CN103796248A

CN103796248A - 电力应急通信系统及该系统的网络流量控制方法

Info

Publication number: CN103796248A
Application number: CN201310671034.9A
Authority: CN
Inventors: 吴维农; 唐夲; 曾清; 肖静薇; 梁柯; 张炬; 张兴
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Information and Telecommunication Branch of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Information and Telecommunication Branch of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明提供一种电力应急通信系统及该系统的网络流量控制方法，其中电力应急通信系统采用“天地空”为一体，多种组网体制并存的通信组网架构，场所主要包括：后方决策指挥中心，前线指挥部和第一现场；通信节点包括卫星（天）、无人直升机或高空飞艇（空）、移动车载与无线便携式终端（地），整个电力应急通信系统是以“天地空”为一体，多种组网体制并存的组网架构，具有灵活、健壮、可扩展及通用性强等特点。其中网络流量控制方法，采用建立在QoS模型的两级流量控制机制，即基于自组织网络流量控制技术的前端控制机制和基于IP网络流量控制技术的末端控制机制，该两级流量控制机制可以非常好的控制进出网络流量，预防和控制拥塞发生，保证关键业务的服务质量，限制非关键业务的带宽，同时保证一般业务公平共享带宽，从而提高整个网络的运行质量。

Description

电力应急通信系统及该系统的网络流量控制方法

技术领域

本发明涉及电力应急通信技术领域，尤其涉及一种电力应急通信系统及该系统的网络流量控制方法。

背景技术

随着电力生产、运输的快速增长，现有的主要基于公众移动网络、常规对讲机或传统数字集群的电力应急通信系统已不能完全满足电力应急抢险现场机动性、灵活性需要，并且会增加电力部门的生产运营成本、降低抢险维修的效率、甚至会带来不可估量的损失。

而可靠的电力应急通信可以为各种紧急情况提供及时有效的通信保障，是综合应急保障体系的重要组成部分，是抢险救灾的生命线。因此，对现有的电力应急通信系统进一步完善刻不容缓。

分析总结发现，现有的电力应急通信系统组网存在许多问题：

1、没有建立科学规范的通信组网体制，网络效率较低；

2、在利用各分系统构成的整体应急通信系统时，没有从整体角度考虑系统的网络拓扑、组网体制等问题；

3、没有对系统中传输的各类业务信息做接入控制和流量管理，导致紧急情况下系统信息拥塞，网络效率低，不能有效解决业务的QoS（Quality ofService，服务质量）问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电力应急通信系统及该系统的网络流量控制方法，其中电力应急通信系统具有灵活、健壮、可扩展及通用性强等特点，其中该系统的网络流量控制方法及装置，可以非常好的控制进出网络流量，预防和控制拥塞发生，保证关键业务的服务质量，限制非关键业务的带宽，同时保证一般业务公平共享带宽，从而提高整个网络的运行质量。

本发明提供一种电力应急通信系统，包括：后方决策指挥中心、前线指挥部和第一现场，所述后方决策指挥中心与所述前线指挥部通过卫星转发器进行通信，还包括：地地通信网络和空空通信网络，所述地地通信网络和空空通信网络采用无线自组网架构且可实现地空通信，所述前线指挥部和第一现场通过所述地地通信网络和空空通信网络进行通信。

进一步，构建所述地地通信网络的通信设备包括：至少一个移动车载和所述移动终端下属的无线便携式终端，在所述地地通信网络中移动车载和下属的无线便携式终端构成有中心的子网，无线便携式终端只能与中心站移动车载通信，而不同的移动车载之间构成无线自组网，两两可以相互通信，并且每辆移动车载兼有路由器和主机的功能。

进一步，构建所述空空通信网络的通信设备包括：无人直升机或高空飞艇，在所述空空通信网络中，所述无人直升机或高空飞艇和地面的移动车载构成有中心的子网，无人直升机或高空飞艇之间构成无线自组网，每架无人直升机或高空飞艇可以同时实现主机和中继转发的功能。

