OTN在電力行業(yè)的應(yīng)用

崔力民 周文婷 張志軍 解鵬

【摘 要】 隨著電力行業(yè)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，OTN逐步代替原有的電力干線傳輸WDM/MSTP網(wǎng)絡(luò)已成為必然，采用OTN建網(wǎng)不僅能滿足電力行業(yè)對(duì)帶寬的需求，對(duì)安全性的要求，對(duì)業(yè)務(wù)顆粒調(diào)度的需求以及對(duì)長(zhǎng)距的要求，通過對(duì)波長(zhǎng)子波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)調(diào)度達(dá)到對(duì)業(yè)務(wù)的立體疏導(dǎo)、快速開通等開通維護(hù)方面的便利，同時(shí)也能在未來(lái)5-10年保持技術(shù)先進(jìn)性的要求。

【關(guān)鍵詞】 OTN ?電力行業(yè) ?發(fā)展趨勢(shì) ?堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)

【Abstract】 With optical network technology development trend of the electric power industry， its OTN gradually take the place of the original mains electricity transmission WDM/MSTP network has become an inevitable， adopting otns ate can not only meet the demand of the bandwidth of the electric power industry， the requirement of security， the demand for business particles scheduling as well as the demand for long distance， through the business of wavelength sub wavelength scheduling， a stereo channel of business opening and opened the convenience of maintenance， as well as in the next five to 10 years to keep the requirements of technical advancement.

【Key words】 ?OTN ?electric power industry ?development ?strong smart grid

通過電力業(yè)務(wù)的面臨的挑戰(zhàn)以及發(fā)展趨勢(shì)可以看出OTN成為國(guó)干、省干傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是必然的，OTN可以很好的滿足電力行業(yè)對(duì)帶寬的需求，對(duì)安全性的要求，對(duì)業(yè)務(wù)顆粒調(diào)度的需求以及對(duì)長(zhǎng)距的要求，通過對(duì)波長(zhǎng)子波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)調(diào)度達(dá)到對(duì)業(yè)務(wù)的立體疏導(dǎo)、快速開通，在未來(lái)5-10年OTN技術(shù)仍然適用于電力干線傳輸網(wǎng)絡(luò)。本文從電力行業(yè)傳輸網(wǎng)絡(luò)分析、OTN在電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及OTN在電力行業(yè)的應(yīng)用等方面分析未來(lái)電力OTN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 電力行業(yè)傳輸網(wǎng)絡(luò)分析

1.1 電力行業(yè)背景

整個(gè)電力行業(yè)由電網(wǎng)公司和發(fā)電公司構(gòu)成，其中，電網(wǎng)公司包括國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司，南方電網(wǎng)公司由廣東、海南、云南、福建、貴州、廣西電網(wǎng)公司組成;國(guó)家電網(wǎng)公司主要擁有華北、東北、西北、華東、華中五個(gè)區(qū)域電網(wǎng)公司。

電力通信傳輸網(wǎng)是全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，也分為干線傳輸網(wǎng)和本地/城域傳輸網(wǎng)。

干線傳輸網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)區(qū)域級(jí)電力公司間的業(yè)務(wù)調(diào)度和管理，主要實(shí)現(xiàn)大容量的業(yè)務(wù)承載;本地/城域網(wǎng)則主要承擔(dān)區(qū)域電力公司和其所轄區(qū)域內(nèi)的直屬單位之間的信息傳送。這些直屬單位包括：電廠、電力配送站、變電站、變電所、電力局等。

1.2 電力行業(yè)現(xiàn)網(wǎng)情況

就網(wǎng)絡(luò)層次看電力通信網(wǎng)絡(luò)目前的情況是：

C1/C2：干線層。主要指國(guó)干（國(guó)電干線、國(guó)電直屬區(qū)域電力干線、南方電網(wǎng)）和省干，以大容量MSTP設(shè)備組網(wǎng)（10G、2.5G、622M）+OTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，國(guó)干一般采用單鏈結(jié)構(gòu)，省干一般采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一般為幾個(gè)環(huán)相交相切。

C3：城域?qū)印Ｒ话阋灾行∪萘縈STP設(shè)備組網(wǎng)（2.5G/622M），采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

