CN108809796A - 一种基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，城域网包括多个数据中心，每个数据中心设有多个白盒可编程交换机；所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文；封装后的VxLAN数据报文通过城域网传输到另一数据中心的各白盒可编程交换机；另一数据中心内的白盒可编程交换机将VxLAN数据报文进行解封装，解析出不同的业务报文。本发明通过VxLAN进行城域网电力系统业务组合，提高网络业务部署效率，降低配置复杂度，减少网络建设成本，属于电力系统数据网络通信技术领域。

Description

一种基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，特别涉及一种基于SDN/NFV及VxLAN的电力系统业务城域网系统。

背景技术

电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。

为满足电力系统运行、维修和管理的需要而进行的信息传输与交换。电力系统为了安全、经济的发供电、合理地分配电能，保证电力质量指标，及时地处理和防止系统事故，就要求集中管理、统一调度，建立与之相适应的通信系统。因此电力系统通信是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网实现调度自动化和管理现代化的基础，是确保电网安全、经济调度的重要技术手段。

电力系统中不同业务信息的内容是多种多样的，经常传递的信息有：

(1)、电话、调度电话和管理电话；

(2)、远动和数据信号；

(3)、远方保护信号；

(4)、传真；

(5)、计算机通信；

(6)、系统运行状态图像信息；

(7)、水电站水库、水情、工矿信息等。

随着调度自动化和企业生产管理水平的不断提高，所需传输的信息内容还在不断增加。这些不同类型的业务数据怎么通过城域网实现各数据中心的同步和传输是个研究的热点与难点。

发明内容

本发明提供一种基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，城域网包括多个数据中心，每个数据中心设有多个白盒可编程交换机；

所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文；

封装后的VxLAN数据报文通过城域网传输到另一数据中心的各白盒可编程交换机；

另一数据中心内的白盒可编程交换机将VxLAN数据报文进行解封装，解析出不同的业务报文。

进一步地，所述城域网设备至少包括以下一种或者几种：

客户终端设备CPE、光线路终端OLT、宽带网络网关控制设备BNG、基础防火墙FW、负载均衡器LB。

进一步地，所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文时，在原始报文前面进行VxLAN封装，其中VxLAN头部为多层VxLAN封装。

进一步地，将多层VxLAN中的某一层VxLAN中的字段VNI划分成三独立字段，分别表示城域网ID、数据中心ID和电力系统业务ID。

进一步地，所述城域网ID、数据中心ID和电力系统业务ID分别为8bits。

进一步地，通过SDN/NFV技术对现网城域网设备进行重构及虚拟化部署，则所述白盒可编程交换机支持SDN；白盒可编程交换机则通过城域SDN控制器进行数据交换。

进一步地，所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文之后，进行业务重构分解。

进一步地，将vBNG、vCPE、vFW、vCGN、vLB重构分解为如下模块：接入模块、认证计费模块、用户管理模块、地址管理模块、路径计算模块、流量解析模块、策略模块以及可编程白盒转发设备；每个功能模块根据使用情况启用虚拟机，弹性扩展部署，属于同一数据中心或者部署在不同数据中心。

本发明通过引入VxLAN(Virtual Extensible LAN)技术对现网城域网的用户接入转发方案和流程进行优化，引入城域网虚拟化NFV设备、SDN控制器和支持SDN的可编程白盒交换机设备，通过VxLAN进行电力系统城域网功能业务链组合，提高网络业务部署效率，降低配置复杂度，减少电力系统网络建设成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法的网络架构图；

图2为本发明实施例提供的基于VxLAN的城域网电力系统业务业务重构分解示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。

背景技术：SDN即软件定义网络是网络一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术是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，使网络作为管道变得更加智能。

NFV即网络功能虚拟化，通过使用通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理。随着云计算、SDN、虚拟化等理念和技术的不断成熟，以通用替代专有将原本传统专业的网元设备上的网络功能提取出来虚拟化、软件化，运行在通用的硬件平台上，这种变化即网络功能虚拟化。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。

VxLAN(Virtual eXtensible Local Area Network)是VLAN扩展方案草案，采用MAC in UDP(User Datagram Protocol)封装方式，是NVo3(Network Virtualization overLayer 3)中的一种网络虚拟化技术。随着数据中心在物理网络基础设施上实施服务器虚拟化的快速发展，作为NVo3技术的VxLAN通过24比特的VNI可以支持多达16M的VxLAN段的网络隔离，对用户进行隔离和标识不再受到限制，可满足海量租户。通过采用MAC in UDP封装来延伸二层网络，实现了物理网络和虚拟网络解耦，租户可以规划自己的虚拟网络，不需要考虑物理网络IP地址和广播域的限制，大大降低了网络管理的难度。

