一种监管配用电通信业务的方法及其系统与流程

本发明涉及一种监管方法及其系统，具体讲涉及一种监管配用电通信业务的方法及其系统。

背景技术：

10kV开关站、配电室、环网单元、柱上开关、配电线路、分布式能源站点等配网通信系统的配电终端到配电业务主站之间的一系列通信实体，包括通信线路设施和通信设备等，用以实现配电终端与系统间的信息交互，具有多业务承载、信息传送、网络管理等功能。

配网通信系统以含盖全部配电自动化终端为目的，充分考虑并满足配变监测、电能质量监测、配电运行监控、分布式电源控制、配电线路视频监控等配电业务需求，并能承载用电信息采集、售电营业、客户服务、电力需求侧管理、负荷监控和电动汽车充电站/桩等用电业务。

以配电自动化业务为例，配电主站与配电终端之间采用符合《远动设备及系统》(DL/T 634)标准的104通信规约或DL/T 860标准的协议通信时，要求通信网络具备IP传输能力。此外，用电信息采集业务也是基于IP方式的主站至采集终端的点对点通信。

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型网络创新架构，核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现网络流量的灵活控制。相对于传统的以太网/IP网络管理方式而言，目前SDN的业务部署方式采用APP调用控制器北向接口下发流表实现。SDN网络在电力通信系统中的应用研究刚刚起步，如何将配用电通信业务承载于SDN网络并对其进行有效的监控与管理，目前还处于尚未研究的阶段。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种监管配用电通信业务的方法及其系统，通过SDN控制器的北向接口交互完成对配用通信业务的监控及管理。通过业务编排模块导入配用电通信业务，结合SDN控制器上报的网络资源及终端信息，使用业务属性关键字进行匹配，完成业务与路径信息绑定。按照业务的通信需求，进行路径的合理规划，并由控制器进行下发。业务在运行过程中，由SDN控制器对各业务流表统计量数据进行周期采样，实现对业务流量的实时监测。同时，结合承载业务流的链路状态情况，采用合理的保护倒换算法，对业务进行通道有效保护。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种监管配用电通信业务的方法，其改进之处在于，所述方法包括

(1)从格式化的文件导入配用电通信业务属性数据，其包括通信端点的IP或MAC地址；

(2)SDN控制器根据ARP报文发现通信终端，搜集其IP地址，MAC地址及所在端口信息，形成终端信息列表；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的数据集进行IP/MAC地址匹配，实现业务和交换机端口的关联；

(4)由SDN控制器通过LLDP协议搜集网络拓扑结构，其包括openflow交换机信息和交换机之间的链路信息；

(5)将生成的路径转换成openflow流表通过控制器下发至交换机，完成业务通道的构建；

(6)根据业务的采用周期，调用SDN控制器对流表统计量进行采集，供汇总和分析处理；

(7)调用SDN控制器对链路状态进行监视，发现有链路异常，将工作路径切换至备份路径，并发出告警。

优选的，所述步骤(1)中导入的属性数据包括

(a)业务识别号ServiceID；

(b)业务名称；

(c)业务类型；

(d)业务对通信的要求；

(e)通信双方的地址信息；

(f)其它特征属性或描述信息。

进一步地，所述对通信的要求包括带宽要求、时延要求和跳数要求；所述通信双方地址信息，包括终端A的IP/MAC地址与终端B的IP/MAC地址；所述其它特征属性或描述信息，包括流量的采样内容和采样间隔。

优选的，所述步骤(2)中所述终端信息列表包括

(a)终端识别号EndpointID；

(b)终端IP/MAC；

(c)终端所在Openflow交换机端口PortUID。

优选的，所述步骤(2)中端口采用全局编号方式，全局编号PortUID由交换机的ID及所在端口号联合构成。

优选的，所述步骤(3)中的匹配可根据通信在二层还是三层进行来选取MAC匹配或IP匹配；对于上报的终端，没有匹配到任何已导入的业务，则认为该终端是非法接入，不予开通。

优选的，所述步骤(4)根据业务对通信的要求，为配用电业务选取符合要求的路径，如网络上存在冗余，可同时生成工作路径和若干备份路径。

优选的，所述步骤(5)中生成的路径的属性包括：

(a)路径识别号TrafficPathID；

(b)服务识别号ServiceID；

(c)路径节点数据。

进一步地，所述路径节点数据，采用描述方式为：{EndpointB_PortUID，MN1_PortUID，MN2_PortUID，…，MNn_PortUID，EndpointB_PortUID}，其中，MNx_PortUID为路径所在中间节点的交换机端口号。

优选的，在配用电业务路径下发后长期运行，可采用守护进程的方式；链路异常事件由SDN控制器异步上报，保证备份路径投入的实时性。

本发明基于另一目的提供的一种监管配用电通信业务的系统，其改进之处在于，所述系统包括业务编排模块、资源调度模块、流量统计模块、通道保护模块和控制器北向接口模块；

所述业务编排模块，通过用户导入的配用电通信业务描述信息，保存成结构化的数据集，供资源调度模块使用；业务描述信息包含通信节点的IP地址信息或MAC地址信息。

所述资源调度模块，通过控制器北向接口模块获取SDN网络的openflow交换机资源及物理连接关系，生成全网拓扑信息库。

所述资源调度模块，通过控制器北向接口模块获取主机或测控终端发送的ARP报文及所在交换机端口信息，通过ARP报文内容携带的IP地址或MAC地址匹配业务；完成openflow交换机端口和配用电通信业务的绑定。

