湖北电力数据通信网优化方案研究

罗仁华，杨 杉,胡 威,周至寯

（1.湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077）

湖北电力数据通信网优化方案研究

罗仁华1，杨 杉2,胡 威1,周至寯1

（1.湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077）

为满足湖北电力数据通信网与国网数据通信骨干网的无缝对接，形成全程全网的合力，保障端到端的业务控制与应急联动，促进一级应用的集中承载与新技术应用的部署，分析了湖北电力信息通信业务的网络承载平台—湖北电力数据通信网的现状和存在的问题，以及与国网统一规划的差异，从技术体制、网络结构、IP地址、路由协议、自治域等方面提出了优化改造方案。湖北电力数据通信网优化后，网络拓扑简洁、结构层次清晰、IP地址及协议参数统一规划，骨干层网络带宽扩展了约14倍，便于维护和管理，能够满足未来电力各级业务应用的承载需求

数据通信网；网络优化；路由协议；多协议标签交换;虚拟专用网

0 引言

随着国网公司“三集五大”体系建设的推进，公司整体管理水平不断提高，电力通信业务逐步向多元化和互动化方向发展，对数据通信网的网络结构、传输带宽、通信协议等方面提出了更高的要求[1]。目前，国网数据通信骨干网改造工作已经基本完成，初步建成了利用OTN光传输网，以10GE链路为主、覆盖全公司系统71个节点的高速数据通信骨干网络平台，实现了核心区域网状连接、各区域内双星型上联的网络架构。

因各省级数据通信网络以往主要采用各省分散建设、分级管理的管理模式，各级单位数据通信网络技术体制、层次结构、IP地址、协议参数等存在明显差异。

为满足湖北电力数据通信网与国网数据通信骨干网的无缝对接，形成全程全网的合力，保障端到端的业务控制与应急联动，促进一级应用的集中承载与新技术应用的部署，需对湖北电力数据通信网进行优化改造[2]。

1 湖北电力数据通信网络现状

现湖北电力仅存在一张数据通信网，由湖北电力信息广域骨干网和各地市级城域网组成。信息广域骨干网采用双核心星型结构，分为2个核心节点（湖北电力、荆州备调）、15个骨干节点（地市级公司）。信息广域骨干网现况如图1所示。

图1 湖北电力信息广域骨干网网络拓扑现况Fig.1 Situation network topology of Information WAN for State Grid Hubei Electric Power Company

2 优化改造必要性分析

2.1 带宽不足

现湖北电力数据通信网骨干层省公司-地市公司通道带宽为622 Mbps，荆州备调-地市公司通道带宽为155 Mbps，主要传送信息化业务，随着通信IP业务、调度语音业务、配用电网等新业务的发展，骨干层带宽难以满足IP业务的发展需求。

根据信息化业务带宽需求的预测，在“十二五”后期至“十三五”中期，信息广域骨干网地市级公司-省公司带宽需求达到2.5 Gbps、地市级公司-荆州备调带宽需求达到622 Mbps。因此，必须进行数据通信网优化改造，以满足信息化业务发展的需求。

2.2 协议不满足

现湖北电力数据通信网内部网关协议为OSPF（开放式最短路径优先）协议，为实现省数据通信网与国网公司数据通信骨干网深度融合，需将湖北电力数据通信网的内部网关协议统一调整为ISIS。

2.3 传输质量保证不足

现湖北电力数据通信网没有启用MPLS VPN，对传输的业务不具备QoS（服务质量）保障，导致无法保障延迟敏感类业务(语音、视频)的带宽和传输质量等问题。

2.4 国网数据通信骨干延伸及自治域划分的要求

现国网数据通信骨干网仅延伸至省公司和荆州备调，根据国网公司要求，需将国网数据通信骨干网向下延伸至地市。

现省内数据通信网为一个统一的自治域，将国网数据通信骨干网延伸至地市后，各地市级城域网需按照国网公司统一规划采用独立的的BGP AS自治域号。

3 优化改造方案

3.1 业务需求分析

根据业务发展需求，湖北电力数据通信网除了承载SG186工程的各项信息系统业务外，还须承载一体化高清会议电视、语音、视频等实时业务和其它通信管理业务。

3.2 网络拓扑规划

根据业务流向、传输网络拓扑、链路带宽适当超前以满足今后信息化快速发展等原则，湖北电力数据通信网络优化可分为国网数据通信骨干网延伸和地市数据通信城域网建设两个部分。拓扑图如图2所示。