本发明还提供了一种电力应急通信系统的网络流量控制方法，其特征在于：所述方法包括建立在服务质量QoS模型上的两级流量控制机制，所述两级流量控制机制包括：作为第一级的基于自组织网络流量控制技术的前端控制机制和作为第二级的基于IP网络流量控制技术的末端控制机制。

进一步，在前端控制机制中采用QoS模型中的区分服务DS模型。

进一步，所述前端控制基制包括：对于网络静态状态，将所述地地通信网络和空空通信网络划分为多个DS区域，每个DS域在各个管理实体的控制下实施同样的区分服务策略，不同DS域内的区分服务策略并不一定相同，因此方便应急通信网络的扩展。

进一步，所述前端控制基制包括：对于网络动态状态，所述地地通信网络和空空通信网络中，由业务流的源节点根据业务流的优先级分配其对应的区分服务码点DSCP，该业务流的转发节点根据DSCP选择相应的单跳转发行为。

进一步，在末端控制机制中采用QoS模型中的区分服务DS模型。

进一步，所述末端控制机制针对天地通信，且天地通信是基于骨干网的IP传输方式。

进一步，在基于骨干网的IP传输方式中，在网络的边界节点对网络中的TCP和UDP流量进行控制，且在流量控制时为TCP业务分配优先级更高的DSCP值。

本发明的有益效果：

本发明的电力应急通信系统，采用“天地空”为一体，多种组网体制并存的通信组网架构，场所主要包括：后方决策指挥中心，前线指挥部和第一现场；通信节点包括卫星（天）、无人直升机或高空飞艇（空）、移动车载与无线便携式终端（地），整个电力应急通信系统是以“天地空”为一体，多种组网体制并存的组网架构，具有灵活、健壮、可扩展及通用性强等特点。本发明该电力应急通信系统的网络流量控制方法，采用建立在QoS模型的两级流量控制机制，可以非常好的控制进出网络流量，预防和控制拥塞发生，保证关键业务的服务质量，限制非关键业务的带宽，同时保证一般业务公平共享带宽，从而提高整个网络的运行质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明提供的电力应急通信网络系统的构成图。

图2为本发明提供的“地地”无线自组网原理框图。

图3为本发明提供的“空空”无线自组网原理框图。

图4为本发明提供的区分服务（即DS）模型体系结构图。

图5为本发明中IP数据报区分服务字段。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的电力应急通信系统包括：后方决策指挥中心、前线指挥部、第一现场、地地通信网络和空空通信网络，其中后方决策指挥中心与前线指挥部通过卫星转发器进行通信，地地通信网络和空空通信网络采用无线自组网架构且可实现地空通信，且前线指挥部和第一现场通过地地通信网络和空空通信网络进行通信。

如图2所示，在“地地”通信网络中，移动车载和下属的无线便携式终端构成有中心的子网，无线便携式终端只能与中心站移动车载通信。而不同的移动车载之间构成无线自组网，两两可以相互通信，并且每辆移动车载兼有路由器和主机的功能。

如图3所示：在空空通信网络中，无人直升机（或高空飞艇）和地面的移动车载构成有中心的子网，无人直升机之间构成无线自组网，每架直升机可以同时实现主机和中继转发的功能。

本实施例，电力应急通信系统采用“天地空”为一体，多种组网体制并存的通信组网架构。场所主要包括：后方决策指挥中心，前线指挥部和第一现场；通信节点包括卫星（天）、无人直升机或高空飞艇（空）、移动车载与无线便携式终端（地），整个电力应急通信系统具有灵活、健壮、可扩展及通用性强等特点。

在本发明中，该电力应急通信系统中的网络流量控制方法，可以包括建立在服务质量QoS模型上的两级流量控制机制，其中两级流量控制机制包括：作为第一级的基于自组织网络流量控制技术的前端控制机制和作为第二级的基于IP网络流量控制技术的末端控制机制。下面分别就前端流量控制和末端流量控制进行说明。

