計算機網(wǎng)絡技術類論文范文
計算機網(wǎng)絡技術類論文范文
計算機網(wǎng)絡技術的不斷提升對電子信息工程的發(fā)展也帶來了巨大的變化,使得電子信息工程的功能不斷完善,給人們的生產(chǎn)與生活提供了更優(yōu)的服務。下面是學習啦小編為大家整理的計算機網(wǎng)絡技術類論文范文，供大家參考。
計算機網(wǎng)絡技術類論文范文篇一
《 廣播傳輸中 》
近年來，3G網(wǎng)絡技術大力發(fā)展，服務質(zhì)量越來越高，為廣播傳輸提供了一種新的途徑，且成本較低，因此在廣播電視領域，逐漸受到重視和青睞，但由于該屬于新興技術，許多方面并不是十分成熟，如難以同時在穩(wěn)定性、實時性及音頻質(zhì)量上均達到理想的狀態(tài)，如近年來出現(xiàn)的各種網(wǎng)絡電話，乃至“微信”，“QQ語音”等技術，均難以保證穩(wěn)定的，高清的通話。相對于國外某些發(fā)達國家，我國3G傳輸中延遲和中斷等問題嚴重很多，原因主要在于3G網(wǎng)絡基礎建設質(zhì)量欠缺以及3G用戶過多而導致的帶寬不足。
1音頻傳輸方案介紹
1)衛(wèi)星傳輸。衛(wèi)星傳輸是一種常用的廣播電視轉(zhuǎn)播手段，能夠保證足夠的帶寬且實時性好。其轉(zhuǎn)播過程一般比較簡單，轉(zhuǎn)播車將采訪到的音頻和視頻數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星實時傳播到電臺即可。但該傳播方式的不足之處在于價格昂貴，轉(zhuǎn)播裝置笨重，需車載，且極易受到天氣情況的影響。
2)3G網(wǎng)絡傳輸相對于衛(wèi)星傳輸，3G網(wǎng)絡傳輸成本低得多，而且一般受天氣情況影響不大，并且小巧便攜，應用前景十分可觀。一般來說，3G網(wǎng)絡傳輸過程如下：首先，3G傳輸器采集并處理音頻信號并傳送到基站，接著基站通過網(wǎng)關將經(jīng)過處理過的數(shù)據(jù)送到以太網(wǎng)，電臺服務器從以太網(wǎng)收到傳送過來的音頻壓縮數(shù)據(jù)，解壓、處理，最后播放。一般來說，3G音頻傳輸系統(tǒng)還有以下幾個值得改進的地方：第一，傳輸質(zhì)量不高。高清的音頻需要較大的帶寬，通常需要性能過硬的硬件才能保證系統(tǒng)的持續(xù)運行。對此，采用3G網(wǎng)絡有丟失數(shù)據(jù)的可能。第二，實時性不好。3G網(wǎng)絡在連續(xù)工作時難以保證足夠的帶寬，故采取丟包重發(fā)手段彌補，由此影響了傳遞音頻信號的實時性。第三，卡頓。一是網(wǎng)絡不夠穩(wěn)定，二是系統(tǒng)的解碼方式的影響。第四，掉線。3G網(wǎng)絡無法克服無線網(wǎng)絡本身的不穩(wěn)定，易受干擾的特點，故在網(wǎng)絡擁擠時，掉線情況比較嚴重。有必要研究一個實時、穩(wěn)定、高清的3G網(wǎng)絡音頻傳輸系統(tǒng)。
2系統(tǒng)設計
系統(tǒng)的傳輸端的工作流程如下所示：UDP接收端的構建→發(fā)射端的數(shù)據(jù)采集和處理→發(fā)射端通過3G網(wǎng)絡，利用UDP協(xié)議向接收端傳輸音頻數(shù)據(jù)→接收端對數(shù)據(jù)進行解壓、處理并播放。和寬帶相比，3G網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性更加嚴重，故在傳輸數(shù)據(jù)時更容易出現(xiàn)堵塞、抖動、延時等情況而造成數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量不好，接收端無法接收到及時、可靠、滿意的信號。這些均是采用3G網(wǎng)絡進行廣播直播需要解決的問題。我們集合3G網(wǎng)絡的特點，針對音頻數(shù)據(jù)信號嘗試了很多應對方案。第一，保證音頻的傳輸質(zhì)量。引進先進的音頻壓縮算法——Ogg算法，保證足夠高的信號采樣速率及壓縮質(zhì)量，最后達到足可保證音頻傳輸質(zhì)量的64kbps的音頻碼率。