C4：農(nóng)網(wǎng)層。一般以小容量MSTP設(shè)備組網(wǎng)（622M/155M），受光纜資源所限，采用單鏈結(jié)構(gòu)。

2 OTN在電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 OTN的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電力行業(yè)信息業(yè)務(wù)的發(fā)展，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)部署;而目前作為基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸網(wǎng)以MSTP為主，在網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸距離上都產(chǎn)生了很大的瓶頸。同時(shí)，從技術(shù)演進(jìn)的歷程來(lái)看，WDM技術(shù)繼點(diǎn)到點(diǎn)波分之后，又提出了面向IP、智能化、綠色環(huán)保等更多更高的需求，所以，融合了業(yè)務(wù)交叉、控制平面、L2交換等技術(shù)的波分解決方案，成為了下一代光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。所以，電力行業(yè)急需建設(shè)一張大容量、長(zhǎng)距傳輸?shù)墓歉蓚鬏斁W(wǎng)絡(luò)，同時(shí)這張網(wǎng)絡(luò)還需具備智能化OTN的先進(jìn)性，以滿足未來(lái)的新業(yè)務(wù)需求。

未來(lái)電力OTN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，主要包括兩大趨勢(shì)：電力干線網(wǎng)絡(luò)Mesh化和OTN下沉。

隨著電力網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，省干OTN拓?fù)銶esh化，為實(shí)現(xiàn)智能保護(hù)恢復(fù)提供物理基礎(chǔ)。OTN下沉至省級(jí)電力公司層面，提供更大的傳輸容量，節(jié)約大量光纖資源。

2.2 OTN在電力的現(xiàn)狀

2012年以前少數(shù)幾個(gè)省份已經(jīng)開始在國(guó)干層面進(jìn)行OTN建設(shè)以代替原有的MSTP或者OTN網(wǎng)絡(luò)，2012年開始國(guó)家電網(wǎng)開始將OTN納入集采中，開啟了大規(guī)模國(guó)干、省干OTN建設(shè)。目前國(guó)網(wǎng)國(guó)干以及大部分省干已經(jīng)建設(shè)了OTN網(wǎng)絡(luò)，未建省份也逐步納入集采中，南網(wǎng)各省也在進(jìn)行省干OTN的集采。

3 OTN在電力行業(yè)的應(yīng)用

3.1 當(dāng)前電力傳輸干線網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

電力業(yè)務(wù)需求主要來(lái)自于兩張網(wǎng)絡(luò)：調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)，目前主要承載在MSTP網(wǎng)絡(luò)上，作為最靠近物理層光纖的網(wǎng)絡(luò)，OTN可作為MSTP和IP的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用場(chǎng)景主要在干線層，包括國(guó)干和省干兩個(gè)層面。由于業(yè)務(wù)流向、運(yùn)維模式等特點(diǎn)與公網(wǎng)相差較大，針對(duì)電力系統(tǒng)通訊特點(diǎn)，選擇合適的OTN引入策略，將有效的解決電力通訊存在的問題[1]電力網(wǎng)絡(luò)的干線層究竟有什么樣的需求？為什么需要在電力干線層部署OTN網(wǎng)絡(luò)，MSTP和傳統(tǒng)WDM有什么局限？接下來(lái)從四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析。

（1）帶寬的壓力。隨著電力需求的逐年攀升，新建廠站增多，原有廠站業(yè)務(wù)量增加，導(dǎo)致電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求也逐年攀升，其中，最主要的帶寬需求來(lái)自于綜合信息網(wǎng)，如視頻會(huì)議，視頻監(jiān)控，VOIP，遠(yuǎn)程教育等，業(yè)務(wù)顆粒也在向大顆粒的GE轉(zhuǎn)變。因?yàn)殡娏I(yè)務(wù)安全性要求極高，因此，對(duì)不同的業(yè)務(wù)實(shí)行物理隔離加劇了高帶寬需求。如在某省的標(biāo)書中出省業(yè)務(wù)的斷面流量需求達(dá)到了80G，而現(xiàn)網(wǎng)以MSTP為主，最大系統(tǒng)容量也不過10G，無(wú)法滿足干線帶寬的需求。

（2）安全問題。電力作為關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性行業(yè)，安全性至關(guān)重要，如果出問題，影響極大，所以需要確保業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的安全性。

