本发明专利技术提供了一种基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法，包括步骤1：基于IEC 61850标准对SDN控制器进行分层次建模；步骤2：将SDN控制器中的网络服务映射为ACSI服务；步骤3：构建基于IEC 61850的变电站IED的通信协议栈结构、IEC 61850标准的SDN控制器以及OpenFlow的交换机；步骤4：SDN控制器通过网络控制基础设施为变电站IED分配相应的带宽，并监控带宽分配情况。本发明专利技术弥补了智能电网自动化管理系统在网络感知功能上的缺陷，为带有不同优先级的流量实时动态分配网络带宽资源保证了变电站端到端通信过程中的最佳交付性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信
，具体地，涉及一种基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法。
技术介绍
近年来，低碳节能环保已经成为社会关注的热点问题，也是国家可持续发展战略具体实施的重要组成部分。智能电网作为物联网的重要应用场景，旨在通过利用最先进的信息与通信技术为电力系统管理和终端用户提供双向交互的智能化服务，它已经成为电网技术未来发展的主流趋势。从电能的产生到传输，再被用户使用，智能电网将主要监控电能生命周期的七个重要环节：1)发电，2)变电与传输，3)配电与储电，4)消费者，5)市场，6)管理者，7)服务提供商。随着计算机、嵌入式等技术在工业领域的逐步渗透，大量的用于细粒度多维度的监控电力基础设施状态的IED(Intelligence Electric Devices，智能电子设备)在变电站中得以部署。为增强IED之间的互连、互通和互操作，国际电工委员会针对变电站的功能架构、设备部署、抽象建模、数据规整和通信服务制定了IEC 61850标准。ACSI(Abstract Communication Service Interfaces，抽象通讯服务接口)是实现IEC 61850(变电站自动化通信)标准的核心，它统一描述了IED的数据模型、逻辑模型和管理配置方法。基于IEC 61850标准的变电站主要提供MMS(Manufacturing Message Specification，制造业报文规范)、GOOSE(Generic Object Oriented Substation Events，面向通用对象的变电站事件)和SAV(Sample Value，采样值通信)三种ACSI服务。IEC 61850标准使变电站功能结构层次化更清晰，间隔层、过程层设备的配置与管理更灵活。此外，变电站网络部署的可扩展性也得以显著提高。随着变电站网络规模的扩大和网络应用的多样化，网络基础设施配置与管理的复杂程度急剧增加。为对基于IEC 61850通信的智能变电站的网络基础设施实施监控，并提高网络配置的灵活性、可控性和可扩展性，在以往的研究中曾提出基于IEC 61850标准对工业以太网交换机进行建模，以统一监控和配置变电站的网络设备，进一步完善变电站自动化管理。带宽分配是通信网络中最常见的问题之一，主要分为固定带宽分配和
动态带宽分配两种。其中动态带宽分配实际上是指自动增加或减少信道带宽而不中断连接来最优化网络带宽性能的过程。由于智能电网对通信实时性、高效性的要求，动态带宽分配是其亟需解决的问题。另一方面，软件定义网络其核心技术OpenFlow(软件定义网络中唯一通过标准化的南向接口协议)通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络传输控制变得更加智能。目前，已经有相关研究工作把SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)引入智能电网。如软件定义能源通信网络(SDECN)是软件定义网络和电网技术融合的产物，它利用SDN/OpenFlow技术对通信网络中不同类型的数据流进行管控，并向用户提供数据多路径转发服务，从而提高了包括基于IEC61850标准的变电站过程层网络在内的各子网络的各项性能指标(如网络延迟，带宽利用率等)。SDN为解决基于IEC 61850通信的变电站网络中动态带宽问题提供了一种全新的思路。但是，如果单纯的在变电站过程层和间隔层部署SDN/OpenFlow网络而不具体结合变电站通信用户需求做定制化的解决方案，SDN/OpenFlow对变电站网络性能各项指标的改善将十分有限。因此，如何基于SDN来设计智能电网的动态带宽分配方法依然有待解决。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法。根据本专利技术提供的基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法，包括如下步骤：步骤1：基于IEC 61850标准对SDN控制器进行分层次建模，并为SDN控制器配置相应的SCD文件；步骤2：将SDN控制器中的网络服务映射为ACSI服务，并将ACSI服务提供给变电站中的应用；步骤3：构建基于IEC 61850的变电站IED的通信协议栈结构、IEC 61850标准的SDN控制器以及OpenFlow的交换机，实现变电站应用和基础设施之间的数据通信；步骤4：SDN控制器通过网络控制基础设施为变电站IED分配相应的带宽，并通过审计带宽分配日志来监控带宽分配情况。优选地，还包括预处理步骤：对多个变电站的IED配置相应的SCD文件，以实现