第二，改善音頻。引進UDP技術，UDP可以保證很高的信號傳輸速率及網(wǎng)絡穿透能力，以此確保信號傳輸?shù)膶崟r性。第三，解決音頻傳輸卡頓現(xiàn)象。確保音頻信號接收、處理和播放的同步。一般來說，如果接收端解碼速度慢于編碼，數(shù)據(jù)就會擠壓和堆積，時間越長，堆積越多，研究就會逐漸增大，影響信號的實時性;相反，若解碼比編碼快，那么當當前接收到的數(shù)據(jù)播完后，解碼速度跟不上，沒有新的數(shù)據(jù)信號傳遞過來，此時音頻便會卡。實際上，編碼和解碼的速度是很難保證嚴格一致的，即便采用的晶振頻率相同，但實際器件難免存在誤差。對此，我們采用了PID算法進行解決，通過及時反饋對編碼速度進行調(diào)控。首先，服務器一邊解碼音頻信號，一邊對解碼器中剩下的數(shù)據(jù)量進行統(tǒng)計。如果統(tǒng)計量比設定的范圍最大值還大，反饋信號到發(fā)射端將編碼速度調(diào)低;如果統(tǒng)計量比設定的范圍最小值還小，反饋信號到發(fā)射端將編碼速度調(diào)高;如果在設定范圍內(nèi)，就保持不變。調(diào)節(jié)的靈敏度由設定范圍的大小決定。
這樣就將接收端的數(shù)據(jù)量控制在一定的水平范圍內(nèi)，能夠在很大程度上解決了延遲和卡頓問題。第四，解決易掉線問題。采用的UDP的傳輸并非連接的收發(fā)方式，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真或丟失的現(xiàn)象，但不會掉線。此外，引進熱冗余手段，在成本允許的情況下，數(shù)據(jù)傳輸由幾個終端同時進行，每個終端傳輸?shù)男畔⒁粯樱嗷浹a某些短暫時刻的延遲和卡頓，最終是接收端得到一個較為滿意的音頻信號。另外，在發(fā)送端分包發(fā)送時對數(shù)據(jù)包編號，即使在發(fā)送過程中數(shù)據(jù)流順序打亂了，接收后也能夠還原發(fā)送的順序。還可采用糾錯碼編碼，通過接收后對錯誤數(shù)據(jù)進行糾正解決數(shù)據(jù)誤傳問題，避免重新發(fā)送。
編碼速率的PID調(diào)節(jié)關于熱冗余技術，這是一個解決數(shù)據(jù)傳輸延遲、丟失等問題，提高傳輸穩(wěn)定性的一個重要的方法，在此對其著重介紹。簡單來說，即采用兩個或兩個以上的相同模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，如此，就能接收到包含同一數(shù)據(jù)信號的兩個數(shù)據(jù)包，兩個數(shù)據(jù)包至少有一個是正常的就能保證整個數(shù)據(jù)流的完備性。這樣可以大大減少因外在因素導致的數(shù)據(jù)錯誤和中斷等問題。
另外，冗余的傳輸模塊可采用不同運營商的商品，錯開工作頻率，可以彌補某些窄帶對所有設備的干擾。UDP傳輸可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真或丟失的現(xiàn)象，可靠度不高。為解決這一問題，保證接受數(shù)據(jù)的實時性和完整性。采取數(shù)據(jù)多線程接受的方法。數(shù)據(jù)包被接收后放入FIFO中，接著提取并解碼數(shù)據(jù)包，丟棄發(fā)現(xiàn)的錯誤包，僅留下正確的數(shù)據(jù)包，存入鏈表來進行排序，若有重復編號，則取其中一項即可，最后得到一個序號完整的無錯誤的數(shù)據(jù)流，并存入另一個FIFO中，并以頁為單位通過頁隊列轉(zhuǎn)入播放器中連續(xù)播放出來。
