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數據通信網絡的主要特征范文1
關鍵詞：智能電網；概述
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
引言
隨著電力事業的發展，智能電網建設越來越受到人們的重視，本文就針對智能電網的幾個簡單概念加以概述。
一、智能電網的定義
智能電網是在現有電力基礎設施中嵌入計算機程序和雙向通訊技術的電力傳輸、分配網絡。智能電網使用感應、嵌入式處理器以及數字通訊技術來實現以下功能：可視化（能夠精確衡量并能夠通過肉眼觀測）；可控化（能夠實現人工操控和優化）；自動化（能夠自我適應和自我修復）；集成化（與現有系統完全兼容，同時還能接入其他類型能源的電力）。智能電網將為各種先進的低碳技術提供一個應用平臺。智能電網將嵌入式智能化通訊設備配置在電廠至終端用戶的連接線路上。到目前為止，智能電網的大多數討論集中在智能儀表和先進的計量設備上，這些設備被用來精確計量和傳送家庭或辦公用電數據。如果將智能儀表等同于智能電網，則會引發歧義。從整體角度來看，實際情況是：智能儀表只是電力傳輸網絡中的一個節點，用來計量和傳輸電力流量和質量數據。
二、智能電網系統的特點
智能電網系統具有以下五大特點：
1、.堅強的特點
當電網出現大的擾動與大的故障的時候，依然可以保證對于用戶的正常供電，也不會造成大面積的停電類事故；即使遭遇自然災害或者極端的氣候條件，甚至直接的外力破壞，這一系統依然可以保證整個電網的順利運轉；在電力信息的安全保障方面能力出色。
2.、自愈的特點
可以實現實時的與在線的，甚至連續性的安全評估與分析，具有很高的預警與防控的能力，還能做到故障診斷的自動化、故障隔離的自動化與系統自我恢復的自動化。
3、兼容的特點
可以允許可再生能源得以有序而合理地進行接入，并且能夠很好地適應分布式電源與微電網的接入，從而實現和用戶間的交互工作與高效互動的目的，最終使得用戶多樣化的電力需求得到滿意，并提供相應的增值服務。
4、經濟的特點
能夠支撐電力市場的正常運營與電力交易的順利開展，并實現合理配置資源，降低電網的損耗，提高能源的利用效率。
5、集成的特點
支持電網信息的高度集成化與共享化，使用統一化的平臺與模型來實現相關的標準化工作、規范化程序與精益化的管理。
三、構成智能電網的組成部分
智能電網在結構上，由數據采集、數據傳輸、信息集成、分析優化、信息展現五大部分組成。
1、數據采集部分
在實時的進行數據采集工作時，智能電網可以有效地擴展監視控制和數據采集系統(SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA)的數據采集的范圍與數量，并提高電網的“可視化”效果。智能電網的實時采集的數據主要涵蓋三方面的內容：電網運行的數據、設備狀態的數據與客戶計量的數據。
2、數據傳輸部分
在整個智能電網系統中，總是需要傳輸設備狀態的實時數據與客戶計量的大量數據。對如此龐大數據進行傳輸需要采用基于開放標準的數字通信網系統，也就是基于IP的實時數據的傳輸方式。具體進行基于IP的實時數據傳輸工作時，所有的后臺系統將會通過相關的訂閱方式來直接地獲取到所需的數據，這樣就能很大程度上減少數據通道的巨大壓力，防止在實時系統與管理系統間造成需要開發多個數據接口的問題，有助于實現實時數據的共享。
3、信息集成部分
需要集成的信息包括自動化系統的實時數據、電網公司內部管理應用系統產生的管理數據、外部應用系統數據。為了實現企業級的信息集成，需要建立企業信息集成總線，實現應用系統之間的數據流動，各應用系統的數據集成到統一的分析數據倉庫。
4、分析優化部分
分析優化是智能電網的核心內容，是電網智能化的根本體現，有利于支持電網企業的業務改進與創新。智能電網根據信息集成程度，將分析優化分為四個層次：實時事件、閾值、通知、屏幕顯示、郵件、傳呼；指標計算、趨勢分析；數據分析、事件的實時或事后診斷處理、數據挖掘；高級優化、業務建模和規劃、決策支持。
5、信息展現部分
通過門戶系統，能夠從多個數據源獲取數據，將經過分析優化處理后的信息，以用戶定制的門戶和儀表盤方式呈現給用戶。
四、智能電網的關鍵技術發展
（一）智能電網的關鍵技術
