电网实时数据服务平台通信网络架构

严凌坤，后跃兴，张宇超

(云南电网公司文山供电局，云南 文山 663000)

电网实时数据服务平台通信网络架构

严凌坤，后跃兴，张宇超

(云南电网公司文山供电局，云南 文山 663000)

从数据传输的低时延、可靠性、安全性以及实时数据服务平台的稳定性、可维护性等多方面，分析研究适用于电网实时数据服务平台的传输协议和网络结构，提出一种基于电网实时数据的通信网络架构。该架构可以较好的满足电网实时数据服务平台的业务需求。

数据资源管理；实时数据；通信协议；数据服务平台

0 前言

国内电网建立了多个用于实时或非实时的监视、控制和管理的应用系统。由于系统实现的功能不同、建设时期不同、建设单位不同，现已建成的各应用系统缺少总体设计和统一规范[1]，直接造成了各系统间通信接口复杂、信息孤岛现象频现，不仅使得各系统间信息的无缝共享难以实现，也使得系统维护的难度和成本升高，最终进一步制约了电网行业信息化水平的提高。在电网行业对信息化与数据共享的需求不断增加的情况下，亟需研究一个统一、灵活、可自由配置的实时数据服务平台建设方案[1]，以充分发挥实时数据的价值，确保各系统间实时数据的无缝共享。研究能够适用于电网实时数据服务平台的通信传输协议和网络结构就显得尤其重要。

文中从电网信息化趋势和业务数据在系统间共享的需求出发，重点从数据传输的低时延、可靠性、安全性以及实时数据服务平台的稳定性、可维护性等多方面，分析研究适用于电网实时数据服务平台的传输协议[2]和网络结构[3]，最后根据前一步的分析研究来提出电网实时数据服务平台的传输协议和网络结构的标准化方案，以此为实时数据服务平台的建设工作提供研究参考。提出了一种基于电网实时数据的通信网络架构。

1 电网实时数据概述

在进行平台设计前，首先明确电网实时数据的来源以及分类。电网实时数据根据其来源，可以分为电网运行和设备检测或监测数据，电力企业营销数据以及电力企业管理数据 [4]。这些数据主要涉及主配网生产系统、地理信息系统(GIS)、调度系统、营销系统、以及计量自动化系统等。

按照数据内容，电网系统的数据可以分为基本数据、运行数据、试验数据、在线监测数据、事故数据等[9]。建立有效的电网实时数据服务平台，为电网系统间的数据交互和信息共享提供便利，是提升电网系统整体运行效率的必要条件。

2 数据传输协议和网络结构

2.1 传输协议

整体来看，基于开放系统互联的参考模型ISO-OSI[11]是目前比较成熟的网络技术，基本满足实时动态监测系统实时通信的要求。在参考模型ISO-OSI中，传输层[12]是最重要、最关键的一层，是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层，也是唯一负责总体的数据传输的一层。

综合来看，构建电网实时数据服务平台可选的传输层协议主要有TCP/IP协议簇中的TCP[13](传输控制协议)、UDP[13](用户数据报协议)、SCTP[14-15](流控制传输协议)、DCCP[16](数据拥塞控制协议)，还有 IPX/SPX协议簇中的SPX[17-18](序列分组交换协议)等。表1中是针对以上各协议在时效性、可靠性和安全性上的简单总结：

表1 各协议在时效性、可靠性和安全性

从设计理念、实际应用场景上来分析，SCTP最初是用于在IP上的传输电话协议 (SS7)，较适合在电信网中采用；而SPX则较适合在Novell网络环境中采用，是局部小范围使用的；至于TCP，它在各类TCP/IP网络中得到广泛采用，故可预见它的兼容性、可扩展性会比较出色，而这一点非常重要，因为这有利于电网信息系统的可持续性发展、兼容扩展。综上所述，TCP协议在可靠性、安全性以及未来的兼容性、可扩展性方面比较出色，因此比较适合在电网实时数据服务平台中采用。

2.2 网络结构

实际应用中的典型网络结构有C/S模式[19]和B/S模式[20]。通过对两种模式的分析，可以得出C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快、服务器负荷较轻。而C/S结构的缺点也较为明显，较为突出的两点是升级困难和客户端直接访问数据库。因此C/S一般建立在专用的网络上，小范围里的网络环境，局域网之间再通过专门服务器提供连接和数据交换服务。但是，也正因此，C/S一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。一般高度机密的信息系统采用C/S结构较适宜。

相比之下B/S结构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑和就能使用，客户端安装、维护和升级成本低，并且系统扩展比较容易。B/ S建立在广域网之上的，不必是专门的网络硬件环境，有比C/S更强的适应范围，一般只要有操作系统和浏览器就行。但是，也正因B/S建立在广域网之上，对安全的控制能力相对弱，可能面向不可知的用户。而B/S结构的缺点在于应用服务器运行数据负荷较重。由于B/S架构管理软件只安装在服务器端 (Server)上，网络管理人员只需要管理服务器即可，用户界面主要事务逻辑在服务器 (Server)端完全通过WWW浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端 (Browser)实现，所有的客户端只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。但是，应用服务器运行数据负荷较重，一旦发生服务器 “崩溃”等问题将产生严重后果。表2中是C/S模式与B/S模式优缺点：

