電力骨干通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求分析與拓?fù)湟?guī)劃

周 靜，胡紫巍，劉國(guó)軍，盧利鋒，孫媛媛

（1.國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，北京 102211； 2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

電力骨干通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求分析與拓?fù)湟?guī)劃

周 靜1，胡紫巍1，劉國(guó)軍1，盧利鋒1，孫媛媛2

（1.國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，北京 102211； 2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

如何合理布局隨特高壓工程建設(shè)的電力通信光纜線路資源，完善電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)，是“十三五”期間電力通信專業(yè)部門(mén)面臨的主要任務(wù)。文章以電力通信業(yè)務(wù)需求測(cè)算為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)仿真，將業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃優(yōu)化的重要輸入?yún)?shù)，分析了當(dāng)前湖南電力省干通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性，給出了該省干通信網(wǎng)容量配置、關(guān)鍵站點(diǎn)和鏈路的優(yōu)化建議。所用研究方法可為“十三五”期間電力通信網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)提供指導(dǎo)及參照。

電力通信網(wǎng)；“十三五”規(guī)劃；業(yè)務(wù)需求；網(wǎng)絡(luò)仿真

0 引 言

電力通信網(wǎng)作為電網(wǎng)公司的第二張實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，承載著電網(wǎng)運(yùn)行和企業(yè)管理的核心業(yè)務(wù)，是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。因電力通信網(wǎng)大多隨電網(wǎng)基建工程配套建設(shè)，造成目前省際骨干通信網(wǎng)由多段長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)拼接而成，雖已形成跨區(qū)域網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，但由于網(wǎng)格過(guò)大，網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不明顯，特別是在部分跨網(wǎng)、跨省區(qū)段，通信網(wǎng)架構(gòu)薄弱、光纜路由單一和帶寬瓶頸等問(wèn)題仍較突出，通信網(wǎng)的整體保障能力和安全可靠性受到制約。為此，有必要對(duì)“十三五”期間國(guó)家電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行深入的分析與研究，以合理指導(dǎo)未來(lái)電力通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。本文以電力通信業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)仿真手段，建立了通信網(wǎng)架構(gòu)對(duì)業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性的量化分析方法，并以湖南省電力公司骨干通信網(wǎng)為實(shí)施案例，給出了骨干環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化建議，旨在對(duì)“十三五”期間電力通信網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)提供更為科學(xué)的參照依據(jù)和指導(dǎo)。

1 電力通信業(yè)務(wù)分類與流量流向特點(diǎn)

省電力公司主要業(yè)務(wù)包括電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度和管理信息化業(yè)務(wù)，其中電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度主要是匯聚型業(yè)務(wù)，各級(jí)電網(wǎng)的直調(diào)變電站、直調(diào)電廠和下級(jí)機(jī)構(gòu)的電網(wǎng)生產(chǎn)類業(yè)務(wù)通過(guò)本級(jí)通信網(wǎng)向相應(yīng)的調(diào)度中心匯集；管理信息業(yè)務(wù)中的管理服務(wù)業(yè)務(wù)主要包括行政電話交換業(yè)務(wù)、電視電話會(huì)議業(yè)務(wù)及應(yīng)急指揮通信業(yè)務(wù)，此類業(yè)務(wù)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)主要在各級(jí)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)之間傳輸。通信業(yè)務(wù)流向特征與機(jī)構(gòu)分布基本吻合。生產(chǎn)及管理類機(jī)構(gòu)主要以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)分布，業(yè)務(wù)流向也呈現(xiàn)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)分布特征，各下級(jí)單位（子節(jié)點(diǎn)）業(yè)務(wù)向上級(jí)單位（主節(jié)點(diǎn)）匯聚收斂，如圖1所示。

具體承載業(yè)務(wù)的流向和流量特點(diǎn)如下：（1）管理部門(mén)之間的業(yè)務(wù)信息以縱向業(yè)務(wù)為主（縣-地-省-總部），少有平行部門(mén)間（縣與縣、地與地）的橫向業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)流向具有明顯的星狀匯聚網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

