性，我们建立了一个测试工具，可以让研究人员使用sdn交换机来实现基于lte或wifi的连接。这是通过集成广泛使用的mininet仿真器和支持lte/ieee802.11协议栈的ns-3实现的。据我们所知，这项工作是第一次为更详细的面向网络的评估提供这样的集成。

附图说明

图1是本发明的一种拓扑图

图2是本发明的一种拓扑图

图3是本发明的一种拓扑图

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例：一种适用于灾后恢复的智能电网远程保护的sdn方法，方法包括以下步骤：s1：建立基于sdn的通信基础设施模型；每个变电站都维护一个sdn网关交换机，该交换机可以由位于控制中心的全局sdn控制器控制。全球sdn控制器可以通过流量规则来维持变电站之间的流量，与网关的常规通信可以通过控制现有的数据网络来实现。本发明考虑在sdn交换机和sdn全局控制器之间进行带内通信，变电站的网关也可以是变电站局域网络(lan)的一部分，引入了一个本地sdn控制器来控制变电站局域网络内的流量

s2：使用lte公共网络链路作为备份，以保障基础设施运行；为了实现基于sdn的通信基础设施，提出了一个基于sdn的lte变电站间冗余链路模型，用户设备(ue)与本地sdn交换机相连。每个ue都有一个来自公共lte网络提供商的用户身份模块(sim)卡，当检测到两个sdn交换机之间的有线链路故障时，每一方的ue都被激活，并连接到lte网络，交换机更改它们的流动规则，故障线路通过ue重新定向，当有线链路固定后，sdn交换机会再次改变流量表，将流量重定向到原来的有线链路，双方的ues都与lte网络断开连接；

s3：应用ue网关应用协议完成变电站快速响应；(1)从pgw向sdn全球控制器报告其分配的用户设备ip地址；

(2)从sdn全局控制器接收地址映射信息。该地址映射包含目标变电站ip地址及其对应的目标ueip地址信息；

(3)封装和反封装通信事件之间的通信。为此，创建一个新的ip，其中源和目标ip地址分别是ue的源ip地址和ue的目标ip地址，如图3所示，通过这种方式，pgw可以分配适当的teid。

s4：将ieee802.11备份链路应用于sdn通信设施；为了处理公众lte网络不可用的情况，考虑一种电池供电的wifi设备以建立无线备份链接，每个sdn交换机都配备了支持设备，在使用无线连接之前，支持设备需要找到从一个交换机到另一个交换机的路由器；为了处理公众lte网络不可用的情况，考虑一种电池供电的wifi设备以建立无线备份链接，假设每个sdn交换机都配备了ieee802.11s标准(ieeestd802.11s,2011)的支持wifimesh的设备，可以与ieee802.11n等各种mac协议协同工作。在使用无线连接之前，802.11设备需要找到从一个交换机到另一个交换机的路由器，这是标准默认处理的。此过程是一次性的，可以提前完成，以便为某些延迟时间的应用程序节省时间，wifimesh网络，由meshrouters(路由器)和meshclients(客户端)组成，其中meshrouters构成骨干网络，并和有线的internet网相连接，负责为meshclients提供多跳的无线internet连接，ieee802.11s是无线网络通信标准，本发明中每个sdn交换机都配备此标准；

s5：使用mininet设置及其与ns-3的集成对应用进行测试；由于缺乏智能电网测试平台，本发明提出了一种新机制，利用mininet与基于c++的离散事件仿真器ns-3的功能连接起来，在mininet节点之间使用ns-3通信，每个设备、链接、协议、应用程序等都可以表示为对象并链接在一起以创建网络拓扑。本发明在ns-3中使用了tapbridge对象，它允许运行本机应用程序和协议栈的主机系统和虚拟机与ns-3模拟集成，mininet主机发送给虚拟tap设备的数据包通过文件描述符传输给ns-3进程。然后，通过tapbridge将它们转发到ns-3网络设备，并通过ns-3仿真信道进行传输。