摘要：电力通信网是全球能源互联网的重要支撑，是实现电网安全可靠运行的重要基石。边缘计算、软件定义网络（softwaredefinenetwork，SDN）等通信新技术逐步在电力通信网中应用，使得电力通信网所承载的业务更加多样化，进而对电力通信网提出了更高的需求。电力通信网由传输网、业务网以及支撑网组成。传输网和业务网共同构成业务承载的网络，传输网包括光缆、光通信系统等设备，业务网中的综合数据网为互联网协议（IP）数据包的主要传输网络。为了保证电力业务在网络出现故障时可以进行线路倒换，目前IP传输网大多通过快速重路由方式（FRR）进行故障恢复，在光网络中采用保护效率较低的“1+1”双路由或者双向线路倒换环（BLSR）等保护手段。由于不同层的保护手段相对独立且保护冗余度高，随着电力业务数量的上升，网络资源将会很快耗尽，降低了网络整体性能。为了提高电力通信网的保护效率，采用预置圈对电力业务进行保护，提高了光网络中的保护资源利用率。
关键词：电力通信网；网络编码；链路保护；跨层联合优化
引言
智能配电通信网具有承载业务与传送形式（如TDM业务的传送、分组业务传送和波分传送）丰富多样、多种技术混合应用且独立组网运行、点多面广和设备复杂等特点。现有传输网的大部分网络保护设备多采用1+1通道进行保护，这种保护方式会使可利用的通道资源不足，既有资源运用接近饱和。传统的网络结构大多采用点对点组网，其弊端会导致网络在网络管理、业务调度和自愈能力方面表现不足。现亟需一种新型的保护机制来确保传输业务的安全可靠。
1电力通信网层级架构及网络编码原理
1.1网络编码保护模型
网络编码是指在网络传输的过程中，传输的中间节点对多个业务信息流进行线性编码，网络编码增加了中间节点单次输出的信息量，进而提高网络整体性能。基于SDN实现了编码，奠定了本文在IP层编码链路保护的基础。同时，由于网络编码技术提高了网络的信息传输能力，在节点计算能力较强的网络中，可以利用网络编码技术完成对于链路故障的恢复。
1.2电力通信网分层模型
在电力通信网中，对于不需要专线传输的业务，信息传输上层采用IP网络，下层采用光传输网，在信息传输时，光网络设备根据IP层的业务请求需求来建立对应的光纤链路。本文将IP层设备视为逻辑拓扑中的节点，逻辑拓扑记为GL（VL，EL），VL和EL分别为逻辑拓扑中的节点和边，逻辑拓扑中的节点为在IP层传输的信息提供路由和转发，并且具备网络编码的能力；下层光传输设备视为物理拓扑中的节点，物理拓扑记为G（pVp，Ep），Vp和Ep分别为物理拓扑中的节点和边，物理拓扑中的节点为光网络中传输的信息提供中继和转发，通常为光网络中的设备。逻辑拓扑建立在物理拓扑之上，逻辑拓扑中的链路可能为物理拓扑中的链路，也可能为多条物理链路组成的路径，即物理拓扑中2个节点连通，逻辑拓扑中2个节点间存在中继链路连接。
目前，在为业务通道配置倒换路径的情况下，IP层和光传输层中的网络保护是相互独立的，即在光传输层中不包含任何IP层中路径保护的状态信息，所有的IP层业务请求都会被视为需要被保护。光传输层为IP层请求配置传输路径并为其配置保护路径以应对单一链路故障。在光传输层需要为业务通道的主用路由和备用路由同时配置保护路径，从而造成保护资源重叠，导致通信网中保护资源的大量冗余。
2基于网络编码的跨层保护方法
2.1编码处理
在进行数据传输和编码处理之前，首先在Mininet下使用ifconfig命令获取各主机的网卡信息。以h1作为服务器，h2、h3作为客户端，创建socket进行通信。
主机h1发送两个字符串，数据到达交换机s1处后，在s1直接调用编码程序对数据进行编码处理，然后将编码后的信息发送至目的节点，h2、h3接受到编码信息后进行解码。具体实例：从主机h1发送两个字符串数据“Vince”和“Tracy”，数据到达交换机s3处时，进行编码处理。
2.2构建拓扑
Mininet提供了两种构建网络拓扑的方法，一种是使用命令直接创建，例如：sudomn--controlremote,ip=192.168.1.102,port=6633，这是Mininet的默认拓扑创建命令（创建一个交换机和两个主机）。另一种是使用拓扑构建工具Miniedit方便快速地建立网络拓扑结构。首先，确定网络架构拓扑，然后在Linux终端进入到Miniedit，绘制“蝴蝶网络”拓扑图。
2.3CLPBNC跨层保护原理
随着网络的扁平化发展，智能IP控制和管理技术逐渐融入了光网络中，适用于光网络的IP层控制协议逐渐成熟，IP与光传输网深度融合使得统一的跨层保护成为可能。逻辑拓扑为上层IP网络，具备了良好的信息处理和计算能力，利用上层网络的计算能力完成对于信息的编码和解码；物理拓扑为网络的实际拓扑，由光纤、光中继器等光传输设备组成。在信息传输之前由控制平面统一为其配置保护通道，发生故障时沿预先配置的保护通道进行倒换，完成故障的恢复。
在电力通信网中，逻辑拓扑相当于变电站之间所构成的网络，物理拓扑为支撑变电站之间信息传输的光网络。为了实现跨层保护，需要确立2层之间的映射关系，将逻辑拓扑节点集合NL中随机选取2个节点映射至物理拓扑，在光网络中选取通道Lp将2个节点相连。若Lp存在，则在逻辑拓扑中将2个节点相连，建立逻辑拓扑中的连接，当所有节点完成上述过程，则建立了逻辑拓扑与实际拓扑的映射关系。
结语
本文研究了电力通信网中的跨层联合保护方法，提出了一种基于网络编码的跨层保护方法，为电力业务提供可靠的跨层联合保护。首先分析了电力通信网中跨层保护的模型，之后提出了基于网络编码的跨层保护方法，在上层充分利用节点计算能力，使用网络编码对链路进行保护，并分析下层保护的条件实现联合保护，最终达到提高保护效率的目的。未来可以考虑风险因素对于跨层保护的影响，对不同业务实现差异化的跨层联合保护优化。
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