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变电站综合信息传输中的网关流量管理实现
更新时间:2019-08-22 发布:www.1024sj.com

摘 要:为解决变电站综合信息传输中的流冲突问题,本文设计了基于Linux平台的网关流经管系统。文中分析了变电站综合信息营类型,提出依据各类信息的QoS(Quality)要求,对分歧的信息流规范其传输带宽和先级。系统论述了Linux平台的流经管机制,并给出变电站综合信息传输中的网关流经管的具体法式实现。经系统实测讲明,该网关流经管系统可以有用解决变电站综合信息传输中的流冲突问题。
  关头词:变电站综合信息传输Linux网关流经管

Gateway-basedflowmanagementrealizationforintegrativeinformation
transmissioninsubstation


ChenZheng,TuGuangyu,LuoYi


(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)

  Abstract:Inordertosolvetheproblemofflowscollisioninintegrativeinformationtransmissionofsubstation,thispaperproposesaLinux-basedflowsmanagementsystemingateway.Thetransmittedinformationtypesofsubstationareanalyzed,andtheinformationflowsmanagementsystemregulatesbandwidthandpriorityaccordingtotheQoSrequirementofinformationtransmitting.ThetheoryofLinux-basedflowsmanagementiselaborated,andtherealizationsofgatewaybasedflowsmanagementinintegrativeinformationtransmissionofsubstationareexplainedindetail.Alsotheprogrammingcodeisgiven.Thetestofrealsystemindicatesthattheproposedflowsmanagementsystemcaneffectivelysolvetheflowscollisioninintegrativeinformationtransmissionofsubstation.
  Keywords:substation;integrativeinformationtransmission;Linux;gateway;flowsmanagement



1引言
  在变电站信息一体化传输中,传统SCADA信息和各类新兴多媒体营信息、MIS信息等都基于统一平台上网传输。各类信息流的带宽和QoS要求各不不异,在综合传输中往往存在流冲突的问题。这对于变电站通讯中某些QoS要求刻薄的数据流而言是不能容忍的,是以必需建立有用的流经管体系体例实施流经管。
  现有变电站综合信息网络传输方案中很少斟酌流经管的问题,上网信息暴增造成网络流阻塞亦成为潜在隐患。本文针对若何解决这一问题,提出了基于Linux平台的网关流经管系统方案,其基来源根基理是:面向变电站综合信息传输网络中分歧类型信息营的传送带宽和QoS要求,经由过程Linux的TC(TrafficControl,流控制)来实现对各类营划定响应带宽,从而避免信息综合传输中的流冲突问题。在现实的网络架构中,网关是沟通内外网的枢纽,控制着所有网络数据流的传输,是以在网关机上添加流经管功能可以为简单有用地到达规范站内综合信息传输的目的。同时采用基于Linux实现的流经管系统具有以下势:
  1)Linux中的TC具有壮大的流经管功能,其性能可与级流经管系统媲美;
  2)Linux是完全免费同享的,可以勤俭投资成本;
  3)基于Linux的网关流经管系统实现简单,可以利便地嵌进现有变电站综合信息传输网络。

2变电站综合信息营分析
  建立变电站信息综合传输流经管系统,首先要对变电站的营类型进行分类,肯定分歧类型营的传送带宽和QoS要求等。今朝变电站中的信息营类型及其传输要求年夜致分类以下[3]
  1)数据营。主要包括SCADA系统数据和MIS类数据。SCADA数据流一般较小(300-800Kbps),可是靠得住性和实时性要求严酷;MIS类数据流的突发流很年夜(峰值可达4-6Mbps),但实时和靠得住性要求相对不高。
  2)视频营。无人值班变电站及其他视频监视,一般采用MEPG1尺度压缩时每路传输速度为1.5Mbps。这类营的特点是对网络时延及带宽均有较高要求。
  3)其他营:话音、信息检索、电子邮件、Web运用、可视图文、电子商务等。
  随着变电站中需要上网传输的信息越来越多,就不成避免地存在流冲突的问题。而且现今很多网络运用法式,多以爆发式进行数据传输,尤其是UDP类数据由于缺少有用流控制往往瞬时抢占年夜带宽。这类数据将对变电站中的某些重要数据流如SCADA数据等的传输发生很年夜的冲击,是以对其接纳有用的流经管措施势在必行。