1、前端流量控制

在“地地”和“空空”的自组织网络中，为了更好地控制进出网络流量，预防和控制拥塞发生，保证关键业务的服务质量。采取第一级基于自组织网络流量控制技术的前端控制机制。

就第一级而言，由于自组织网具有多跳网、网络拓扑动态变化、分布式控制、对等性、临时性、自组织性、链路带宽受限、信道单向性、能量受限、安全性受限等特点，使得这部分的流量控制变得较为复杂和关键。在移动自组织网络中，存在许多关键技术问题，其中的服务质量（QoS）模型旨在针对自组织网中各种应用的不同需求，为其提供不同的服务质量。该部分是系统流量控制的起始处。

QoS服务模型主要有3种模式：尽力而为服务模型（Best-Effort service）、综合服务模型（Integrated service,简称IntServ）和区分服务模型（Differentiated service,简称DiffServ）。在第一级流量控制机制中，采用的是QoS的区分服务模型。

首先将电力应急通信系统的“地地”和“空空”自组网架构划分为多个DS（Differentiated Services）区域，如图4所示，每个DS域在各个管理实体的控制下实施同样的区分服务策略，不同DS域内的区分服务策略并不一定相同，因此方便应急通信网络的扩展，这点性质非常满足应急网“地地”和“空空”架构自组织网络的扩展性，当自组网前端的游离节点移动重组成新的前端子网络时，可以对其重新规划成为一个新的DS域，实行适合的区分服务策略即可完成对该子网络的流量控制。

但值得注意的是，以上DS域的划分方法仅适用于网络静态状态。在无线自组织网络中，各节点具有平等的地位，同时具备无线终端和路由器的功能，由于节点具有可移动性，使得网络拓扑动态变化。因此各个节点不能简单而明确地划分为边缘路由器和核心路由器，因为在动态拓扑情况下，各个节点的身份可以在边缘路由器和核心路由器之间变化的。对于不同的业务流，同一个节点既可能是终端又可能是核心路由器，所以，为自组织网络引入区分服务机制，首先要解决的问题是明确网络结构。

在动态状态下，无线自组织网络的区分服务无区分服务域的概念，不明确的划分终端、边界路由器和核心路由器，由业务流的源节点根据业务流的优先级分配其对应的DSCP（Differentiated Services Code Point，区分服务码点，该值大小决定该业务流的优先级大小），该业务流的转发节点根据DSCP选择相应的单跳转发行为。计算机通信网络中，IPv4数据报的区分服务字段定义了DS字段，IPv6数据报的通信量类和流标号字段合起来实现了服务类型字段功能。如图5所示。

根据以上分类原则，自组织网络节点获得动态的区分服务功能，业务流的源节点具备边缘路由器的功能，转发数据包的中间节点具备核心路由器的功能。当业务流到达边缘路由器，即业务流终端节点时，边缘路由器根据服务等级协商（SLA：Services Level Agreement）对这些业务进行分类，将不同类的业务流置于不同的行为聚集，并且根据已有的流量调节协定对业务流数据包整形，每个行为聚集由一个唯一的DSCP标识。

基于以上分析，“地地”和“空空”架构全网仅划分为两类节点：业务流的终端节点、业务流的转发节点。同一个节点可能同时具备以上两种功能。

2、末端流量控制。

本发明的天地通信是基于骨干网的IP（Internet Protocol，网间协议）传输方式，为了更好地控制进出网络流量，预防和控制拥塞发生，保证关键业务的服务质量，可采取第二级IP网络流量控制技术的末端控制机制。

第二级末端流量控制机制同样是基于QoS区分服务模型，因此大体思想方法和分析如第一级，但仍有不同之处。第一级由于自组织网络的特殊性，DS域、边缘路由器和核心路由器的概念被淡化，转而建立业务流终端节点和业务流转发节点模型代替。在第二级则不需要如此操作，可以直接使用DS域、边缘路由器以及核心路由器的概念与模型，相对于第一级稍简略。

基于骨干网的IP传输方式中，传输的流量大部分是TCP（TransmissionControl Protocol，传输控制协议）和UDP（User Datagram Protocol，用户数据协议）流量。关键业务一般采用TCP作为传输协议，因此保证TCP的传输性能是保证关键业务服务质量的重点。UDP协议最核心的问题是它没有传输层的流量控制机制（通常依靠应用层来调节），而缺乏流量控制的UDP流量会导致网络资源的不公平利用，同时影响TCP流量的性能。因此，必须对TCP和UDP流量进行管理控制，以实现有效的带宽利用。基于此分析，可以给TCP业务分配优先级高的DSCP值，从而获得高品质业务传输质量保障。