智能電網關鍵技術主要包括：分布式能源的智能管理系統、先進監控軟件和輔助決策體系、高度集成的開放式通信系統、新型的電網元件技術、高級的職能儀表體系和需求側管理。
1、分布式能源的智能管理系統
分布式能源是比單純的分散式電源，即單純的聯合循環電站，更高效的系統。分布式能源是智能電網天然的合作伙伴，因為它不僅能夠保障大電網的安全，而且具有強大的調峰功能。分布式能源主要特征有三點：一是靠近需求，以用戶自用為主，避免能源的遠距離傳輸，通常接入低壓配電網。二是節能環保，能效高（天然氣冷熱電三聯供能效達到70%以上）。三是裝機規模小，裝機容量通常為千瓦級、兆瓦級。概括起來就是“高能效、低排放、小型化”，其中自用為主、就近消費是分布式能源最本質的特征。其關鍵技術包括：分布式能源的運行管理優化、分布式能源的接入標準和規劃方案、新的保護方法和技術、分布式能源微網(MicroGrid)接入大電網技術。
2、高質量的監控軟件與高質量的輔決策體系
現今實施電網監控時，通常會使用名為EMSSCADA系統的軟件和它的擴展功能。這樣進行數據采集時，速度會比較慢，采集的信息容量也很有限，并且在線進行分析的能力也較差、是很難正確預測出電網的運行趨勢的、所以實際控制運行時依然有借助人腦的經驗。因此這種落后的處理方式已經無法適應現今復雜多變的電力系統的工作實際了。
然而智能電網的研發成功，卻可以全面地監控到電網內的全部節點情況、線路情況與設備情況，使用最先進的計算機的優化算法，來采集數據、組織數據與分析電網中的海量數據，并且可以在這樣的基礎之上建立其相應的輔助決策系統，為相關操作人員提供最佳的解決方案，進而實現整體電網的實時的動態管理工作。其中關鍵的技術包括有：分布式與集中式監控系統相結合、多系統MAS(Multi-AgentSystem)、高級的可視化界面和運行決策支持、電力系統運行趨勢的預測。
3、高度集成的開放式通信系統
為了能夠更好地保證實時監視與控制電網的正常運行，清晰地掌握電網的狀態，預防事故的出現與及時地清除相關故障，智能電網還應當具有高速的、雙向的數字化的通信系統。遍布在整個電網的通信設備把信息在各種測量裝置、控制設備和執行元件之間進行相互的傳遞，來保證電網安全、可靠、經濟地運行。其關鍵技術包括：開放式的數據通信、完備的通信標準、數據通信網絡與智能設備的高度集成。
4、新型的電網元件技術
智能電網要廣泛應用先進的設備技術，極大地提高輸配電系統的性能。新材料、超導、儲能、電力電子和微電子技術方面的最新研究成果將被允許運用到未來智能電網的設備中，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質量以及電力生產的效率。未來智能電網將主要應用三個方面的先進技術：電力電子技術、超導技術以及大容量儲能技術。通過采用新技術和在電網和負荷特性之間尋求最佳的平衡點來提高電能質量。通過應用和改造各種各樣的先進設備，來提高電網輸送容量和可靠性，如基于電力電子技術和新型導體技術的設備。配電系統中要引進許多新的儲能設備和電源，同時要利用新的網絡結構，如微電網。
5、高級的智能儀表體系和需求側管理
除了預付費和準確計量、數據統計等基本功能外，高智能電能表的廣泛應用，能夠把我們帶入一個嶄新的智能化生活空間，一個家庭安裝智能電表后，該智能電表會自動讀取這個家庭所使用的所有的電器信息，使電表和電器之間能夠實現數據通信和實時信息交換。智能電表和家電實現互聯之后，就會出現雙向的信息交流，智能電表首先自動讀取每個電器的用電信息，然后將讀取的信息傳給變電站，變電站再繼續把信息傳給電力公司的數據通信中心。電力公司與用電家庭之間的信息也是雙向通信的，電力公司掌握了終端用戶的電力使用情況后，根據電力供應和需求之間的情況采取行動，做出適當調節。關鍵技術包括：海量電網數據信息采集，優化供電可靠性和資產管理；智能儀表用電量實時計價，不同時段電價計價；系統故障快速檢測；電力系統設備評估等。
（二）智能電網的關鍵器件
智能電網仍處于初期起步階段，重點集中在量測技術、通信技術、電子設備和控制設備上。
結束語
綜上所述，智能電網擁有著其他系統無法比擬的優點。因此，我們有理由相信智能電網將會讓我們的生活變得更加便利、安全。
參考文獻
[1]田世明,王蓓蓓,張晶.智能電網條件下的需求響應關鍵技術[J].中國電機工程學報,2014,(22).
