CN107770098A - 一种基于sdn的变电站站内通信引流方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于SDN的变电站站内通信引流方法及系统，所述方法包括如下步骤：确定需要引流的业务数据所要经过的第一交换机；控制所述第一交换机对所述需要引流的业务数据进行镜像；控制所述第一交换机将镜像的业务数据传输至第二交换机；控制所述第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端。本发明提供的通信引流方法和系统，在业务交换机(即第一交换机)上划分镜像端口，并将镜像端口连接至汇聚交换机(即第二交换机)，通过控制器的集中控制，进行数据流的镜像操作和引流路径的指定操作，实现变电站站内通信细粒度的业务服务，提高变电站的自动化程度和智能化程度。

Description

一种基于SDN的变电站站内通信引流方法及系统

技术领域

本发明涉及变电站自动化技术领域，具体涉及一种基于SDN的变电站站内通信引流方法及系统。

背景技术

在智能变电站中，由于利用过程层网络执行传输和交互采样数据及控制数据的工作，使得过程层网络的安全性和可靠性日益受到重视。为保证过程层数据传输不受其它数据的干扰，变电站的站内通信网络设计普遍采用“三层两网”结构，实现站控层和过程层数据传输的分离。“三层”指的是变电站内的过程层、间隔层和站控层；“两网”指的是过程层-间隔层网络(又称过程层-间隔层域，简称P-B域)和站控层-间隔层网络(又称站控层-间隔层域，简称B-S域)，P-B域和B-S域之间物理隔离。数据的网络化传输节约了大量二次电缆，但错综复杂的网络连线大幅增加了变电站二次系统运维难度，同时为适应复杂的网络拓扑，通信接口配置数量难以压缩，制约了经济性和可靠性指标的提升。另一方面，随着过程层数据在站域、广域应用需求的不断提升，在既有通信网络上扩大数据传输与共享范围，势必加剧网络结构复杂程度，增加设备投资。为了实现变电站中过程层数据的共享，需要在避免大幅扩建站内通信网络结构和避免大量设备投资的前提下，对这类数据进行通信引流，以满足站域及广域对这类数据日益增加的应用需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术难以在既有通信网络上进一步扩大变电站的业务数据的传输与共享范围的缺陷，从而提供一种基于SDN(SoftwareDefined Networking软件定义网络,简称SDN)的变电站站内通信引流方法及系统。

根据第一方面，本发明实施例提供一种基于SDN的变电站站内通信引流方法，包括如下步骤：确定需要引流的业务数据所要经过的第一交换机；控制所述第一交换机对所述需要引流的业务数据进行镜像；控制所述第一交换机将镜像的业务数据传输至第二交换机；控制所述第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端。

进一步的，控制所述第一交换机对所述需要引流的业务数据进行镜像的步骤，包括：向第一交换机发送第一控制信息，所述第一控制信息包括引流识别标识和镜像规则。

进一步的，控制所述第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端的步骤，包括：向第二交换机发送第二控制信息，所述第二控制信息包括第二交换机的输入端口与输出端口的匹配规则。

根据第二方面，本发明实施例提供一种基于SDN的变电站站内通信引流系统，包括至少一台控制器，用于确定需要引流的业务数据和发送控制信息；若干台第一交换机，用于接收业务数据和所述控制信息，并对业务数据中需要引流的业务数据进行镜像，并发送镜像的业务数据；至少一台第二交换机，用于接收所述镜像的业务数据，并将镜像的业务数据转发至分析终端。

进一步的，每个所述第一交换机均设有业务端口和镜像端口，所述第一交换机通过业务端口接收业务数据，通过所述镜像端口向所述第二交换机发送所述需要引流的业务数据。

进一步的，每个所述第二交换机均设有镜像接收端口和汇聚端口，所述第二交换机通过镜像接收端口接收所述第一交换机发送的镜像的业务数据，通过所述汇聚端口向所述分析终端发送所述镜像的业务数据。

进一步的，第二交换机的汇聚端口被分配在同一个虚拟局域网中。

进一步的，控制器用于向所述第一交换机发送第一控制信息，以及向所述第二交换机发送第二控制信息，其中所述第一控制信息包括引流识别标识和镜像规则，所述第二控制信息包括第二交换机的输入端口与输出端口的匹配规则。

进一步的，每个所述第一交换机和所述至少一个第二交换机均设有带外管理端口，并通过所述带外管理端口与所述控制器连接，所述带外管理端口用于接收所述第一控制信息和第二控制信息。