接收端數(shù)據(jù)處理流程。通過CRC32校驗檢查提取的Ogg頁的完整性，通過Ogg格式對頁的內(nèi)容進行解析。對于正確完整的頁，直接存進頁連表同時于程序中進行備份。若下一頁正確可以對該備份進行替換，如果不正確就繼續(xù)播放該頁，跳過下一頁，聽者一般不易感受到缺頁，該方法可以使聲音聽起來更加連貫。
3實際測試試驗
3.1試驗準備
考慮廣播音質(zhì)要求，將編碼采樣率設為44.1kHz，采用15kHz低通濾波器，壓縮品質(zhì)為2;發(fā)射端采用1+1冗余模式，分別取聯(lián)通和電信兩個不同的運營商以錯開頻率;接收端主機為Win7系統(tǒng)，4G內(nèi)存，2.1GHz主頻。測試的主要項目包括單個發(fā)射端和2個發(fā)射端的比較，不同地區(qū)的比較，服務器采用同一個運營商和不同運營商的比較。我們分別選擇北京、唐山和大慶作為測試地點，測試最長時間約10h。測試終端小巧輕便，主要包括天線、液晶屏、人機交互接口、LED等。PID調(diào)節(jié)控制收發(fā)端延遲約4s，約每2min進行一次反饋調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅度為0.4‰，以確保音頻的不失真。
3.2試驗結果分析
我們采用單個發(fā)射端人耳聽到兩次卡的間隔時間在幾分鐘到1小時范圍內(nèi)。采用2個發(fā)射端約在1小時到10小時，其中，北京地區(qū)時間最短，約為1h左右，唐山平均4h，大慶10小時內(nèi)未出現(xiàn)卡的現(xiàn)象。由于篇幅限制，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)不予列出。結果提示，2個終端明顯好于1個終端。當然終端越多，理論上效果越好，但成本也相對提高。另外，城市越發(fā)達，3G網(wǎng)絡干擾越嚴重，3G音頻傳輸效果反而不如相對不太繁華的城市。在服務器運營商選擇方面，如果模塊和服務器運營商不同，則模塊掉線概率大(平均10min掉一次線);如果選擇同一運營商，則掉線相對較少(平均75min掉一次線)。提示同一運營商之間的網(wǎng)絡傳輸相對穩(wěn)定。在系統(tǒng)搭建中，具體還需要根據(jù)不同地區(qū)的特點進行合理選取。
4結論
提高3G網(wǎng)絡的廣播直播系統(tǒng)的工作性能是一個綜合工程，涉及到服務器、收發(fā)端、算法、運營商等多個因素。本文針對當前3G網(wǎng)絡在廣播直播系統(tǒng)應用普遍存在的問題進行了深入的研究，提出了幾種解決方案，保證了實時、可靠、穩(wěn)定、高清的傳輸音頻，滿足了廣播直播的需要，該技術不僅可以嘗試投入使用，還可以為視頻傳輸提供技術支持。值得進一步推廣并完善。
計算機網(wǎng)絡技術類論文范文篇二
《 SDN軟件定義網(wǎng)絡技術發(fā)展 》
1前言
為了滿足未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的需要，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成了“當前是采取新的設計理念、創(chuàng)新網(wǎng)絡體系構架的時候”的趨勢，對以后網(wǎng)絡的體系架構提出了本質(zhì)上變革和多業(yè)務功能開發(fā)需。軟件定義網(wǎng)絡SDN的出現(xiàn)使得研究人員有了全新的研究理念。從SDN的提出、發(fā)展、基本理論介紹入手，對SDN的技術特征、邏輯構架作了相應的分析，對SDN的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與標準化進行作了適當?shù)年U述，提出了未來發(fā)展過程中SDN面臨的機遇與挑戰(zhàn)，并對可能的探索方向作了相應的總結。
2SDN起源與概念