具体实现过程中，在网络边界节点，对网络流量进行控制，能够在骨干网缺乏端到端服务质量保证机制的情况下，提供部分的服务质量解决方案，有效缓解应急网络的通信质量压力，特别是能够提高重要业务流量的服务质量性能，同时从总体上实现对自组网络内部的资源优化和管理，提高网络资源的利用率。

基于以上分析和设计，在骨干网接口处的第二级IP网流控制技术的末端流量控制机制能实现电力应急通信网络的第二次流量控制。从经济的角度，实施IP网络流量控制可以降低随着应急实际需要而带来的网络接入扩容的压力，降低应急通信网络的成本。

综上所述：根据电力应急通信系统以“天地空”为一体，异构网络并存的特点，结合无线自组网的网络拓扑变化，骨干网基于IP传输方式等特性，采用前端和末端的两级流量控制机制，可以更好地控制进出网络流量，预防和控制拥塞发生，保证关键业务的服务质量，限制非关键业务的带宽，同时保证一般业务公平共享带宽，从而提高整个网络的运行质量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种电力应急通信系统，包括：后方决策指挥中心、前线指挥部和第一现场，所述后方决策指挥中心与所述前线指挥部通过卫星转发器进行通信，其特征在于：还包括：地地通信网络和空空通信网络，所述地地通信网络和空空通信网络采用无线自组网架构且可实现地空通信，所述前线指挥部和第一现场通过所述地地通信网络和空空通信网络进行通信。

2.如权利要求1所述的电力应急通信系统，其特征在于：构建所述地地通信网络的通信设备包括：至少一个移动车载和所述移动终端下属的无线便携式终端，在所述地地通信网络中移动车载和下属的无线便携式终端构成有中心的子网，无线便携式终端只能与中心站移动车载通信，而不同的移动车载之间构成无线自组网，两两可以相互通信，并且每辆移动车载兼有路由器和主机的功能。

3.如权利要求2所述的电力应急通信系统，其特征在于：构建所述空空通信网络的通信设备包括：无人直升机或高空飞艇，在所述空空通信网络中，所述无人直升机或高空飞艇和地面的移动车载构成有中心的子网，无人直升机或高空飞艇之间构成无线自组网，每架无人直升机或高空飞艇可以同时实现主机和中继转发的功能。

4.一种权利要求1-3中任一项所述的电力应急通信系统的网络流量控制方法，其特征在于：所述方法包括建立在服务质量QoS模型上的两级流量控制机制，所述两级流量控制机制包括：作为第一级的基于自组织网络流量控制技术的前端控制机制和作为第二级的基于IP网络流量控制技术的末端控制机制。

5.如权利要求4所述的网络流量控制方法，其特征在于：在前端控制机制中采用QoS模型中的区分服务DS模型。

6.如权利要求5所述的网络流量控制方法，其特征在于：所述前端控制基制包括：对于网络静态状态，将所述地地通信网络和空空通信网络划分为多个DS区域，每个DS域在各个管理实体的控制下实施同样的区分服务策略，不同DS域内的区分服务策略并不一定相同，因此方便应急通信网络的扩展。

7.如权利要求5所述的网络流量控制方法，其特征在于：所述前端控制基制包括：对于网络动态状态，所述地地通信网络和空空通信网络中，由业务流的源节点根据业务流的优先级分配其对应的区分服务码点DSCP，该业务流的转发节点根据DSCP选择相应的单跳转发行为。

8.如权利要求4所述的网络流量控制方法，其特征在于：在末端控制机制中采用QoS模型中的区分服务DS模型。

9.如权利要求8所述的网络流量控制方法，其特征在于：所述末端控制机制针对天地通信，且天地通信是基于骨干网的IP传输方式。

10.如权利要求9所述的网络流量控制方法，其特征在于：在基于骨干网的IP传输方式中，在网络的边界节点对网络中的TCP和UDP流量进行控制，且在流量控制时为TCP业务分配优先级更高的DSCP值。