TDM+分組傳送業(yè)務隔離度算法研究

郭晉祥，李 洋，張麗霞，段 敬，孟亞寧

（國網(wǎng)山西省電力公司信息通信分公司，太原 030001）

TDM+分組傳送業(yè)務隔離度算法研究

郭晉祥，李 洋，張麗霞，段 敬，孟亞寧

（國網(wǎng)山西省電力公司信息通信分公司，太原 030001）

隨著配電自動化的深入應用，數(shù)據(jù)類業(yè)務及網(wǎng)絡帶寬需求不斷增大，針對此問題，文章提出了采用TDM（時分復用）+分組傳送技術進行業(yè)務傳送的方案。建立一種業(yè)務傳送隔離度的算法，并采用以太網(wǎng)交換機和光電一體化接入設備對各自所傳業(yè)務的承載隔離度進行了試驗比較，驗證了隔離度算法的正確性，旨在實現(xiàn)電力傳輸資源的高效利用。

光電一體化；隔離度；頻率熵

0 引 言

在現(xiàn)有配電通信網(wǎng)中，隨著配電自動化的大力推進，傳統(tǒng)的傳輸設備已無法滿足日益增長的業(yè)務需求，嚴重制約著電力通信網(wǎng)的發(fā)展。以TDM（時分復用）和分組交換為核心的一體化綜合接入設備，既具備完善的SDH（同步數(shù)字體系）的優(yōu)點（包括TDM業(yè)務承載、電信級操作與管理等功能），又能滿足電力數(shù)據(jù)類業(yè)務靈活接入的需要，并提供高帶寬的業(yè)務上聯(lián)通道，進而滿足現(xiàn)有配電通信在語音、數(shù)據(jù)和多媒體獨立承載等方面的需求［1-3］。

PTN（分組傳送網(wǎng)）技術采用提高標簽信息分組交換能力的方式，保證電力數(shù)據(jù)的低時延、低抖動和嚴格的QoS（服務質量）要求，進而滿足電力通信網(wǎng)對業(yè)務信息實時性的要求。PTN采用邊緣到邊緣的PWE3（偽線仿真）技術，可以支持FE（百兆以太網(wǎng)）、GE（千兆以太網(wǎng)）以及傳輸E1、ATM（異步轉移模式）業(yè)務的通道，在所構建的智能配電通信系統(tǒng)中，使得建立的PW（偽線）、LSP（標簽交換路徑）數(shù)據(jù)通信業(yè)務在傳輸過程中共享同一信道的同時彼此實現(xiàn)隔離，互不影響，以滿足業(yè)務的有效傳輸。如何使電網(wǎng)通信系統(tǒng)的業(yè)務隔離最大化一直是業(yè)界關注的熱點。采用新型的一體化光電設備來建網(wǎng)，既可與當前基于SDH的MSTP（多業(yè)務傳送平臺）傳輸網(wǎng)實現(xiàn)無縫對接，同時在將來本地傳輸網(wǎng)（城域網(wǎng)）由MSTP電路交換向分組交換演進以后，只需通過增加相關的PTN板卡與升級后的城域網(wǎng)對接，而無需更換設備，業(yè)務調度與傳送靈活轉換，減少很多不必要的投資［4-7］。

本文在進行IP業(yè)務隔離度測試時采用新型光電一體化設備，為TDM+分組傳送業(yè)務在配電領域中的應用奠定了良好的基礎，也為配電網(wǎng)建設中如何解決最后一公里的接入問題提供了參考。

1 算法的建立

在業(yè)務傳送過程中，影響數(shù)據(jù)業(yè)務隔離度的相關指標主要包括：丟包率、延時、抖動、吞吐量和誤碼率。傳輸業(yè)務的隔離主要基于保證數(shù)據(jù)無論在傳輸還是接收時，都可以按照已經設定的傳輸路徑進行。本文將通過性能關聯(lián)變化頻率對所傳送的業(yè)務進行隔離度估計。

設置兩個傳輸通道：X和Y通道業(yè)務。在不發(fā)生故障及未受攻擊的情況下，抖動為零，因此本文暫且只考慮誤碼率、丟包率和時延3種性能指標。

假設業(yè)務隔離度為M，誤碼率、丟包率和時延分別為A、B和C。X業(yè)務受到Y業(yè)務影響的互信息值依次表示為W（XA，Y）、W（XB，Y）和W（XC，Y）；X業(yè)務受到Y業(yè)務影響后自身的變化頻率熵依次表示為E（XA）、E（XB）和E（XC）；X業(yè)務與Y業(yè)務的聯(lián)合頻率熵表示為E（X，Y）。業(yè)務隔離度的關系表達式如下：

式中，ΔAi為i時刻誤碼率的變化率；ΔBi為i時刻丟包率的變化率；ΔCi為i時刻時延的變化率。

式中，ΔYi為i時刻Y業(yè)務自身的變化率；Δ（A/Y）表示在Y業(yè)務影響下，誤碼率變化率；丟包率及時延的表示含義以此類推。

由以上公式即可計算得到業(yè)務隔離度M。M的大小介于0～1之間，當M=0時，表示傳輸信道隔離性很差；當M=1時，表示傳輸通道隔離性最好，處于完全隔離狀態(tài)。在實際應用中，業(yè)務傳送的目標是使M盡可能趨向于1，即X業(yè)務與Y業(yè)務的相關性要盡可能小，這樣兩種不同業(yè)務的隔離度性能才會比較好。

