智能电网的网络通信架构及关键技术(4)

5 分布式传感器网络

分布式传感器网络在智能电网中是大有用武之地的，它可以解决从电力系统远程监测、 状态感知、远程控制，到用户侧的实时计量和智能家居交互。分布式的传感器网络涵盖较为 宽泛的网络技术，但共同之处是设备基于嵌入式平台，计算资源有限，要求低能耗，数据量 不大，在不易布线的环境下需要无线传输等。目前流行的 TCP/IP 是为了计算机之间共享资源而提出的，而传感器网络则是面向监控 的，在工业网络中引入流行的 TCP/IP 和以太网技术，是为了从其开放性、高带宽、低成本、 建设和运维的简易性和扩展的灵活性等优点中获益。但同时也引入了过多的协议开销、分组 交换的不稳定性，以及开放所带来的安全隐患。特别是，在面向数据采集和控制的智能传感 器应用中，层层嵌套的协议首部在数据单元中所占比重过大，例如：常用的 TCP-〉IP-〉以 太网协议封装，带来额外 20+20+18=58 字节的协议首部，相对所发送的状态数据、控制数据 等比重过大，此外，层层的协议处理也带来额外的处理延时，这对于计算资源有限、低带宽、 低能耗的传感器网络来说是不可忽略的。

本文从网络通信协议栈的角度出发，把用于智能电网的智能结点分为两类： (1)需要端到端 IP 连接的设备：如变电站中的一些提供核心服务的 IED、智能家居中 的家庭网关等。这类智能结点通常作为 IP 网络中可访问的常规结点，需要完整的 TCP/IP 协 议栈，但可以采用轻量级的 IP 协议。(2)无需端到端IP传输的：如变电站中的现场层用于数据采集和控制的IED设备，智能 家居中的被控设备结点等。这些结点通常只对本地提供访问，因此MAC层的寻址和接入控制 功能就够用了，可采用精简的协议栈，将应用层直接映射到数据链路层，如图 2(b) 。

后者 的典型应用如IEC61850 中定义的具有低延时要求(1~4ms)的变电站事件通用对象GOOSE 报文 [3] 。 (a)完整协议栈模型 (b)精简协议栈模型 图2 智能结点的协议栈 在完整协议栈中，建议IP层选用IPv6 协议，以利用其带来的丰富的地址资源、自动编址能 力、硬件地址到IP地址的自动转换和简化的协议首部处理等优点。可以在嵌入式平台上采用简 化的IPv6 方案——6LowPAN (IPv6 over Low Power WPAN) ，这是针对无线传感器网络、无 [3] 线个人区域网络(WPAN)的IPv6 优化方案 。已有 27 个公司发起了针对智能对象联网的IP 标准协作组织——IPSO(The IP for Smart Object alliance) ，目前已有 45 个成员，包括Cisco、 SAP、SUN、Bosch、Intel等，该组织所提出的IPv6 协议栈?IPv6 可以和主流厂商的协议栈互 操作，轻量级的代码只需要 11.5kB的内存。 6 结论 高性能和高安全可靠的网络通信体系是智能电网的关键支撑平台，为了应对智能电网的 挑战，必须增强网络端到端的健壮性，本文针对这个需求，梳理了适用的网络技术体系，体 系覆盖了从网络核心和网络边缘的技术及其标准，文中所提出的骨干网业务隔离和流量工程 的部署策略，以及智能传感结点协议栈的实现模式，对智能电网通信平台的建设具有一定的 参考价值，在实践中，也还需要围绕具体的应用来选择实现方案并在具体实施中细化。