CN103532841A - 一种用于电力通信异构网络环境的路径切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，包括以下步骤：基于SCTP协议，发送端发送消息；PR-SCTP协议的接收端接收前传序列号数据块Forward_TSN Chunk，并对其进行处理；对比主路径与备用路径的平均往返时间，决定是否进行路径切换。本发明利用PR-SCTP的特性及原本路径侦测的机制，并将心跳封包传送间隔做部分的修改，以达到在主要传输路径的带宽降低时，能有效的实时侦测发觉并进行传输路径的无缝切换，不用再重新建立连线，以达到更有效率的资料传输性能。
Description
技术领域
本发明属于电力系统通信管理技术领域，具体涉及一种用于电力通信异构网络环境的路径切换方法。
背景技术
电力通信网络是电力系统重要组成部分，发输变配用六个环节的安全生产与可靠运行都离不开优质的电力通信专网。电力通信是随电力系统的发展需要而逐步形成和发展的。它主要用来缓解公网发展缓慢而造成的通信能力不足和填补公网难以满足的一些电力部门特殊的通信需求，以保证电力专业化生产正常高效地进行，进而促进整个国民经济的发展。
随着电力系统信息化建设的深入，电力通信专网更成为电网调度自动化、网络运行市场化和经营管理现代化的基础；是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段；是电力系统的重要基础设施。一方面由于电力工业本身对电力通信专网信息通信传输的可靠性以及继电保护信号、自动化控制信息、电网安稳控制信息传送的快速性和准确性都有着有极其严格的要求，另一方面电力系统又拥有发展专网通信的特殊资源优势，因此目前全球绝大多数国家的电力公司都自主建设并投入运行了电力系统专用通信网。
在目前的电力通信网络架构中应用最广的传输层协议是TCP和UDP，但是由于这两种协议都无法在传输过程中动态切换访问节点，以及还存在着换手（Handoff）问题，无法满足信令传输移动性和稳定性的高要求。例如，一旦基于TCP或UDP的通信网络由于突发情况变得不可用，则其连接也随之中断，会影响电网调度、生产管理等方面，一些情况下会延误或者造成损失。另外，用户不断增长的对无线网的使用催生了各种各样的无线访问技术，如无线局域网（WLAN）、全球微波互联接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）、4G等等，所有这些无线网虽然都是基于IP协议，但是它们提供不同的覆盖范围和带宽，而且由于无线网络环境有着较高的丢包率和误码率，在这些异构无线网络环境下应用TCP将无法满足要求。一旦发生丢包，TCP就会减少封包的传输率，因为TCP此刻认为丢包是堵塞引起的，而这将导致传输服务的低利用率。在网络状况欠佳的情况下，UDP由于没有拥塞机制，会令网络更加堵塞不堪，甚至瘫痪。当前的TCP和UDP协议已经逐渐满足不了电力网对通信可持续性的要求。SCTP作为新兴的传输层协议，不但继承了TCP和UDP的优点，在异构网络环境中，发送端和接收端可以通过多个IP建立多条传输路径，在建立关联的时候会选择其中一条路径作为主路径（Primary Path），其它路径作为备用路径（SecondaryPath）。当主路径变得不可用时，SCTP会自动立刻切换到其它备用路径，而不引起中断，从而为电力通信专网提供更高质稳定的传输服务。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，利用PR-SCTP的特性及原本路径侦测的机制，并将心跳封包传送间隔做部分的修改，以达到在主要传输路径的带宽降低时，能有效的实时侦测发觉并进行传输路径的无缝切换，不用再重新建立连线，以达到更有效率的资料传输性能。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于SCTP协议，发送端发送消息；
步骤2：PR-SCTP协议的接收端接收前传序列号数据块Forward_TSN Chunk，并对其进行处理；
步骤3：对比主路径与备用路径的平均往返时间，决定是否进行路径切换。
所述步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：基于SCTP协议，先在发送端增加操作，评估消息的生命期来决定是否到期而被丢弃的消息；
步骤1-2：当某个消息的生命期到期时，任何属于该消息的数据块Chunk都不能被传输或重传出去，此时收到对方发送的选择性确认信息SACK后，按照SCTP协议要求，若信息发送队列中下个数据块Chunk被发送端丢弃，则增大对方传输序列号TSN的确认信息ACK的值，即生成前传序列号Forward_TSN，最后将该前传序列号Forward_TSN与数据块Chunk绑定后得到前传序列号数据块Forward_TSN Chunk，并将前传序列号数据块Forward_TSNChunk发给接收端。
所述步骤2中，PR-SCTP协议的接收端接收前传序列号数据块Forward_TSN Chunk后，做如下处理：
1）按照前传序列号数据块Forward_TSN Chunk中携带的值更改累计TSN；
2）当更改累计传输序列号TSN后的数据块Chunk已经被确认时，则进一步增大累计确认信息ACK的值；
3）接收端停止报告任何传输序列号TSN小于累计确认信息ACK值的数据块Chunk；
4）向上层传递任何流顺序号SSN或传输序列号TSN小于前传序列号数据块Forward_TSNChunk中携带值的消息与数据块Chunk；
5）如果某些不完整的消息中缺乏单个或多个TSN小于前传序列号数据块Forward_TSNChunk中的携带值，仍传递这些消息。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：PR-SCTP协议采用周期侦测各个路径的往返时间RTT作为路径切换的依据，即周期性地侦测主路径的往返时间RTT和备用路径的往返时间RTT，求出各路径的平均往返时间ARTT；