數據通信網絡的主要特征范文2
關鍵詞：下一代網絡；向量網；向量網硬件交換機；NetFPGA
中圖分類號：TP393.0 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.07.033
本文著錄格式：[1]及曉萌，梁滿貴.一種向量網可編程交換機實現[J].軟件，2013，34（7）：95-99
0 引言
傳統網絡體系結構[1]主要特征是開放和互連，采用層次化結構，遵循端到端原則，簡化了網絡協議的模型和網絡的復雜性，使不同的網絡系統可以方便的相互連接，在較短時間內成功構建了全球性網絡。但是隨著新的應用層出不窮，傳統網絡體系漸漸暴露出不足，例如不能保證QOS，安全性差和擴展性差等。在此背景下，提出了一種新型網絡體系——向量網[2，3]，它對應著OSI七層網絡模型的第三層—網絡層，采用數據面與控制面分離的方式。與ATM網和IP網相比，向量網具有支持QOS，安全性好、無限擴展和交換設備簡單等優點。
向量網硬件交換機是組建向量網重要的硬件設備，承擔著轉發向量網數據包的作用，其功能可與IP網路由器對比。不同的是，向量網路由部分[4]由控制面負責，交換部分由數據面負責，所以交換機并不承擔搜集和維護路由信息的工作，交換過程也不需要查找路由表，這樣大大減少了網絡交換設備的復雜性，降低了交換設備的成本。在一個網絡體系中，轉發設備的基數最大[3]，所以有效的降低轉發設備的成本對于降低組網的成本有重要的意義。
論文提出一種基于以太網端口的向量網硬件交換機設計方案，在NetFPGA平臺下采用Verilog語言編程實現，并通過觀察該方案所占用資源的數量，選擇合適的FPGA芯片，驗證向量網交換設備簡單、成本低的特點。
1 向量網體系
1.1 向量地址和向量交換
向量地址[5]（Vector address，簡稱Va）依據數據傳輸路徑方向上的信源設備（A）和轉發設備（E、I、F）的輸出端口名進行編碼，每個輸出端口名作為一個分量地址，這些分量地址依據路徑方向次序組成一個序列。如圖1所示，信源設備A向信宿設備C發送向量網數據包，序列的第一個分量地址是信源設備A及其輸出端口號：A1；第二個分量地址是第一個轉發設備E及其輸出端口號：E2；第三個分量地址是第二個轉發設備I及其輸出端口號：I3；最后一個分量地址則是最后一個轉發設備F及其輸出端口號：F2。得到的序列{A1，E2，I3，F2}就是向量網絡地址編碼結果，即信源設備A向信宿設備C傳輸數據的向量網絡地址，簡化表示為{1，2，3，2}，為了更有效表示向量地址，需要進一步表示成2進制。
向量交換[2]是向量網硬件交換機最主要的功能。向量交換的過程如圖3，當交換機收到一個向量網數據包時，首先要分離出分量地址，即當前轉發操作輸出端口號，記為To，然后修改向量地址，把To從向量地址中刪除，并以0補齊（填充位的0位達到8位則刪除該字節），最后將修改后的數據包從轉發到To。
1.3 向量網與以太網融合
IP網是由以太網承載實現的，參考這一方式，用以太網實現向量網子網[8]，使以太網成為向量網的一部分，這樣可以保留現有的以太網交換機來部署向量網，實現以太網和向量網融合。圖5是一個簡單的網絡模型，E1、E2、E3、E4代表終端，SW1代表以太網交換機，它們共同組成局域網LAN1，同理，端系統E5、E6、E7、E8和SW2組成局域網LAN2。如果是IP網，則R代表IP網路由器，LAN1、LAN2和R共同組成IP子網；同理向量網，R則代表向量網硬件交換機，LAN1、LAN2和R共同組成向量網子網。
2 向量網硬件交換機設計
2.1 系統架構