城域网的设备包括：CPE、OLT、BNG、FW、LB等，传统的城域网设备基于软硬件一体化的设备实现，给新业务部署带来很多不便，例如，不同时期部署的设备，无法通过软件升级方式实现同一功能，而且很多增值服务都需要专用硬件板卡，增加了大量成本。城域网功能虚拟化及云化部署，对各个设备功能进行重新整合重组进行虚拟化，起到良好的备份及负载分担作用，并且可以根据业务容量灵活扩缩容。虚拟化功能还可以提供可编程能力，将控制面通过接口向上提供灵活的功能调用，实现用户对网络业务的按需定制。

白盒可编程设备打破原有设备软硬件一体化，能够使转发设备软硬件解耦，并且提供基于开源语言的转发层面逻辑可编程性，提高了设备灵活性和通用型，增加了网络设备的生命周期，降低了网络设备的成本。

本发明的方案正是基于上述技术背景下创造提出的方案，以电力系统中的常见的三种业务数据类型为例。

(1)、电话、调度电话和管理电话(定义成A业务)；

(2)、远动和数据信号(定义成B业务)；

(3)、远方保护信号(定义成C业务)。

假设城域网包括两个数据中心X和Y，X中的多个白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务A、B、C报文分别进行VxLAN封装生成含有A、B和C标识的VxLAN数据报文；封装后的VxLAN数据报文通过城域网传输到Y数据中心的白盒可编程交换机；Y数据中心内的白盒可编程交换机将VxLAN数据报文进行解封装，解析出不同的业务报文。

白盒可编程交换机转发根据不同用户及业务增加不同VxLAN，可编程白盒转发可以升级软件支持SDN及多层VxLAN功能，减少了由网络中其它设备支持VxLAN带来的硬件升级的成本，使用VxLAN也会避免VLAN数量限制，减少了网络中复杂处理流程，也能实现可编程白盒转发设备穿越三层网络接入不同的数据中心，配合城域网网络模块化云化部署；原有城域网设备的虚拟化可以使接入控制功能部署在数据中心虚拟机或者容器，当网络重载时只需要增加网络功能节点即可达到扩容；网络轻载时释放网络功能节点即可减少资源占用，能够做到弹性伸缩，灵活应用。

将VxLAN引入城域网数据中心业务链系统，并赋予VxLAN丰富的含义，代替原有数据中心中复杂的vlan及QinQ规划，使得多达16M的VxLAN数量可以很好的标识用户及业务；同时VxLAN由城域SDN控制器全局规划和控制，通过扩展南向协议私有属性，将业务流表及VxLAN信息下发给支持SDN的可编程白盒转发设备，可编程白盒转发根据不同用户及业务增加不同VxLAN，可编程白盒转发可以升级软件支持SDN及多层VxLAN功能，减少了由网络中其它设备支持VxLAN带来的硬件升级的成本，使用VxLAN也会避免VLAN数量限制，减少了网络中复杂处理流程，也能实现可编程白盒转发设备穿越三层网络接入不同的数据中心，配合城域网网络模块化云化部署；原有城域网设备的虚拟化可以使接入控制功能部署在数据中心虚拟机或者容器，当网络重载时只需要增加网络功能节点即可达到扩容；网络轻载时释放网络功能节点即可减少资源占用，能够做到弹性伸缩，灵活应用；同一城域网业务功能可以部署在一个数据中心，也可以部署在多个数据中心通过VxLAN互联，城域网功能模块云化部署使不同位置的模块设备互相备份，当网络重载时只需要增加网络功能节点即可达到扩容，轻载时释放网络功能节点即可减少资源占用，利用可编程白盒转发设备做为VxLAN的终结点，避免使用硬件设备目前VxLAN表象容量和层数的限制，充分利用16M的VxLAN数量；网络功能虚拟化让网络更加灵活，开放软件接口更加容易引进新的业务。

其中城域网设备至少包括以下一种或者几种：客户终端设备CPE、光线路终端OLT、宽带网络网关控制设备BNG、基础防火墙FW、负载均衡器LB。

具体实现时，所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文时，在原始报文前面进行VxLAN封装(如表1所示)，其中VxLAN头部为多层VxLAN封装(如表2所示)，将多层VxLAN中的某一层VxLAN中的字段VNI划分成三独立字段，分别表示城域网ID、数据中心ID(比如X、Y)和电力系统业务ID(比如A、B、C)。

表1

表2

进一步地，所述城域网ID、数据中心ID和电力系统业务ID分别为8bits(如表3所示)。

表3

本发明对VxLAN头部进行了创新规划，VxLAN flags默认为00001000，本发明设置为00001011，标明为对后续字段赋予了本发明新的意义，在可编程白盒转发设备中增加对这种类型的解析，由控制器给可编程白盒转发设备下发对应解析表。每个业务有一层VxLAN代表，根据用户所需业务，在数据中心入口增加多层标签，处理完一个模块弹出一个标签，然后根据剩余标签进行转发，直到处理完所有业务。VxLAN头部原有24位VNID字段8位标识城域网所在地市号码，8位标识城域网内部数据中心号码，8位标识用户具体业务模块号，如果模块数量超过8位范围，可以继续扩展24位预留号码段，本发明充分利用原有报文头中的资源，VxLAN为通用报文头部，不为业务链专门设计头部，通用性比较好。这些信息创新性的利用原有报文结构携带了用户及用户业务信息，同时信息也代替了原来数据中心网中vlan和QINQ的作用，降低了设备处理复杂度，同时VNI可以支持多达16M的VxLAN段的网络隔离，有更丰富的资源可以使用。

