第 1 章 绪论
1.1 选题背景及意义
按照国家电网（SG186）工程管理要求，生产 MIS 系统紧紧围绕安全和设备两大主题，对供电网的安全稳定运行起到至关重要的作用。营销 MIS 系统也减轻了相关业务人员的抄表负担，极大缩短管理人员的开票等时间。目前鄂尔多斯电业局已经形成以局信息机房为中心，上与集团公司相连接，下与各个单位（供电所等）相连接的信息网络。核心设备采用双 CISCO6509-E交换机、CISCO7606 路由器等，实现了百兆甚至千兆到桌面。电路现有近 150条，除极个别为 2x2M 数字电路外，其余均为 2M 带宽电路。但智能化电网建设的推进，网络承载业务呈指数级增加，接入点网络不断增加，实时网络视频业务不断推广，导致原二层网络架构问题也日益明显[2]，网络中不同时段大量数据包丢包现象时有发生，生产系统的视频监控、状态检修等对带宽需求大的业务又层出不穷，终端人员在使用各系统时速度普遍慢，经常出现响应不及时、卡壳等现象，严重影响了办公效率和对外服务形象[3]。因此，对鄂尔多斯电业局信息网络改造是极为必要的。根据统一健全智能电网的发展要求,针对通信信息支撑体系还存在信息化发展不平衡；进一步加强信息资源的集成和整合,信息系统的应用深度和实用化水平有待提高，配电侧和面向用户侧的通信网络资源不足,电力通信传输网络结构需要进一步优化，通信信息资源需要优化整合等各种问题，加强同步网的统一规划和建设,建立天地互备的广域时间同步系统，建设先进的电力通信网络系统，保障坚强智能电网的安全稳定运行，已是迫在眉睫。本文通过对鄂尔多斯市电业局信息网络进行升级改造和结构优化，着力解决改造现有网络基础架构薄弱、设备性能低、网络带宽低、网络时通时断及网络丢包和 IP 地址匮乏等问题，从而有效提高鄂尔多斯电业局办公效率和改善对外服务形象。
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1.2 国内外研究动态
Appanet 于 1960 年开始发展，历经数十年，已取得非常不错的成绩。信息网络的发展已从军方专用扩展到了学校和企业，当然，那时的一般人还是接触不到信息网络技术[4]。在 Appanet 网建成后，有人把它定义成一种集合：以相互共享资源（硬件、软件和数据）连接起来，且具有各自独立功能的集合[5]。随着信息网络技术的发展，以 TCP/IP 协议为核心的信息网络体系逐步形成[6-7]。该协议采用了无连接的分组交换技术，也是信息网络成功的主要技术原因[8]。到 20 世纪 90 年代，信息网络已经发展成一个“网中网”，下面的子网各负其责，构架运转。目前，信息网络已经渗透到世界的各个角落[9]。最近几年国外在电力信息网络建设中，特别注重配电信息网络系统的建设[10]。变电所自动化、远程抄表及用户负荷控制等功能在信息网络中的应用逐步增多。美国智能电网的研发工作主要集中在配电侧，其目标是向用户提供可参与、高品质、低成本、低排放的电力产品，这一产品被称为完美电力。美国能源部在芝加哥市伊利诺斯理工大学就完美电力的研发和工程建设进行试点，目的是建成一个智能化微网，即智能控制系统通过通讯层，协调本地分散电源和分部存储设备，以及 Com Ed 电网，共同满足由智能楼宇及 DR 技术进行优化处理的本地电力和热负荷需求，实现为用户提供完美电力的承诺。2008 年日本的大型电力公司中，利用信息网络建立的配电线（遇到故障时按一定顺序送出）自动功能在 41610 条（占总线路的 45.2%）线路中得以实现，2788 条（占 11.3%）完成了配电线开关的远程监控[11-14]。新加坡的供电信息网络系统主要采用 SCADA 系统，该系统可以解决网络冗余、响应不及时等供电网络问题，其规模已覆盖新加坡 4000 个变电所[15]。芬兰的电力配电公司利用信息网络覆盖了 85000 个用户，10 座 110/20k V变电所，1400 座 20/0.4k V 的配电变电所，但其建立的信息网络组网复杂，扩容性低[16]。