3Linux系统的流经管实现原理
  Linux经由过程TC实现的带宽经管系统可以实现数据包分类、先级处置、带宽同享和输进/出流限制等功能。TC代码位于内核,分歧的功能块既能编译为模块,也能直接编进内核。经由过程用户级法式tc可完成与内核代码或模块的通讯和设置装备摆设。
  流经管系统包括两个基本单元:分类器(classfilters)和队列(queues)。分类器依据约定例则将数据流进行分类过滤,并将分类过滤后的数据包提交给队列;队列则收集流,然后决议是否先发送、延迟发送或抛弃。Linux提供的流控制系统实现原理如图1所示。

  TC中包括的分类器有多种:fwmark(防火墙标识)分类器、u32分类器、route分类器和RSVP分类器(rsvp和rsvp6划分用于IPV6、IPV4)等。fwmark分类器经由过程识别防火墙标识进行分类,支持使用Linuxnetfilter法式选择流;u32则允许依据任何包头(header)标识选择流,运用为普遍。
  类(class)是分类器凭据属性获得的数据包纠合,包括响应的数据流经管划定规矩。一个完整的类界说表述:来历于IP为192.168.1.8的数据包发送速度不能跨越1Mbps。
  队列可以看做流/数据保证理器,控制数据流的转发。主要的队列有:ClassBasedQueue(类基队列,简作CBQ),先级和CSZ(Clark-Shenker-Zhang)等。其中CBQ是一种超级队列,能够包括其它队列(甚至其它CBQ)。
  一些队列划定规矩可以绑定到类上,包括FIFO(进步前辈先出)、RED(随机早期探测)、SFQ(随机公允队列)和TokenBucket(令牌桶),默许的队列划定规矩是FIFO。另外CBQ、CSZ和先级也能用于类及子类。这讲明使用TC,可以轻松地实现很是复杂的流控制。经管类的队列划定规矩称为类队列划定规矩(classqueuingdisciplines)。类队列划定规矩经管该类的数据和队列,决议延迟、丢失落或重新分类它所经管的包。
  由于Linux的TC具有壮大的流经管功能,是以在变电站综合信息传输网中采用Linux实现流经管成为选。经由过程给分歧的数据营类赋予分歧的经管划定规矩,可以有用地解决综合信息的流冲突问题,保证高QoS品级的数据的传输带宽。

4变电站综合信息传输网的网关流经管实现
  典型变电站综合信息监控网络拓朴如图2所示,其中网关机作为站级局域网与SPDNet广域网的桥梁,控制着所有变电站综合信息的上传下发,常存在传输瓶颈问题。因而在网关机上接纳有用的流控制措施,是解决变电站综合信息传输中流经管问题的关头。

  在基于Linux平台的网关机流控制系统中,由于采用分歧的分类过滤器,可以有多种系统设计方案。本文主要计议两种分歧的分类器设计模式:一种是基于数据源IP分类的流经管,另外一种是基于营先级分类的流经管。
4.1基于分歧数据源分类的流经管实现
  在变电站综合信息监控LAN中,分歧的营类型往往有响应的服务器或工作站(如图2所示),是以经由过程区分分歧的数据源IP可以实现多种数据营的流经管。
  由图2所示的网络架构,假定网关机到SPDNet的带宽为10Mbps,站内数据营如表1所示:

