智能电网的网络通信架构及关键技术

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。（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（IPv6overLowPowerWPAN），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（TheIPforSmartObjectalliance），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。

来源：智能电网