引言

　　能源緊缺和環(huán)境污染成為世界高度關(guān)注問題。為實(shí)現(xiàn)低碳安源供應(yīng)，智能電網(wǎng)（Smart Grid）和分布式發(fā)電（Distributed Generation）技術(shù)被各國廣泛深入研究和支持。分布式能源定義：由下列發(fā)電系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或很近的地方發(fā)電（1）高效的利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能-生產(chǎn)熱和電（2）現(xiàn)場(chǎng)端的可再生能源系統(tǒng)（3）包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱以及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)歸為分布式能源系統(tǒng)，而不考慮這些項(xiàng)目的規(guī)模、燃料或技術(shù)，及該系統(tǒng)是否聯(lián)網(wǎng)等條件。分布式能源的先進(jìn)技術(shù)包括太陽能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)饫錈犭娙?lián)供等多種形式。

　　在智能電網(wǎng)中，眾多的二次設(shè)備利用電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)并入數(shù)據(jù)網(wǎng)中智能電網(wǎng)（smart power grids），就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為"電網(wǎng)2.0",它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵(lì)和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。在現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展過程中，各國結(jié)合其電力工業(yè)發(fā)展的具體情況，通過不同領(lǐng)域的研究和實(shí)踐，形成了各自的發(fā)展方向和技術(shù)路線，也反映出各國對(duì)未來電網(wǎng)發(fā)展模式的不同理解。近年來，隨著各種先進(jìn)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，智能化已經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，發(fā)展智能電網(wǎng)已在世界范圍內(nèi)形成共識(shí)。從技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的角度看，世界各國、各領(lǐng)域的、學(xué)者普遍認(rèn)同以下觀點(diǎn)：智能電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和能源電力技術(shù)相結(jié)合，并與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。

　　IETF（Internet Engineering Task Force）制定并提供的多標(biāo)記交換技術(shù)（Multiple ProtocolsLabel Switching , MPLS）標(biāo)準(zhǔn)，多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）是一種用于快速數(shù)據(jù)包交換和路由的體系，它為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量提供了目標(biāo)、路由、轉(zhuǎn)發(fā)和交換等能力。更特殊的是，它具有管理各種不同形式通信流的機(jī)制。MPLS 獨(dú)立于第二和第三層協(xié)議，諸如 ATM 和 IP.它提供了一種方式，將 IP 地址映射為簡(jiǎn)單的具有固定長度的標(biāo)簽，用于不同的包轉(zhuǎn)發(fā)和包交換技術(shù)。它是現(xiàn)有路由和交換協(xié)議的接口，如 IP、ATM、幀中繼、資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）、開放短路徑優(yōu)先（OSPF）等等。在 MPLS 中，數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在標(biāo)簽交換路徑（LSP）上。LSP 是每一個(gè)沿著從源端到終端的路徑上的結(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽序列。現(xiàn)今使用著一些標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議，如標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）、RSVP 或者建于路由協(xié)議之上的一些協(xié)議，如邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）及 OSPF.因?yàn)楣潭ㄩL度標(biāo)簽被插入每一個(gè)包或信元的開始處，并且可被硬件用來在兩個(gè)鏈接間快速交換包，所以使數(shù)據(jù)的快速交換成為可能。

　　但隨著各種二次設(shè)備的并網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)類型和數(shù)據(jù)量指數(shù)增漲，呈現(xiàn)泛在特性；微網(wǎng)依照供能需求而并網(wǎng)/孤島運(yùn)行使得整個(gè)智能電網(wǎng)具有動(dòng)態(tài)自組織特定；同時(shí)，智能控制需要獲取多類二次設(shè)備的型感知數(shù)據(jù)，綜合判斷決策。

　　動(dòng)態(tài)多播路由是多播通信特有的問題，因參與多播的組成員可以隨時(shí)加入或離開，使得通信成員具有動(dòng)態(tài)性。動(dòng)態(tài)性使得動(dòng)態(tài)多播路由問題比靜態(tài)多播路由優(yōu)化問題更難解決。MPLS 動(dòng)態(tài)多播模型的關(guān)鍵性技術(shù)包括標(biāo)記交換的發(fā)起方式、信令的選擇、多播路由協(xié)議行為對(duì)MPLS 多播實(shí)現(xiàn)技術(shù)的影響等。

