王 豐，趙國(guó)普，李?lèi)?ài)華，楊 耿，袁 睿

（湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430040）

受世界氣候變化、自然環(huán)境惡劣、傳統(tǒng)燃料供應(yīng)不足等一系列問(wèn)題的影響，全球能源格局不斷發(fā)生巨大而深遠(yuǎn)的變化[1]。近年來(lái)，我國(guó)多次明確提出對(duì)我國(guó)智能電網(wǎng)開(kāi)展發(fā)展教育的理念，并賦予其維護(hù)國(guó)家能源安全、促進(jìn)電能清潔有效利用、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等重大職責(zé)。智能電網(wǎng)已成為全球電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)。智能電網(wǎng)在傳統(tǒng)供電的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代信息通信技術(shù)，對(duì)發(fā)電、輸配電、用電等實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集和分析。電力公司已經(jīng)具有高度集成的信息框架有效地控制整個(gè)供電系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，需要進(jìn)一步面對(duì)一個(gè)根本性的挑戰(zhàn)：如何在電網(wǎng)的各個(gè)組成部分之間自由、安全地交換信息和數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，智能互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)開(kāi)放的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由若干個(gè)互聯(lián)網(wǎng)、可尋址和獨(dú)立的實(shí)體組成。本文中系統(tǒng)分析了國(guó)家電網(wǎng)集團(tuán)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的實(shí)際情況，指出IPv6技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)IPv6應(yīng)用和智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，闡述本公司的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為下一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供參考。

1 IPv6技術(shù)

1.1 定義

IPv6數(shù)字技術(shù)是在IPv4大技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的下一代IP協(xié)議，也是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的典型代表。與IPv4相比，IPv6地址包的內(nèi)容、管理、安全特性和服務(wù)都有顯著提升，這些特性的提升也為智能目標(biāo)網(wǎng)的建立提供良好的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠帶來(lái)更好的業(yè)務(wù)能力和特性。IP地址空間從32位到128位的飛躍是IPv6數(shù)字現(xiàn)代信息技術(shù)的主要發(fā)展特征，IP地址空間以幾何量級(jí)的增加也使得IP地址分配不再成為社會(huì)問(wèn)題，IPv6技術(shù)的表示也將從十進(jìn)制向十六進(jìn)制轉(zhuǎn)變。

隨著IP地址數(shù)量的幾何增長(zhǎng)，IP地址信息的分類(lèi)研究方法可能與傳統(tǒng)的IPv4技術(shù)不同，因?yàn)镮Pv6地址信息的分類(lèi)研究將適用于單播或組播，并且有不同類(lèi)型的地址可以隨意廣播。因此，IPv6包頭結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單，它消除IPv4技術(shù)中很少使用的域。此外，增加可選字段和包頭擴(kuò)展，由于包頭寬度固定，內(nèi)存的最大容量沒(méi)有應(yīng)用太多，導(dǎo)致內(nèi)存不足。因此，上述問(wèn)題有利于增加網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的最大吞吐量。

IPv6傳輸系統(tǒng)由基本報(bào)頭和擴(kuò)展傳輸組成。擴(kuò)展傳輸功能是可變的，但它有很大的靈活性，將來(lái)可以擴(kuò)展并添加新的選項(xiàng)，這大大提高IPv6的安全功能。同時(shí)，IPv6的網(wǎng)絡(luò)層還具有很好的抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的功能，尤其是在數(shù)據(jù)響應(yīng)中防止服務(wù)入侵和竊取威脅。同時(shí)，IPv6還可以利用鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制自動(dòng)為主機(jī)進(jìn)行接口位置。

1.2 特點(diǎn)

IPv6技術(shù)是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)工程的基礎(chǔ)任務(wù)群，是繼IPv4之后的下一代IP協(xié)議?；贗Pv4技術(shù)的IPv6的六大特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）地址空間最大化。IPv4的IP地址管理需要32位，所以它的公司地址是231-1。然而，隨著IPv6的地址長(zhǎng)度從32位到128位的變化和發(fā)展，其地址信息的數(shù)量已經(jīng)大大擴(kuò)展，有2128-1個(gè)公司地址。

