本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)支持統(tǒng)一控制和靈活管理電力業(yè)務(wù)，進(jìn)一步提高電力行業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸效率和降低成本，實(shí)現(xiàn)可編程化軟件控制。另一方面，奈奎斯特超級(jí)信道符合大容量電力數(shù)據(jù)超高速傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)，是下一代(Tb/s量級(jí))高速電力數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的可靠選擇。

但是，目前對(duì)于支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)的研究比較少，特別針對(duì)該系統(tǒng)下電力數(shù)據(jù)流的路由，以及調(diào)制格式和頻隙分配方法的研究仍是空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)相關(guān)研究的空白，本發(fā)明提供一種支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)及方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)，包括客戶終端、一個(gè)集中式控制器和多個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的、帶有波長選擇開關(guān)的交換機(jī)以及交換機(jī)之間支持奈奎斯特超級(jí)信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌罚?/p>

所述的集中式控制器采用的是NOX；采用OpenvSwitch，結(jié)合KVM虛擬化平臺(tái)生成多個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)；

所述的集中式控制器與多個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的、帶有波長選擇開關(guān)的交換機(jī)建立連接關(guān)系，向各交換機(jī)發(fā)送消息要求，各交換機(jī)向其發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息，對(duì)各交換機(jī)的屬性進(jìn)行設(shè)置并刪除所有的流表項(xiàng)，根據(jù)交換機(jī)收集的鏈路信息，獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟约版溌飞细鱾€(gè)頻隙的狀態(tài)(占用或空閑)，根據(jù)用戶請(qǐng)求信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼版溌奉l隙狀態(tài)，通過OpenFlow協(xié)議為每條數(shù)據(jù)流建立路徑，并為此路徑分配恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)制格式以及連續(xù)頻隙，實(shí)現(xiàn)每條數(shù)據(jù)流在軟件定義奈奎斯特超級(jí)信道中的路由，以及調(diào)制格式和頻譜的分配；

所述的交換機(jī)與集中式控制器建立連接關(guān)系，將其物理特征和功能信息發(fā)送給集中式控制器，根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將鏈路信息發(fā)送給集中式控制器，將用戶的請(qǐng)求信息發(fā)送給集中式控制器；

所述交換機(jī)之間支持奈奎斯特超級(jí)信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌肪哂蠳個(gè)連續(xù)的頻隙，每個(gè)頻隙處于占用或空閑狀態(tài)。

一種支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)方法，所述的方法為支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流路由以及調(diào)制格式和頻譜的分配方法，包括以下步驟：

步驟一、集中式控制器與各支持OpenFlow協(xié)議的、帶有波長選擇開關(guān)的交換機(jī)之間協(xié)商雙方支持的OpenFlow協(xié)議版本，以建立連接關(guān)系；

步驟二、集中式控制器向各交換機(jī)發(fā)送消息要求各交換機(jī)向其發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息；

步驟三、各交換機(jī)響應(yīng)集中式控制器要求，向集中式控制器他們各自的物理特征和功能信息；

步驟四、集中式控制器對(duì)各交換機(jī)的屬性進(jìn)行設(shè)置；

步驟五、各交換機(jī)根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將鏈路信息發(fā)送給集中式控制器；

步驟六、根據(jù)交換機(jī)收集的鏈路信息，集中式控制器獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌奉l隙狀態(tài)信息；

步驟七、第一個(gè)收到用戶請(qǐng)求信息的交換機(jī)將其收到的用戶請(qǐng)求信息發(fā)送給集中式控制器；

步驟八、集中式控制器根據(jù)用戶請(qǐng)求信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以及鏈路頻隙狀態(tài)信息，以鏈路長度為權(quán)重，計(jì)算出K條備選最短路徑；并根據(jù)路徑長度為K條備選路徑分配各自的數(shù)據(jù)調(diào)制格式，從而完成它們的連續(xù)頻隙分配；從K條備選路徑中選擇一條最佳路徑，通過OpenFlow協(xié)議為用戶請(qǐng)求建立該條路徑，并分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)制格式和連續(xù)頻隙；

進(jìn)一步，在OpenFlow協(xié)議的Flow Mod消息中添加選取的路徑、出入端口、中心頻率、頻譜寬度和調(diào)制格式等信息，與步驟8所述的最佳路徑上的交換機(jī)進(jìn)行流表項(xiàng)匹配。

所述步驟八中最佳路徑的判據(jù)為：最佳路徑的頻譜分配結(jié)果能夠保證占用頻隙數(shù)最少、且使最大占用頻隙號(hào)最小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明將軟件定義網(wǎng)絡(luò)和奈奎斯特超級(jí)信道技術(shù)相結(jié)合，并有效應(yīng)用于大容量電力數(shù)據(jù)傳輸中。又針對(duì)支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)，提出一種數(shù)據(jù)流路由，以及調(diào)制格式和頻譜的分配方法，由此，以較短的控制器處理延遲，減少了占用的頻隙總數(shù)、從而提高了大容量電力數(shù)據(jù)傳輸頻譜資源的利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)施例示意圖；