　　1 相關(guān)問題分析

　　1.1 MPLS 和LDP 協(xié)議

　　MPLS 技術(shù)能夠很好的支持快速且保證QoS 服務(wù)的通信，現(xiàn)已成為電力數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)之一。其中標(biāo)簽分配協(xié)議（Label Distribution Protocol, LDP）對(duì)單播有很好的支持，基于轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（Forwarding Equivalence Class, FEC）對(duì)同類數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制消息流驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)。

　　1.2 MPLS 多播

　　多播是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信模式。隨著流媒體在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，多播應(yīng)用日益廣泛。同樣在智能電網(wǎng)中，不同類型分布式電源的間歇運(yùn)行和負(fù)荷變化需要靈活控制微網(wǎng)的接入或孤島運(yùn)行，控制指令的準(zhǔn)確傳輸則需要?jiǎng)討B(tài)多播機(jī)制保證。

　　動(dòng)態(tài)多播路由在極端情況下，可以在每次組成員變化后用靜態(tài)啟發(fā)式算法來重新運(yùn)算多播樹，但是這樣必將計(jì)算時(shí)間長、多播樹的重構(gòu)也會(huì)造成正在傳送的分組的丟失。因此一個(gè)理想的算法應(yīng)是能夠使得每次加入或離開事件后多播樹的變化、多播樹的費(fèi)用、而且每次更新事件的時(shí)間復(fù)雜度較低。

　　2 基于 PULL 技術(shù)的動(dòng)態(tài)多播成員加入機(jī)制

　　由上分析可見，LDP 協(xié)議并不適合于MPLS 動(dòng)態(tài)多播路由。在動(dòng)態(tài)多播中，一個(gè)上游LSR 可能有多個(gè)下游LSR.如果采用基于消息流的標(biāo)簽分配機(jī)制，當(dāng)有成員請(qǐng)求加入多播時(shí)，一個(gè)上游LSR 要向每個(gè)面向下游LSR 的輸出端口發(fā)送一個(gè)Label-Request 消息，而每個(gè)下游LSR 要向該上游LSR 發(fā)送一個(gè)Label-Mapping 消息作為響應(yīng)。由于這些下游LSR 是獨(dú)立進(jìn)行消息響應(yīng)，所以對(duì)同一類FEC 可能有多個(gè)不同的綁定，故該上游LSR 必須在收到的多個(gè)標(biāo)簽綁定中選擇其一。

　　因此，需要一種新的標(biāo)簽分配機(jī)制來適應(yīng)MPLS 對(duì)動(dòng)態(tài)多播的支持。當(dāng)新多播成員申請(qǐng)加入時(shí)，能夠有效的控制同一類FEC 標(biāo)記有效的分配，從而降低多播樹上控制消息流量，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

　　（1） 當(dāng)t 時(shí)刻成員組Gi 申請(qǐng)加入現(xiàn)有多播組，則發(fā)送多播加入請(qǐng)求報(bào)文APR.

　　（2） 依據(jù)網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議（如OSPF,BGP），每一個(gè)中間路由器轉(zhuǎn)發(fā)APR 到下一跳路由器，直到多播組中任一成員LSRi 接收到APR.

