地市級電力通信傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)承載方式分析

郭家偉，常永杰，陳 亮

(國網(wǎng)河北省電力有限公司石家莊供電分公司，石家莊 050051)

地市級電力通信傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)承載方式分析

郭家偉，常永杰，陳 亮

(國網(wǎng)河北省電力有限公司石家莊供電分公司，石家莊 050051)

介紹電力通信傳送網(wǎng)承載業(yè)務(wù)的發(fā)展變化及通信傳送網(wǎng)的技術(shù)演變過程，結(jié)合河北省南部電網(wǎng)地市級電力通信傳送網(wǎng)(SDH/MSTP與PTN網(wǎng)絡(luò))具體情況，分析網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)接納程度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性及網(wǎng)絡(luò)帶寬等3個規(guī)劃業(yè)務(wù)承載方式時的重要考慮因素，提出通信方式編制及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等工作中衡量、評價通信傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)承載方式的有效方法。

傳送網(wǎng)；SDH/MSTP；PTN；分組業(yè)務(wù)

電力通信傳送網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的支撐網(wǎng)絡(luò)，承載了為確保電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)及經(jīng)營管理所需各專業(yè)、各種類型的信息，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要支撐，也是建立集約、高效現(xiàn)代化電力企業(yè)的重要基礎(chǔ)。河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)地市級通信傳送網(wǎng)普遍采用業(yè)界2種主流傳輸技術(shù)(SDH/MSTP技術(shù)和PTN技術(shù))，在考慮業(yè)務(wù)承載途徑，編制通信方式時，需要比較2種技術(shù)對不同業(yè)務(wù)承載的優(yōu)劣，明確承載業(yè)務(wù)種類的界定和區(qū)分，根據(jù)技術(shù)優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)特點明確界定業(yè)務(wù)的承載原則，形成統(tǒng)一的傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)承載思路。

1 通信傳送網(wǎng)承載業(yè)務(wù)概述

早期電力通信傳送網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)僅僅是電話、遠動三遙信號等少量窄帶模擬信號，信號所占帶寬小，傳輸速率低，對于傳輸質(zhì)量要求不高。隨著電力系統(tǒng)各專業(yè)設(shè)備自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，以及各類經(jīng)營管理系統(tǒng)投入使用，系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間交互的信息量呈幾何量級增長，其顯著特點是基于IP的數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)正在成為業(yè)務(wù)主流，這一點在公網(wǎng)和電力通信專網(wǎng)的表現(xiàn)完全一致。

電力通信傳送網(wǎng)是為電力系統(tǒng)服務(wù)的通信專網(wǎng)，其承載的業(yè)務(wù)有鮮明的自身特征。按照業(yè)務(wù)屬性劃分，可以分為生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)；按照電力二次系統(tǒng)安全防護管理體系劃分，可分為I、II、III、IV四大安全區(qū)域業(yè)務(wù)；按業(yè)務(wù)類型可分為語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及多媒體業(yè)務(wù)；按業(yè)務(wù)信息對時間的敏感程度可分為實時業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)。不同系統(tǒng)、不同類型的業(yè)務(wù)對于傳送通道的選擇有不同的要求。表1反映了電力通信傳送網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)分類與特征。

表1 電力通信傳送網(wǎng)承載業(yè)務(wù)分類與特征

業(yè)務(wù)屬性安全區(qū)域業(yè)務(wù)名稱業(yè)務(wù)類型時延敏感程度業(yè)務(wù)流向生產(chǎn)業(yè)務(wù)I區(qū)線路縱差保護數(shù)據(jù)實時點到點安穩(wěn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時點到點調(diào)度自動化數(shù)據(jù)實時點到多點調(diào)度電話語音實時點到多點II區(qū)電量計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)非實時點到多點故障錄波數(shù)據(jù)實時點到多點III區(qū)雷電定位檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時點到多點變電站視頻監(jiān)控語音實時點到多點電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時點到多點管理業(yè)務(wù)IV區(qū)行政電話語音實時點到多點辦公系統(tǒng)數(shù)據(jù)非實時點到多點視頻會議多媒體實時點到多點............