2 算法驗證

針對本文所提出的隔離度算法，建立如圖1所示的配電通信系統(tǒng)。圖中，配置一條基于TDM核心的E1業(yè)務和一條基于IP核心的IP業(yè)務，所采用的傳輸設備為以太網(wǎng)交換機和光電一體化設備，以太網(wǎng)交換機用來傳輸E1業(yè)務，光電一體化設備用來傳輸IP業(yè)務。

圖1 配電通信系統(tǒng)實驗模型

在兩種傳輸設備不同的實驗環(huán)境下，分別設置通道1和通道2，兩個通道中分別每隔10 s發(fā)送不同速率的包（以30～70 Mbit/s為例）到同一個目的地址。在用電側一端接入相應的測試儀，依次對誤碼率、丟包率和延時數(shù)據(jù)進行測試。光電一體化設備網(wǎng)絡中主要通過PW和LSP來建立傳輸通道的隔離，以保證傳輸業(yè)務之間的隔離。試驗中主要針對不同PW及LSP下IP業(yè)務的隔離度進行測試。在E1業(yè)務和IP業(yè)務傳輸過程中，沒有外部因素作用時，誤碼率幾乎可以忽略為零，所以試驗中主要針對時延和丟包率的數(shù)據(jù)進行測試。

通過通道1和通道2向目的地址傳包的過程中，設置多種不同的傳包速率，將E1業(yè)務與IP業(yè)務的丟包率和時延數(shù)據(jù)進行比較，如表1所示。

表1 E1業(yè)務與IP業(yè)務的性能比較

在表中可以直觀地看到，光電一體化設備傳輸?shù)腎P業(yè)務的性能遠好于以太網(wǎng)交換機傳輸?shù)腅1業(yè)務。將實驗中所測得的丟包率及時延數(shù)據(jù)代入式（1），可得E1業(yè)務與IP業(yè)務隔離度的大小。本實驗中E1業(yè)務與IP業(yè)務的隔離度比較如圖2所示。

圖2 E1業(yè)務與IP業(yè)務的隔離度比較

由圖可知，E1業(yè)務的隔離度僅為0.2左右，以太網(wǎng)交換機的隔離性能相對較差；IP業(yè)務的隔離度則達到0.8左右，光電一體化設備隔離效果相對較好；這個結果與理論分析大體一致，驗證了隔離度算法的正確性。未來的智能配電業(yè)務必然會多種信道業(yè)務傳輸并存，不同種類業(yè)務對于通道有不同的需求，這就更加凸顯了隔離度的重要性。在實際的業(yè)務傳送過程中，任何隔離形式都是相對來說的，借助此方法對隔離效果進行估算，對未來的智能配電業(yè)務的高效傳送具有極大的啟迪作用。

3 結束語

本文基于智能配電網(wǎng)通道隔離度方面的需求，提出一種針對配電通信網(wǎng)業(yè)務傳輸過程中隔離度的計算方法，以E1業(yè)務與IP業(yè)務傳送通道性能作比較，實驗驗證了此算法的正確性。PTN技術在配電通信網(wǎng)的實際應用中，考慮業(yè)務隔離度的影響，具有極大的參考價值。但是，該算法是在相對理想狀態(tài)下所得，在實際應用中或多或少存在一定的局限性，還有待進一步研究改進。

［1］ 王羿.PTN在電力通信網(wǎng)中的組網(wǎng)策略研究［J］.電力信息與通信技術，2014，（11）：52-57.

［2］ 鐘睿，劉磊，房孝國，等.三級電力通信網(wǎng)中PTN系統(tǒng)的組網(wǎng)方式［J］.電力信息與通信技術，2015，（10）：97 -99.

［3］ 李軼鵬，萬征，楊浩.電力通信網(wǎng)OTN+PTN組網(wǎng)的若干關鍵技術研究［J］.華東電力，2014，42（2）：298-302.

［4］ 劉平心，王毅，劉衛(wèi)華.PTN支持下的電信級以太網(wǎng)在電力系統(tǒng)通信的應用前景［J］.山東電力技術，2009，（06）：22-24.

［5］ 杜旭峰，賀勤，丁波，等.新型光電一體化設備在電力通信網(wǎng)中的應用［J］.電力信息與通信技術，2015，（1）：116-120.

［6］ 周富民.PTN組網(wǎng)分析與測試策略［J］.大科技，2013，（7）：296-297.

［7］ 袁訓明.分組傳送網(wǎng)對于電力通信業(yè)務的傳送性能研究［J］.電力系統(tǒng)通信，2012，33（6）：58-62.

The Research on TDM+Packet Transport Service Isolation Algorithm

GUO Jin-xiang，LI Yang，ZHANG Li-xia，DUAN Jing，MENG Ya-ning
（Information Communication Branch Company，State Grid Shanxi Electric Power Company，Taiyuan 030001，China）

To meet the growing demand of the further application of distribution automation，data services and network bandwidth，the scheme which combines the Time Division Multiplexing（TDM）and packet transmission technology is proposed in this paper.The scheme is based on an integrated service delivery isolation algorithm.The effectiveness of the algorithm is verified by the use of Ethernet switches and integrated optoelectronic devices，which compare the degree of isolation for the respective transmission services.The results show that the proposed algorithm can achieve high efficiency utilization for the power transmission resources.

optoelectronic integration；isolation degree；frequency entropy

TN915.62

A

1005-8788（2016）03-0010-03

10.13756/j.gtxyj.2016.03.004

2016-02-16

郭晉祥（1963-），男，山西太原人。高級工程師，主要研究方向為電力通信。

李洋，高級工程師。E-mail：dianli54321@126.com