圖6給出了4端口向量網硬件交換機設計的系統架構。主要分成四個模塊，向量數據包到達硬件交換機端口后，首先進入解析地址模塊，從數據包中提取向量地址并解析，找到本次轉發的分量地址，并修改填充位，然后整個數據包進入FIFO中緩存，等待發送。其次是調度模塊，調度模塊采用CPU實現，即通過硬件模擬一個CPU，功能是實現4個端口的調度，建立交換陣列。最后是輸出模塊，確定要發送的向量數據包后，由相應端口的輸出部分進行輸出。
2.2 解析向量地址模塊
采用流水線的方式解析向量地址。向量網硬件交換機是基于以太網端口設計的，所以收到的數據包首先封裝的是以太網包頭，其次才是向量網數據部分。所以交換機收到數據包之后，首先跳過以太網包頭，然后進入向量網數據部分進行解析。
如圖7所示，解析模塊采用寄存器流水線的方式。每當時鐘到來時，數據就從當前寄存器流入到下一個寄存器，同時，Reg_0讀入新的值，并輸出當前Reg_4的值到FIFO。表1是解析向量地址的過程，左邊代表時鐘信號，右邊表示該時鐘內流水線上寄存器的變化。
2.4 調度CPU模塊
數據包緩存到FIFO模塊之后，觸發CPU執行調度程序，決定當前由哪個輸入端口緩存的數據輸出到相應的輸出端口。
CPU由Xilinx提供的工具PicoBlaze實現，Picoblaze提供49個不同指令，16個寄存器（CPLD為8個），256 個直接或間接的可設定地址的端口，1個可屏蔽的、速率為35MIPS 的中斷。它的性能超過了傳統獨立元器件組成的微處理器，而且成本低，圖9為PicoBlaze內部模塊圖：
CPU的主要功能是以輸出端口為主體依次掃描，并建立交換陣列。例如，檢查是否有發送到0端口的數據，則依次掃描4個輸入端口，如果有且0端口空閑，則開始傳輸；否則，檢查是否有發送到1端口的數據，以此類推。
CPU線程有兩個狀態：空閑態和掃描態。如圖10所示，當CPU處于空閑態時，若此時有數據包等待發送或者某一端口的數據包輸出完畢，則觸發CPU進入掃描狀態；反之，若CPU此時處于掃描態，當掃描到數據包可以發送到相應的輸出端口或者輸出端口忙此時不能發送時，CPU進入空閑態。例如，當掃描到有數據包要發送到0端口且0端口此時空閑，則CPU發出指令開始傳送，數據包從該端口的FIFO經過輸出模塊打包輸出到0端口；若0端口此時忙，則掃描1端口，4個端口均掃描完畢后，CPU進入空閑態等待輸出端口輸出完畢。
2.5 輸出模塊
輸出模塊主要功能是打包以太網包頭，發送數據，并計算CRC（Cyclic Redundancy Check）。
因為當前設計的向量網硬件交換機是基于以太網端口的，所以輸出FIFO中存儲的向量網數據之前，首先要打包以太網包頭。以太網包頭包括：目的MAC地址—DMAC，6個字節；源MAC地址—SMAC，6個字節；類型字段—TYPE，2個字節，共14字節。為了讀取方便，每個端口設計一個分布式RAM，存儲以太網包頭信息。
RAM采用Xilinx提供IP核Distrbiute RAM實現，每個端口建立一個16byte大小的RAM，存儲該端口的以太網包頭信息。向量網設計了專門的向量網ARP協議[8]，規定了以太網包頭的值，在交換機接入到一個向量網子網的時候，該子網內部的組長會首先向該交換機發出一個信令，規定以太網包頭部分的值。交換機收到這個信令之后，按照規定，把以太網包頭部分寫入RAM中。
當CPU發出信號，某一輸入端口的數據向其輸出端口進行發送時，輸出模塊首先讀入當前輸出端口RAM中存儲的以太網包頭的值發出，然后從當前輸入端口的FIFO中讀取向量網數據依次發出，在這個過程中同時計算CRC的值，在向量網數據發送完成后，發送4個字節的CRC字段。
3 實驗說明
3.1 NetFPGA平臺
NetFPGA[9]是一個低成本可重用的硬件平臺，把FPGA的可配置特性帶入了網絡通信領域，非常方便的使研究人員或者高校學生搭建一個高速的網絡系統，為更多的研究人員研究下一代網絡提供一個開放的平臺。NetFPGA是一個PCI插卡，可以安裝在任何具有標準PCI槽的計算機上。NetFPGA開發板如圖11所示：