　　（3） 依據(jù)APR:FEC 查找標(biāo)記交換表，分配相應(yīng)的輸出標(biāo)記（OutLabel, OL），輸出端口（Out Interface, OIF ）即為APR 的輸入端口，并將此LST 增加到該LSRi 的標(biāo)簽交換表中。

　　LST 格式為：

　　FEC IIF IL OIF OL AT其中： FEC: （Forwarding Equivalence Class）該數(shù)據(jù)包所屬的前向轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類；IIF: （Input Interface） LSRi 對(duì)此類數(shù)據(jù)包的輸入端口；IL: （Input Label） 輸入標(biāo)簽；OIF: （Output Interface） 該LSRi 對(duì)此類數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)端口；OL: （Output Label） 輸出標(biāo)簽；AT: （Active Time） 此LST 所需保留時(shí)間。

　　LSRi 通過OIF 發(fā)送應(yīng)答消息APP,并初始化探測(cè)時(shí)間TTL.每個(gè)中間LSRj 檢查路由請(qǐng)求，作是否資源預(yù)留判斷：若是，配置LST 并壓入LSRj 的標(biāo)簽交換表中，轉(zhuǎn)發(fā)APP 到下一跳路由，直到G0;若拒絕，該LSR 發(fā)送Error 消息給G0 和LSRi,各中間LSRj 彈出相應(yīng)的LST 條目。

　　3 PULL 動(dòng)態(tài)多播成員加入實(shí)例和仿真

　　在典型分布式發(fā)電系統(tǒng)中配置基于MPLS 的電力通信網(wǎng)絡(luò)域，初始多播網(wǎng)絡(luò)群（S,G）有2 個(gè)接收工作組（多播組I 和多播組III）。現(xiàn)考慮30KW 風(fēng)機(jī)和部分負(fù)荷接入網(wǎng)絡(luò)。故需要通信網(wǎng)絡(luò)同步增加多播組II.

　　傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)多播成員加入機(jī)制，即基于上游標(biāo)記分發(fā)機(jī)制，主網(wǎng)解列點(diǎn)處路由器LSRDC首先需要為各空閑端口分配標(biāo)記，建立此FEC 的多個(gè)LST,并壓入LSRDC 的標(biāo)記交換表中；隨后將各新建標(biāo)記推向下游每個(gè)路由器LSRA/LSRB/LSRC,直至多播組II.當(dāng)下游路由器收到此類FEC 的標(biāo)記時(shí)，同樣需要建立對(duì)應(yīng)的LST,并刷新各自標(biāo)記交換表。

　　而 PULL 動(dòng)態(tài)多播成員加入機(jī)制是由多播組發(fā)起并發(fā)送多播加入請(qǐng)求APR,推向多播樹接入點(diǎn)LSRDC,所以各中間路由器LSRB 僅需為同一類FEC 分配單個(gè)LST 以完成LSP 建立。給出了新增多播組成員與所需LST 關(guān)系曲線。

　　4 結(jié)論

　　MPLS 技術(shù)被電力數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用，針對(duì)分布式能源并網(wǎng)運(yùn)行，如何更好的支持多播服務(wù)以成為目前研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)有動(dòng)態(tài)多播協(xié)議的成員加入多采用流入控制信息標(biāo)記觸發(fā)模式，即是一種"推"的方式，由上游LSR 截取來自下游LSR 輸入控制消息，從而觸發(fā)LDP 向下游發(fā)送標(biāo)記綁定請(qǐng)求。由于是上游LSR"推出"標(biāo)記綁定請(qǐng)求，所以需要對(duì)每個(gè)輸出端口分配OL,導(dǎo)致標(biāo)記的浪費(fèi)。

　　本文通過對(duì) MPLS 技術(shù)和現(xiàn)有的多播標(biāo)簽的分配機(jī)制的分析，提出了基于PULL 動(dòng)態(tài)多播成員加入?yún)f(xié)議采用流出控制信息觸發(fā)標(biāo)記分發(fā)，是"拉"的方式，當(dāng)下游LSR 向上游LSR 發(fā)出控制消息時(shí)，同時(shí)截獲輸出控制消息觸發(fā)LDP 向上游發(fā)送標(biāo)記綁定請(qǐng)求，OL 的僅分配給多播加入成員，有效控制了成員加入過程控制流量過大的問題，使MPLS 動(dòng)態(tài)多播具有很好的可擴(kuò)展性。新型多播組成員加入機(jī)制對(duì)分布式能源系統(tǒng)的智能可靠并網(wǎng)供能提供了實(shí)現(xiàn)可能。