图2 湖北电力数据通信网网络拓扑规划图Fig.2 The planning Topology of Data communications network for State Grid Hubei Electric Power Company

3.2.1 国网数据通信骨干网延伸

国网数据通信骨干网延伸采用二层结构，具体为：

核心层：2个节点，省公司和荆州备调节点。在省公司配置2台核心PE；在荆州备调配置一台核心PE。省公司与荆州采用10GE链路交叉连接；省公司2台核心PE之间采用10GE链路连接；核心层整体采用大带宽链路形成热备三角交叉连接。

骨干层：14个节点，在省公司和13个地市（武汉、鄂州、黄石、咸宁、黄冈、荆门、荆州、十堰、孝感、随州、襄阳、宜昌、恩施）各配置2台骨干PE。

3.2.2 地市级数据通信城域网

地市级数据通信城域网采用三层结构，具体为：

省公司和13个地市（武汉、鄂州、黄石、咸宁、黄冈、荆门、荆州、十堰、孝感、随州、襄阳、宜昌、恩施）的2台城域网核心PE均以10GE链路与各自站点的2台国网边界PE互联；神农架林区公司2台城域网核心PE以2*GE分别接入襄阳公司国网边界PE；黄龙滩电厂纳入十堰公司数据通信城域网，检修公司纳入省公司本部数据通信城域网。核心层：1个节点，在省公司和13个地市（武汉、鄂州、黄石、咸宁、黄冈、荆门、荆州、十堰、孝感、随州、襄阳、宜昌、恩施）各配置2台城域网核心PE、2台CE。

骨干层：在地市所属县公司各配置1台接入PE、1台接入CE，每节点接入PE分别与骨干节点2台骨干PE分别采用155 Mbps接口互联，保证了上行链路的N-1可靠性。

接入层：县域内各调度站点、二级单位等。

3.2.3 城域网接入原则规划

1）1 000/500 kV变电站/换流站接入原则

根据各站点业务流向、管理模式及传输网网络结构。1 000/500 kV变电站/换流站由省检修公司运维管理。为保证网络的可靠性，遵循N-1的可靠性设计原则，规划在检修公司配置2台城域网PE，各站点配置1台接入PE接入检修公司，接入CE采用MCE方式实现站点不同VPN业务接入，接入拓扑如图3所示。

图3 1000/500 kV变电站/换流站接入网络拓扑图Fig.3 The access network topology of 1 000/500 kV substation/converter station

2）220/110/35 kV变电站、营业厅、供电所接入原则

220 kV变电站规划配置1台接入PE，接入所属地市公司。110/35 kV变电站/营业厅和供电所规划配置1台接入PE，接入所属地市公司或者县公司。接入CE采用MCE方式实现站点不同VPN业务接入，接入拓扑图如图4所示。

图4 220/110/35 kV变电站、营业厅、供电所接入网络拓扑图Fig.4 The access network topology of220/110/ 35 kV substation/Business Hall/Power Station

3.3 路由协议

3.3.1 自治域AS的考虑

国网数据通信骨干网延伸网络中，核心和骨干节点PE均纳入国网AS 64600域中，各地市级城域网自成一个自治域，同时各地市级CE设备自成一个自治域。国家电力数据通信骨干网与地市数据通信网为AS域间关系。

3.3.2 域内路由协议IGP

域内路由协议在网络中起着连通骨干、路径选择和自动路由迂回的作用。网络IGP路由协议统一设计，本期推荐采用IS-IS协议作为IGP协议。

3.3.3 域间路由协议EGP

自治域系统之间使用的路由协议为外部网关协议EGP。外部网关协议EGP主要是传统的外部网关协议EGP、边界网关协议BGP。

传统EGP不支持环路拓扑结构，即使在网络拓扑是稳定的情况下，也经常传送全部路由表。BGP是基于策略的路由，支持路由地址总结，连接比较可靠，使用触发式更新，仅修改更新部分，支持地址聚集特性，有助于节约C类IP地址资源。不同版本的BGP通过谈判特性可以相互支持，互操作性、兼容性较好。因此，地市数据通信网与国家电力数据通信网络域间路由协议宜选择BGP-4协议。

为了支持基于MP-BGP的MPLSVPN，在PE—PE之间还必须运行MP-BGP（BGP多协议扩展），主要用于承载网络中MPLSVPN私网路由。

3.3.4 路由反射

为减少核心PE和骨干PE的IBGP连接数量，减轻核心PE和骨干PE设备的负担。在省公司和荆州备调各配置1台单独的RR路由反射器，作为国网及省公司AS域的路由拓扑计算与分发。

