一種電力通信網絡及其擴容與抗毀路由路徑確定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術，尤其涉及一種電力通信網絡及其擴容與抗毀路由路徑確定 方法。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)基于同步數(shù)字序列的分布式控制無法滿足電力通信網中細粒度流量監(jiān)測的 需求。此外，傳統(tǒng)智能電網路由路徑計算方法很少考慮電力通信網擴容與抗毀的應用場景 和需求。當電力通信網需要擴容或出現(xiàn)故障時，仍然通過人工配置轉發(fā)路徑的方法，從而產 生較高的配置失誤率、消耗過多的人力資源，以及出現(xiàn)擴容速度和故障恢復均較慢的情況。
[0003] 軟件定義網絡能使管理者通過集中式控制器對電力通信網進行全局控制和監(jiān)測， 同時，它能夠動態(tài)且快速配置轉發(fā)路徑。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提供一種電力通信網絡及其擴容與抗毀路由路 徑確定方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006] -種電力通信網絡，為軟件定義網絡，包括客戶終端，還包括一個集中式控制器、 和多個支持OpenFlow協(xié)議的交換機；
[0007] 所述集中式控制器，用于與多個支持OpenFlow協(xié)議的交換機建立連接關系；向各 交換機發(fā)送消息要求各交換機向其發(fā)送它們各自的物理特征和功能信息；對各交換機的屬 性進行設置并刪除所有的流表項；根據(jù)交換機收集的鏈路信息，獲取整個網絡的拓撲；根 據(jù)用戶請求信息及網絡拓撲，通過OpenFlow協(xié)議為每條數(shù)據(jù)流建立全局最短路由路徑；當 網絡發(fā)生擴容或者發(fā)生故障后，根據(jù)交換機收集的相應的增加或者丟失的鏈路信息，動態(tài) 更新網絡拓撲結構；根據(jù)動態(tài)更新的網絡拓撲和相應的用戶請求信息，重新計算最短路由 路徑并給交換機下發(fā)相應的流表項；
[0008] 所述交換機，用于與集中式控制器建立連接關系；將其物理特征和功能信息發(fā)送 給集中式控制器；根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將實時鏈路信息發(fā)送給集中式控制器；將用戶的請 求信息發(fā)送給集中式控制器；
[0009] 所述電力通信網絡的擴容與抗毀路由路徑確定方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟1 :集中式控制器與各支持OpenFlow協(xié)議的交換機之間協(xié)商雙方支持的 OpenFlow協(xié)議版本，以建立連接關系；
[0011] 步驟2:集中式控制器向各交換機發(fā)送消息要求各交換機向其發(fā)送他們各自的物 理特征和功能信息；
[0012] 步驟3 :各交換機應集中式控制器要求向集中式控制器發(fā)送他們各自的物理特征 和功能信息；
[0013] 步驟4 :集中式控制器對各交換機的屬性進行設置；
[0014] 步驟5 :集中式控制器對各交換機進行初始化設置，即刪除所有的流表項；
[0015] 步驟6 :各交換機根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將鏈路信息發(fā)送給集中式控制器；
[0016] 步驟7 :根據(jù)交換機收集的鏈路信息，獲取并更新整個網絡的拓撲；
[0017] 步驟8 :第一個收到用戶請求信息的交換機將其收到的用戶請求信息發(fā)送給集中 式控制器；
[0018] 步驟9 :根據(jù)用戶請求信息及實時動態(tài)的網絡拓撲，通過OpenFlow協(xié)議為用戶請 求建立全局最短路徑并給交換機下發(fā)相應的流表項；
[0019] 步驟10 :當網絡發(fā)生擴容或者故障后，交換機收集相應的增加或者丟失的鏈路信 息，返回步驟7;
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將軟件定義網絡應用于電力數(shù)據(jù)通信中，使得電力 數(shù)據(jù)通信獲得了全局網絡視圖，服務質量得到較高質量保證。又針對用于電力數(shù)據(jù)通信的 軟件定義網絡提出一種擴容與抗毀路由路徑確定方法，當電力通信網需要擴容或出現(xiàn)故障 時，自動配置轉發(fā)路徑，縮減了處理延遲，使得擴容速度和故障恢復加快，而且極大地降低 了配置失誤率、并減少人力資源消耗。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實施方式的電力通信網絡拓撲示例圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實施方式的軟件定義網絡工作原理圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實施方式的流表項結構示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實施方式電力通信網絡的擴容與抗毀路由路徑確定方法流程圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明實施方式電力通信網擴容后的路由路徑計算方法示意圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明實施方式電力通信網發(fā)生故障后的路由路徑計算方法示意圖；
