配电通信网接入层规模研究 本文关键词：通信网，配电，接入，规模，研究
配电通信网接入层规模研究 本文简介：【摘要】打造一流配电网，提高城市配电网的可靠性和供电质量，离不开配电通信网的支撑。随着一流配电网建设的逐步推进，配电通信网的规模也不断扩大。通过研究基于工业以太网组网的配电通信网电房接入规模，分析超规模运行时存在的网络风险,以及比较不同的技术解决方法，能为配电通信网的规划和建设提供理论依据，给现网运
配电通信网接入层规模研究 本文内容：
【摘要】打造一流配电网，提高城市配电网的可靠性和供电质量，离不开配电通信网的支撑。随着一流配电网建设的逐步推进，配电通信网的规模也不断扩大。通过研究基于工业以太网组网的配电通信网电房接入规模，分析超规模运行时存在的网络风险,以及比较不同的技术解决方法，能为配电通信网的规划和建设提供理论依据，给现网运维工作提供技术支撑。
【关键词】工业以太网；配电通信；接入规模
一、引言
配电通信网主要分为有线及无线方式，有线方式包括工业以太网、EPON等，无线方式包括公网，4G专网等。其中工业以太网以其兼容性强、通信速率高、成本低的优势在配电通信网得到广泛应用，然而其网络规模不能是无穷大。本文从基于工业以太网的配电通信网入手，研究分析其接入规模以及相应的控制措施。
二、配电通信网电房接入方式
为保证网络可靠性，配电通信网络一般为环形结构，其中电房与汇聚点变电站间的通信主要利用以太网二层通信。为避免广播风暴的产生，需要借助其它二层协议构建逻辑上树形或环形的结构，目前主流的技术是采用生成树协议或以太环网协议。2.1生成树协议生成树协议的运行原理是通过在网桥间传递BPDU报文来确定网络结构，每个网桥根据各端口收到的报文计算决定端口状态。各个网桥经过计算后，整个网络形成逻辑上的树形拓扑，消除了网络中的环路，同时通过备用端口实现路径冗余。2.2以太环网协议生成树协议在网络直径较大时收敛时间较长。为了缩短收敛时间，人们开发了以太环网协议，常见的有H3C的RRPP[1]（快速环网保护协议），东土的DT-Ring[2]等。以太网环协议的优势在于收敛速度快、收敛时间与节点数无关，然而各种以太网环协议之间互不兼容，并且只能在对应厂商的设备上才可应用。由于以太环网协议的兼容性问题，实际应用中主要以生成树协议为主，本文主要讨论配电通信网在采用生成树协议时的电房接入规模。
三、生成树协议规模
生成树协议分为STP、RSTP、MSTP三种，由于它们底层判断逻辑相同，下面以STP为例对生成树规模进行研究。3.1STP定时器及网络规模STP主要有三个定时器参数[3]，分别是hello、forward_delay和max_age。hello默认为2秒,forward_delay默认为15秒。STP网络规模主要由max_age参数决定，为了计算该参数，IEEE802.1d定义了另外几个参数，分别是：网络直径dia，默认为7；BPDU丢失个数lost_msg，默认为3；BPDU传输时延BPDU_Delay，默认为1；BPDU寿命递增步数msg_overestimate，默认为1。以第一台网桥启动STP协议开始至BPDU到达最后一台网桥共经历时长为max_age，可以得出：(1)将上述值代入后可得max_age为20秒。BPDU中有一个messageage字段，用于保存当前寿命。具体实现中messageage每经过一台网桥加1，这使得实际中STP网络规模等同于max_age值，即最大为20。3.2超STP规模运行的风险当网络节点数超过STP最大规模时，STP协议将无法正常运行，网络无法正常通信，具体分析如下：假设在一个长链形拓扑中，各节点分别命名为N1、N2……，设N1为根，N20为STP可以正常运行的最后一个节点。STP会把收到的BPDU保存作为端口BPDU，同时将所有端口BPDU的messageage加1，与网桥BPDU进行优选，最优的作为新的网桥BPDU。决定端口状态时，会把网桥BPDU与端口BPDU进行比较，若端口BPDU比网桥BPDU更优，则该端口会被置为blocking状态。BPDU比较的第一个条件是根桥优先级。现在分析N20与N21之间的BPDU交互。假设N20使用端口P20与N21的端口P21进行互连。N20发送BPDU给N21，其messageage值为19，N21收到BPDU后进行网桥BPDU选举，由于P21端口BPDU的messageage加1后已达maxage值，认为失效，因此网桥的最优BPDU仍为自身。N21在决定端口P21的状态时，将网桥最优BPDU与端口BPDU进行比较。N21的网桥最优BPDU认为根桥为N21，P21的端口BPDU认为根桥为N1，由于P21的端口BPDU优于本网桥BPDU，该端口被置为blocking且不会发出数据包，但N21仍会通过该端口向N20发送自身的网桥最优BPDU。对于N20而言，当它从N21收到比自身次优的BPDU时，它会向N21发送自身的BPDU，同时认为不应再从P20收到N21的次优BPDU。但从前文分析可知N20将持续地从P20收到次优BPDU，因此N20会认为端口P20存在异常，从而将该端口也置为blocking，最终导致N20与N21之间无法进行正常数据通信，只有单纯的BPDU交互。
四、工业以太网组网电房规模控制
为保证基于工业以太网的配电通信网正常运行，需要对接入层单一环接入数目进行控制。目前主流做法包括调整STP/RSTP协议运行参数和采用MSTP划分区域方式，下面对进行具体分析。4.1调整STP/RSTP定时器为扩大接入电房数，最简单的方法是增大maxage定时器的值，对于大部分厂商而言maxage最大可以调至40，然而过大的值会带来另一个问题，即网络中的链路故障无法及时发现。这主要是因为对于某一个网桥而言，只有在根端口经过maxage时间后仍未收到根桥BPDU时才会认为网络出现故障并重新计算端口状态。如果某条链路中断，其它网桥只有在经过maxage后才会发现。4.2采用MSTP划分区域MSTP可以人为设置将网络划分多个区域，在区域内构建IST（内部生成树），在区域间构建CST（公共生成树）。CST的规模同样通过maxage控制。IST的规模通过新增加的参数remaininghops（剩余跳数）进行控制，remaininghops默认值也为20。通过划分区域，理论上采用MSTP的最大节点数可以为20*20=400，能够满足实际需求。MSTP通过比较两个网桥的域配置判断它们是否属于同一区域。不同厂商在实现上可能存在差异，从而导致不同厂商设备不能实现MSTP域内的互通，存在兼容性问题。这就要求配电通信网接入层必须采用同一厂商的设备，或者相互之间必须能够互相兼容。
五、结语
配电网配套通信工程规划建设过程中，应考虑配电通信网对电房的接入能力限制。在基于工业以太网的配电通信网中，应尽量避免单一接入环上电房数超过20。若受电力管廊、施工复杂度等等原因限制，单一接入环上电房数量较多，也应将其总数控制在40个以内，以保证配电通信网能够正常可靠运行。
作者：林泽兵 单位：广州供电局有限公司
配电通信网接入层规模研究 来源：网络整理
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