2006年，斯坦福大學開始實施“Clean-SlateDesignfortheInternet”項目，該項目的目標是探索與傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術不一樣的全新的互聯(lián)網(wǎng)思想，解決現(xiàn)在基礎網(wǎng)絡構架的局限性，以高效地推動創(chuàng)新科技與新型網(wǎng)絡技術的發(fā)展。在這個項目中，斯坦福大學的NickMcKeown教授和他的學生MartinCasado等設計了一種Ethane網(wǎng)絡技術架構，它是向以流為基礎的以太網(wǎng)交換機經(jīng)過集中控制器發(fā)送路由策略與控制信息，實現(xiàn)對流的控制和路由的統(tǒng)一。之后NickMcKeown教授與MartinCasado等研究人員提出OpenFlow的理念，其基本觀點是將現(xiàn)有網(wǎng)絡設備的路由控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面相分離，以標準化接口的形式采取一個集中控制器對各種網(wǎng)絡設施作相應的管理與配置，而這些網(wǎng)絡設施只執(zhí)行接收控制器的命令和轉(zhuǎn)發(fā)操作。這種網(wǎng)絡架構為網(wǎng)絡資源靈活性設計、高效集中的管理和分布式的使用提供了強有力的支持，有效推動網(wǎng)絡技術的進一步革新與發(fā)展。因為OpenFLow具備開發(fā)的網(wǎng)絡編程接口，所以Ethane被業(yè)界普遍認為是SDN技術的起源與雛形理念。作為一種新興互聯(lián)網(wǎng)技術，SND經(jīng)過對網(wǎng)絡設施數(shù)據(jù)平面與控制平面的分離，將網(wǎng)絡控制與資源調(diào)度能力抽象為應用程序接口(API:ApplicationProgrammingInterface)，并將其提供給應用層，從而構建了可編程的、具有開放性的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，在對各種底層網(wǎng)絡資源虛擬化的前提下，能夠?qū)W(wǎng)絡進行集中的管理與控制。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡將控制系統(tǒng)嵌入到網(wǎng)絡設施中相對比，SDN能夠?qū)⒕W(wǎng)絡設施的控制能力集中到中央控制器，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)使得業(yè)務配置與網(wǎng)絡控制更加自動化、更加靈活。
3SDN體系架構與標準化進程
3.1SDN體系架構
從現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信路由交換設備設計上來看，它由控制、轉(zhuǎn)發(fā)和管理三個平面組成，從功能邏輯上進行3個不同層次的劃分，各負其責。其中控制層面需要支持的各種規(guī)范與協(xié)議，如IGP、BGP、Multi-Casting、QOS、TE、NAT、firewall、MPLS、等，已經(jīng)使得路由器的實現(xiàn)與設計流程都非常復雜。SDN目的就是把整個網(wǎng)絡的控制平面功能從傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備硬件中剝離出來，由單獨的服務器對網(wǎng)絡的集中控制和管理。軟件定義網(wǎng)絡體系結構圖，是ONF(OpenNetwork-ingFoundation:開放基金會)提出的SDN的典型構架，從上到下，SDN網(wǎng)絡體系構架包括應用層、控制層與基礎設備層3部分。其中應用層在上層，包含各種不同的應用與業(yè)務，控制層在中層，負責對網(wǎng)絡資源的調(diào)度作相應的處理，對狀態(tài)信息與網(wǎng)絡拓補作適當?shù)木S護，基礎設備層在下層，主要具有狀態(tài)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與處理功能。