基于NGN的智能電網(wǎng)通信構(gòu)架

方璇，李松青

(1.三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002;2.枝江市供電公司，湖北 枝江 443200)

1 引言

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)予以支持。因此，建立這樣的通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。

隨著智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展和市場(chǎng)化運(yùn)作的要求，并充分考慮社會(huì)發(fā)展和通信技術(shù)發(fā)展對(duì)電力通信網(wǎng)的推動(dòng)作用，有必要對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行體系完整、功能齊全的規(guī)劃，以便更好地服務(wù)于智能電網(wǎng)和整個(gè)社會(huì)。

2 下一代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

下一代通信網(wǎng)絡(luò)(NGN，next generation network)結(jié)合了因特網(wǎng)和電信網(wǎng)的特點(diǎn)，它是分組的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供電信業(yè)務(wù)，利用多種寬帶能力和QoS保證的傳送技術(shù)，其業(yè)務(wù)相關(guān)功能和傳送技術(shù)相獨(dú)立。NGN支持通用移動(dòng)性，用戶(hù)可以自由接入到不同的業(yè)務(wù)提供商。

NGN具體有以下核心技術(shù):

(1)基于MPLS的BGP－VPLS和IPv6的組網(wǎng)技術(shù)［1］。未來(lái)的傳輸網(wǎng)應(yīng)該是為IP(包括Ipv6)提供可靠和高帶寬的二層連接，使得承載面向分組交換的基于IP OSI 7層應(yīng)用，既有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一開(kāi)放、接口標(biāo)準(zhǔn)、互聯(lián)互通的優(yōu)勢(shì)，又有傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)自愈收斂時(shí)間達(dá)到電信級(jí)的50ms的特性。

二層MPLSVPN技術(shù)在MPLS網(wǎng)絡(luò)上提供虛擬LAN的服務(wù)，它可以使同一VPN內(nèi)的用戶(hù)從多個(gè)地理位置分散的點(diǎn)同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，相互訪問(wèn)，就像這些點(diǎn)直接接入到LAN上一樣。其降低了業(yè)務(wù)開(kāi)通復(fù)雜度，特別是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中增加站點(diǎn)時(shí)，只需把新站點(diǎn)連接到上PE(供應(yīng)商邊緣路由器)即可，相應(yīng)也減小了業(yè)務(wù)提供的周期，簡(jiǎn)化了配置過(guò)程。在架設(shè)二層MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，原有核心網(wǎng)絡(luò)和二層MPLSVPN網(wǎng)絡(luò)之間完全獨(dú)立，也就是說(shuō)，核心網(wǎng)絡(luò)邊界的PE設(shè)備和CE設(shè)備之間沒(méi)有進(jìn)行路由交換，核心網(wǎng)只是簡(jiǎn)單向客戶(hù)提供一些基于2層的網(wǎng)絡(luò)功能。

(2)軟交換［2］是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。它最主要的特征是傳送、承載、業(yè)務(wù)三種分離的層次結(jié)構(gòu)，把傳統(tǒng)交換機(jī)的功能模塊分離成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放借口互聯(lián)，并用各種接口協(xié)議將業(yè)務(wù)傳送與控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合與轉(zhuǎn)移。軟交換除了提供呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入、業(yè)務(wù)提供和交換、協(xié)議及互通功能外，還包括了資源管理、地址解析、計(jì)費(fèi)等功能，非常適用于不同網(wǎng)絡(luò)并存互通的需要，也適用于從話音網(wǎng)向多業(yè)務(wù)多媒體網(wǎng)的演進(jìn)。因此，人們可以方便地根據(jù)業(yè)務(wù)需要，自由組合各部分功能產(chǎn)品來(lái)構(gòu)架新網(wǎng)絡(luò)。

