一种电力通信网络及其扩容与抗毁路由路径确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术，尤其涉及一种电力通信网络及其扩容与抗毁路由路径确定 方法。
【背景技术】
[0002] 传统基于同步数字序列的分布式控制无法满足电力通信网中细粒度流量监测的 需求。此外，传统智能电网路由路径计算方法很少考虑电力通信网扩容与抗毁的应用场景 和需求。当电力通信网需要扩容或出现故障时，仍然通过人工配置转发路径的方法，从而产 生较高的配置失误率、消耗过多的人力资源，以及出现扩容速度和故障恢复均较慢的情况。
[0003] 软件定义网络能使管理者通过集中式控制器对电力通信网进行全局控制和监测， 同时，它能够动态且快速配置转发路径。
【发明内容】
[0004] 针对现有方法存在的不足，本发明提供一种电力通信网络及其扩容与抗毁路由路 径确定方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是这样实现的：
[0006] -种电力通信网络，为软件定义网络，包括客户终端，还包括一个集中式控制器、 和多个支持OpenFlow协议的交换机；
[0007] 所述集中式控制器，用于与多个支持OpenFlow协议的交换机建立连接关系；向各 交换机发送消息要求各交换机向其发送它们各自的物理特征和功能信息；对各交换机的属 性进行设置并删除所有的流表项；根据交换机收集的链路信息，获取整个网络的拓扑；根 据用户请求信息及网络拓扑，通过OpenFlow协议为每条数据流建立全局最短路由路径；当 网络发生扩容或者发生故障后，根据交换机收集的相应的增加或者丢失的链路信息，动态 更新网络拓扑结构；根据动态更新的网络拓扑和相应的用户请求信息，重新计算最短路由 路径并给交换机下发相应的流表项；
[0008] 所述交换机，用于与集中式控制器建立连接关系；将其物理特征和功能信息发送 给集中式控制器；根据链路层发现协议将实时链路信息发送给集中式控制器；将用户的请 求信息发送给集中式控制器；
[0009] 所述电力通信网络的扩容与抗毁路由路径确定方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤1 :集中式控制器与各支持OpenFlow协议的交换机之间协商双方支持的 OpenFlow协议版本，以建立连接关系；
[0011] 步骤2:集中式控制器向各交换机发送消息要求各交换机向其发送他们各自的物 理特征和功能信息；
[0012] 步骤3 :各交换机应集中式控制器要求向集中式控制器发送他们各自的物理特征 和功能信息；
[0013] 步骤4 :集中式控制器对各交换机的属性进行设置；
[0014] 步骤5 :集中式控制器对各交换机进行初始化设置，即删除所有的流表项；
[0015] 步骤6 :各交换机根据链路层发现协议将链路信息发送给集中式控制器；
[0016] 步骤7 :根据交换机收集的链路信息，获取并更新整个网络的拓扑；
[0017] 步骤8 :第一个收到用户请求信息的交换机将其收到的用户请求信息发送给集中 式控制器；
[0018] 步骤9 :根据用户请求信息及实时动态的网络拓扑，通过OpenFlow协议为用户请 求建立全局最短路径并给交换机下发相应的流表项；
[0019] 步骤10 :当网络发生扩容或者故障后，交换机收集相应的增加或者丢失的链路信 息，返回步骤7;
[0020] 本发明的有益效果是：本发明将软件定义网络应用于电力数据通信中，使得电力 数据通信获得了全局网络视图，服务质量得到较高质量保证。又针对用于电力数据通信的 软件定义网络提出一种扩容与抗毁路由路径确定方法，当电力通信网需要扩容或出现故障 时，自动配置转发路径，缩减了处理延迟，使得扩容速度和故障恢复加快，而且极大地降低 了配置失误率、并减少人力资源消耗。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施方式的电力通信网络拓扑示例图；
[0022] 图2为本发明实施方式的软件定义网络工作原理图；
[0023] 图3为本发明实施方式的流表项结构示意图；
[0024] 图4为本发明实施方式电力通信网络的扩容与抗毁路由路径确定方法流程图；
[0025] 图5为本发明实施方式电力通信网扩容后的路由路径计算方法示意图；
[0026] 图6为本发明实施方式电力通信网发生故障后的路由路径计算方法示意图；