SDN有兩個關鍵的接口，分別是控制層與應用層之間的接口以及基礎設備層與控制層之間的接口，這兩個接口在SDN構架中占據(jù)十分重要的地位。其中，基礎設備層中的經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)設施與控制層中控制軟件之間的接口叫做控制數(shù)據(jù)面接口;應用層各個應用與控制層之間的接口叫做API接口;OpenFlow網(wǎng)絡主要由3個部分組成，分別是：OpenFlow協(xié)議、安全通道與OpenFlow交換由流表。OpenFlow交換接到報文數(shù)據(jù)后，第一步是對流表作相應的查找，找到對應匹配的轉(zhuǎn)發(fā)報文數(shù)據(jù)，并給出相關操作。如果沒有找到表項匹配，就把報文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制層中，讓控制器負責其下一步的轉(zhuǎn)發(fā)動作。控制器經(jīng)過OpenFlow協(xié)議來操作，并對OpenFlow交換中的流表作相應的更新，從而能夠集中對網(wǎng)絡流量進行控制與管理?？刂茖訉Φ讓踊ヂ?lián)網(wǎng)基礎資源作相應的抽象，為上層應用層提供全局的虛擬化視圖，完全通過軟件實現(xiàn)，脫離了網(wǎng)絡控制功能與硬件網(wǎng)絡設施之間的緊耦合捆綁?？刂茖訛閼脤犹峁┝司邆溟_放性的接口，能夠?qū)刂破鲌?zhí)行編程操作，來實現(xiàn)對應用的網(wǎng)絡流量以及各種流量模型的控制，從而方便網(wǎng)絡對流量的感知，促進互聯(lián)網(wǎng)智能化的實現(xiàn)。
3.2SDN架構的特征
從上述介紹中能夠看出，歸納總結起來，SDN應具備的3大特點：
(1)集中化控制：通過SDN的三層結構，控制器的集中控制可以獲取互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)的所有信息，并可以按照業(yè)務的實際需要對資源進行全局的優(yōu)化與配置，例如負載平衡、QOS、流量工程等。與此同時，整個互聯(lián)網(wǎng)通過集中控制功能能夠在邏輯層面被看做是由一臺網(wǎng)絡設施執(zhí)行維護與運行功能，不用到現(xiàn)場對物理設施作相應的配置，促進了網(wǎng)絡維護與控制方便性的全面提升。
(2)開放接口：通過北向與南向接口的開放，使得網(wǎng)絡能夠與各類業(yè)務需要無縫銜接，經(jīng)過開放接口人為靈活地使用編程的方式通知網(wǎng)絡怎樣工作才更能符合業(yè)務的需要，比如延遲、帶寬、服務類型、計費等對路由的影響等。同時，通過可編程接口，可以使得用戶自主對資源進行調(diào)用，對網(wǎng)絡業(yè)務進行開發(fā)，使得新業(yè)務的上線周期明顯縮短。
(3)網(wǎng)絡資源虛擬化：通過南向接口的開放，能夠?qū)Φ讓游锢磙D(zhuǎn)發(fā)設施間的差別進行屏蔽，使得底層網(wǎng)絡對上層應用具備較強的透明性。當物理網(wǎng)絡與邏輯網(wǎng)絡分離開后，邏輯網(wǎng)絡能夠按照實際業(yè)務的要求，在不受到物理設施所處位置的約束條件下進行遷移與配置。而且，邏輯網(wǎng)絡還能夠滿足用戶的網(wǎng)絡定制與多用戶的共享需要。SDN的轉(zhuǎn)發(fā)平面與控制平面的分離，使得把控制器從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)設施中抽離出來并集中控制有了可供參考的依據(jù)。南向接口理念(OpenFlow)的提出，使得底層網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)設施的集中控制與管理成為了可能。對上層應用來說，物理網(wǎng)絡具有透明化的特點。SDN的體系架構和多樣化的標準接口，未來會促進網(wǎng)絡能力更加方便地調(diào)用，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務也更容易的被創(chuàng)新。
