IPv6及其在电力自动化系统中的应用探讨

田沐华

摘 要：站在网络层IP协议发展角度来说，逐渐实现了IPv4向IPv6的过度，为电力自动化系统的实现奠定了基础。本文根据以往学习内容，对IPv6的标准现状以及IPv6技术分析情况进行总结，并从电动汽车充换电、智能变电站、配电和用户侧自动化系统、IPv6推广的关键因素四方面，论述了IPv6在电力自动化系统中的主要应用形式。

关键词：电力自动化系统;电动汽车;智能变电站

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0032-02

1 IPv6标准现状

IPv6标准主要是由整个国际互联网工程任务组以及指导组共同制定，在协调运行上，由互联网数字分配机构专门负责，很多标注化组织，如ITU-T、BBF等专门制定了IPv6应用标准。从1995年至今，相关规范已经出现了200多项，形成了应用扩展、过渡方案等多种协议类型。我国在IPv6标准发布紧跟时代脚步，并在RFC-6272中明确了RFC标准，该种标准与智能电网的发展密切相关，从而实现了控制管理协议、路由协议等方面的系统梳理。相比之下，IPv6能够获得更多的移动性和异构网络互联协议支持，应用效果更加明显。

2 IPv6技术分析

2.1 地址空间分析

整个IPv6的地址空间主要由128bit构成，以IPv6常用的地址表示格式为主，让空间分配操作显得更加合理。从这里可以看出，IPv6的地址空间确实很大，而且整个IRTF依然保留着很多没有被确定目标的地址空间，占总空间总数的85%。即使如此，地址范围也比IPv4的地址空间高出293倍。

2.2 自动化和智能化分析

除了传统的手动配置之外，想要在某些特殊环境之中提升用户的工作效率，即插即用的使用方式显得尤为重要。IPv6可以通过邻居发现协议等机制为系统提供自动化的网络配置功能，其效果十分明显。另外，ICMPv6属于基础支撑协议范畴，基于该种报文形式，可以实现地址的重复性检测，前缀编写等功能。除此之外，DHCPv6属于上一代的升级版本，即使网络规模十分巨大，仍然可以实现状态地址的自动配置。如果是小型或者是动态性较高的网络，人们可以通过NDP实现无状态地址的自动配置，将有效的生命周期地址传递给用户，实现设备的即插即用。

2.3 效率分析

站在理论角度来说，IPv6属于是对互联网已经具备的经验和结果进行改进，其中主要的改进内容包括以下几方面：第一，对包头设计以及新的组播机制进行简化，提升整个网络设备的处理效率;第二，对各种流标签进行应用，有利于对流数据的全面处理;第三，研究人员可以通过聚类原则，对全局路由表内容进行简化，进一步提升整个路由器以及数据包的转发速度;第四，在分包和组包操作上，可以在源节点和目标节点之中完成，并不像IPv4那样，只能通过路由器来完成相应操作[1]。

站在另一个角度来说，IPv6对网络性能也会产生一定影响，具体内容如下：第一，在地址空间以及相应功能得到丰富的同时，整个报头开销也会相应提升;第二，支持IPv6的相应操作系统和网络设备并不成熟，而且也没有经过长期的应用检验。站在国内外发展角度来说，人们对IPv6性能进行了很多研究和预测，整体来看，IPv4的网络吞吐量和CPU等方面要比IPv6好很多，而且操作系统和网络模块与上述性能息息相关，从以往发展经验来看，在后续IPv6推广和应用上，系统性能会逐步得到改善。

2.4 安全性分析

在IPv6应用上，主要以IPSec机制为基础，通过封装化安全净荷扩展报头，实现了身份认证算法的有效加密，這也为网络层强制提供了一系列有效的安全措施。站在安全性角度来说，IPv6技术并不圆满，还存在以下几方面问题：首先在，之前的IPv4网络传输层之中的安全问题并不能完全利用IPv6网络层解决，还容易出现拒绝服务攻击等不良反应;其次，IPv6的引入，可以能带来一些新的安全问题，如强制性组播支持等新型网络攻击，再加上新的地址自动配置等方式的应用，为人为网络攻击的开展创造了很多新的机会。

2.5 服务质量和移动支持

服务质量主要是对网络服务的控制能力进行表达，主要内容包括宽带传输、丢包率以及错误率等等。在IPv6协议发展过程中，主要是对该方面的支持机制进行提升，具体内容如下：首先，基本报头之中对流量类型和流量签进行定义，为区别处理、实时性保障等工作提供了基础条件;其次，在部分扩展报头上，具备直接的QoS沟通能力，如扩展报头的选择等等。如果是站在移动IP角度来说，可以为移动互联网的应用提供基础条件，这一点在IPv4层面上便已经取得了很大的成功。在后续研究过程中，研究人员以此为基础，对IPv6进行了深化处理，实现了移动IP业务的全面改进，这其中包括NDP、SLAAC等方面的应用，而且在移动节点的配置上，并不需要外地代理等方面的参与。现如今，中国电信等企业开始对MIPv网络进行签署，所能收获何种效果还需要进一步验证之后才能确定[2]。

3 IPv6在电力自动化系统中的主要应用形式

IPv6在应用过程中，并不能将电力自动化系统之中的全部网络问题解决，自身还处于不断发展和完善的过程。除此之外，现阶段很多IPv4设备和技术还在继续应用，而且无法在第一时间内完成升级工作，从这里可以看出，IPv6在电力自动化系统中的应用属于一个长期过程。