  凭据表1分析,该网络中主要有三类数据营:SCADA数据、视频流和MIS类数据营。显而易见,由于总的带宽只有10Mbps,假设不接纳适当的流经管措施,峰值达4Mbps的MIS数据流必然会对SCADA类和多媒体类数据流发生冲击。是以必需为各类类型的营划定响应的流带宽,保证SCADA类数据的传输。
  挪用Linux的TC可以实现前述的流控制策略,依据数据源IP进行数据包分类,然后设定响应队列划定规矩进行包处置。具体的法式指令(部门)以下所示:

  #生成根类,设置装备摆设了eth1根(root)队列划定,类型为CBQ;带宽为10M,平均包年夜小为1000字节;eth1(202.114.22.221)是网关机毗连外网的网卡地址,eth0(192.168.1.1)毗连内网

  #生成SCADA数据类,分配800kbps的带宽,其实不允许跨越阀值

  #生成MIS及其他数据类,分配3Mbps的带宽,其实不允许跨越阀值
  在向内核提交建立的类以后,还有需要通知选用何种队列划定规矩内核若何经管类数据:

  #采用sfq(随机公允队列),消耗CPU资本较少,性能较好
  选用u32分类器,建立网络数据包和类的映照关系:

matchipsrc192.168.1.12flowid10:300
  以上法式段对变电站中的上传(出口)营带宽进行了分配,经由过程限制MIS类的数据传送带宽,保证了SCADA类和视频类数据的传输。为了实现更好的流控制效果,可以添加其他的队列划定规矩如令牌桶等,但往往会花费更多的CPU资本。另外,还可以模仿上述步骤分配下传带宽。
4.2基于营先级(TOS)分类的流经管实现
  由于经由过程u32分类器可以实现识别肆意标头的数据包分类,是以可以斟酌建立识别TOS字段的包分类模式。IP头中的TOS字段的高端3位用来标识服务类型,假定各类数据营终端均打上服务类型标识。例如:SCADA类数据服务级别为1,视频类数据服务级别为2,MIS及其他数据服务级别为3等。
  部门法式指令清单以下:

  三种类型数据营对应的服务类型标识划分为:0x20(1)、0x40(2)和0x60(3),则采用u32分类器可以设置以下数据包与类的映照关系:

  基于营先级(即TOS字段)分类的流经管模式,由于采用了面向营类型的分类尺度,更能有用地对变电站LAN中的综合信息传输进行流经管。可是,该模式实现的条件是各数据源端在发送时,对各数据营打上了营标识,即设定了TOS字段值。
4.3其他实现模式
  Linux的TC具有壮大的流经管功能,还有其他多种实现方式,如基于防火墙标识的fwmark分类器也是经常使用的模式。前述两种模式都是基于IP层信息来进行过滤分类的,事实上还可以经由过程对传输层的信息进行分类辨识,如辨识端口号的分类流经管等。总之,Linux的流经管系统可以凭据需要设置装备摆设出各类知足需求的复杂经管模式。

5系统运行测试
  在出口带宽为10Mbps的LAN上对基于分歧数据源分类的流经管模式进行了测试。实验中LAN内三个终端划分往远端发送三类营:预期发送速度划分为1.5Mbps(恒值)、5Mbps(恒值)和4Mbps(峰值),对应营类型为SCADA类数据、视频类数据和MIS类数据。接纳流经管措施前后现实传输速度如表2所示。

  经由过程实测数据对比,可以发现采用基于Linux平台网关的流经管系统可以显著地改善网络中流冲突的问题,提供给高QoS要求营以足够的传输带宽,保证了传输。

6结语
  本文针对现今变电站综合信息一体化传输的成长趋向,着重研究解决其中的各类类型信息营传输的流冲突问题。在分析Linux中的TC提供的壮大的流经管功能的根蒂根基上,设计了基于Linux平台网关实现的针对变电站综合信息传输的流经管系统。该流经管系统设计思绪简单,实施容易,可以普遍用于变电站综合信息传输领域。


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