步骤3-2：当PR-SCTP协议的关联建立后，若主路径的往返时间RTT未超过预先设定的超时时间Timeout，则周期性地对比主路径的平均往返时间ARTT与备用路径的平均往返时间ARTT；
步骤3-3：若主路径的平均往返时间ARTT大于备用路径的平均往返时间ARTT，则切换到备用路径，否则，返回步骤3-1继续执行。
步骤3-4：若主路径的往返时间RTT超时，则将此往返时间RTT设定为新的超时时间Timeout，然后返回步骤3-3继续执行。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、利用PR-SCTP的特性及原本路径侦测的机制，并将心跳封包传送间隔做部分的修改，以达到在主要传输路径的带宽降低时，能有效的实时侦测发觉并进行传输路径的无缝切换，不用再重新建立连线，以达到更有效率的资料传输性能。
2、比较各个路径ARTT的大小，将主路径切换到ARTT最小的路径上，而不是按照SCTP的标准规定：一直使用主路径传输数据，除非主路径出现故障。
附图说明
图1是电力通信异构网络环境的路径切换方法流程图；
图2是电力通信异构网络环境的路径切换方法切换演示图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种基于部分可靠流控制传输协议（PR-SCTP）的电力通信异构网络环境的路径切换方法。流控制协议（SCTP）支持多重寻址（multi-homing），该特性能够允许用户终端在多网络环境下同时拥有多个IP地址，也就意味着SCTP的一个连接中，可以拥有多条传输路径，其中只有一条主路径来传输数据，其他路径做备用。如果当前IP地址所在的传输路径变得不可用，SCTP的换手机制则会立即无间断地切换到其它备用IP路径上，并且不会引起语音通信的中断，这将极大的提高通讯传输的健壮性和服务质量。PR-SCTP为SCTP的一个部分可靠的扩展版本，定义了一种机制，对于每个传输封包会指定一个生命时间，若在该时间内无法将封包成功传送，PR-SCTP便会放弃该封包，并发出消息通知目的端略过该封包，防止重发没有回应的数据包，并且丢弃该包，提供部分可靠的传输服务。
切换演示见图2，两台电力通讯设备同时进行无线网和以太网相连，PR-SCTP的路径管理机制会将这两个连接备份，并设置其以太网来作为主路径传输电力通讯，假如此时人为地将连接两台终端的网线拔掉，则PR-SCTP的换手机制会立即将通讯传输无缝切换到无线网路径，并且不会引起通讯中断，从而保证用户继续保持通讯，本方法能够更快速、便捷地对网路现况做出侦测与反应，并适时的进行传输路径的切换，得到更高的传输速率，提升网路传输效能，能为电力专网供稳定的传输服务。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于SCTP协议，发送端发送消息；
步骤2：PR-SCTP协议的接收端接收前传序列号数据块Forward_TSN Chunk，并对其进行处理；
步骤3：对比主路径与备用路径的平均往返时间，决定是否进行路径切换。
2.根据权利要求1所述的用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：基于SCTP协议，先在发送端增加操作，评估消息的生命期来决定是否到期而被丢弃的消息；
步骤1-2：当某个消息的生命期到期时，任何属于该消息的数据块Chunk都不能被传输或重传出去，此时收到对方发送的选择性确认信息SACK后，按照SCTP协议要求，若信息发送队列中下个数据块Chunk被发送端丢弃，则增大对方传输序列号TSN的确认信息ACK的值，即生成前传序列号Forward_TSN，最后将该前传序列号Forward_TSN与数据块Chunk绑定后得到前传序列号数据块Forward_TSN Chunk，并将前传序列号数据块Forward_TSNChunk发给接收端。
3.根据权利要求1所述的用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，其特征在于：所述步骤2中，PR-SCTP协议的接收端接收前传序列号数据块Forward_TSN Chunk后，做如下处理：
1）按照前传序列号数据块Forward_TSN Chunk中携带的值更改累计TSN；
2）当更改累计传输序列号TSN后的数据块Chunk已经被确认时，则进一步增大累计确认信息ACK的值；
3）接收端停止报告任何传输序列号TSN小于累计确认信息ACK值的数据块Chunk；
4）向上层传递任何流顺序号SSN或传输序列号TSN小于前传序列号数据块Forward_TSNChunk中携带值的消息与数据块Chunk；
5）如果某些不完整的消息中缺乏单个或多个TSN小于前传序列号数据块Forward_TSNChunk中的携带值，仍传递这些消息。
4.根据权利要求1所述的用于电力通信异构网络环境的路径切换方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：PR-SCTP协议采用周期侦测各个路径的往返时间RTT作为路径切换的依据，即周期性地侦测主路径的往返时间RTT和备用路径的往返时间RTT，求出各路径的平均往返时间ARTT；
步骤3-2：当PR-SCTP协议的关联建立后，若主路径的往返时间RTT未超过预先设定的超时时间Timeout，则周期性地对比主路径的平均往返时间ARTT与备用路径的平均往返时间ARTT；
步骤3-3：若主路径的平均往返时间ARTT大于备用路径的平均往返时间ARTT，则切换到备用路径，否则，返回步骤3-1继续执行。
步骤3-4：若主路径的往返时间RTT超时，则将此往返时间RTT设定为新的超时时间Timeout，然后返回步骤3-3继续执行。
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