3.1 电动汽车充换电

该项系统主要涉及到的服务内容包括监控、调度以及计费计量等，通过IPv6的应用，能够满足人们的特殊应用需求：首先是公网通信和移动通信需求，由于充电调度不单单存在与充电站和充电桩之中，而且在用户移动过程上，监控和调度设备便已经开始工作，由于该项应用的越来越广泛，再加上人们对智能化需求度越来越高，让电动汽车的集群式调度工作开展显得极为重要。在未来，电动汽车充换电将会展示出明显的移动性特点，相比于IPv6，在地址空间能量等方面能够展示出更加强大的支持能力。其次是多种异构网络之间的通信和协调，在整个充电服务过程中，主要包括物联网、传感器以及现场总线等等。IPv6在上述应用之中具备很强优势，在很多新的物联网协议之中，甚至只出现了IPv6基础协议。最后，在通信安全、效率等方面，充换电服务涉及到的系统和设备很多，如电表、开关以及无功补偿装置等等，必要时，人们还会将电动汽车作为整个电网服务的辅助设备，此时，IPv6的即插即用价值展示的更为明显[3]。

3.2 智能变电站

在变电站自动化系统建设过程中，主要经历了综合自动化、数字化变电站以及智能变电站的演变过程，现如今，以IP技术为主的网络技术已经成为了变电站自动化系统的重点内容。除了和上级调度机构通信之外，变电站自动化系统的整个通信应用核心主要集中在设备局域网络之中。截止到目前，人们所应用的主流方案集中在组成站控制层之中，位于间隔层和过程层之间，在确保采样值具备科学性的同时，也能提升信息在传输过程中的实时性和可靠性。还有的为此过程进行单独组网，将光纤直接连接在一起。从上述分析内容中可以看出，IPv6协议优势主要集中在容量层面，但这并不是变电站自动化系统最需要的。从之前学习内容中可以了解到，我国的变电站通信系统以电力专网的组成形式为主，该种形式可以提升系统的安全性，这一点在乌克兰电网事件之中可以明显的体会出来。另外，随着智能化设备的不断发展，站内传感网络以及物联网的应用更加频繁，而且IPv6在移动性以及异构网络之中的优势，可以为整个变电站自动化系统发展提供有利条件。

3.3 配电和用户侧自动化系统

近年来，整个电力系统用户侧发生了巨大变化，从之前的基本可靠，到现在的电网调频调峰，自动化系统的优势更加明显。人们对整个自动化设备的需求越来越高，尤其是在信息流和业务流的开展上，对通信协议产生了高度依赖，这也为IPv6推广留下了更加广阔的空间，具体表现内容如下：首先，人们需要对大量的公网路由IP地质进行注册。由于配电和用户侧的通信环境十分复杂，无法实现电力通信的专网覆盖，通信点数却在日益提升。所以说，只有IPv6这样打的地址容量，才能将上述问题解决。其次，端对端的通信方式越来越受到人们的认可与欢迎。以智能电表的应用为例，如果在IPv4之中加入NAT映射机制，虽然可以将支撑作用发挥出来，但这种支撑属于短暂支撑，其配置和管理程序也很复杂，无法在智能电表数量日益增加的时代之中发挥出作用。IPv6仅仅依靠容量优势，便可以实现对端通信方式的全面优化，确保其实时性和安全性。最后，该系统的安全问题更加复杂。尤其是在日常生活之中，配用电设备和厂家很多，用户的用电行为也不同，相关部门和企业只能依靠IEC62351指导，对不同层次中的安全手段展开应用。而在IPv6作用下，可以实现网络安全机制的强制统一，避免对后续工作产生影响[4]。

3.4 IPv6推广的关键因素

IPv4和IPv6的发展体现出明显的长期性和系统性特点，如果盲目的进行主动采纳和被动应用，其应用效果将无法合理展示出来。因此，人们需要对其推广的关键因素进行考虑首先，IPv6的标准过度属于一个长期过程，相关电力标准也要对IPv6展示出一定的认同特性，但想要实现完全采纳，还需要很长经历很长一段时间。例如，在IEC61580第二版使用上，目前只支持IPv4。其次，现阶段整个市场中的网络产品对IPv6的支持度十分有限，想要得到一些成熟、稳定发展机会，其实际性能还要通过一些深层次验证，在安全、性能等方面寻求突破。再次，电力自动化系统之中依然以IPv4技术为主流，如果开展大规模的改造工作，所花费的成本很高。受上述因素的限制，IPv4和IPv6并存应用显得十分必要。最后，整个IPv6应用还需要将一整套环境以及协议内容提升，一些个别应用很难将整体效果展示出来，为此，相关工作人员应提升对IPv6完善的重視程度。

4 结语

综上所述，在IPv6标准推广和使用上，对电力自动化系统研究产生了极大影响。除了在地址空间数量级的突破，IPv6在很多层面上均优于IPv4，如安全性、工作效率以及即插即用等，这些也是IPv6标准改进的主要体现内容。预计在未来发展上，IPv6必将全面代替IPv4，成为网络层实际应用过程中的主流协议。

参考文献

[1] 白峰宇.试析智能技术在电力系统自动化中的运用问题[J].山东工业技术，2018（24）：147.

[2] 孟欣，练丹.电力调度自动化系统中基于可信度的访问控制模型[J].山东工业技术，2018（24）：207.

[3] 汪洪海.电气工程及其自动化技术下的电力系统自动化发展分析[J].科技风，2018（34）：154.

[4] 刘娟.无功电压自动控制技术在电力调度自动化系统中的应用分析[J].科技风，2018（34）：168.