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第 2 章 网络现状与需求分析
2.1 网络现状
鄂尔多斯电业局是内蒙古电力（集团）有限责任公司直属的国家特大型供电企业，以建设运营鄂尔多斯地区电网为核心业务，承担鄂尔多斯市七个旗区（除准格尔旗）工农牧业生产及城乡 157.4 万居民生活供电任务[42]。鄂尔多斯电业局网内共有 500k V 变电站 4 座，220k V 变电站 27 座，110k V 变电站 66 座，110-220k V 输电线路 4436 公里，10-35k V 输配电线路 23823 公里，现已形成以500k V 为支撑、220k V 为骨干、110k V 为辐射的供电网络格局。目前鄂尔多斯电业局已建成了以局信息机房为核心，上联集团公司，下联各二级单位及各供电所、变电站等的信息网络。核心设备采用双 CISCO6509-E交换机、CISCO7606 路由器等，局调度大楼的网络环境状况良好，实现了百兆甚至千兆到桌面，但对于边远下级节点却显不足，体现在包括所有的局属220k V、110k V、35k V 变电站、供电所及 11 旗区分局等，除了极个别为 2x2M数字电路外，现共有近 150 条都为 2M 带宽电路。本次网络升级改造共涉及鄂尔多斯电业局 2 个 500k V 变电站，15 个 220k V变电站，40 个 110k V 变电站，10 个 35k V 变电站，7 个旗（区）供电局。各变电站或供电局名称如下：500k V 变电站：响沙、布日都；220k V 变电站：北郊、民安、达旗地区、康巴什、装备、杭锦、乌兰木伦、库布其、马莲、棋盘井、乌审、苏贝、图忽岱、无定河、马兰花；110k V 变电站：东郊、神山、越山、铁西、吉乐庆、高头窑、东胜中心、树林召、开发区、新奥、石尼召、城拐、陶尔斯、三垧梁、新辉陶瓷、天隆、青春山、阿镇、锡尼、塔然高勒、白音、青格里、林塔、布尔台、新街、马家塔、新庙、创业园、罕台、盘山、阿尔巴斯、乌兰、达镇、图克、纳林河、庙滩、上海庙、敖勒召、城川、昂素；35k V 变电站：商砼、华研、广场、三园、唐公沟、铜川、红海子、成陵、霍洛、红旗；7 个旗（区）供电局：东胜、达旗、伊旗、杭锦、鄂旗、乌审旗、前旗。
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2.2 现有网络存在的问题
随着智能化电网建设的大力推进，网络承载业务呈指数级增加,主要有生产MIS、营销收费业扩、计量远抄、财务经营、OA 办公综合管理以及其它应用系统等诸多业务系统，而生产系统的视频监控、状态检修等对带宽需求大的业务又层出不穷,终端人员在使用各系统时速度普遍慢，经常出现响应不及时、卡壳等现象，严重影响了办公效率和对外服务形象[43]。再有局里的人力资源远程视频培训系统开展，集团公司的 ERP 系统、一体化平台的实施都对鄂尔多斯局的信息化网络提出了更高的要求。图 2-2 为鄂尔多斯电业局网络拓扑图。2M 网络无法满足现有的带宽需求，为了更好的说明带宽的不足，我测试了 2M 的传输速率。测试方法选择下载服务器的一个测试压缩文件；测试时间为上午 10:00-11:00；测试软件为 360；测试结果分别为 48KB/s、39KB/s、42KB/s、15KB/s、32KB/s。网络改造目标网络带宽为百兆，结合网卡等硬件条件的制约，理论峰值为 10MB/s 左右。测试 2M 网络的同时也测试了调度大楼的百兆网络作为参照对比，调度大楼内的平均下载速度为 8-9MB/s 左右。对比应用系统的登录速度和打开页面的反应速度有着非常大的差距。
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第 3 章 网络升级改造方案.......... 11
3.1 鄂尔多斯市电业局网络升级改造规模及目标............. 11