從表1可以看出，電力通信傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)模型主要是：網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)流向大多是從業(yè)務(wù)接入節(jié)點到核心/匯聚層的業(yè)務(wù)控制和交換節(jié)點，為點到點(P2P)和點到多點(P2MP)匯聚模型。

2 地市級傳送網(wǎng)的技術(shù)特性和典型結(jié)構(gòu)

2.1 通信傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

通信傳送網(wǎng)技術(shù)總是為滿足業(yè)務(wù)的需求而不斷發(fā)展。從簡單的只能傳送語音信號的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)在可以承載語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)的綜合網(wǎng)絡(luò)平臺，通信技術(shù)總是不斷突破發(fā)展中的一個個瓶頸來滿足業(yè)務(wù)的需求，反之業(yè)務(wù)需求同時也促進了通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進步。

21世紀第1個10年，通信業(yè)務(wù)逐漸由語音為主向以數(shù)據(jù)為主轉(zhuǎn)變，2010年以后，各類IP業(yè)務(wù)呈爆炸式增長，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無可阻擋的成為了業(yè)務(wù)主流。然而，還是傳送網(wǎng)主流的傳統(tǒng)SDH設(shè)備并不支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口，所以業(yè)務(wù)的IP化迫使SDH設(shè)備必須經(jīng)過一些改進來支持它，誕生了支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入的SDH設(shè)備-多業(yè)務(wù)傳送平臺即MSTP設(shè)備。因為MSTP是由SDH發(fā)展而來，繼承了SDH的基本特點和優(yōu)勢，所以通信傳送網(wǎng)可以由SDH網(wǎng)絡(luò)向MSTP網(wǎng)絡(luò)平滑升級，保持了網(wǎng)絡(luò)運行和維護方面的基本特性。

MSTP設(shè)備通過GE或FE接口接收到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，經(jīng)過幀緩存，使用通用成幀規(guī)程(GFP)[1]協(xié)議將其封裝到SDH體制中的C12、C4等容器里，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。雖然MSTP解決了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入問題，但MSTP的核心仍是SDH，SDH體系中的C、VC、STM-N等承載數(shù)據(jù)的容器容量固定，屬于剛性通道，適用于帶寬固定、對時延敏感TDM業(yè)務(wù)的傳送，而以IP技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)，具有帶寬不固定、流量突發(fā)性強等特點，MSTP傳送這類業(yè)務(wù)就存在帶寬利用率不高，傳送效率低、配置復雜等劣勢。

當網(wǎng)絡(luò)中承載的業(yè)務(wù)主流由TDM業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)為IP數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)時，迫切需要一種新型的傳送技術(shù)提供支持，PTN(Packet Transport Network-分組傳送網(wǎng))技術(shù)應(yīng)運而生。PTN是面向分組的通用傳送技術(shù)，它繼承了SDH/MSTP傳送網(wǎng)的諸多優(yōu)點，如豐富的操作維護功能、快速的保護倒換等，同時還增加了更適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)奶匦浴TN技術(shù)基于分組交換，具有適合各種粗細顆粒業(yè)務(wù)、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP分組業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道；點對點連接通道的保護切換可以在50 ms內(nèi)完成，可以實現(xiàn)傳輸級別的業(yè)務(wù)保護和恢復[2]。

2.2 河北南網(wǎng)地市級傳送網(wǎng)現(xiàn)狀

21世紀初以來，電力通信傳送網(wǎng)抓住同步數(shù)字體系(SDH)發(fā)展完善的契機，構(gòu)建起可靠的地市級電力通信SDH/MSTP同步傳送網(wǎng)。在當時的業(yè)務(wù)需求下，地市級SDH/MSTP傳送網(wǎng)很輕松的提供了主干鏈路達2.5 Gbit/s帶寬，并可根據(jù)需要升級為10 Gbit/s帶寬的數(shù)字高速通信網(wǎng)，完美解決了當時占業(yè)務(wù)主流的實時業(yè)務(wù)對通道的需求，同時其強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力也保證了網(wǎng)絡(luò)運行的可靠穩(wěn)定。