各地市级城域网由城域网核心PE兼作RR路由反射器，作为地市公司及所辖县公司业务接入时路由拓扑计算与分发。

3.4 MPLS VPN设计及业务接入方案

3.4.1 MPLS VPN技术选择

本网络采用MPLS VPN技术实现业务的安全隔离。MPLS VPN可以简化对用户端设备的需求和用户管理、维护Intranet/Extranet的复杂性，每个CE仅需要维持一个到PE的路由交换协议，CE间的路由交换、传输控制、路由策略由运营商根据VPN用户的需求来实施。由于BGP的策略控制能力很强，随之而来的是VPN用户路由策略控制的灵活性。

3.4.2 MPLS VPN优点

MPLS VPN技术具有如下优点。

（1）能提供QoS保证

主干MPLS网络可以以面向连接的方式提供集成服务，也可以通过划分类以面向无连接的方式提供差分服务，另外，还可以通过流量工程技术间接地为QoS的实现提供一定的资源保障。

（2）安全性较高

在PE上，各VPN路由通过VRF来隔离，也具有较好的安全性。

（3）可扩展性好

MPLS VPN通过两层标签栈区分域内路由和VPN路由，使网络具有较好的可扩展性。

3.4.3 业务接入方案

本期业务接入采用MCE接入方式，MCE接入方式中CE、PE之间具有路由器功能丰富，扩展能力强，网络结构层次清楚，维护简单，交换机、路由器之间可以运行动态路由协议，网络的自愈能力强等优点。

3.4.3.1 MCE接入

本工程在核心层节点均应配置2台支持Multi-VRF功能的三层交换机/路由器作为MCE，分别与2台核心或骨干PE互连，各部分功能如下：

（1）PE是骨干网MPLS域的边缘，MCE是本地局域网接入MPLS VPN的网关；

（2）PE和MCE之间采用动态路由，保证连接的可靠性。

（3）PE和MCE均支持Multi-VRF功能隔离VPN路由信息并进行VPN路由信息交换。

（4）在MCE接入侧，不同业务可以在一台支持Multi-VRF功能的交换机/路由器上实现隔离：将不同的业务（VPN）设置在不同的VLAN中，MCE与PE交换VPN路由表（VRF），为不同的业务提供单独的VPN路由转发表，并通过它与PE对应的VRF进行路由交换，实现端到端的MPLS/VPN的解决方案，实现本地VPN隔离，但全网同一VPN可以自由通信。即在MCE接入侧，利用VLAN以及Multi-VRF功能做到物理隔离。核心、骨干节点业务接入示意图如图5所示。

图5 核心/骨干节点接入示意图Fig.5 The access node schematic of core/backbone node

采用双PE和双CE的全冗余连接结构，CE和PE之间采用动态路由协议，实现负荷分担和链路备份，可以用来保证关键业务的可靠性。

3.4.3.2 VLAN接入

实际上，在各节点处本工程的MCE一般不都直接与业务主机（服务器）连接，中间大多经过一些级联的交换机，则：MCE交换机把每个VPN捆绑到相应的VLAN中，通过802.1Q trunk的方式把VLAN的划分传递到局域网二层交换机上，通过VLAN技术进行业务隔离；在用户接入端将该用户划入二层交换机的某个VLAN，通过802.1Q Trunk链路上联到MCE，MCE将802.1Q Trunk端口的VLAN对应到其相应MPLS VPN的VRF，最终实现隔离VPN路由信息的功能，由此也将MPLS PE的VRF VPN范围扩展到了接入层设备和客户桌面系统。通过VLAN-VRF的对应，单个业务系统可以在整个网络中保持连通，但由于不同业务采用不同VRF配置，彼此在路由上完全隔离。

因此，在城域网中利用802.1Q标准的VLAN技术实现各业务系统之间的安全隔离。

利用VLAN技术实现不同业务的隔离时，不宜采用普通三层交换机。主要是普通三层交换机只支持一个路由转发表，要在用户端区分属于不同VPN的用户，要么设置成一台纯粹的二层交换机运行，要么每台交换机只能接入同一个VPN用户，每增加一个VPN就需增加一台三层交换机。城域网业务接入示意图如图6所示。

图6 业务接入示意图Fig.6 The data access node schematic

3.5 MPLS流量工程、MPLS快速重路由

MPLS流量工程（MPLS-TE）利用可用资源沿链路建立标签交换路径（LSP），从而确保始终为特定流提供有保证带宽，以避免在稳定或故障情况下出现拥塞。MPLS快速重路由技术（FRR）形成快速的自愈保护方式，本工程中可以对重要的业务实施MPLS快速重路由技术，以减少重要业务中断时间。