NetFPGA是一個全世界開發人員可采用的開放式平臺，有多個參考設計：IPV4路由器、以太網交換機和4端口的網卡等。這就使得開發人員可以修改這些參考設計來開發自己的網絡設備，而不必從頭開始編寫，只需要在參考設計的基礎上添加自己修改的模塊即可。
向量網硬件交換機參考了IPV4路由器的設計，在原設計的基礎上，僅保留了GMII接口部分，舍棄IPV4路由器數據交換的部分，替換為上述向量網交換設計，然后經仿真調試，綜合成.bit文件下載到NetFPGA開發板上。
實驗環境如圖12，NetFPGA開發板的4個端口依次連接到一臺PC機上，中間插入NetFPGA板卡的PC0充當向量網硬件交換機。
3.2 實驗結果
實驗結果如圖13所示，在PC終端利用Wireshark抓包軟件抓包進行分析，可以看到，經一側終端發送向量網數據包，經向量網硬件交換機轉發之后，可以正確的到達目的終端，并且向量網地址修改正確。
實驗結果發現，該方案只占用了10%左右NetFPGA上Xilinx Virtex-II Pro 50的芯片資源，改用Xilinx Spartan-3A系列的XC3S1400A芯片仿真時，也可以滿足上述功能要求。由此證明，脫離PC機的向量網硬件交換機只需要XC3S1400A芯片和其它網絡接口設備等，不需要外部存儲芯片，且端口速度可達1Gbps，而成本只在幾十元，遠低于同等性能IP網路由器，降低了組網成本。
4 結論
本文給出一種基于以太網端口的向量網硬件交換機設計方案，在NetFPGA平臺實現，同時得出NetFPGA芯片資源使用情況，選取了更小型成本更低的FPGA芯片，體現出向量網交換設備簡單、組網成本低的優勢，也為進一步實現脫離PC機的向量網硬件交換機做準備。
參考文獻
[1]WANG Ji-Lu. Review of next generation network architecture.In： Internet Technology and Applications （iTAP）， 2011 International Conference ，Wuhan， China，2011.
[2] Mangui Liang，Jinxin Zhang，Shujuan Wang. A new network based on Vector Address[A]. Wireless， Mobile and Multimedia Networks （ICWMMN 2008）， IET 2nd International Conference[C]， Beijing，2008
[3]Jinxin Zhang， Mangui Liang.The third kind of communication network.ICFCC， 2010， vol.2， no.， pp.V2-764-V2-768， 21-24 May 2010.
[4] Jinxin Zhang and Mangui Liang.A Hierarchical Networking Architecture Based on New Switching Address.in ICAIT 2008
[5]梁滿貴. 一種向量網絡地質編碼方法[P]. 中國發明專利200610089302.6，2006.11.22.
[6]梁滿貴，趙阿群.一種向量包定義及其實現方法[p].中國發明專利200910238387.3，2009.12.03
[7]趙阿群，梁滿貴，廉松海，郭簫銘.向量地址平均長度研究[J].高技術通訊，2011， 21（12）