圖1　省級(jí)電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)斷面模型

（2）電網(wǎng)管理部門(mén)與變電站、電廠之間的業(yè)務(wù)信息也以縱向業(yè)務(wù)為主，業(yè)務(wù)流向也具有星狀匯聚的特點(diǎn)，但業(yè)務(wù)流量相對(duì)較小。（3）廠站間業(yè)務(wù)主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)保護(hù)業(yè)務(wù)，占用帶寬很小，但是對(duì)通道的可靠性及傳輸時(shí)延要求很高。（4）電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)中，除了繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置采用專線外，其他應(yīng)用都采用基于TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，規(guī)劃期間，部分省公司的通信數(shù)據(jù)網(wǎng)將承載調(diào)度語(yǔ)音（VoIP、IP承載語(yǔ)音）、IP視頻會(huì)議、通信監(jiān)控管理和智能電網(wǎng)中出現(xiàn)的部分新型業(yè)務(wù)。

“十二五”期間國(guó)家電網(wǎng)公司提出了斷面分析方法模型［1-3］，初步確立了國(guó)家電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)體系，對(duì)各省、地市業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)提供了統(tǒng)一方法論指導(dǎo)，為“十三五”期間通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與發(fā)展提供了需求預(yù)測(cè)的理論基礎(chǔ)。

斷面預(yù)測(cè)模型公式為

式中，F(xiàn)si為業(yè)務(wù)斷面上第i類業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)流量；Nsi為第i類業(yè)務(wù)的數(shù)量；Ф1為冗余因子系數(shù)；Ф2為容災(zāi)因子系數(shù)；Ф3為業(yè)務(wù)斷面上多個(gè)業(yè)務(wù)之間的并發(fā)系數(shù)因子。

2 規(guī)劃思路及步驟

國(guó)家電網(wǎng)公司按照業(yè)務(wù)斷面來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)，所謂業(yè)務(wù)斷面是指兩個(gè)通信實(shí)體節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)總和，既包括到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)終結(jié)的業(yè)務(wù)，也包括經(jīng)過(guò)這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。每個(gè)業(yè)務(wù)斷面都有兩個(gè)相關(guān)的通信實(shí)體節(jié)點(diǎn)，在各個(gè)業(yè)務(wù)斷面中包括各種類型的業(yè)務(wù)。測(cè)算模型中的業(yè)務(wù)斷面實(shí)際為邏輯斷面，經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)需求測(cè)算后，再根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪?lái)進(jìn)行容量分配和規(guī)劃。

圖2所示為規(guī)劃思路及步驟，主要分為3個(gè)核心內(nèi)容：業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)、拓?fù)湟?guī)劃與優(yōu)化以及業(yè)務(wù)分配與保護(hù)。其中，業(yè)務(wù)分配與保護(hù)涉及為業(yè)務(wù)選擇工作和保護(hù)路由，是整個(gè)規(guī)劃與優(yōu)化過(guò)程的關(guān)鍵。規(guī)劃所得的路由和保護(hù)方案，與對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)一起，成為拓?fù)浜唾Y源優(yōu)化的重要參考內(nèi)容，形成以一定優(yōu)化目標(biāo)（成本最小、可靠性最高等）為收斂點(diǎn)、不斷迭代的過(guò)程。以下以湖南省電力骨干通信網(wǎng)為算例，說(shuō)明該方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

圖2　規(guī)劃基本思路及步驟

3 實(shí)例計(jì)算與結(jié)果分析

3.1網(wǎng)絡(luò)模型

圖3所示為湖南電力骨干通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其由5個(gè)骨干環(huán)、各地區(qū)電力局接入環(huán)以及其他各220kV及以上廠（站）接入電路組成，覆蓋全省14個(gè)地區(qū)電業(yè)局、220kV以上變電站、省調(diào)直調(diào)電廠及省公司直屬單位。5個(gè)骨干環(huán)分別為湘中、湘北、湘東、湘南和湘西環(huán)網(wǎng)。其中湘中環(huán)為核心環(huán)網(wǎng)，覆蓋長(zhǎng)潭株地區(qū)，為其他環(huán)網(wǎng)至省調(diào)提供接入通道，其傳輸容量為10Gbit/s+2.5Gbit/s；湘西和湘東兩個(gè)主干環(huán)傳輸容量均為2×2.5Gbit/s；其他兩個(gè)主干環(huán)傳輸容量均為2.5Gbit/s。