3.6 资源规范

3.6.1 IP地址规划

根据国网统一规划IPv4地址资源方案如下，各省数据通信网业务IPv4地址取值范围及分配方案如下：（1）要求各省使用B类（X.Y.0.0/16）作为业务IP地址范围；（2）IPv4地址的第一个八位位组用于表示网络设备或业务VPN域，具体分配方案参见表1；（3）IPv4地址的第二、三、四个八位位组取值范围1～254。

根据国网统一规划，湖北公司第二个八位位组为54、55。

第三个八位位组一期规划分配范围为0～143，其中省公司规划分配16个位组，其它各单位规划分配8个位组，另144～255范围预留。

例如：湖北电力视频VPN使用29.54.0.0/16和29.55.0.0/16两个B类地址；湖北电力语音VPN使用30.54.0.0/16和30.55.0.0/16两个B类地址。

3.6.2 BGP AS参数规划

根据国网统一规划，湖北电力一级业务VPN AS号分配为54676～54435；湖北电力二级业务VPN AS号分配为34676～34435；省/地市VPN AS规划分配为19400～19351。全省各地市级PE/CE设备AS号规划见表2。

表2 全省各地市级PE/CE设备AS号规划Tab.2 The planning AS number for Municipal PE/CE devices

4 传输通道组织

湖北电力数据通信网优化改造，采用IP over OTN/SDH技术体制组网。国网数据通信骨干网延伸中，骨干PE与省公司核心PE采用1路10GE（OTN承载）+1路622 Mbps（省10 Gbps网承载）链路互联，另一台骨干PE与荆州备调核心PE采用1路2*GE（OTN承载）+1路155 Mbps（省10 Gbps网承载）链路互联。保证传输通道的双平面冗余配置。

地市级城域网中，骨干PE与2台核心PE分别采用1路155 Mbps（通信城网承载）链路互联。

5 结语

湖北电力数据通信网优化后，网络拓扑简洁、结构层次清晰、IP地址及协议参数统一规划、骨干层网络带宽扩展了约14倍、便于维护和管理，能够满足未来电力各级业务应用的承载需求，能进一步推动电力信息通信新技术新应用的部署和落实，增强数据通信网络的优质服务水平[3]。

（References）

[1]尹薇薇.杭州电力数据通信网建设方案研究[J].电力信息与通信技术,2014,12(10):31-36.

YIN Wei-wei Research on Construction of Hangzhou Power Data Communication Network[J].Electric Power Information And Communication Technology,2014,12(10):31-36.

[2]曹盛.省级电力数据通信网优化方案研究[J].科技资讯,2015（20）:26-27.

CHAO Sheng Research on the optimization of provincial data communication network[J].Science and Technology Informa⁃tion,2015（20）:26-27.

[3]段敬，张淑娟.山西电力骨干数据通信网优化方案研究[J].山西电力,2011（5）:54-58.

DUAN Jing，ZHANG Shu-Juan.Research on the Optimization of Shanxi Power Backbone Data Communication Network[J]. Shanxi Electric Power,2011（5）:54-58.

Research on the Optimization of Hubei Electric Power Data Communication Network

LUO Renhua1，YANG Shan2,HU Wei1，ZHOU Zhijun1
(1.Hubei Electric Power Survey&Design Institute,Wuhan Hubei 430040,China; 2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China)

In order to meet the needs of seamless connection with the State Grid data communica⁃tion backbone network,the whole network security force,end to end service control and emergency response,promote the application of concentrated load and new technology application deployment, Hubei power data communication network is the platform of Hubei Electric Power Corporation. Tthis paper analyzes the current situation and problems of Hubei power data communication net⁃work,and analyzes the differences to the unified planning of State Grid Corporation.It presents the optimization ofprinciple of reformation,the structure of network,IP address,routing protocol, autonomous system etc.After optimization,network topology is simple,clear hierarchy,IP address and protocol parameters of unified planning,core network bandwidth expansion of about 14 times, it is convenient for maintenance and management,which can meet the needs of the power supply at all levels of business applications in the future.

data communication network;network optimization;routing protocol;multiple protocol label switch;virtual private network

TN915.853；TM76

A

1006-3986(2016)04-0050-07

10.19308/j.hep.2016.04.012

2016-03-05

罗仁华（1983），男，湖北武汉人，工程师。