中壓配電通信網(wǎng)中光纖通信技術(shù)的應(yīng)用及分析

袁長青 李文剛 劉建朝 國網(wǎng)新疆電力公司疆南供電公司

中壓配電通信網(wǎng)中光纖通信技術(shù)的應(yīng)用及分析

袁長青 李文剛 劉建朝 國網(wǎng)新疆電力公司疆南供電公司

隨著我國對配電網(wǎng)的不斷建設(shè)，對配電通信也提出了更高的要求。在智能配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中，選擇光纖通信技術(shù)以及對通信業(yè)務(wù)的影響已經(jīng)是目前配電通信網(wǎng)中的研究熱點。本文就目前在配電通信系統(tǒng)中使用較為普遍的兩類光纖通信技術(shù)進(jìn)行主要的介紹，并根據(jù)實際使用狀況對其進(jìn)行簡要的分析，通過對本文的分析，對今后在建設(shè)配電通信系統(tǒng)建設(shè)過程中對適合的通信技術(shù)的選取有所幫助。

中壓配電網(wǎng)；光纖通信技術(shù)；工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)；EPON；應(yīng)用分析

前言

配網(wǎng)通信網(wǎng)擁有分散、點多、覆蓋面廣等特點，因此要對各區(qū)域的配網(wǎng)的實際情況來進(jìn)行通訊方式的選擇。由于城市內(nèi)負(fù)荷大、雜散電波復(fù)雜、建筑物阻擋等原因，不適宜使用無線通信。而光纖具有傳輸距離遠(yuǎn)、通信量大、傳輸速度快、安全可靠性好、業(yè)務(wù)擴展能力強等優(yōu)勢已經(jīng)被廣泛應(yīng)用與配網(wǎng)通信中。目前，我國配電網(wǎng)中壓配電通信已經(jīng)發(fā)展的初具規(guī)模。配網(wǎng)通信系統(tǒng)中光纖通信主要是EPON以及工業(yè)以太網(wǎng)兩種技術(shù)得到運用。對這兩種技術(shù)進(jìn)行分析，闡述其各自的優(yōu)勢，提出建設(shè)配電通信網(wǎng)時進(jìn)行技術(shù)選取的建議。

1.光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

1.1 工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用

工業(yè)以太網(wǎng)是利用已經(jīng)發(fā)展較為成熟的以太網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合開發(fā)出的一種新的以太網(wǎng)技術(shù)。與普通以太網(wǎng)技術(shù)相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有如下特征。第一，環(huán)境條件。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常情況下環(huán)境較為惡劣，要保證工業(yè)通信設(shè)備可以在高濕度、高溫度、高海拔、供電質(zhì)量差、電磁干擾嚴(yán)重等自然或人為條件下進(jìn)行正常的通信。第二，通信流量。民用以太網(wǎng)多數(shù)是隨機流量，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的流量中，周期性流量占比較大，而且多數(shù)流量的產(chǎn)生是可預(yù)測的。第三，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標(biāo)。民用網(wǎng)絡(luò)的首要前提是對網(wǎng)絡(luò)寬帶利用要保證充分，通信設(shè)備多數(shù)功能均是采用可用流量低于網(wǎng)絡(luò)流量時的流量控制技術(shù)，一般采用盡力而為原則。在特殊情況下，可以出現(xiàn)延時較大或數(shù)據(jù)損失情況的發(fā)生。而對于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)的通信流量均和工業(yè)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況相關(guān)，通常是不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)損失的，也不采取流量控制，通信設(shè)備一定要確保可以在大流量狀況下對數(shù)據(jù)可以進(jìn)行正常收發(fā)。第四，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)要求通信的安全、實時、可靠、穩(wěn)定，同時擁有極強的自愈力。第五，民用網(wǎng)絡(luò)全球化明顯，而工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常是專用局域網(wǎng)絡(luò)[1]。