（3）長(zhǎng)距傳輸需求。電力干線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，具有長(zhǎng)距傳輸?shù)男枨螅热?，廠站到調(diào)度中心距離偏遠(yuǎn)，地理?xiàng)l件受限，中間不具備機(jī)房的建設(shè)條件，但現(xiàn)網(wǎng)以MSTP為主，傳輸距離有限，無(wú)法滿足長(zhǎng)距傳輸?shù)男枨?，此外，超長(zhǎng)距技術(shù)也可以避免在條件惡劣的地方建設(shè)機(jī)房，減輕維護(hù)人員的壓力。

（4）智能化調(diào)度需求。干線層大顆粒的業(yè)務(wù)需要具備靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力，以提供業(yè)務(wù)的快速開通，修改和調(diào)度能力，減輕維護(hù)壓力。傳統(tǒng)WDM設(shè)備只能靠手工計(jì)算業(yè)務(wù)路徑，手工連纖，工作量大，易出錯(cuò)，無(wú)法滿足智能調(diào)度的需求，并且，也無(wú)法提供抗多點(diǎn)失效能力。

3.2 OTN助力打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)干線傳輸

基于以上四個(gè)對(duì)于電力業(yè)務(wù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，OTN可以很好的解決上述問題：

（1）帶寬的壓力。隨著OTN技術(shù)的發(fā)展，目前系統(tǒng)的單波容量可達(dá)100Gbit/s，通路間隔可做到25GHz[2]，OTN可以提供超大容量，完美解決電力帶寬需求，現(xiàn)階段在國(guó)干和省干部署10G系統(tǒng)即可滿足需求，未來(lái)可以平滑升級(jí)到40G/100G系統(tǒng)，國(guó)干可考慮建設(shè)80波，省干可建設(shè)40波系統(tǒng)。對(duì)不同等級(jí)和分類的電力業(yè)務(wù)，OTN提供的充足的波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)資源可滿足物理隔離的需求，保證安全性。此外，富裕容量也可進(jìn)行帶寬出租，拓展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

（2）安全問題。對(duì)于保護(hù)，現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)目前依賴于MSTP的保護(hù)，后續(xù)業(yè)務(wù)的傳送和保護(hù)也要逐漸由OTN完成，但建議分階段進(jìn)行。在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方面，OTN的保護(hù)功能主要包括基于電層的保護(hù)恢復(fù)能力和基于光層的保護(hù)恢復(fù)功能[3]光層保護(hù)基本繼承了原有傳輸?shù)谋Ｗo(hù)特性，電層保護(hù)是OTN特有的。

第一階段：OTN僅保護(hù)綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)。當(dāng)前綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)較少，但后續(xù)發(fā)展快，所以新增的高帶寬、大顆粒的業(yè)務(wù)可以直接用OTN承載;現(xiàn)有綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)承載在MSTP上，也可適時(shí)逐步地割接到OTN上。

保護(hù)要求：綜合信息網(wǎng)主要為生產(chǎn)管理類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，保護(hù)時(shí)間要求為50ms，OTN的多種保護(hù)方案皆可滿足此要求（后面會(huì)詳細(xì)介紹）。對(duì)于從MSTP割接到OTN的綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)，OTN和MSTP可提供雙層保護(hù)，也可根據(jù)需求只提供一種保護(hù);對(duì)于新增的綜合業(yè)務(wù)，僅有OTN提供保護(hù)。

繼電保護(hù)業(yè)務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)安全等級(jí)高，暫不割接到OTN，仍由原有MSTP進(jìn)行傳輸和保護(hù);MSTP可滿足繼電保護(hù)15ms時(shí)延要求，同時(shí)提供基于VC的保護(hù)滿足調(diào)度網(wǎng)業(yè)務(wù)30ms的保護(hù)要求。

第二階段：OTN保護(hù)調(diào)度網(wǎng)+綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)。隨著OTN逐步替代MSTP，調(diào)度網(wǎng)業(yè)務(wù)也割接到OTN;繼電保護(hù)業(yè)務(wù)仍由MSTP傳輸;

保護(hù)要求：本階段調(diào)度網(wǎng)業(yè)務(wù)和綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)都承載在OTN上，保護(hù)時(shí)間要求分別為30ms和50ms。OTN的多種光電層保護(hù)方案皆可滿足。