(3) 自 動(dòng) 交 換 光 網(wǎng) 絡(luò)［3，4］ASON(Automatically Switched Optical Network)的核心是將網(wǎng)絡(luò)靈活的控制功能和豐富的光網(wǎng)絡(luò)資源相結(jié)合，為光層提供信令和控制功能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連接和資源的動(dòng)態(tài)分配。它可以通過(guò)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)指派，最大合理使用網(wǎng)絡(luò)資源，提供多種質(zhì)量類(lèi)型服務(wù)。它提出了借鑒于交換網(wǎng)絡(luò)中信令協(xié)議模式來(lái)建立的一種能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)—自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)模型。

(4)統(tǒng)一通信［5－7］作為下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的核心技術(shù)，正是將多種業(yè)務(wù)融合在一個(gè)基于IP的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，使得用戶(hù)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以快捷的應(yīng)用多種通信模式和其他用戶(hù)保持聯(lián)系的一種解決方案。通過(guò)統(tǒng)一通信解決方案，用戶(hù)可按照喜好隨時(shí)進(jìn)行彼此通信，并可使用任意設(shè)備通過(guò)任何媒體進(jìn)行通信。統(tǒng)一通信將我們常用的多個(gè)電話和設(shè)備，以及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)(固定、互聯(lián)網(wǎng)、有線、衛(wèi)星、移動(dòng))結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于地理位置的通信，促進(jìn)通信與業(yè)務(wù)流程的集成，簡(jiǎn)化運(yùn)行并提高生產(chǎn)率和利潤(rùn)。

3 基于NGN的智能電網(wǎng)通信構(gòu)架

隨著下一代網(wǎng)絡(luò)NGN的發(fā)展，在智能電網(wǎng)演進(jìn)過(guò)程中可以引入一些符合電力系統(tǒng)通信的新技術(shù)，在基礎(chǔ)傳送層面引入ASON智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù);交換層面引入以MPLS和IPv6為核心的具有QoS的分組路由交換網(wǎng);接入層面引入統(tǒng)一通信技術(shù);網(wǎng)絡(luò)控制層面引入軟交換技術(shù);業(yè)務(wù)層面采用集語(yǔ)音、數(shù)據(jù)與多媒體業(yè)務(wù)于一身的智能化多業(yè)務(wù)平臺(tái)，引入軟交換與智能網(wǎng)、光網(wǎng)格服務(wù)、統(tǒng)一業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和業(yè)務(wù)層API技術(shù)。這些新技術(shù)必將給予智能電網(wǎng)強(qiáng)有力的支持。

3.1 智能電網(wǎng)的通信接入技術(shù)

電力通信接入網(wǎng)，為用戶(hù)提供豐富多樣的電力通信接入方式，使智能電網(wǎng)延伸到最終用戶(hù)，為用戶(hù)提供豐富多樣的用電選項(xiàng)，并依靠通信技術(shù)做到互動(dòng)。值得的一題的是光纖復(fù)合低壓電纜OPLC集電纜和光纜于一體，“一線四用”解決終端供電、信號(hào)傳輸、寬帶接入等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)、電信網(wǎng)、電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)“多網(wǎng)融合”，可以需要解決用電側(cè)“最后一公里”的接入問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)“智能全光電網(wǎng)”目標(biāo)。另外基于無(wú)線傳輸?shù)腪igBee技術(shù)和基于衛(wèi)星通訊的GSM/CDMA技術(shù)為用戶(hù)的互動(dòng)提供了更多的選擇。工業(yè)用現(xiàn)場(chǎng)總線則為電力設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、控制和分析提供了一個(gè)有效的交換通道。

在電力企業(yè)應(yīng)用統(tǒng)一通信已經(jīng)成為電力通信領(lǐng)域的大勢(shì)所趨，利用電力通信的良好網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，作為網(wǎng)絡(luò)面向用戶(hù)接入的統(tǒng)一通信技術(shù)對(duì)于構(gòu)架未來(lái)電力通信網(wǎng)絡(luò)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。它可便捷的將電力通信網(wǎng)中面向電力生產(chǎn)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和電力寬帶信息網(wǎng)在IP層面上融合，為用戶(hù)提供統(tǒng)一的應(yīng)用接口。將大幅提高電力生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理效率。