1.2 EPON技術(shù)應(yīng)用

EPON技術(shù)是采用點到多的單纖雙向接入網(wǎng)絡(luò)，通常EPO系統(tǒng)是由OLT、POS、ONU三部分組成。 OLT由需要進(jìn)行配置對快OLC，OLC通過POS與多個ONU進(jìn)行連接，POS設(shè)備簡單無需電源，可以在全天候環(huán)境下安置，通常POS具有8、16以及32個分線，同時可以進(jìn)行多級連接。 EPO系統(tǒng)的下行利用廣播形式，每個ONU均可以依據(jù)自身邏輯鏈路標(biāo)識來選取接收數(shù)據(jù)。上行利用TDMA形式，每個ONU均可以依據(jù)EPON系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。在系統(tǒng)時隙進(jìn)行上行數(shù)據(jù)發(fā)送，從而保證不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞。

2.光纖通信技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較分析

工業(yè)以太網(wǎng)在進(jìn)行環(huán)形組網(wǎng)時，在進(jìn)行系統(tǒng)擴建以及增加業(yè)務(wù)節(jié)點時，僅僅需將新建部分添加到原有網(wǎng)絡(luò)中，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴展時，不會對其他通信節(jié)點造成影響。當(dāng)增加的數(shù)量過多時，為保證網(wǎng)絡(luò)總體的安全性能，可以另行增加一對光纖芯來組建新的環(huán)路[2]。

EPON進(jìn)行環(huán)形或雙鏈型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)時，要對個節(jié)點處的光功率損耗狀態(tài)及性能充分考慮，從而進(jìn)行可級聯(lián)ONU設(shè)備的數(shù)量設(shè)定。在進(jìn)行星型組網(wǎng)時，要對各節(jié)點ONU的ONU設(shè)備數(shù)量進(jìn)行充分考慮，從而進(jìn)行系統(tǒng)分關(guān)比的設(shè)定。在進(jìn)行系統(tǒng)擴建或改造時，若在建設(shè)前期對ONU設(shè)備的級數(shù)和分光比的設(shè)定不足，那么在進(jìn)行擴建時就要對ONU設(shè)備的技術(shù)和分光比急性重新設(shè)定，這會對整個系統(tǒng)通信造成影響。

2.2 業(yè)務(wù)安全接入的比較分析

工業(yè)以太網(wǎng)通常是利用局域網(wǎng)進(jìn)行工作的，本身并不具有有關(guān)的安全接入認(rèn)證能力，需要采取802.1x協(xié)議來對沒有授權(quán)的設(shè)備或用戶經(jīng)由訪問端口進(jìn)行訪問網(wǎng)絡(luò)加以限制。

EPON技術(shù)內(nèi)部的用戶、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)管理均采用了不同的機制。主要包含如下方式。第一，EPON系統(tǒng)中任一ONU所發(fā)出的數(shù)據(jù)無法被其他ONU所接收，也就是上行信息不會被竊取。下行利用廣播形式， ONU依據(jù)邏輯鏈路標(biāo)識選擇是否接收。第二，支持三重加密算法，OMU生成密鑰，而且密鑰會定期更改，同時對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。第三，支持ONU多種認(rèn)證接入方式，諸如MAC地址、 LOID加PassWord、混合認(rèn)證等，禁止未經(jīng)認(rèn)證的ONU接入系統(tǒng)[3]。第五，支持用戶認(rèn)證同時支持相應(yīng)的端口標(biāo)識認(rèn)證。第六，具有DHCP保護(hù)能力。第七，具有源MAC/IP防護(hù)功能，不但對用戶端口上報，同時對認(rèn)證工程進(jìn)行監(jiān)測，自動生成用戶端口的源IP和源MAC過濾條目，僅允許通過認(rèn)證的源IP和源MAC得流量可以接入網(wǎng)絡(luò)，從而有效的避免IP或MAC地址欺騙，防止非法流量的接入。