（2）IPv6路由表的大小變小。IPv6地址的數(shù)量也呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。因?yàn)镮Pv6地址是根據(jù)集群原理分配的，所以路由器的路由表可以用記錄表示為子網(wǎng)。這種變化也可以節(jié)省路由器路由表的長(zhǎng)度，從而有效提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)率。

（3）增加自動(dòng)配置支持技術(shù)，主要采用DHCP的衍生技術(shù)，基本完成DHCP的改進(jìn)和發(fā)展。這一變化也促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理的便捷化和智能化。

（4）更高的安全性能。由于IPv6以保密的方式處理網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)，因此有必要對(duì)IP消息進(jìn)行校對(duì)和檢查。這些技術(shù)安排將大大提高網(wǎng)絡(luò)的安全性能。

2 國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)IPv6應(yīng)用分析

2.1 需求

電力系統(tǒng)涉及許多子系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)子系統(tǒng)都為其內(nèi)部數(shù)據(jù)交換制定特殊的規(guī)范。其中，研究數(shù)據(jù)交換規(guī)范又稱(chēng)為通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要是對(duì)不同的通信技術(shù)協(xié)議與不同的設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和交換。但這種協(xié)議本身并不適合相互通信，本質(zhì)上極易形成信息的“孤島”，難以跨系統(tǒng)進(jìn)行信息集成和交換[2]。

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)大量的智能終端用戶(hù)，如：電力變壓器、智能電表等。充分考慮不同用戶(hù)智能設(shè)備的數(shù)量和數(shù)據(jù)量，信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸和管理將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，一個(gè)高速、雙向、即時(shí)、全面的信息通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智慧供電的重要基石。

智能電網(wǎng)主要集中在通信技術(shù)領(lǐng)域的兩個(gè)方面：一是開(kāi)放的通信框架，為電源組件內(nèi)部的互聯(lián)互通建立“即插即用”的環(huán)境，再是統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，其能夠確保各種傳感器、智能電子設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)之間的無(wú)縫互通。

2.2 需求

除標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、快速測(cè)試應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)制定外，關(guān)注該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)于智能電網(wǎng)市場(chǎng)積極參與競(jìng)爭(zhēng)至關(guān)重要。以下標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用涉及IPv6技術(shù)的描述。其推廣應(yīng)用將極大地推動(dòng)IPv6技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。

IECPC 118智能電網(wǎng)由中國(guó)電網(wǎng)于2011年成立并投入使用，該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)也是IEC發(fā)展史上第一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)范圍涵蓋跨領(lǐng)域ISO、IEC、JTC1和ITU-T標(biāo)準(zhǔn)。

目前，在中國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本、韓國(guó)、印度等國(guó)專(zhuān)家的參與下，標(biāo)準(zhǔn)框架和標(biāo)準(zhǔn)范圍的初步研究工作已基本完成。其中，標(biāo)準(zhǔn)制定的重要對(duì)象是制定用戶(hù)側(cè)智能終端接入電網(wǎng)的各種信息通信接口標(biāo)準(zhǔn)，需要協(xié)調(diào)用戶(hù)側(cè)現(xiàn)有的大量智能家居和智能建筑通信協(xié)議，包括基于IP的通信協(xié)議和非IP的通信協(xié)議。天地互聯(lián)網(wǎng)與中國(guó)電信股份有限公司制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1888泛在綠色節(jié)能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用I P v6下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)節(jié)能低耗創(chuàng)新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 1888兼容BACnet等工控設(shè)備的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，支持太陽(yáng)能光伏、風(fēng)電設(shè)備的遠(yuǎn)程或分布式網(wǎng)絡(luò)管理，支持6LoWPAN、Wi-Fi等無(wú)線傳輸技術(shù)，通過(guò)廣域IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)國(guó)家統(tǒng)一的綠色節(jié)能網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)所有工業(yè)用能設(shè)備實(shí)施統(tǒng)一管理。在實(shí)際應(yīng)用中，IEEE 1888標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)廣域系統(tǒng)部署，將商業(yè)建筑、住宅建筑、工廠、數(shù)據(jù)中心、監(jiān)控中心、政務(wù)信息平臺(tái)等有機(jī)結(jié)合。形成一體化綠色節(jié)能體系。目前，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作正在ISO/IECJTC1中進(jìn)行。