表2 C/S模式与B/S模式优缺点

综合来看，C/S模式更加适合在电网实时数据服务平台中采用。

3 通信网络架构

在网络结构方面，由于C/S模式有着服务器负荷轻 (意味着服务器可稳定运行)、客户端速度快 (时延低)和数据安全性强的优点，故在电网实时数据服务平台中比较适合采用C/S模式的网络结构。综合传输协议和网络结构这两方面的考量，电网实时数据服务平台的建设可采用基于TCP协议的C/S网络结构，以便优化实时数据服务平台的总体结构，使得服务平台的运行更加稳定可靠、响应更快速、更易于维护和扩展，同时保证电网业务数据得以通过低时延、可靠和安全的通信传输方式实现系统间共享。基于以上结论，提出电网实时数据服务平台通信网络架构如图1所示。

图1 电网实时数据服务平台通信网络架构

该架构由资源子网模块和通信子网模块两个部分组成；其中资源子网模块由网络服务器和用户工作站组成，通过采用客户端/服务器型结构为用户提供资源检索和资源共享功能；通信子网模块由网络接口设备、传输介质、集线器、交换机和网卡组成，通过采用TCP传输控制协议，连接资源子网模块中的网络服务器和用户工作站，为资源子网模块提供数据通信的功能。网络服务器和用户工作站采用客户端/服务器型结构连接。每一个客户端软件的实例都可向一个服务器或应用程序服务器发出请求。在接到请求后，服务器快速做出响应。另外，考虑到系统规模的庞大，存在大量高并发访问，通过客户端/服务器型结构实现及时服务。通信子网模块通过采用TCP传输控制协议为资源子网模块中的服务器和用户工作站提供数据通信功能。网络接口设备采用常见的以太网接口RJ45和RJ11，另外还采用SC光纤接口，支持光纤接入。传输介质采用 10Base-T，100Base-TX，1000Base-TX以及100Base-FX，提供系统间的数据通信功能。根据数据信息是否独立占用网络通道，在网络节点选择采用集线器或交换机。网卡常见于各类网络终端设备，无特殊要求。

该架构至少具有以下优势：

高可靠性：通过采用面对连接的、可靠的TCP传输控制协议，保证了数据在各应用系统间的可靠传输。

高安全性：相较于UDP用户数据报协议等其他协议，本架构采用的TCP协议更具有数据安全性。

高兼容性：TCP协议在各类TCP/IP网络中得到广泛采用，其兼容性、可扩展性比较出色，有利于电网信息系统的可持续性发展、兼容扩展。

高效性：C/S型网络结构充分利用客户端的处理能力，具有客户端速度快 (时延低)的优点，非常适合电网实时数据服务平台的建设。

支持大量高并发访问：C/S型网络结构利用客户端的处理能力来有效减轻服务器的负荷，使得服务器能够在大量高并发访问的情况下仍能稳定运行，保证电网管理体系的稳定运作。

基于图1架构的系统网络通信流程示意图如图2所示。

图2 网络通信流程示意图

网络通信具体流程如下：

1)服务器端随时处于监听来自客户端的请求，并且支持多用户高并发请求；

2)客户端在感知到用户输入之后，启动业务处理，向服务器端发送请求建立基于TCP协议的连接；

3)服务器端接受客户端的请求，接着按照TCP协议与客户端建立起TCP连接；

4)服务器端在数据库获得相应的数据之后，向客户端发送相关数据。在数据传输完毕之后，进行断开TCP连接的动作；

5)客户端接收来自服务器返回的相关数据库数据，并且进行断开TCP连接的动作；

实时数据服务平台的客户端结束本次业务处理，并向用户输出结果。

4 结束语

文中从数据传输的低时延、可靠性、安全性以及实时数据服务平台的稳定性、可维护性等多方面，分析研究适用于电网实时数据服务平台的传输协议和网络结构，最后综合传输协议和网络结构这两方面的考量，提出电网实时数据服务平台的建设可采用基于TCP协议的C/S网络结构，以便优化实时数据服务平台的总体结构，使得服务平台的运行更加稳定可靠、响应更快速、更易于维护和扩展，从而保证电网业务数据得以通过低时延、可靠和安全的通信传输方式实现系统间共享。文中提出的电网实时数据服务平台通信网络架构方案，可为实时数据服务平台的建设工作提供参考。

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Research on communication network architecture of grid real time data service platform

YAN Lingkun，HOU Yuexing，ZHANG Yuchao
(Yunnan Wenshan Power Supply Bureau，Wenshan，Yunnan 663000)

This paper from the data transmission with low delay，reliability，security and real-time data service platform with stability，maintainability，to analyze on suitable for real-time data service platform of network transmission protocol and network structure，provides a communication network architecture based on real-time data grid.This architecture can better meet the grid real-time data service platform of business requirements.

data resource management；real time data；communication protocol；data service platform

TM73

B

1006-7345(2014)05-0084-04

2014-05-28

严凌坤 (1982)，男，学士，工程师，云南电网公司文山供电局，长期从事电力通信系统运行维护工作 (email)50288984＠qq.com。

后跃兴 (1977)，男，学士，助理工程师，云南电网公司文山供电局，主要从事电力系统调度自动化和通信技术工作 (e-mail)kyx2415＠163.com。

张宇超 (1987)，男，学士，助理工程师，云南电网公司文山供电局，主要从事电网调度自动化工作 (email)410036508＠qq.com。