圖3　湖南電力骨干通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司通信網(wǎng)“十二五”規(guī)劃通信業(yè)務(wù)流量及帶寬需求統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法，“十三五”末湖南省公司至各地市公司的斷面業(yè)務(wù)流量如表1所示，為便于計(jì)算，將業(yè)務(wù)需求按2.5Gbit/s的帶寬單位進(jìn)行了折算。

表1　湖南省公司至各地市局的業(yè)務(wù)需求

3.2仿真分析

采用電力通信網(wǎng)規(guī)劃仿真軟件PSCPlanner［4-5］對(duì)湖南省骨干傳輸網(wǎng)進(jìn)行建模和仿真。其中，主備用路由遵循物理路徑不相交原則，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和抗斷纖能力。為評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案對(duì)業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性，仿真結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)采用節(jié)點(diǎn)PTR（流量穿通比）和LLR（鏈路負(fù)載率）［4］：

目前湖南電力省干通信網(wǎng)只有一張傳輸平面，主要承載調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和電網(wǎng)控制保護(hù)專線3類業(yè)務(wù)。其中，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)在傳輸層采用“1+1”保護(hù)；綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要在IP層實(shí)現(xiàn)保護(hù)，傳輸層無(wú)需保護(hù)；而電網(wǎng)控制保護(hù)專線業(yè)務(wù)量非常小，計(jì)算中可忽略。

為此，本算例主要計(jì)算3種場(chǎng)景：場(chǎng)景1為省干通信網(wǎng)僅用于承載綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)；場(chǎng)景2為省干通信網(wǎng)僅用于承載調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)；場(chǎng)景3為綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)各占50%。3種場(chǎng)景的主要計(jì)算結(jié)果如表2所示。）

表2　3種場(chǎng)景的主要計(jì)算結(jié)果

由表2可知，按照現(xiàn)網(wǎng)方案，白馬壟、荷塘、撈刀河、鶴嶺和艾家沖是湘中骨干環(huán)的核心站點(diǎn)，主要用于匯聚來(lái)自各個(gè)方向地市局的流量，因此需要配置大容量的傳輸設(shè)備，目前的配置方案是10Gbit/s+ 2.5Gbit/s，但根據(jù)計(jì)算結(jié)果，核心環(huán)鏈路的傳輸容量至少為6×2.5Gbit/s，因此，建議核心環(huán)按照40Gbit/s傳輸容量配置，初期可以按實(shí)際業(yè)務(wù)需求開(kāi)通6～8個(gè)2.5Gbit/s通道，以降低網(wǎng)絡(luò)后期的擴(kuò)容投資。

船山、長(zhǎng)陽(yáng)鋪和復(fù)興等3個(gè)站點(diǎn)雖然不在湘中骨干環(huán)上，但是其地理位置的重要性決定了其在網(wǎng)絡(luò)中的重要性，其中，船山是湘東和湘南兩大主環(huán)的相切點(diǎn)，同時(shí)也匯聚來(lái)自湘西環(huán)的部分業(yè)務(wù)流量；長(zhǎng)陽(yáng)鋪是湘西和湘東兩大主環(huán)的匯聚點(diǎn)；復(fù)興是湘西和湘北兩大主環(huán)的匯聚點(diǎn)?？紤]到業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)趨勢(shì)以及網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)、可靠性等因素，建議船山、長(zhǎng)陽(yáng)鋪和復(fù)興站點(diǎn)的設(shè)備容量按湘中骨干環(huán)上的設(shè)備容量進(jìn)行配置；鏈路“長(zhǎng)陽(yáng)鋪-船山”作為湘東和湘西兩環(huán)的唯一聯(lián)絡(luò)線，建議進(jìn)行雙光纜配置，或者長(zhǎng)陽(yáng)鋪采用雙路由同時(shí)連接至湘南環(huán)上的船山和宗元兩個(gè)不同站點(diǎn)，以提高網(wǎng)絡(luò)重要鏈路的可靠性。