[0027] 圖7為本發(fā)明實施方式采用電力通信網絡的擴容與抗毀路由路徑確定方法得到 的擴容場景與故障場景最短路由路徑的端到端時延與正常場景的最短路由路徑的端到端 時延對比圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0029] 本實施方式的用于電力數(shù)據(jù)通信的軟件定義網絡，如圖1所示，包括客戶終端主 機1和主機2,還包括一個集中式控制器和9個支持OpenFlow協(xié)議的交換機；其中主機1 負責發(fā)送數(shù)據(jù)包而主機2負責接收數(shù)據(jù)包。主機1相當于電力通信網中的子站，主機2相 當于電力通信網中的主站，利用主機1和主機2模擬電力通信網中主站和子站之間的通信。 其中，本實施方式的集中式控制器采用的是Ν0Χ;采用OpenvSwitch，結合KVM虛擬化平臺 生成九個支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機。本實施方式中的Ν0Χ控制器、主機1和主機2 的IP地址分別為 192. 168. 100. 100,192. 168. 100. 1，192. 168. 100. 2。九個支持OpenFlow 協(xié)議的虛擬交換機依次為BrO,Brl，Br2,Br3,Br4,Br5,Br6,Br7,Br8,它們的IP地址依次 為 192. 168. 100. 20,192. 168. 100. 21，192. 168. 100. 22,192. 168. 100. 23,192. 168. 100. 24， 192. 168. 100. 25,192. 168. 100. 26,192. 168. 100. 27,192. 168. 100. 28。
[0030] 軟件定義網絡中的數(shù)據(jù)轉發(fā)是基于流的操作。交換機按照流表項的規(guī)則來轉發(fā)數(shù) 據(jù)包，所有的網絡控制功能由NOX控制器中的網絡應用來完成。如圖2所示，NOX控制器主 要包括N0X的核心模塊和網絡應用模塊。其中核心模塊主要包括：線程庫模塊；事件調度模 塊；應用部署模塊；OpenFlow數(shù)據(jù)的解析與封裝模塊；連接管理模塊等。其中，線程庫模塊 用于提供操作系統(tǒng)的線程操作。事件調度模塊負責將產生的事件調度給相應的應用，以便 對事件做出相應的處理。應用部署模塊負責協(xié)調各個應用之間的部署執(zhí)行。OpenFlow數(shù) 據(jù)包的解析與封裝模塊用于解析與封裝OpenFlow協(xié)議數(shù)據(jù)包。連接管理模塊負責控制器 與交換機之間的連接建立。網絡應用模塊主要包括：存儲應用；發(fā)現(xiàn)應用；主機跟蹤應用； 認證應用；拓撲應用；路由應用；監(jiān)控應用；生成樹應用；流量疏導應用等。存儲應用用于存 儲交換機的基本信息。發(fā)現(xiàn)應用負責發(fā)現(xiàn)底層交換機，通過Packet_〇Ut消息命令交換機發(fā) 送LLDP包進而發(fā)現(xiàn)鏈路，并拋出linkevent事件。主機跟蹤應用用于對接入網絡的主機 進行跟蹤。認證應用負責跟蹤網絡中主機和交換機的位置。拓撲應用用于保存網絡中目前 激活的鏈路結構。負責維護和更新整個底層物理網絡的拓撲。路由應用用于利用動態(tài)最短 路徑算法計算出節(jié)點之間的路徑。監(jiān)控應用負責收集和保持網絡中的交換機、流表、隊列以 及端口的統(tǒng)計信息。生成樹應用模塊是選路模塊必不可少的底層模塊。在OpenFlow網絡 中，控制器可以通過P〇rt_mod消息對交換機的物理端口進行設置，可以使該端口對廣播包 進行丟棄。這意味著即使交換機收到對數(shù)據(jù)包的洪泛的命令，該數(shù)據(jù)包也僅僅是從確定的 幾個端口發(fā)送出去，而不是交換機上的所有端口，這樣就避免了廣播風暴。下發(fā)流表應用用 于當網絡發(fā)生擴容和故障時，按照路由應用重新計算的路徑重新下發(fā)相應交換機的流表。
[0031] 流表由很多個流表項組成，每個流表項就是一個轉發(fā)規(guī)則。進入交換機的數(shù)據(jù)包 通過查詢流表來獲得轉發(fā)的目的端口。流表項如圖3所示，由頭域、計數(shù)器和操作組成。其 中，頭域是個十元組，是流表項的標識；計數(shù)器用來計數(shù)流表項的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；操作標明了與 該流表項匹配的數(shù)據(jù)包應該執(zhí)行的操作。0F安全通道連接OpenvSwitch交換機和Ν0Χ控制 器。Ν0Χ控制器通過這個接口控制和管理OpenvSwitch交換機，同時控制器接收來自交換機 的事件并向交換機發(fā)送數(shù)據(jù)包。交換機和控制器通過安全通道進行通信，而且所有的信息 必須按照OpenFlow協(xié)議規(guī)定的格式來執(zhí)行。
[0032] 本實施方式的電力通信網絡的擴容與抗毀路由路徑確定方法，包括如下步驟：
[0033] 步驟1:集中式控制器與各支持OpenFlow協(xié)議的交換機之間協(xié)商雙方支持的 OpenFlow協(xié)議版本，以建立連接關系；
[0034] 本實施方式的九個支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機向Ν0Χ控制器發(fā)送0PFT_ HELLO消息；Ν0Χ控制器分別向九個支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機發(fā)送0PFT_HELL0消 息，協(xié)商雙方支持的OpenFlow協(xié)議版本，建立起連接關系。
[0035] 步驟2:集中式控制器向各交換機發(fā)送消息