2.3 擴容和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的比較分析

工業(yè)以太網(wǎng)的擴容僅僅需要添加新的交換設(shè)備以及光鏈路，不再需要增添其他設(shè)備。此外，由于其是由于設(shè)備，因此傳輸距離較EPON系統(tǒng)遠(yuǎn)。在進(jìn)行環(huán)網(wǎng)組建時沒有設(shè)備數(shù)量上的限制，為了維護(hù)方便，將環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機數(shù)量限制在50個以下。而且組網(wǎng)簡單靈活，對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求較低，可以適用于不同的組網(wǎng)方式[4]。

EPON系統(tǒng)在擴容時要對光分路器進(jìn)行更換，采用分路數(shù)的增加來使分路器光的方向增加。所以在進(jìn)行EPON系統(tǒng)設(shè)計時要預(yù)留出光纖資源和光功率余量，在主干光纖上使用非均分無源分光器，確保把光功率大量留給擴容節(jié)點設(shè)備。新增節(jié)點需要增加分光器以及OMU，以此來保證網(wǎng)絡(luò)的擴容。但是EPON的分光器是無源器件，不能對信號進(jìn)行放大，因此通常最遠(yuǎn)通信不可以高于20kM。而且，分光路器具有插入損耗，因此EPON進(jìn)行組環(huán)時單環(huán)不能超過12級，拉手環(huán)不能超過7級。而工業(yè)以太網(wǎng)不存在該限制。

2.4 環(huán)境適應(yīng)性比較分析

工業(yè)以太網(wǎng)是根據(jù)工業(yè)需求進(jìn)行設(shè)計的，在環(huán)境適應(yīng)性上可以對高溫、高濕、防護(hù)等級、安裝方式、抗干擾能力都有很強的適應(yīng)性。而EPON技術(shù)則主要是普通商業(yè)設(shè)備，設(shè)備對于工業(yè)上環(huán)境的考驗還需進(jìn)一步的驗證[5]。

3.結(jié)語

綜上所述，目前我國配電通信中所選取的主要的光纖通信技術(shù)是EPON以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)適宜采取環(huán)形組網(wǎng)，擁有良好的適應(yīng)能力、設(shè)備運行穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)擴展能力強等優(yōu)勢，但是其具有不完善的標(biāo)準(zhǔn)、介入措施安全性差等劣勢。而EPON技術(shù)適宜采用星型或樹形組網(wǎng)，擁有標(biāo)準(zhǔn)成熟、安全接入性好、產(chǎn)業(yè)鏈完善等優(yōu)勢，但是存在工業(yè)運用性差、網(wǎng)絡(luò)擴容難等劣勢。綜合以上特點，對于配電通信是專用網(wǎng)絡(luò)，對安全方面的要求較高、環(huán)境、工業(yè)應(yīng)用性要求強等特點，建議選擇環(huán)形結(jié)構(gòu)，優(yōu)先使用以太網(wǎng)技術(shù)。在信息采集時選擇星型或樹形結(jié)構(gòu)，選取EPON或以太網(wǎng)技術(shù)均可。

[1]曾宏鋒.光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探究[J].通訊世界，2016，02（02）∶251-252.

[2]張亮，郭安樂，胡博.EPON和McWill技術(shù)在配電通信網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科技視界，2016，03（03）∶259+288.

[3]蔡繼濤.淺談工業(yè)以太網(wǎng)交換機在廣州電網(wǎng)配電通信網(wǎng)中的應(yīng)用[J].通訊世界，2014，10（19）∶30-31.

[4]胡誠，沈晗陽.智能配電通信網(wǎng)中的信道編碼技術(shù)探討[J].信息通信，2015，05（05）∶165.

[5]孫圓圓.無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配、用電通信網(wǎng)中的組網(wǎng)研究[J].寧夏電力，2013，03（03）∶37-41+64.