[0027] 图7为本发明实施方式采用电力通信网络的扩容与抗毁路由路径确定方法得到 的扩容场景与故障场景最短路由路径的端到端时延与正常场景的最短路由路径的端到端 时延对比图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0029] 本实施方式的用于电力数据通信的软件定义网络，如图1所示，包括客户终端主 机1和主机2,还包括一个集中式控制器和9个支持OpenFlow协议的交换机；其中主机1 负责发送数据包而主机2负责接收数据包。主机1相当于电力通信网中的子站，主机2相 当于电力通信网中的主站，利用主机1和主机2模拟电力通信网中主站和子站之间的通信。 其中，本实施方式的集中式控制器采用的是Ν0Χ;采用OpenvSwitch，结合KVM虚拟化平台 生成九个支持OpenFlow协议的虚拟交换机。本实施方式中的Ν0Χ控制器、主机1和主机2 的IP地址分别为 192. 168. 100. 100,192. 168. 100. 1，192. 168. 100. 2。九个支持OpenFlow 协议的虚拟交换机依次为BrO,Brl，Br2,Br3,Br4,Br5,Br6,Br7,Br8,它们的IP地址依次 为 192. 168. 100. 20,192. 168. 100. 21，192. 168. 100. 22,192. 168. 100. 23,192. 168. 100. 24， 192. 168. 100. 25,192. 168. 100. 26,192. 168. 100. 27,192. 168. 100. 28。
[0030] 软件定义网络中的数据转发是基于流的操作。交换机按照流表项的规则来转发数 据包，所有的网络控制功能由NOX控制器中的网络应用来完成。如图2所示，NOX控制器主 要包括N0X的核心模块和网络应用模块。其中核心模块主要包括：线程库模块；事件调度模 块；应用部署模块；OpenFlow数据的解析与封装模块；连接管理模块等。其中，线程库模块 用于提供操作系统的线程操作。事件调度模块负责将产生的事件调度给相应的应用，以便 对事件做出相应的处理。应用部署模块负责协调各个应用之间的部署执行。OpenFlow数 据包的解析与封装模块用于解析与封装OpenFlow协议数据包。连接管理模块负责控制器 与交换机之间的连接建立。网络应用模块主要包括：存储应用；发现应用；主机跟踪应用； 认证应用；拓扑应用；路由应用；监控应用；生成树应用；流量疏导应用等。存储应用用于存 储交换机的基本信息。发现应用负责发现底层交换机，通过Packet_〇Ut消息命令交换机发 送LLDP包进而发现链路，并抛出linkevent事件。主机跟踪应用用于对接入网络的主机 进行跟踪。认证应用负责跟踪网络中主机和交换机的位置。拓扑应用用于保存网络中目前 激活的链路结构。负责维护和更新整个底层物理网络的拓扑。路由应用用于利用动态最短 路径算法计算出节点之间的路径。监控应用负责收集和保持网络中的交换机、流表、队列以 及端口的统计信息。生成树应用模块是选路模块必不可少的底层模块。在OpenFlow网络 中，控制器可以通过P〇rt_mod消息对交换机的物理端口进行设置，可以使该端口对广播包 进行丢弃。这意味着即使交换机收到对数据包的洪泛的命令，该数据包也仅仅是从确定的 几个端口发送出去，而不是交换机上的所有端口，这样就避免了广播风暴。下发流表应用用 于当网络发生扩容和故障时，按照路由应用重新计算的路径重新下发相应交换机的流表。
[0031] 流表由很多个流表项组成，每个流表项就是一个转发规则。进入交换机的数据包 通过查询流表来获得转发的目的端口。流表项如图3所示，由头域、计数器和操作组成。其 中，头域是个十元组，是流表项的标识；计数器用来计数流表项的统计数据；操作标明了与 该流表项匹配的数据包应该执行的操作。0F安全通道连接OpenvSwitch交换机和Ν0Χ控制 器。Ν0Χ控制器通过这个接口控制和管理OpenvSwitch交换机，同时控制器接收来自交换机 的事件并向交换机发送数据包。交换机和控制器通过安全通道进行通信，而且所有的信息 必须按照OpenFlow协议规定的格式来执行。
[0032] 本实施方式的电力通信网络的扩容与抗毁路由路径确定方法，包括如下步骤：
[0033] 步骤1:集中式控制器与各支持OpenFlow协议的交换机之间协商双方支持的 OpenFlow协议版本，以建立连接关系；
[0034] 本实施方式的九个支持OpenFlow协议的虚拟交换机向Ν0Χ控制器发送0PFT_ HELLO消息；Ν0Χ控制器分别向九个支持OpenFlow协议的虚拟交换机发送0PFT_HELL0消 息，协商双方支持的OpenFlow协议版本，建立起连接关系。
[0035] 步骤2:集中式控制器向各交换机发送消息