3.2 智能電網(wǎng)通信網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

電力信息系統(tǒng)現(xiàn)運(yùn)行的主流技術(shù)——三層MPLS VPN，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)隔離，但是也存在著一定的缺陷:第一，由于路由協(xié)議和信令協(xié)議的限制，它只能提供IP數(shù)據(jù)的支持能力，尤其是當(dāng)電力企業(yè)向IPv6遷移時(shí)，三層MPLSVPN必須面臨邊界路由器軟件或者硬件上的升級(jí)，這就必將導(dǎo)致運(yùn)行其上的各個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的中斷;第二，三層MPLS VPN的解決方案要求運(yùn)營(yíng)商邊、界的PE路由器同時(shí)處理多個(gè)路由表，隨著VPN用戶(hù)數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)邊界路由器的配置文件也將變得越來(lái)越龐大，網(wǎng)絡(luò)的可運(yùn)營(yíng)可管理的能力也隨之下降。

以IPv6為核心的具有QoS的分組路由交換網(wǎng)同一VPN內(nèi)的用戶(hù)從多個(gè)地理位置分散的點(diǎn)同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，相互訪問(wèn)。這種透明簡(jiǎn)化了核心網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和配置管理，同時(shí)也提供了對(duì)客戶(hù)的多業(yè)務(wù)支持能力。在電力通信中采用IPv6協(xié)議，可以擴(kuò)大地址空間，提高吞吐量，改善服務(wù)質(zhì)量，保證安全性，支持即插即用和移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)多播功能。而將來(lái)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)通道、數(shù)據(jù)采集通道和調(diào)度交換機(jī)中繼的IP化，從而實(shí)現(xiàn)基于IP的SCADA系統(tǒng)也不是不敢想象的。

3.3 智能電網(wǎng)的物理通信網(wǎng)絡(luò)

光網(wǎng)絡(luò)在傳輸層則以光交叉代替電路交叉，實(shí)現(xiàn)更高容量更快速率，減少了“光—電—光”的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，直接為最終用戶(hù)下G級(jí)別以上的光口電路。由此可能出現(xiàn)SDH只為繼電保護(hù)和調(diào)度交換機(jī)等電力系統(tǒng)對(duì)可靠性和傳輸時(shí)延等要求極為嚴(yán)格的應(yīng)用提供電路，而其他高帶寬的IP電路提供都交給智能全光網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘咝滦偷闹悄芄庠O(shè)備在提供高帶寬，接口豐富的用戶(hù)界面的同時(shí)，提供標(biāo)準(zhǔn)的2M電路，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠通信的需求。

3.4 智能電網(wǎng)的信息交換技術(shù)

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。它非常適用于不同網(wǎng)絡(luò)并存互通的需要，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通;統(tǒng)一不同介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)及各種業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)功能;也適用于從話音網(wǎng)向多業(yè)務(wù)多媒體網(wǎng)的演進(jìn)，人們可以方便地根據(jù)業(yè)務(wù)需要，自由組合各部分功能產(chǎn)品來(lái)構(gòu)架新網(wǎng)絡(luò)。因此，在智能電網(wǎng)中可以利用它方便地來(lái)實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)信息、管理信息、設(shè)備信息和用戶(hù)信息的高度集成，完成 AMI、ATO、ADO、AAM、自動(dòng)化系統(tǒng)(AGC、AVC、EMS、DMS、SCADA 等)和管理系統(tǒng)(設(shè)備信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、GIS、計(jì)量系統(tǒng)等)。

3.5 開(kāi)放式API技術(shù)

在各種網(wǎng)絡(luò)融合的基礎(chǔ)上，可以以統(tǒng)一的方式更靈活地提供各種業(yè)務(wù)，當(dāng)以應(yīng)用程序接口(API)為代表的開(kāi)放式API技術(shù)是NGN網(wǎng)絡(luò)能力得以開(kāi)放，將會(huì)促使新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)。