此外，由表2及計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步可知，益陽(yáng)、湘西、永州和岳陽(yáng)等4個(gè)地市局的備用路由均超過(guò)10跳，《電力通信規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定極長(zhǎng)路徑不能用來(lái)承載電網(wǎng)生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)，主要是基于電力系統(tǒng)較為嚴(yán)格的控制信號(hào)傳輸時(shí)延要求［6］。因此，如果現(xiàn)網(wǎng)用于承載調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)（以電網(wǎng)生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)為主），則需要對(duì)極長(zhǎng)鏈路進(jìn)行改造，可以通過(guò)拆環(huán)或者增加核心站點(diǎn)之間的直達(dá)路由等方式進(jìn)行優(yōu)化，這需要根據(jù)具體的工程實(shí)施條件而定。

4 結(jié)束語(yǔ)

如何合理布局通信光纜資源和通信線路資源，進(jìn)一步完善電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)，是電力通信專業(yè)部門(mén)面臨的主要任務(wù)。同時(shí)，業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)需要與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚o密結(jié)合，才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的指導(dǎo)作用。本文以電力通信業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)為出發(fā)點(diǎn)，將業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃優(yōu)化的主要依據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)仿真的方法比較不同典型場(chǎng)景下的電力通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載業(yè)務(wù)的適應(yīng)性，本文的研究方法可以對(duì)“十三五”期間電力通信網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)提供指導(dǎo)及參照。

［1]趙子巖，張大偉.國(guó)家電網(wǎng)公司“十二五”電力通信業(yè)務(wù)需求分析［J］.電力系統(tǒng)通信，2011，（5）：56-60.

［2]趙子巖，胡浩.一種基于業(yè)務(wù)斷面的智能配用電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)流量計(jì)算方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（11）：12-17.

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［5]周靜，劉貴榮，陳希，等.電力骨干通信網(wǎng)資源優(yōu)化配置研究與仿真實(shí)現(xiàn)［J］.光通信技術(shù)，2011，5（2）：34-38.

［6]DL/T 544-2011，電力通信運(yùn)行管理規(guī)程［S］.

Research on Business Requirement Analysis and Topology Planning of Backbone Power Communication Network

ZHOU Jing1，HU Zi-wei1，LIU Guo-jun1，LU Li-feng1，SUN Yuan-yuan2
（1.State Grid Smart Grid Research Institute，Beijing 102211，China；2.North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The main task of power communication sector during the 13rd Five Year Plan is how to reasonably design the layout with UHV construction of electric power communication optical cable line resource and improve the overall power of the backbone communication network architecture.In this paper，the demand for power communication business is calculated at first. The forecast of demand of business is chosen as the important input parameter for the network topology planning optimization. Then，the adaptability of the business requirements of Hunan province’s electric power network architecture is analyzed by the network simulation.Finally，the paper gives the suggestions of capacity configuration，key sites and links in the backbone ring network.This research method can provide guidance on the planning of the electric power communication network during the 13rd Five Year Plan period.

electric power communication network；13rd Five Year Plan；business requirements；network simulation

TN915

A

1005-8788（2016）02-0015-04

10.13756/j.gtxyj.2016.02.005

2015-10-23

國(guó)網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（SGRIXTKJ［2015］241）

周靜（1980-），女，江蘇溧陽(yáng)人。高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)殡娏νㄐ啪W(wǎng)絡(luò)仿真與規(guī)劃，通信技術(shù)管理與科技規(guī)劃等。