3.3SDN標準化進程
ONF是推動SDN網(wǎng)絡規(guī)范化工作的國際組織之一。ONF標準組織為SDN體系規(guī)范化的首個接口就是OpenFlow，當前有關規(guī)范的定義已經(jīng)更新到了1.4版本。雖然ONF是制定SDN標準的主要組織，而牽涉到互聯(lián)網(wǎng)虛擬化規(guī)范制定的則是ETSINFV(NetworkFunctionVirtualization：網(wǎng)絡功能虛擬化)。而且，許多有關的規(guī)范化組織也都在大力進行SDN標準的制定，例如IETF(InternetEngineeringTaskForce：互聯(lián)網(wǎng)工程任務組)、ITU-T(ITU-TforITUTelecommunicationStan-dardizationSector：國際通信聯(lián)盟電信規(guī)范化組織)等。NFV主要是部署大量服務器，通過服務器的容量堆疊和虛擬化實現(xiàn)存儲容量的擴大，其目標是希望經(jīng)過采取行業(yè)內(nèi)標準的交換機、儲存、服務器以及規(guī)范化互聯(lián)網(wǎng)虛擬化技術所承載的軟件功能，確保能夠靈活地加載各種軟件，從而可以在用戶端、控制器以及數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)靈活的配置與部署，使得各種業(yè)務部署的復雜度與難度都得以顯著下降。IETF研究在傳統(tǒng)網(wǎng)絡各類協(xié)議的基礎上，在網(wǎng)絡層與應用層之間添加SDN插件來開展開放式能力的封裝，以對已有的各種IP網(wǎng)絡技術與路由協(xié)議進行重用與保留。ITU-T研究組是討論SDN構架與信令需求的探索工作，對SDN協(xié)議兼容性、消息的實現(xiàn)協(xié)議與機制、消息參考架構、消息需求等標準的制定，并將確保能夠與ONF制定的OF-CONFIG與OpenFlow協(xié)議具有較好的兼容性?？傮w來說，SDN目前雖然在市場上已經(jīng)開始了應用，但是各研究機構對SDN的研究標準還有待統(tǒng)一和未來進一步的完善發(fā)展。
4SDN技術在未來的發(fā)展
SDN將網(wǎng)絡底層的各類實體資源虛擬化--軟件可以實時地對SDN網(wǎng)絡中的轉(zhuǎn)發(fā)設備通過北向接口編程的方式進行重新定義和重寫，這個網(wǎng)絡只需要具備基本轉(zhuǎn)發(fā)功能的硬件設備就可以了，大大降低了網(wǎng)絡對設備各項功能的依賴程度;實現(xiàn)網(wǎng)絡控制集中化，業(yè)務配置虛擬化，設備硬件商品化，使得網(wǎng)絡的規(guī)模和性能迅速和靈活地擴充。SDN技術的興起在面臨眾多挑戰(zhàn)的同時，也帶來了很多發(fā)展機遇。SDN可擴展性的探索使得SDN具有深入發(fā)展的可能性，OpenFlow協(xié)議已經(jīng)成為SDN使用最為普遍的一種南向接口標準，但是該協(xié)議仍然不夠完善，版本仍然處于快速更新中。SDN的業(yè)界應用沒有一個統(tǒng)一詳細的技術協(xié)議標準，而且一些關鍵技術的研究突破還有待時日。SDN技術探索現(xiàn)在主要在如下幾點進行：
(1)SDN跨域通信與規(guī)模部署研究;
(2)傳統(tǒng)網(wǎng)絡與SDN共存問題研究;
(3)SDN在大數(shù)據(jù)應用與數(shù)據(jù)中心的研究;
(4)SDN網(wǎng)絡的安全以及控制器的熱備份等問題的研究;