进一步的，当在多个相互物理隔离的通信网络中进行通信引流操作时，所述控制器包括主控制器和若干台域控制器；所述主控制器用于确定每台所述第一交换机所在的通信网络；所述域控制器用于确定对应的通信网络中需要引流的业务数据并向对应的通信网络中的所述第一交换机发送用于识别所述业务数据的控制信息。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的基于SDN的变电站站内通信引流方法和系统，在业务交换机(即第一交换机)上划分镜像端口，并将镜像端口连接至汇聚交换机(即第二交换机)，通过控制器的集中控制，进行数据流的镜像操作和引流路径的指定操作，实现变电站站内通信细粒度的业务服务，提高变电站的自动化程度和智能化程度。传统的变电站站内通信网络对于业务流的操作是以设备为单位，通信细粒度可以使业务流的操作单位缩小到设备中的某一个端口。现有的变电站通信网络和设备采用软硬件垂直一体化的架构，即设备的转发功能和控制功能都集成在设备中，这种架构无法对设备中的某一种业务进行差异化的操作。比如，某一个交换机设备中有10个业务在传输，现在其中的2个业务需要经过防火墙处理，现有的做法是要么这10个业务全都经过防火墙，要么全都不经过，无法做到2个业务经过，剩下8个不经过。本发明提出的站内通信的精细化引流方法和系统，一方面可以降低站内通信的成本；另一方面可以对不同的业务，根据重要程度，实现区别操作，对高优先级业务有更好的保障能力。首先，本发明的通信引流方法或系统将原本逐个设备中的控制功能集中上收到控制器中，从控制器的视角就可以控制整个站内通信网络，而不是单个设备；其次，控制器与设备之间能够进行交互，可以指定每跳业务流的端到端路径，即业务传输过程中经过哪些设备、哪些端口全部可以由控制器来决定，实现了变电站的通信细粒度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中基于SDN的变电站站内通信引流方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例3中基于SDN的变电站站内通信引流系统的一个具体示例的原理框图；

图3为本发明实施例3中基于SDN的变电站站内通信引流系统的一个具体实施方式的结构示意图；

图4为本发明实施例4中基于SDN的变电站站内通信引流系统的一个具体实施方式的结构示意图。

附图标记：

1—控制器，11—主控制器，12—域控制器，2—第一交换机，21—业务端口，22—镜像端口，23—第一交换机的带外管理端口，3—第二交换机，31—镜像接收端口，32—汇聚端口，33—第二交换机的带外管理端口，4—站控层，5—间隔层，6—过程层，7—站控层-间隔层网络，8—过程层-间隔层网络，9—分析终端。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

实施例1提供一种基于SDN的变电站站内通信引流方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1：确定需要引流的业务数据所要经过的第一交换机。

步骤S2：控制第一交换机对需要引流的业务数据进行镜像。

步骤S3：控制第一交换机将镜像的业务数据传输至第二交换机。

步骤S4：控制第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端。

步骤S1—S4中，第一交换机还可称为业务交换机，第二交换机还可称为汇聚交换机。为了实现步骤S2控制第一交换机对需要引流的业务数据进行镜像，在一具体实施方式中，向第一交换机发送第一控制信息，第一控制信息至少应当包括引流识别标识和镜像规则。识别标识用于识别变电站中哪些业务数据需要进行引流，对于识别出的需要引流的业务数据执行镜像操作。由于变电站中不存在端口复用情况，确定了变电站内某一业务流的路径即唯一锁定了该业务流，因此，在需要额外引出该业务流至现有站内通信网之外时，可以预先设定哪些路径上的业务数据需要引流，该预设路径即引流识别标识，凡流经该预设路径的业务流均需镜像并引流。对业务流进行先镜像再引流，不会对现有变电站内业务数据的流转产生任何影响，并且镜像引流的业务数据也不会反流回变电站通信网中，保障站内运行不受干扰。

镜像规则用于划分第一交换机中的一个或几个端口作为镜像端口，其输出为对应的输出端口上的输出数据的镜像数据。当第一交换机有多个时，第一控制信息还应当包括交换机的匹配规则和源端口和目的端口匹配规则。交换机的匹配规则用于限定镜像的业务数据需要流经哪些业务交换机，即第一交换机；源端口和目的端口匹配规则用于限定业务数据需要从上游的业务交换机的哪个端口(即源端口)流出，以及业务数据需要向下游的业务交换机的哪个端口(即目的端口)流入。源端口和目的端口匹配规则还可用于限定在一个第一交换机中，业务数据需要从其中的哪个端口(即源端口)流入，以及业务数据需要从哪个端口(即目的端口)流出。