3.2 鄂尔多斯市电业局网络升级改造设计方案....... 11
3.3 本章小结...... 22
第 4 章 基于三层交换技术的网络架构优化...........23
4.1 网络问题产生原因分析........... 23
4.2 网络优化任务及规模..... 24
4.3 网络优化设计方案......... 25
4.4 本章小结...... 37
第 5 章 结论......38
第 4 章 基于三层交换技术的网络架构优化
鄂尔多斯电业局变电站网络升级改造项目于 2015 年 9 月建设完毕，全网实现了百兆、千兆到桌面；所有的局属 220k V、110k V、35k V 变电站、供电所及11 旗区分局实现了千兆骨干互连；上联集团公司 155M[44]。扩容后的整体网络带宽大幅度提升，实现了双核心的网络架构，有效的提高了网络承载能力和核心网络的稳定性，为满足新增的业务系统提供了良好的网络基础,目前主要业务系统有生产 MIS、营销收费业扩、计量远抄、财务经营、OA 办公综合管理以及其它应用系统等，经过网络扩容后，生产系统的视频监控、状态检修等音视频数据也得到了广泛应用。网络改造中网络接入规模进一步扩大、带宽得以大幅度提升，网络结构沿用原二层网络架构，各个应用系统通过 VLAN 子网划分开，从而减小广播冲突域，扩容后的一段时间内运行比较稳定[45]。但随着鄂尔多斯市电业局业务的不断扩大，网络接入点增加，新型业务方式的推广力度加大，原有的二层网络架构已不能满足现在网络业务的需求，IP地址匮乏，网络数据丢包等现象经常发生，也制约了电业局下一步的网络信息化发展，因此针对所有变电站网络协议改造已经势在必行。
4.1 网络问题产生原因分析
变电站现有整体网络完全使用二层协议进行组网，此网络结构从行政管理的角度有较大优势（例如可以将不同地域的一个系统或一个应用划分在同一个网段内，有利于行政区分和管理）。由于各个 VLAN 网段（或应用）可以通过Trunk 进行传输，从而实现不同地域同一个 VLAN 网段（或应用）的传输和访问，但在正常业务数据传输的同时，病毒广播也可以通过 Trunk 传播，这就给各个汇聚节点的设备带来巨大的数据转发压力。随着整体网络规模的扩大，大部分广播报文也将在整网中进行传播，例如病毒泛洪广播，正常 arp 请求报文，生成树协议报文以及组播报文等。各种非必要的数据报文充斥在网络内部，大量的无用数据报文占据着大部分带宽，并将有用信息覆盖。由于目前网络规模较大，多个网络节点同时出现问题，因此当网络出现异常时即使利用数据抓包分析，也很难分析定位问题的所在，而且即便通过抓包找到发包的计算机，将个别设备断网临时解决问题，但当出现同样问题时目前的网络结构仍然完全没有预防方式，仍然需要通过大量的人为工作来分析判断问题，因此通过数据抓包分析问题是一种治标不治本的办法。同时，给运行维护、故障诊断工作带来巨大工作量，严重降低了运行维护团队的工作效率。
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结论
本文介绍了鄂尔多斯市电业局网络升级改造的研究背景与国内外网络发展的研究现状，指出了目前电业局网络存在的问题，并基于地域特征，结合预定目标，提出了鄂尔多斯市电业局网络升级改造和信息化建设的设计方案。本论文主要成果如下:（1）在国内外网络升级研究、应用等方面的基础上，指出了鄂尔多斯市电业局变电站网络和网络信息化存在的问题。（2）基于现有网络带宽低、基础架构薄弱、设备性能低、网络安全及冗余不足等问题，文章重点阐述了电业局变电站网络升级改造设计方案。（3）在鄂尔多斯电业局变电站网络升级改造的基础上，对电业局网络进行了优化设计，着力解决IP地址匮乏、数据包丢包等问题，同时也为电业局其它网络升级提供重要的参考资料。
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参考文献（略）