所述资源调度模块，通过全网拓扑信息库完成转发路径的计算，进一步转换成openflow流表，经由控制器北向接口模块下发至SDN网络；完成openflow流表与配用电通信业务的绑定。

优选的，所述控制器北向接口模块，提供控制器的访问通道，将其它功能模块发送的流表操作及相关配置请求转换成特定控制器的API调用，对控制器下发命令；反向过程中，对控制器主动发起的异步请求事件进行监听。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

1.将通信网络中承载的业务与流表进行关联，可以对业务进行清晰、可视化的展现。维护人员更加容易对业务进行辨别和故障定位，实现对配电通信网的全局管控。

2.通过对openflow流表项的统计数据进行采样，从而反映配用电通信业务的实时流量及平均流量，进一步可为路径的规划及优化提供参考数据来源。

3.通过对SDN路径状态的监视，可以对业务的运行情况进行跟踪，当工作路径发生故障时快速切换至备份路径。

4.本方法还提供了一种终端鉴权的方式，经过业务编排模块认证的终端才可开通SDN网络路径，进一步提升了配电通信网的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的一种监管配用电通信业务的方法流程图。

图2为本发明提供的位于SDN体系架构的APP层示意图。

图3为本发明提供的一种监管配用电通信业务的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明一种监管配用电通信业务的方法，通过以下几个步骤实现：

1.从格式化的文件导入配用电通信业务属性数据，导入的属性包括：

(a)业务识别号ServiceID；(可以人为指定或系统自动分配)

(b)业务名称，

(c)业务类型，

(d)业务对通信的要求(如带宽，时延和跳数要求)；

(e)通信双方的地址信息(终端A的IP/MAC和终端B的IP/MAC)；

(f)其它特征属性或描述信息(如流量采样间隔)；

2.SDN控制器根据ARP报文发现通信终端，搜集其IP地址，MAC地址及所在端口信息。形成终端信息列表，包含的属性如下：

(a)终端识别号EndpointID；(可以人为指定或系统自动分配)

(b)终端IP/MAC

(c)终端所在Openflow交换机端口PortUID(全局编号，由交换机的ID及端口号构成)

3.根据上述IP/MAC地址进行匹配，可以实现业务和交换机端口的关联，即三元组{ServiceID，EndpointA_PortUID，EndpointB_PortUID}。对于上报的终端，如果没有匹配到任何业务，则认为该终端是非法接入，不予开通。

4.由SDN控制器通过LLDP协议搜集网络拓扑结构，具体包含openflow交换机信息和交换机之间的链路信息。根据业务对通信的要求，采用合理的路径计算方法(如加权的Dijkstra算法)，为配用电业务选取符合要求的路径，如果网络上存在冗余，可同时生成工作路径和若干备份路径。生成的路径的属性可采用以下描述方式：

(a)路径识别号TrafficPathID

(b)服务识别号ServiceID

(c)路径数据{EndpointB_PortUID，MN1_PortUID，MN2_PortUID，…，MNn_PortUID，EndpointB_PortUID}，其中MNx_PortUID为路径所在中间节点的交换机端口号。

5.将生成的路径转换成openflow流表通过控制器下发至交换机，完成业务通道的构建。

6.根据业务的采用周期，调用SDN控制器对流表统计量进行采集，供汇总和分析处理。

7.调用SDN控制器对链路状态进行监视，发现有链路异常(如Linkdown事件)，将工作路径切换至备份路径，并发出告警。

本发明一种监管配用电通信业务的系统，主要包含以下模块：

1.业务编排模块

通过编程接口或格式化文件的导入，将业务数据存储到数据结构和数据库表中。业务属性包括：业务ID，业务名称，业务类型，通信带宽与时延要求，通信双方A、B的IP地址或MAC地址和终端A、B所在的交换机ID及端口号。若不指定端口，可以采用ARP动态发现的方法获得终端所在的位置信息。

业务编排模块提供接口给资源调度模块，从而使其根据IP地址或MAC地址获取业务信息。

2.资源调度模块

资源调度模块通过北向接口采用以下方式从控制器获取网络拓扑信息：通过LLDP获取交换机信息和交换机之间的连接信息(链路状况)，通过捕获终端发送过来的ARP报文，得到终端所在的交换机端口号。通过以上信息在模块内部生成网络的全局拓扑结构数据。

资源调度模块通过业务编排模块导入的业务信息，通过IP或MAC地址关联到对应的主机或配用电终端。

资源调度模块结合业务的通信要求，结合路径优化算法，计算出路径数据，并转换成openflow流表格式，下发至SDN控制器。

通过以上操作，配用电通信业务ServiceID和SDN网络路径PathID进行了绑定。

此外，资源调度模块根据目前网络的冗余情况，自动创建若干备份链路，用做故障恢复时使用。

3.流量统计模块

配置SDN控制器，设置为定时对流表统计量进行采样，控制器通过北向接口将流量数据主动发送给流量统计模块。流量统计模块对原始数据进一步加工和提炼，形成若干维度展示数据，如某条链路的吞吐量，业务流的分时平均流量等。

4.通道保护模块

配置SDN控制器，将链路告警信息通过北向接口上报至通道保护模块，通道保护模块从网络资料调度模块中获取备份路径，进行通道切换。若没有可用的备份通道，则给出告警。

5.控制器北向接口模块

该模块提供控制器的访问通道，将其它功能模块下发的流表操作及相关配置请求转换成SDN控制器的API调用，对控制器下发命令。反向过程中，对控制器主动发起的异步请求事件进行监听。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。