为了实现步骤S3控制第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端，在一具体实施方式中，向第二交换机发送第二控制信息，第二控制信息包括第二交换机的输入端口与输出端口的匹配规则。第二交换机即汇聚交换机，其包括镜像接收端口和汇聚端口。镜像接收端口用于接收第一交换机输出的镜像的业务数据，汇聚端口共同接在同一个虚拟局域网内，进而接入分析终端。第二控制信息即限定镜像的业务数据从第二交换机的哪个镜像接收端口流入，以及从第二交换机的哪个汇聚端口流出。

实施例1提供的通信引流方法，在业务交换机(即第一交换机)上划分镜像端口，并将镜像端口连接至汇聚交换机(即第二交换机)，通过集中控制进行数据流的镜像操作和引流路径的指定操作，实现变电站站内通信细粒度的业务服务，提高变电站的自动化程度和智能化程度。

实施例2

实施例2提供一种基于SDN的变电站站内通信引流方法，对变电站内路径为A3—B4的业务数据a进行引流。路径A3—B4表示从业务交换机(即第一交换机)A的3端口至业务交换机(即第一交换机)B的4端口。业务交换机A的1端口为镜像端口，业务交换机A的2端口为业务进入口，业务交换机A的Mac地址为Mac_1。业务交换机B的Mac地址为Mac_2。汇聚交换机(即第二交换机)C与A1相连的端口为3，即汇聚交换机C的3端口为镜像接收端口，其汇聚端口为5～8，汇聚交换机C的Mac地址为Mac_3。

当确定需要引流的业务数据后，控制器首先通过该业务数据的端到端路径确定该业务数据所经过的所有业务交换机。在实施例2中，控制器首先确定业务数据a所经过的所有业务交换机A和B。其次，控制器选定承载该业务数据的某一台业务交换机进行引流操作。若为手动操作，则由管理人员选定；若为自动操作，则控制器将选取第一个业务交换机节点作为进行引流的交换机。在实施例2中，控制器选取业务交换机A作为进行引流的交换机。再次，控制器为需要引流的业务交换机A配置镜像规则，并且控制器利用OpenFlow协议配置流表规则。在实施例2中，通过源Mac和目的Mac匹配交换机，通过源端口和目的端口匹配引流路径，通过带外端口下发流表。最后，业务交换机A收到业务数据a后，会根据已下发的流表规则和配置的镜像规则进行匹配，并完成动作。

实施例2中通信引流方法的具体操作过程如下：

步骤S21：控制器配置OpenFlow流表规则R1：eth_src＝Mac_1,eth_dst＝Mac_2,inport＝2,enport＝3，Action set＝output。

步骤S22：为业务交换机A配置镜像规则R2：src_port＝3,dst_port＝1。

步骤S23：控制器配置OpenFlow流表规则R3：inport＝3,enport＝5/6/7/8，Actionset＝output。

步骤S24：控制器将R1和R2通过带外端口下发给业务交换机A，将R3通过带外端口下发给汇聚交换机C。

步骤S25：当业务交换机A端口2接收到业务数据时，会匹配到R1流表，并执行output转发动作，由业务交换机A端口3转出。

步骤S26：当业务交换机A端口3转出数据时，会执行镜像规则R2，并将业务交换机A端口3转出的数据复制一份到业务交换机A端口1。

步骤S27：业务交换机A端口1通过物理连接将数据直接传输至汇聚交换机C端口3。

步骤S28：汇聚交换机C端口3接收到业务数据时，会匹配到R3流表，并执行output转发动作，由5/6/7/8端口转出。

步骤S29：汇聚交换机C的5/6/7/8端口转出的镜像数据通过物理连接直接进入分析设备。

实施例2给出了在变电站内进行通信引流的一个实例，展现了对业务数据a进行端到端引流的全过程。从实施例2中可以看出，该引流过程并未对业务数据a原本的路径A3—B4产生任何影响，且实现了端到端引流，即实现了变电站的通信细粒度。此外，由于实施例2对镜像的业务数据a进行单向引流，杜绝将引流出来的数据反流回变电站的情况，避免对变电站运行产生影响，有利于变电站稳定运行。

实施例3

实施例3提供一种基于SDN的变电站站内通信引流系统，如图2所示，包括一台控制器1、若干台第一交换机2以及一台第二交换机3。控制器1用于确定需要引流的业务数据和发送控制信息。第一交换机2用于接收业务数据和控制信息，并对业务数据中需要引流的业务数据进行镜像，并发送镜像的业务数据。第二交换机3用于接收镜像的业务数据，并将镜像的业务数据转发至分析终端。

具体的，控制器1向第一交换机2发送第一控制信息，以及向第二交换机3发送第二控制信息。其中第一控制信息包括引流识别标识和镜像规则，第二控制信息包括第二交换机的输入端口与输出端口的匹配规则。实施例3提供的通信引流系统按照实施例1或实施例2的通信引流方法进行变电站内业务数据的镜像和引流，为避免重复，在此不再赘述。