以石家莊地區(qū)為例，石家莊SDH/MSTP傳送網(wǎng)覆蓋石家莊地調(diào)、17個縣調(diào)及石家莊地區(qū)所有220 kV變電站、大部分110 kV變電站及部分35 kV變電站、供電所、直調(diào)電廠等，網(wǎng)絡(luò)拓撲為復雜網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，骨干層傳輸容量為2.5 Gbit/s，接入層傳輸容量為622 Mbit/s。

石家莊地區(qū)PTN傳輸網(wǎng)2012年開始建設(shè)，現(xiàn)在已覆蓋了石家莊地區(qū)17個縣調(diào)、縣域大部分110 kV變電站、所有35 kV變電站及大部分電管所(站)、獨立營業(yè)場所等，網(wǎng)絡(luò)傳輸容量為GE/155 Mbit/s，接入帶寬100 Mbit/s，縣域匯聚業(yè)務(wù)均通過縣調(diào)及第二匯聚點接入石家莊骨干SDH/MSTP光傳輸網(wǎng)絡(luò)及通信綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)地縣之間的各類業(yè)務(wù)互通。在接入側(cè)為生產(chǎn)、管理信息業(yè)務(wù)提供了100 Mbit/s帶寬的接入傳輸通道。各縣已形成縣調(diào)、110 kV變電站、35 kV變電站、獨立營業(yè)場所等節(jié)點的環(huán)狀PTN網(wǎng)絡(luò)。目前，220 kV變電站PTN 10GE帶寬的匯聚層正在建設(shè)，建成后，將形成由縣域經(jīng)220 kV站到地調(diào)中心站可靠的、大容量的PTN傳輸通道。

河北南網(wǎng)各地市級通信傳送網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似，表2是當前在河北南網(wǎng)地市級電力通信傳送網(wǎng)采用的主流技術(shù)比較。

表2 SDH、MSTP、PTN技術(shù)比較

技術(shù)體制內(nèi)核承載業(yè)務(wù)類型技術(shù)特征SDHTDM交換TDM業(yè)務(wù)剛性管道,無法承載分組業(yè)務(wù)MSTPTDM交換PTN分組交換TDM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)剛性管道,分組業(yè)務(wù)比重較大時承載效率較低彈性管道,分組業(yè)務(wù)承載效率高

3 業(yè)務(wù)承載方式關(guān)鍵要素分析

不同通信業(yè)務(wù)在傳送網(wǎng)承載時，如何選擇傳送網(wǎng)需要考慮各方面情況，包括網(wǎng)絡(luò)容量、運行環(huán)境等，而以下三方面是決定承載方式的關(guān)鍵要素。

3.1 網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)接納程度

河北南網(wǎng)地市級通信傳送網(wǎng)的普遍現(xiàn)狀是原有的SDH/MSTP傳送網(wǎng)和新建的PTN傳送網(wǎng)并存，通信方式編制人員在新業(yè)務(wù)接入時，首先要面對一個問題是傳送網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的接納程度問題，表現(xiàn)在傳送通道能否滿足業(yè)務(wù)對實時性、可靠性、安全性要求及帶寬需求。業(yè)務(wù)對于通道的實時性、可靠性要求高，自然應(yīng)選擇幀頻固定、采用時隙隔離業(yè)務(wù)的SDH/MSTP傳送網(wǎng)承載，二次系統(tǒng)中的線路縱差保護信號就是一個典型的例子。通道時延以及時延對稱性是保護信號對通道要求的重要技術(shù)指標。在通信傳送網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)中，線路縱差保護對保護通道的傳輸時延要求最為苛刻。通道的單向時延要求小于10 ms，雙向時延必須對稱[3]。傳統(tǒng)的SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)采用同步復用技術(shù)，在路徑確定的條件下，端到端時延相對穩(wěn)定，能夠很好滿足繼電保護通道的需求。實驗表明，典型的SDH/MSTP復用保護通道全程包括3～8個傳輸節(jié)點，時延可控制在2.5～3 ms，雙向時延差在0.03～0.05 ms，完全滿足線路縱差保護信號對傳送通道的要求；而PTN采用統(tǒng)計復用的分組交換技術(shù)，承載TDM業(yè)務(wù)時時延具有明顯的隨機性，存在傳輸時延長、同步精度偏低的可能，在當前的運行條件下不適合傳送線路縱差保護信號。所以SDH/MSTP技術(shù)是地市級電力通信傳送網(wǎng)承載線路縱差保護信號的僅有選擇。