(5)SDN與其他新型網(wǎng)絡架構融合的研究。
計算機網(wǎng)絡技術類論文范文篇三
《 智能變電站過程層網(wǎng)絡技術 》
1引言
隨著IEC61850變電站網(wǎng)絡與通信協(xié)議標準的發(fā)展和廣泛應用，智能變電站實現(xiàn)了全站信息的數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化以及信息共享標準化。IEC61850將智能變電站自動化系統(tǒng)從功能邏輯上分為變電站層、間隔層和過程層三層結構。過程層是智能變電站區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的特點之一，智能變電站的過程層是一次設備與二次設備的結合面，能夠更加有效地解決設備易受干擾、高低壓無法有效隔離、信息不能共享等缺點。但是由于智能變電站的信息數(shù)據(jù)量龐大，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴崟r性要求很高，過程層又大量應用了新設備、新技術，而相關設備和技術的運行業(yè)又不是很成熟，因此隨之產(chǎn)生的安全性和可靠性方面的問題不容忽視[2-3]。本文提出了幾種典型的過程層網(wǎng)絡構建方案，并結合實際案例分析研究了其中的關鍵性技術。
2過程層組網(wǎng)設計方案
2.1方案一
本方案又被稱為常規(guī)互感器方案，即是利用采集單元幫助常規(guī)互感器實現(xiàn)采樣值的數(shù)字化。下面以線路保護為例來進行說明。該方案的實現(xiàn)與傳統(tǒng)變電站的電纜連接方式相似，點對點采用光纜直連，其結構示意圖如圖1所示。整個過程層網(wǎng)絡的設計基于IEC61850標準，采集單元獨立配置是本方案的優(yōu)點，這方便后期工程進行改造，同時系統(tǒng)中的繼電保護裝置不必經(jīng)過交換機直接進行采樣，可通過GOOSE網(wǎng)絡直接跳斷路器，啟動斷路器失靈、重合閘。但是本方案有個缺點，就是增加了采集單元，這提高了過程層網(wǎng)絡的結構復雜度，同時常規(guī)電流互感器的飽和問題不易解決。
2.2方案二
本方案建立在IEC61850標準基礎上，電壓、電流互感器采用電子式。優(yōu)點是傳輸延時固定，由繼電保護裝置利用插值法對數(shù)據(jù)進行同步，可以不依賴于外部時鐘。采樣值和信息傳輸采用網(wǎng)絡模式，按電壓等級進行組網(wǎng)分類。本過程層組網(wǎng)方案采用IEEE1588或IRIG-B碼方式對時，所有的保護都要求配置主后備功能。另外有幾點需要說明的是，變壓器中性點的電流和間隙電流要并入相應側MU;跳母聯(lián)、分段斷路器及閉鎖備自投和啟動失靈等變壓器保護采用GOOSE網(wǎng)絡傳輸。本方案不需要交換機環(huán)節(jié)，也不依賴于同步對時信號，真正實現(xiàn)了變電站信息傳輸?shù)臄?shù)字化和功能的集成化，不足是由于繼電保護和合并單元都需要較多的網(wǎng)口，使得系統(tǒng)發(fā)熱量很大，并且需要大量的光纜和交換機。
2.3方案三
本方案采用IEC61850-9-2標準的100Mbit/s光線以太網(wǎng)采樣信息、GOOSE信息、IEEE1588精確時鐘協(xié)議，實現(xiàn)對時信息的同網(wǎng)傳輸，是一種三網(wǎng)合一結構。間隔層與過程層合并單元之間采用IEC61850-9-2標準，與智能終端的通信要遵循GOOSE通信協(xié)議。過程層的每個間隔需要單獨配置獨立交換機，而各間隔之間信息交換要通過主干網(wǎng)的交換機實現(xiàn)。這種組網(wǎng)方案能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享最大化，網(wǎng)絡結構簡單、經(jīng)濟，維護方便。
2.4方案三的驗證及效果分析