为了顺利完成变电站通信引流，在一实施方式中，为每个第一交换机2划分业务端口21和镜像端口22。第一交换机2通过业务端口21接收业务数据，通过镜像端口22向第二交换机3发送需要引流的业务数据。

在另一实施方式中，为第二交换机3划分镜像接收端口31和汇聚端口32。第二交换机3通过镜像接收端口31接收第一交换机2发送的镜像的业务数据，通过汇聚端口32向分析终端发送镜像的业务数据。为了方便向分析终端发送镜像的业务数据，需要将第二交换机3的汇聚端口32分配在同一个虚拟局域网中。

为了实现控制器1向第一交换机2和第二交换机3发送控制信息，在一实施方式中，每个第一交换机2和第二交换机3均设有带外管理端口23或33。通过带外管理端口23或33与控制器1连接，带外管理端口23或33用于接收第一控制信息和第二控制信息。图3为实施例2的通信引流系统的一个具体实施方式的结构示意图，具体可应用于变电站“三层一网”结构的通信网络的业务数据引流过程中。

实施例4

实施例4提供一种基于SDN的变电站站内通信引流系统，如图4所示，包括实施例3的通信引流系统的全部器件，区别在于控制器包括主控制器11和若干台域控制器21。实施例4的通信引流系统适用于在多个相互物理隔离的通信网络中进行通信引流操作，例如，变电站“三层两网”结构的通信网络的业务数据引流。主控制器11用于确定每台第一交换机2所在的通信网络。域控制器21用于确定对应的通信网络中需要引流的业务数据并向对应的通信网络中的第一交换机2发送用于识别业务数据的控制信息。对于镜像的业务数据的引流路径，由主控制器11控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于SDN的变电站站内通信引流方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定需要引流的业务数据所要经过的第一交换机；

控制所述第一交换机对所述需要引流的业务数据进行镜像；

控制所述第一交换机将镜像的业务数据传输至第二交换机；

控制所述第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端。

2.根据权利要求1所述的基于SDN的变电站站内通信引流方法，其特征在于，所述控制所述第一交换机对所述需要引流的业务数据进行镜像的步骤，包括：

向第一交换机发送第一控制信息，所述第一控制信息包括引流识别标识和镜像规则。

3.根据权利要求1所述的基于SDN的变电站站内通信引流方法，其特征在于，所述控制所述第二交换机将镜像的业务数据发送至分析终端的步骤，包括：

向第二交换机发送第二控制信息，所述第二控制信息包括第二交换机的输入端口与输出端口的匹配规则。

4.一种基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，包括：

至少一台控制器，用于确定需要引流的业务数据和发送控制信息；

若干台第一交换机，用于接收业务数据和所述控制信息，并对业务数据中需要引流的业务数据进行镜像，并发送镜像的业务数据；

至少一台第二交换机，用于接收所述镜像的业务数据，并将镜像的业务数据转发至分析终端。

5.根据权利要求4所述的基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，每个所述第一交换机均设有业务端口和镜像端口，所述第一交换机通过业务端口接收业务数据，通过所述镜像端口向所述第二交换机发送所述需要引流的业务数据。

6.根据权利要求4所述的基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，每个所述第二交换机均设有镜像接收端口和汇聚端口，所述第二交换机通过镜像接收端口接收所述第一交换机发送的镜像的业务数据，通过所述汇聚端口向所述分析终端发送所述镜像的业务数据。

7.根据权利要求6所述的基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，所述第二交换机的汇聚端口被分配在同一个虚拟局域网中。

8.根据权利要求4所述的基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，所述控制器用于向所述第一交换机发送第一控制信息，以及向所述第二交换机发送第二控制信息，其中所述第一控制信息包括引流识别标识和镜像规则，所述第二控制信息包括第二交换机的输入端口与输出端口的匹配规则。

9.根据权利要求8所述的基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，每个所述第一交换机和所述至少一个第二交换机均设有带外管理端口，并通过所述带外管理端口与所述控制器连接，所述带外管理端口用于接收所述第一控制信息和第二控制信息。

10.根据权利要求4所述的基于SDN的变电站站内通信引流系统，其特征在于，当在多个相互物理隔离的通信网络中进行通信引流操作时，所述控制器包括主控制器和若干台域控制器；

所述主控制器用于确定每台所述第一交换机所在的通信网络；

所述域控制器用于确定对应的通信网络中需要引流的业务数据并向对应的通信网络中的所述第一交换机发送用于识别所述业务数据的控制信息。