為此，我們構(gòu)架的智能電網(wǎng)下的網(wǎng)絡(luò)通信模型如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)下的網(wǎng)絡(luò)通信模型

4 智能電網(wǎng)通信網(wǎng)挑戰(zhàn)與對(duì)策

4.1 挑戰(zhàn)

(1)近五年來(lái)通信資源及設(shè)備數(shù)量急劇增加，而通信專(zhuān)業(yè)人員數(shù)量增加得很少，智能電網(wǎng)的通信接入網(wǎng)建設(shè)幾乎無(wú)人可用。

(2)智能電網(wǎng)6大環(huán)節(jié)的信息通信保障，尤其是配電和用電網(wǎng)的通信網(wǎng)建設(shè)急需解決。

(3)電力通信網(wǎng)的兼容性和安全性問(wèn)題。在系統(tǒng)分散的電力通信專(zhuān)網(wǎng)中，設(shè)備的兼容性是非常敏感的。采用IP網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)，各種技術(shù)就必然擺脫不了IP網(wǎng)絡(luò)固有的網(wǎng)絡(luò)安全上的缺陷。

(4)對(duì)現(xiàn)有公網(wǎng)通信技術(shù)的行業(yè)化改進(jìn)。智能電網(wǎng)對(duì)通信技術(shù)提出了區(qū)別于公眾通信網(wǎng)的特殊要求:以數(shù)據(jù)通信為主，不同的業(yè)務(wù)有不同的特點(diǎn)和需求，從而不同業(yè)務(wù)應(yīng)該走不同的信道。而根據(jù)實(shí)時(shí)性與組播則需求，寬帶數(shù)據(jù)在分布式電源與儲(chǔ)能設(shè)備的接入控制與管理、負(fù)荷管理與控制、配電網(wǎng)自動(dòng)化與智能調(diào)度則應(yīng)該集群通信。要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)向ASON平滑演進(jìn)，智能網(wǎng)元和傳統(tǒng)設(shè)備必將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)并存，兩者之間的互操作不可避免。

(5)現(xiàn)有通信網(wǎng)是推倒重來(lái)，還是保護(hù)現(xiàn)有投資，平滑過(guò)渡。雖然下一代網(wǎng)絡(luò)期望充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性?xún)r(jià)比，但它并不可能只是現(xiàn)有電信網(wǎng)與IP網(wǎng)的簡(jiǎn)單疊加或延伸，而應(yīng)該是兩者的融合。要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)向ASON平滑演進(jìn)，智能網(wǎng)元和傳統(tǒng)設(shè)備必將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)并存，兩者之間的互操作不可避免。

4.2 對(duì)策

智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的改進(jìn)過(guò)程中，在加快引入各種電力通信新技術(shù)之前首先要做好調(diào)研工作，從電力用戶(hù)的需求到電網(wǎng)自身的需求，從設(shè)備的制造到商用網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展等，充分考慮安全性問(wèn)題和兼容性問(wèn)題，并密切跟蹤智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，把握好時(shí)機(jī)，慎重地分步引入通信新技術(shù)。其次，要不斷增加通信專(zhuān)業(yè)人才的引進(jìn)和培訓(xùn)，尋求設(shè)備供應(yīng)商的支持，加大投入力度，加快相關(guān)人員掌握電力通信網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的管理操作能力和運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力。最后，以配電和用電通信網(wǎng)的建設(shè)為契機(jī)，率先引入通信新技術(shù)，實(shí)施過(guò)程中，注意保護(hù)好現(xiàn)有投資，實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。

5 總結(jié)

智能電網(wǎng)要求建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?；谙乱淮W(wǎng)絡(luò)NGN的新型通信網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)提供了可靠的保障。而面對(duì)新的挑戰(zhàn)時(shí)，我們?cè)诩涌煲敫鞣N新技術(shù)，增加通信專(zhuān)業(yè)人才的同時(shí)要充分做好調(diào)研工作，抓住根本，自主創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)到未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)渡。

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