為了更進一步的驗證三網(wǎng)合一技術方案是否能滿足智能變電站安全、穩(wěn)定運行的需要，對該方案進行了多次專項測試。該變電站的220KV和11OkV的電子式互感器全部采用光纖數(shù)字量輸出的形式,其余全部采用電流、電壓一體化小信號模擬量輸出的形式。本站的過程網(wǎng)絡主要分為四個部分：
(1)22KV過程層網(wǎng)絡：220kV除主變高壓側外的所有間隔，采用雙星型拓撲結構;
(2)11OkV過程層網(wǎng)絡：110kV除主變中壓側外的所有間隔，采用單星型拓撲結構;
(3)#2、#3主變壓器過程層網(wǎng)絡：包含主變?nèi)齻燃氨倔w，采用雙星型拓撲結構;
(4)35KvGOOSE網(wǎng)絡，采用單星型拓撲結構。測試采用RTDS實時數(shù)字仿真儀模擬一次系統(tǒng)，所有二次設備，包括智能終端、合并單元、繼電保護保護裝置都要與實時數(shù)字仿真儀相連。過程層網(wǎng)絡按三網(wǎng)合一方案搭建，各間隔層配置獨立的間隔交換機，每個交換機首尾依次相連，構成了環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結構，采用千兆網(wǎng)口級聯(lián)的交換機實現(xiàn)了過程層網(wǎng)絡的信息共享。模擬實驗發(fā)現(xiàn)，當一次系統(tǒng)的母線發(fā)生故障時，信息報文經(jīng)由合并單元、多級交換機送達母線保護設備，母線保護設備根據(jù)對信息的處理，分析后判斷母線發(fā)生的情況，之后發(fā)送GOOSE報文給智能終端，由智能終端作出跳閘指令。多次類似的故障模擬實驗表明該系統(tǒng)的保護裝置的動作時間比較穩(wěn)定，IEEE1588對時應用以及GMRP組播協(xié)議的運行性能很好。在智能變電站采用三網(wǎng)合一技術方案，在正常負荷下能保證過程層網(wǎng)絡延時性能穩(wěn)定，千兆級聯(lián)的環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結構下，跳閘延時每經(jīng)過一級交換機網(wǎng)絡將會延時增加5μs的時間。而全部動作時間的長短由繼電保護的動作時間和智能終端的動作時間決定。另外在模擬實驗中發(fā)現(xiàn)，當IEEE1588報文駐留及鏈路延時的修正值出現(xiàn)與實際時間不一致的情況時，合并單元中的信息序號不連續(xù)，導致傳送到繼電保護裝置的報文丟失。為了解決則這一問題，研究專家組探討除了一套應對策略，試驗驗證切實可行，很好地解決了這一問題。總之，多次的模擬試驗結果有利證明證明，在實際的智能變電站過程網(wǎng)網(wǎng)絡中采用三網(wǎng)合一技術是可行的，交換機、合并單元、繼電保護裝置等設備能夠滿足三網(wǎng)合一方案的運行要求。
3結語
過程層網(wǎng)絡是智能變電站區(qū)別于常規(guī)變電站的特點之一，也是智能變電站的中樞神經(jīng)。它以采樣數(shù)字化、信息網(wǎng)絡化為基礎完成了變電站信息的網(wǎng)絡傳輸，是控制技術的一次質(zhì)的飛躍。本文列舉并分析了較為較典型的過程層組網(wǎng)方案，其中，三網(wǎng)合一組網(wǎng)方案采用SMV采樣信息、GOOSE網(wǎng)絡通信協(xié)議、IEEEl588對時信息共同組網(wǎng)的星形網(wǎng)絡模式，選用可靠性很高的網(wǎng)絡交換設備。采用基于IEC61439可顯著提高通信網(wǎng)絡可用度的PRP并行冗余技術方案，通過實際測試、現(xiàn)場檢驗證明，該方案符合變電站的技術規(guī)范，滿足變電站的安全穩(wěn)定的運行需求，可以簡化變電站的過程層網(wǎng)絡，最大程度地實現(xiàn)信息共享，同時運維管理方便，可在智能變電站中廣泛推廣應用。
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