进一步地，通过SDN/NFV技术对现网城域网设备进行重构及虚拟化部署，则所述白盒可编程交换机支持SDN；白盒可编程交换机则通过城域SDN控制器进行数据交换。目的是为了利用SDN/NFV技术降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。

传统网络设备都是软硬件绑定的专用设备，如BNG、CPE、FW、CGN、LB等，网络初步虚拟化都是对传统设备功能进行一对一的虚拟化，如vBNG、vCPE、vFW、vCGN、vLB，虚拟化之后设备功能可以部署在服务器及虚拟机上上，但是存在设备功能重复，设备功能大而全，同一设备只有一部分功能模块使用，所有功能都得启动，还是存在浪费资源、设备单点故障影响重大的问题，本发明重新新的将上午设备功能进行重构，合并各设备一些重复的功能，将各类功能分为更小的模块，原有设备功能可有多个功能模块组合实现，功能组合通过基于VxLAN的业务链进行串联，通过多层VxLAN叠加实现多功能业务模块连接，底层转发功能通过可编程白盒转发设备实现，解决服务器做为专用转发设备性能不足的缺点。

为了克服上述的不足和缺陷，进一步地，图2为本发明实施例提供的基于VxLAN的城域网电力系统业务业务重构分解示意图，将vBNG、vCPE、vFW、vCGN、vLB重构分解为如下模块：接入模块、认证计费模块、用户管理模块、地址管理模块、路径计算模块、流量解析模块、策略模块以及可编程白盒转发设备；每个功能模块根据使用情况启用虚拟机，弹性扩展部署，属于同一数据中心或者部署在不同数据中心。

基于城域网虚拟化功能重构，进行城域网功能数据中心化及云化部署，以云计算、数据中心的模式建设，结合可编程白盒设备在数据中心的部署，通过业务链实现VNF功能灵活组合，不是用的业务功能模块可以关闭，将资源让给业务链大的功能模块，降低数据中心网络的建设成本。也可有多个不同数据中心联合部署，数据中心之间通过规划特定VxLAN进行互联，通过控制器为可编程白盒设备下发基于VxLAN的转发表现。城域网数据中心作为用户接入和认证、流量汇聚和控制的关键点，是互联网入口，对运营商来说是为用户提供增值业务的最佳平台。通过软件定义城域网对城域网数据中心改造升级，基于SDN和NFV技术搭建一个资源弹性、业务丰富、灵活定义、稳定可靠的云数据中心。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于，城域网包括多个数据中心，每个数据中心设有多个白盒可编程交换机；

所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文；

封装后的VxLAN数据报文通过城域网传输到另一数据中心的各白盒可编程交换机；

另一数据中心内的白盒可编程交换机将VxLAN数据报文进行解封装，解析出不同的业务报文。

2.根据权利要求1所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：所述城域网设备至少包括以下一种或者几种：

客户终端设备CPE、光线路终端OLT、宽带网络网关控制设备BNG、基础防火墙FW、负载均衡器LB。

3.根据权利要求1所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文时，在原始报文前面进行VxLAN封装，其中VxLAN头部为多层VxLAN封装。

4.根据权利要求3所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：将多层VxLAN中的某一层VxLAN中的字段VNI划分成三独立字段，分别表示城域网ID、数据中心ID和电力系统业务ID。

5.根据权利要求4所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：所述城域网ID、数据中心ID和电力系统业务ID分别为8bits。

6.根据权利要求5所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：通过SDN/NFV技术对现网城域网设备进行重构及虚拟化部署，则所述白盒可编程交换机支持SDN；白盒可编程交换机则通过城域SDN控制器进行数据交换。

7.根据权利要求1所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：所述白盒可编程交换机根据接收到城域网设备发过来的不同业务报文分别进行VxLAN封装生成VxLAN数据报文之后，进行业务重构分解。

8.根据权利要求7所述基于VxLAN的城域网电力系统业务通信方法，其特征在于：将vBNG、vCPE、vFW、vCGN、vLB重构分解为如下模块：接入模块、认证计费模块、用户管理模块、地址管理模块、路径计算模块、流量解析模块、策略模块以及可编程白盒转发设备；每个功能模块根据使用情况启用虚拟机，弹性扩展部署，属于同一数据中心或者部署在不同数据中心。