對(duì)于從MSTP割接到OTN的調(diào)度網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)，OTN和MSTP可提供雙層保護(hù)，也可根據(jù)需求只提供一種保護(hù);對(duì)于新增的綜合業(yè)務(wù)，僅有OTN提供保護(hù)。

繼電保護(hù)業(yè)務(wù)仍由MSTP傳輸。

第三階段：本階段OTN全面替代MSTP，調(diào)度網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)直接承載在OTN上，即IP over OTN。

保護(hù)要求：對(duì)于調(diào)度網(wǎng)業(yè)務(wù)和綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)，OTN提供多種光電層保護(hù)方案，分別滿足30ms和50ms的保護(hù)要求; 對(duì)于繼電保護(hù)業(yè)務(wù)，由于其帶寬較小，OTN可以提供ODUflex封裝方式，動(dòng)態(tài)適配其帶寬，無(wú)需占用波長(zhǎng)或ODUk的大帶寬，以節(jié)約帶寬資源。同時(shí)，OTN滿足其12ms的時(shí)延要求。

考慮到業(yè)務(wù)的安全性，電力調(diào)度網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)都起用了雙歸屬配置，地市公司的業(yè)務(wù)雙歸到省調(diào)和備調(diào)，或省中心CR和備用CR，以便對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)。

采用OTN建網(wǎng)后，OTN對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)除了保留了原來(lái)MSTP或WDM的保護(hù)方式外，還提供電層子波長(zhǎng)級(jí)的1+1、1：1的保護(hù)，采用OTN后保護(hù)方式比采用MSTP或WDM種類更加豐富，安全性更高。

（1）長(zhǎng)距傳輸需求。OTN通過提供多種調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、不同種類放大器等可以為電力長(zhǎng)距傳輸提供豐富的超長(zhǎng)距解決方案，有效提高OSNR容限，延長(zhǎng)傳輸距離，適用于電力廠站偏遠(yuǎn)，間隔距離較遠(yuǎn)的站點(diǎn)，如橫跨高山，湖泊，沙漠，海洋等地理?xiàng)l件受限的應(yīng)用場(chǎng)景。

（2）智能化調(diào)度需求?？紤]到電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的光纖資源是隨著輸電線纜進(jìn)行鋪設(shè)的，傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成后存在對(duì)線路改造的幾率比較大，同時(shí)也存在新業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)開通和老業(yè)務(wù)關(guān)閉問題，這就需要傳輸網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行對(duì)業(yè)務(wù)快速開通/關(guān)閉、快速業(yè)務(wù)調(diào)度的能力，OTN可以通過光層、電層或者通過智能控制平面對(duì)波長(zhǎng)子波長(zhǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)度、開通/關(guān)閉等，同時(shí)也能縮短業(yè)務(wù)割接時(shí)間并提減少業(yè)務(wù)割接的安全性。

4 未來(lái)電力OTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)

通過近幾年電力OTN集采的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)合電力業(yè)務(wù)和OTN技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看，OTN在電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)如下：

（1）電力干線網(wǎng)絡(luò)Mesh化和OTN下沉。隨著電力網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，省干OTN拓?fù)銶esh化，為實(shí)現(xiàn)智能保護(hù)恢復(fù)提供物理基礎(chǔ)。

（2）OTN下沉至縣級(jí)電力公司層面，替代原有小型傳輸設(shè)備，節(jié)約大量光纖資源。由于省干網(wǎng)的Mesh化，為加載智能控制平面WASON提供了物理基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的智能保護(hù)和恢復(fù)，抗擊多點(diǎn)的失效。

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作者簡(jiǎn)介：崔力民（1973—），男，廣東鶴山人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力通信系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)維管理工作;

周文婷（1974—），女，江西南昌人，研究生，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力通信系統(tǒng)運(yùn)維、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等管理工作;

張志軍（1972—），男，新疆烏魯木齊人，本科，高級(jí)工程師，主要負(fù)責(zé)電力通信運(yùn)維管理工作;

解鵬（1976—），男，新疆烏魯木齊人，本科，高級(jí)工程師，主要負(fù)責(zé)電力通信建設(shè)工程項(xiàng)目的技術(shù)管理工作。