對于視頻監(jiān)控、視頻會議等多媒體業(yè)務(wù)及包含各類管理辦公系統(tǒng)的信息聯(lián)網(wǎng)，其均是高速率、大帶寬的IP數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)，這時帶寬需求上升為主要考慮。PTN傳送網(wǎng)可以提供對于寬帶數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)的良好支持。當然，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)受到的安全威脅加劇，也使得通信網(wǎng)絡(luò)的安全程度越來越受到重視，要求核心業(yè)務(wù)和普通業(yè)務(wù)之間實現(xiàn)隔離。一般認為，SDH/MSTP時隙隔離能夠達到物理隔離的效果；而PTN網(wǎng)絡(luò)可以通過業(yè)務(wù)VLAN隔離、隧道/偽線隔離、端口隔離等不同層面的隔離技術(shù)，滿足承載業(yè)務(wù)隔離特性的要求，所以PTN網(wǎng)絡(luò)承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，比普通路由器、交換機組網(wǎng)能夠提供更高的可靠性和安全性，再配合QoS技術(shù)提供差分化的服務(wù)特性，使得PTN傳送網(wǎng)在提高帶寬使用率、保障服務(wù)質(zhì)量與安全的同時，為不同類型的業(yè)務(wù)提供不同QoS標準的差異化傳送方式，網(wǎng)絡(luò)更加靈活智能。

其他業(yè)務(wù)諸如調(diào)度自動化系統(tǒng)、電量計量遙測系統(tǒng)、通信網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、行政電話等，它們對通道的各項要求介于上述兩類業(yè)務(wù)之間，尤其在實時性方面不需要線路縱差保護信號那樣嚴苛，無論是SDH/MSTP傳送網(wǎng)還是PTN傳送網(wǎng)均能滿足一般業(yè)務(wù)需求，所以在傳送通道選擇方面有更大的選擇余地。這時，需要綜合考慮傳送網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)安全性和傳送網(wǎng)傳輸容量做出選擇。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性

從早期SDH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開始，傳送網(wǎng)就可以提供業(yè)務(wù)通道的電信級故障自愈能力，即在線路中斷的情況下，無需人為干預自動將業(yè)務(wù)倒換到備用路由進行承載，自動恢復所攜帶的業(yè)務(wù)，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)出現(xiàn)了故障。網(wǎng)絡(luò)自愈能力的完善程度取決于網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，無論是SDH/MSTP傳送網(wǎng)還是PTN傳送網(wǎng)，其在拓撲結(jié)構(gòu)上的構(gòu)成基本是一致的，無外乎鏈形、樹形、環(huán)形、環(huán)帶鏈、相切環(huán)、相交環(huán)及網(wǎng)狀網(wǎng)等幾種類型。鏈形、樹形拓撲結(jié)構(gòu)天然缺少保護冗余路徑，單純的環(huán)形網(wǎng)實現(xiàn)困難，而純粹的網(wǎng)狀網(wǎng)由于建設(shè)成本高、對光纜資源要求高、結(jié)構(gòu)復雜、管理困難等原因，在地市級通信傳送網(wǎng)中難以實現(xiàn)。現(xiàn)狀中，地市通信傳送網(wǎng)一般是環(huán)帶鏈、相切環(huán)、相交環(huán)、網(wǎng)狀網(wǎng)等拓撲形式的組合。如圖1、2、3、4分別表示了環(huán)帶鏈、相切環(huán)、相交環(huán)、網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)模型，其中相切環(huán)只有一個互通節(jié)點，當該節(jié)點失效后，所有跨環(huán)業(yè)務(wù)將會中斷；而相交環(huán)因為通過2個節(jié)點互聯(lián)，從而保證了一個相交節(jié)點失效的情況下，通過另一個相交節(jié)點傳送跨環(huán)業(yè)務(wù)，提高了環(huán)間業(yè)務(wù)保護的可靠性；網(wǎng)狀網(wǎng)可靠性最高，但占用大量的光纖資源及物理接口。