与SDN控制器的互联。优选地，步骤1中的SDN控制器进行分层次建模得到的分层模型包括：服务应用层、逻辑设备层、逻辑节点层、数据对象层、数据属性层以及数据集层；服务应用层将SDN控制器原有的网络应用设计为逻辑上的服务器，用于表征SDN控制器的全部网络应用，且所述网络应用支持分布式部署方式，其中SDN控制器还能够对接云端虚拟应用服务器以支持智能电网环境下大规模网络系统的业务需求；逻辑设备层包含三类关系操作符，分别为覆盖、并列和包含；其中，覆盖是指任意一个逻辑设备的多项功能能够重写；并列是指同一服务器下异构的逻辑设备能够并存；包含是指不同逻辑设备能够配置高低不同的管理权限；逻辑节点层包括：节点以及节点上的流表、链表、数据流和网络日志，其中，节点是指变电站的多个基础设施；数据对象层包括：网络性能、拓扑结构、服务、数据流以及流表信息；其中，网络性能是由吞吐量和网络延迟衡量，拓扑结构由地理空间坐标、网络IP地址或mac地址组成，服务由协议类型和服务级别来标识，数据流用优先级、包长短以及端口号进行区分，流表的数据对象则由生存时间体现；数据属性层，用于对描述带宽、生命周期以及数据包进行表征，其中对带宽描述所用的单位为Mps/sec，对生命周期描述所用的单位为ms/us，对数据包描述所用的单位为字节byte；数据集层，用于客户端和服务器之间的信息交换，所述信息包括：网络日志、GOOSE、电压/电流值、同步时间、通信模式，其中数据集层支持广播、单播、多播的通信模式。优选地，所述步骤3中变电站应用和网络基础设施之间的数据通信所传输的数据包括：1)通过MMS在站控层和间隔层之间传输的保护信息和控制信息；2)通过GOOSE传递的涉及变电站安全与稳定的状态信息或事件信息；3)通过采样值报文传递的采样值信息，4)IEC 1588标准定义的精确时间同步信息；5)SNMP搜集的设备管理信息。优选地，所述步骤4包括：变电站IED之间能够通过以太网实现互联，当变电站IED向SDN控制器发送带宽需求时，基于整个网络中链路的吞吐量所述SDN控制器通过网络控制底层基础设施为每个请求分配相应的带宽。优选地，基于IEC 61850标准的SDN控制器是松耦合的，所有的网络设备通过OpenFlow协议与SDN控制器进行互联，并在SDN控制器中完成负载均衡，QoS服务，故障转移；当变电站中的基础设施需要向另一个基础设施传输数据时，交换机根据网络状态为变电站应用选择链路并实时的为链路配置相应的带宽。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、基于SDN的动态带宽分配本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于IEC 61850标准对SDN控制器进行分层次建模，并为SDN控制器配置相应的SCD文件；步骤2：将SDN控制器中的网络服务映射为ACSI服务，并将ACSI服务提供给变电站中的应用；步骤3：构建基于IEC 61850的变电站IED的通信协议栈结构、IEC 61850标准的SDN控制器以及OpenFlow的交换机，实现变电站应用和基础设施之间的数据通信；步骤4：SDN控制器通过网络控制基础设施为变电站IED分配相应的带宽，并通过审计带宽分配日志来监控带宽分配情况。
【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于IEC 61850标准对SDN控制器进行分层次建模，并为SDN控制器配置相应的SCD文件；步骤2：将SDN控制器中的网络服务映射为ACSI服务，并将ACSI服务提供给变电站中的应用；步骤3：构建基于IEC 61850的变电站IED的通信协议栈结构、IEC 61850标准的SDN控制器以及OpenFlow的交换机，实现变电站应用和基础设施之间的数据通信；步骤4：SDN控制器通过网络控制基础设施为变电站IED分配相应的带宽，并通过审计带宽分配日志来监控带宽分配情况。2.根据权利要求1所述的基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法，其特征在于，还包括预处理步骤：对多个变电站的IED配置相应的SCD文件，以实现与SDN控制器的互联。3.根据权利要求1所述的基于SDN的面向IEC 61850通信的动态带宽分配方法，其特征在于，步骤1中的SDN控制器进行分层次建模得到的分层模型包括：服务应用层、逻辑设备层、逻辑节点层、数据对象层、数据属性层以及数据集层；服务应用层将SDN控制器原有的网络应用设计为逻辑上的服务器，用于表征SDN控制器的全部网络应用，且所述网络应用支持分布式部署方式，其中SDN控制器还能够对接云端虚拟应用服务器以支持智能电网环境下大规模网络系统的业务需求；逻辑设备层包含三类关系操作符，分别为覆盖、并列和包含；其中，覆盖是指任意一个逻辑设备的多项功能能够重写；并列是指同一服务器下异构的逻辑设备能够并存；包含是指不同逻辑设备能够配置高低不同的管理权限；逻辑节点层包括：节点以及节点上的流表、链表、数据流和网络日志，其中，节点是指变电站的多个基础设施；数据对象层包括：网络性能、拓扑结构、服务、数据流以及流表信息；其中，网络性能是由吞吐量和网络...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍军，李高磊，黄丽娜，李建华，郭龙华，陈璐艺，刘春梅，郭小贤，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海鹏越惊虹信息技术发展有限公司，上海鹤优信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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