圖2為本發(fā)明的支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流路由以及調(diào)制格式和頻譜的分配方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施方式的支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)控制器處理延遲示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施方式采用的數(shù)據(jù)流路由以及調(diào)制方式和頻隙分配方法與未考慮調(diào)制方式分配的方法的頻譜效率對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示為本發(fā)明的支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)施例，包括14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的、帶有波長選擇開關(guān)的交換機(jī)(0-13)以及一個(gè)外設(shè)的集中式控制器；其中，每個(gè)交換機(jī)均可負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收，模擬電力通信網(wǎng)中各子站之間的通信。其中，本實(shí)施例的集中式控制器采用的是NOX；采用OpenvSwitch，結(jié)合KVM虛擬化平臺(tái)生成14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)(0-13)；數(shù)據(jù)包的帶寬請(qǐng)求在[400Gbps,1Tbps]區(qū)間隨機(jī)選??；交換機(jī)之間的鏈路采用奈奎斯特超信道技術(shù)，共可支持100個(gè)連續(xù)頻隙；每個(gè)頻隙帶寬由選取的調(diào)制格式來決定，如16正交振幅調(diào)制(QAM)、8QAM、正交相移編碼(QPSK)，以及二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制格式下的頻隙帶寬分別為：50GHz，37.5GHz，25GHz和12.5GHz。

如圖2所示，本發(fā)明的支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流路由以及調(diào)制格式和頻譜的分配方法，包括如下步驟：

步驟一、集中式控制器與各支持OpenFlow協(xié)議的交換機(jī)之間協(xié)商雙方支持的OpenFlow協(xié)議版本，以建立連接關(guān)系；

本實(shí)施例的14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)向NOX控制器發(fā)送OPFT_HELLO消息；NOX控制器分別向14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)發(fā)送OPFT_HELLO消息，協(xié)商雙方支持的OpenFlow協(xié)議版本，建立起連接關(guān)系。

步驟二、集中式控制器向各交換機(jī)發(fā)送消息要求各交換機(jī)向其發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息；

本實(shí)施例中NOX控制器向14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)分別發(fā)送OPFT_FEATURES_REQUEST消息，要求各交換機(jī)向其發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息。

步驟三、各交換機(jī)響應(yīng)集中式控制器要求向集中式控制器發(fā)送他們各自的物理特征和功能信息；

本實(shí)施例的14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)向NOX控制器返回OPFT_FEATURES_REPLY消息，告知它們各自的物理特征和功能信息，例如，告訴控制器交換機(jī)有多少個(gè)流表和多少個(gè)端口，具備流表項(xiàng)統(tǒng)計(jì)、流表統(tǒng)計(jì)、端口統(tǒng)計(jì)、隊(duì)列統(tǒng)計(jì)等功能，支持哪些規(guī)則(如出入端口、中心頻率、頻譜寬度以及調(diào)制格式)和動(dòng)作等。

步驟四、集中式控制器對(duì)各交換機(jī)的屬性進(jìn)行設(shè)置；

本實(shí)施例中NOX控制器向14個(gè)支持OpenFlow協(xié)議的虛擬交換機(jī)分別發(fā)送OPFT_SET_CONFIG消息，對(duì)它們的屬性進(jìn)行設(shè)置，如設(shè)置數(shù)據(jù)包的最大長度為128字節(jié)。

步驟五、各交換機(jī)根據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議將鏈路信息發(fā)送給集中式控制器；

步驟六、根據(jù)交換機(jī)收集的鏈路信息，集中式控制器獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌奉l隙狀態(tài)信息；

步驟七、第一個(gè)收到用戶請(qǐng)求信息的交換機(jī)將其收到的用戶請(qǐng)求信息發(fā)送給集中式控制器；

步驟八、集中式控制器根據(jù)用戶請(qǐng)求信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌约版溌奉l隙狀態(tài)信息，以鏈路長度為權(quán)重，計(jì)算出K條備選最短路徑；并根據(jù)路徑長度為K條備選路徑分配各自的數(shù)據(jù)調(diào)制格式，從而完成它們的連續(xù)頻隙分配；從K條備選路徑中選擇一條最佳路徑，通過OpenFlow協(xié)議為用戶請(qǐng)求建立該條路徑，并分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)制格式和連續(xù)頻隙；

本實(shí)施例中K＝2。數(shù)據(jù)調(diào)制格式的分配遵循以下原則：16QAM分配給長度小于700公里的路徑；8QAM分配給長度在700～1500公里之間的路徑；QPSK分配給長度在1500～3000公里之間的路徑；BPSK分配給長度大于3000公里的路徑。

方法為：在OpenFlow協(xié)議的Flow Mod消息中添加選取的路徑、出入端口、中心頻率、頻譜寬度和調(diào)制格式等信息，用以與步驟8所述的最佳路徑上的交換機(jī)進(jìn)行流表項(xiàng)匹配。

所述步驟八中最佳路徑的判據(jù)為：最佳路徑的頻譜分配結(jié)果能夠保證占用頻隙數(shù)最少、且使最大占用頻隙號(hào)最小。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的支持大容量電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖x奈奎斯特系統(tǒng)控制器處理延遲示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例采用的數(shù)據(jù)流路由以及調(diào)制方式和頻隙分配方法與未考慮調(diào)制方式分配的方法的頻譜效率對(duì)比圖。

可以看出，本發(fā)明所提方法以較短的控制器處理延遲，減少了占用的頻隙總數(shù)、從而提高了大容量電力數(shù)據(jù)傳輸頻譜資源的利用率。

以上實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。上述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。