圖1 環(huán)帶鏈結(jié)構(gòu)

圖2 相切環(huán)結(jié)構(gòu)

圖3 相交環(huán)結(jié)構(gòu)

圖4 網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)

經(jīng)過充分考慮業(yè)務(wù)特性因素后，在業(yè)務(wù)承載通道選擇上，通信方式編制人員還需考慮實際SDH/MSTP傳送網(wǎng)與PTN傳送網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，選擇能夠提供完善業(yè)務(wù)保護通道的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)實情況是，河北南網(wǎng)地市級SDH/MSTP傳送網(wǎng)建設(shè)時間早，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)經(jīng)過多輪優(yōu)化后比較合理；PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較晚，經(jīng)常遇到光纜纖芯資源不足的困擾，致使網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)參差不齊，需要在運行中不斷完善。

3.3 網(wǎng)絡(luò)帶寬情況分析

河北南網(wǎng)地市級通信傳送網(wǎng)中，SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)主干鏈路一般已達到2.5 Gbit/s帶寬，分支接入為622 Mbit/s或155 Mbit/s帶寬；PTN傳送網(wǎng)占有后發(fā)的技術(shù)優(yōu)勢，可以以較低的投入提供10 Gbit/s帶寬的主干通道。SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)中為業(yè)務(wù)所分配的帶寬為獨享帶寬；PTN中單條業(yè)務(wù)可以設(shè)置CIR(保證帶寬)、PIR(峰值帶寬)，適合分組業(yè)務(wù)特性，所以不同技術(shù)體制網(wǎng)絡(luò)中帶寬的內(nèi)涵還是有所差異，在考慮鏈路帶寬的同時，更應(yīng)該計算鏈路空閑帶寬和承載業(yè)務(wù)的自身特點。

4 結(jié)論

針對不同的業(yè)務(wù)承載需求，文章總結(jié)出需要從網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)接納程度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性、傳送網(wǎng)帶寬情況等3個主要方面進行衡量、選擇傳送網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成在通信方式編制及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等工作中衡量、評價通信傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)承載方式的有效方法。當然這里存在不同條件權(quán)重問題，需要實際問題具體分析。在部分條件基本相同時，通信方式編制人員在實際工作中應(yīng)抓住關(guān)鍵要素來決定承載方式。此外，實際工作中還存在設(shè)備運行穩(wěn)定性、維護人員對不同設(shè)備熟悉程度等其它因素需要一并考慮，這就要求通信方式編制人員不僅僅掌握理論上的知識，還要從網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、人員等各方面綜合考慮，從以往運行經(jīng)驗中總結(jié)分析，不斷提高方式編制質(zhì)量，優(yōu)化運行方式，提升電力通信傳送網(wǎng)承載業(yè)務(wù)的可靠性和有效性。

[1] 曹薊光，吳英樺.多業(yè)務(wù)傳送平臺技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：人民郵電出版社，2003.

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[3] 徐俊現(xiàn)，高會生，汪 洋. 用于線路縱差保護的PTN時分復用業(yè)務(wù)時延分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2015，43(23)：56-62.

Analysis on Ways of Traffic Carrying in Different Transport Networks Serving for Regional Electric Power Grid

Guo Jiawei,Chang Yongjie,Chen Liang

(State Grid Hebei Electric Power Company Co.Ltd. Shijiazhuang Power Supply Branch,Shijiazhuang 050051,China)

This paper introduces the development of customer data carried on the transport network serving for Hebei south regional electric power grid and the evolution of the transport network technology.combined with the specific situations of the transport network serving for Hebei south regional electric power grid including SDH/MSTP network and PTN network,analyzes three important factors in detail which must be concerned when choosing the transport network for the customer data:the level of network adapting to data,network topology capacity,and the transport network,brings up the effective method for evalution the ways of traffic carrying in different transport networks in the draft of the communication measures and the network planning.

transport network;SDH/MSTP;PTN;packet data

2017-09-01

郭家偉(1977-)，男，高級工程師，主要從事通信工程及項目的業(yè)務(wù)研究和應(yīng)用工作。

TN915.853

B

1001-9898(2017)06-0009-04

齊勝濤