趙一辰，余競航

（國網江蘇省電力有限公司信息通信分公司，南京 210024）

0 引言

為緩解云計算中心存在的網絡計算壓力和滿足用戶對業(yè)務的體驗需求，邊緣計算方案日漸成熟［1-2］。通過在本地部署具有一定算力的邊緣計算設備，可以為用戶提供實時性需求反饋，處理部分任務，但在某些情況下仍需要強算力支撐，例如邊緣智能設備對故障巡檢，因算力限制可能會對一些罕見故障產生誤判，此時便可以借助云計算平臺的算力，進行精確判斷［3-4］。實現云邊協同的關鍵在于如何有效、統一地管理、協調云邊網絡的各種資源，并且體現全局的控制和開放屬性，靈活開發(fā)可編程的SDN 網絡被認為是實現云邊協同的有效途徑［5-6］。

1 基礎理論

隨著物聯網和5G 技術的高速發(fā)展，電力行業(yè)加快新型電力系統建設，越來越多的邊緣終端設備接入到復雜網絡，如電力公司的用電信息采集系統和各類設備巡檢系統，均需要大量的數據交互來支撐，采集的數據量呈指數遞增［7］。云數據中心提供了超強的計算和存儲能力，但是針對瞬時大數據量的計算場景，由于網絡帶寬和處理能力的上限，云數據中心的處理速度很難達到實時性［8］。邊緣計算作為云計算的延伸和補充，通過邊緣計算和云計算的協同工作，有效解決實時性的問題［9-10］。

2 框架設計

基于SDN 的云邊協同在電力行業(yè)的框架主要包括云邊協同架構設計、云邊協同系統、云邊組網等相關內容。

2.1 架構設計

核心云計算中心和邊緣云計算中心的協同需要控制平臺進行支撐，連接云邊的計算環(huán)境，基于SDN 的云邊協同架構，主要由核心云、邊緣云、SDN 集中控制平臺構成，基于SDN 的云邊協同架構如圖1所示。

圖1 基于SDN的云邊協同架構

其中核心云和邊緣云均采用SDN 組網方案，SDN 集中控制平臺與云邊的SDN 控制器互聯，邏輯上進行集中控制，將核心云和邊緣云的網絡和計算資源統一整合形成視圖。根據邊緣云的任務時間資源需求，SDN 集中控制平臺可進行路徑優(yōu)化，提供任務充足帶寬的鏈路并將其轉發(fā)至可支配計算資源多的數據中心，提高任務的處理效率。其次SDN 集中控制平臺可在北向提供統一應用接口，實現自動化業(yè)務編排、配置下發(fā)，降低云邊網絡管理的復雜度。

2.2 云邊協同系統

電力行業(yè)的信息化具有接入設備多的特點，基于電力業(yè)務實際情況與電網數字化轉型要求，某省電力公司將SDN 云邊協同架構應用于電力信息系統，建立SDN 集中控制平臺，管理省公司云數據中心與地市邊緣數據中心的SDN 控制器集群。電力云邊協同架構示意圖如圖2所示。

圖2 電力云邊協同架構示意圖

SDN 控制平臺支持云邊業(yè)務的統一編排和運維，提供可視化的網絡編排功能；南向對接核心云數據中心和邊緣數據中心的SDN 控制器，SDN 控制器管理物理設備，提供物理資源的虛擬化管理和虛擬網絡的運維部署?？刂破矫嬷饕删幣艑?、控制層、網絡層組成?？刂破矫嫒鐖D3所示。

圖3 控制平面

控制平面北向由GUI 界面下發(fā)指令，南向對接云邊SDN 網絡的控制器?？刂茖拥臉I(yè)務編排服務處理來自前端的租戶、網絡等業(yè)務請求；北向服務定制功能組件，通過上傳定制包文件功能，提供自定義網絡業(yè)務發(fā)放能力，并動態(tài)生成北向服務REST API接口；Driver Manager 管理SDN控制器driver插件，控制平臺需要安裝相應SDN 控制器的插件，才能對SDN 控制集群進行控制；driver 插件南向與站點對接，將Driver Manger分發(fā)的業(yè)務編排下發(fā)到站點。

2.3 云邊組網

云邊SDN的組網結構一致，均采用Spine-leaf架構。overlay 的數據平面使用虛擬網絡技術，控制平面采用二層網絡互聯的虛擬通道技術。云邊組網邏輯結構如圖4所示。

圖4 云邊組網邏輯結構

控制平臺首先與云邊站點建立連接，根據網絡規(guī)劃需求，設置用于互通的VNI 資源池，并向站點推送網絡資源，創(chuàng)建邏輯Fabric 網絡，將互通站點的設備組加入到邏輯網絡設備組中。此后，云邊站點根據實際互通需求編排租戶、虛擬路由器、網關、防火墻等資源。最后在邏輯Fabric 業(yè)務發(fā)放拓撲編排視圖，視圖下根據互通需求創(chuàng)建虛擬傳輸路由。

3 應用場景

隨著輸電網絡的不斷擴大，架空輸電線路的長度越來越長，輸電網絡的巡檢和維護負擔也在不斷增加，無人機憑借安全、靈活的特點，在高壓輸電線路、配電網巡檢中應用廣泛。在無人機巡檢中，對輸電線路進行圖像缺陷檢測是核心工作之一，其關鍵在于檢測模型的精度和速度，模型的更迭與訓練一直是難題。借助云邊協同，云計算中心依靠大量數據完成模型訓練，并直接將模型部署到邊緣節(jié)點，由邊緣節(jié)點結合實際環(huán)境進行測試，并進行反饋，便于云數據中心對模型進行優(yōu)化，可極大提高無人機巡檢模型的更迭升級，提高智能巡檢的效率。

目前電力行業(yè)的業(yè)務應用正在虛擬化、容器化，業(yè)務迅速上線已經成為基本需求。結合SDN 系統，可以統一下發(fā)業(yè)務所需的虛擬地址、網關、防火墻等網絡配置，幫助業(yè)務迅速上線。同時借助系統的云邊協同屬性，無論是云計算中心還是地市邊緣云，都可以將優(yōu)化后的業(yè)務版本迅速滾動更新至全省系統。

電力系統的智能化發(fā)展，提高了用戶用電需求的處理效率，但也帶來了大量的網絡流量。用電信息采集系統通過邊緣終端采集全省的用電數據，再傳入云端數據中心，在用電高峰期，極易出現網絡擁塞延遲的問題。基于SDN 的云邊協同，可以在全局視角對整個電力系統的網絡進行流量監(jiān)控，SDN 轉控分離的性質，可以將網絡流量全部鏡像至流量分析器，實時展示系統的網絡情況，一旦出現擁塞風險，可以利用SDN 及時規(guī)劃新的網絡流量的流向路線，協調云邊的工作，減輕負載的網絡壓力。

4 結語

綜上所述，現有電力信息系統無法滿足海量終端數據的處理需求，需要構建新型的數據傳輸架構，分析了云邊協同架構的優(yōu)勢和難點，探討了SDN 技術在云邊協同應用中的可行性，并詳細解析了基于SDN 的云邊協同架構在電力系統中的應用情況。下一步，將繼續(xù)拓寬SDN云邊協同框架在電力系統中的應用范圍，將電力系統的特點與物聯信息技術更好地結合起來，提高SDN 控制器的可靠性和整個架構的安全性，促進電力行業(yè)的數字化發(fā)展。