2011年，思科有限公司發(fā)布國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)RFC6272智能電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，初步定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用，并以智能電網(wǎng)先進(jìn)測(cè)量基礎(chǔ)為例介紹網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。ISO/IECJTC1WG7傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組目前正在制定標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC30101智能電網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)接口。

系統(tǒng)描述智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)接口。目前，YONALWG21正在開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的IEC62746接口和通信協(xié)議，用于將系統(tǒng)連接到智能電網(wǎng)，主要滿(mǎn)足用戶(hù)能源管理系統(tǒng)接入智能電網(wǎng)開(kāi)展需求響應(yīng)等應(yīng)用的需求，描述基于X M PP的信息交換過(guò)程和內(nèi)容，定義系統(tǒng)架構(gòu)。對(duì)于I P v 6部署，關(guān)鍵的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包括R FC 494 4 Trans missi on of IPv6 Packets over、IEEE802.15.4 Networks、RFC5121 Trans missi on of IPv6 via the IPv6 ConvergenceSubLayerover IEEE802.16Networks、RFC6180 Guide lines for Using IPv6 Transiti on Mechansms during IPv6 De ploy ment等。

2.3 問(wèn)題

在實(shí)際公司運(yùn)營(yíng)的IPv4網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)IPv4具有一些先天能力缺陷，問(wèn)題主要包括：IP地址容量限制、被動(dòng)地址認(rèn)證帶來(lái)的IP地址偽裝、三角測(cè)量帶來(lái)的移動(dòng)性和安全性差、設(shè)置復(fù)雜、路由表膨脹、缺乏端到端服務(wù)模式等。以及大量的IPv6地址，要求電網(wǎng)中的每個(gè)用電設(shè)備都有一個(gè)IP地址。IPv6具有的特點(diǎn)有：數(shù)據(jù)傳輸效率高，速度快，網(wǎng)絡(luò)安全性和穩(wěn)定性高；通過(guò)嚴(yán)格規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)管理，可以保證互聯(lián)網(wǎng)的暢通；無(wú)狀態(tài)手動(dòng)地址分配允許新設(shè)備快速連接互聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)即插即用功能。IPv6的這些特點(diǎn)很好地適應(yīng)現(xiàn)代智能電網(wǎng)的通信要求，在該領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用和發(fā)展前景。

總的來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)中需要有針對(duì)性解決地問(wèn)題，主要包括：

（1）傳輸智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)等各種媒體信息，必須安全傳輸?shù)讲煌木W(wǎng)絡(luò)媒體，包括銅線、光纜和無(wú)線；快速獲取和分析大量數(shù)據(jù)，因此智能電網(wǎng)必須能夠分析大量數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)供電管理給出意見(jiàn)，這幾乎是實(shí)時(shí)的。

（2）隨著信息產(chǎn)業(yè)的變革和發(fā)展，科技的進(jìn)步，新一代硬件設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用，加速了智能電網(wǎng)的發(fā)展。新技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，能夠連接大量設(shè)備，智能電網(wǎng)架構(gòu)中全新的智能電子設(shè)備相互關(guān)聯(lián)，能夠?qū)崟r(shí)傳輸，傳輸數(shù)據(jù)從百萬(wàn)到上億不等，連接新智能電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量持續(xù)遞增[3]。

（3）保持安全可靠，保證網(wǎng)絡(luò)高速可用，增加數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全性，降低數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電網(wǎng)安全的危害。

（4）連接各種類(lèi)型的系統(tǒng)，因此智能電網(wǎng)公司需要能夠與各種硬件實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和信息數(shù)據(jù)交換，包括智能技術(shù)傳感器、家用電能計(jì)量?jī)x表和家用電器中的變壓器等。

（5）確保安全。因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)發(fā)展帶來(lái)的新技術(shù)和新服務(wù)也將成為暴力恐怖事件和網(wǎng)絡(luò)攻擊的重點(diǎn)目標(biāo)。從傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)發(fā)展智能電網(wǎng)，需要制定基本的安全策略和制度，以確保這一重要設(shè)施的安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，IPv6在國(guó)家電網(wǎng)內(nèi)具有顯著的應(yīng)用價(jià)值，下一步需要開(kāi)展大規(guī)模的部署，促進(jìn)IPv6商用，并與國(guó)際主流業(yè)務(wù)相通?！?/p>