基于EPON技術(shù)的電力通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

黃曉堯 ，樓其民 ，田 京 ，毛麗榮

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司浙江杭州310007；2.國(guó)網(wǎng)浙江麗水供電公司浙江麗水323000）

在現(xiàn)代通信、信息、生產(chǎn)、自動(dòng)化及管理技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，其也正在不斷的融合，能夠有效實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議、數(shù)據(jù)信息傳輸、傳真、電話及即時(shí)通信等應(yīng)用服務(wù)。信息及通信技術(shù)不斷發(fā)展影響了電力系統(tǒng)，比如數(shù)字化、自動(dòng)化及標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)成為現(xiàn)代電力工業(yè)信息系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)[1]。電力行業(yè)屬于尤為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電網(wǎng)也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源布局的主要手段。在現(xiàn)代電網(wǎng)信息通信實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化之后，電力通信穩(wěn)定性及安全性也將面臨著較大的挑戰(zhàn)。在進(jìn)入到全新的世紀(jì)之后，已經(jīng)逐漸形成了智能電網(wǎng)的理念，并且對(duì)其進(jìn)行了全面的研究。我國(guó)配電網(wǎng)的自動(dòng)化雖然起步比較早，但是其發(fā)展比較慢[2]。目前，我國(guó)電網(wǎng)公司對(duì)其高度重視，組織了多方的力量，對(duì)于電力通信過(guò)程中的弱勢(shì)環(huán)節(jié)進(jìn)行了創(chuàng)建及改造。電力系統(tǒng)通信方式主要包括有線及無(wú)線，其中有線的通信方式主要包括市話網(wǎng)、專線、現(xiàn)場(chǎng)總線及光纖通信等，無(wú)線通信主要包括數(shù)字微波、無(wú)線擴(kuò)頻、數(shù)字電臺(tái)等。EPON技術(shù)表示國(guó)際中寬帶接入網(wǎng)最新的發(fā)展趨勢(shì)，其主要包括無(wú)源光及以太網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，其也是今后寬帶接入網(wǎng)主要的發(fā)展技術(shù)，被廣泛應(yīng)用到配電網(wǎng)電力通信中[3]?；诖耍疚木蛯?shí)現(xiàn)基于EPON技術(shù)的電力通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的類型

其一，EPON技術(shù)。EPON技術(shù)能夠支持對(duì)稱速率，其在光設(shè)備器件不斷發(fā)展過(guò)程中成熟，速度會(huì)提高。圖1為EPON接入技術(shù)的結(jié)構(gòu)。

圖1 EPON接入技術(shù)的結(jié)構(gòu)

此技術(shù)結(jié)合PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，所以其能夠?qū)崿F(xiàn)IP業(yè)務(wù)寬帶的通信接入技術(shù)。EPON技術(shù)主要是通過(guò)點(diǎn)到多點(diǎn)作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端用戶服務(wù)利用局端單個(gè)的光模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[4]。

其二，APON技術(shù)。APON技術(shù)屬于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和ATM技術(shù)的結(jié)合，但是其主要核心技術(shù)還是ATM技術(shù)，其能夠使語(yǔ)言分路器和ATM相互結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)光纖及光纖路終端進(jìn)行共享，從而使業(yè)務(wù)能夠擴(kuò)展到寬帶，實(shí)現(xiàn)多比特率及多業(yè)務(wù)[5]。圖2為APON技術(shù)的結(jié)構(gòu)。

圖2 APON技術(shù)的結(jié)構(gòu)

其三，GPON技術(shù)。EPON技術(shù)主要是使真協(xié)議能夠作為傳輸匯聚層主要的傳輸協(xié)議，其主要目的就是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)速率傳統(tǒng)格式的封裝，其沒(méi)有限制業(yè)務(wù)速率及類型，之后將封裝的業(yè)務(wù)通過(guò)PON實(shí)現(xiàn)傳輸，因?yàn)镚FP幀頭長(zhǎng)度指示字節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)和變化數(shù)據(jù)包的傳遞，從而使其能夠獲得全部標(biāo)準(zhǔn)上行的速率[6]。圖3為GPON技術(shù)的光線路結(jié)構(gòu)。

2 基于EPON技術(shù)的電力通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 EPON技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的可行性

EPON主要包括ONU、ODN、OLT，圖4為EPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖3 GPON技術(shù)的光線路結(jié)構(gòu)

圖4 EPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EPON技術(shù)主要是利用業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口和業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相互連接，利用用戶網(wǎng)絡(luò)接口和用戶設(shè)備相互連接。OLT屬于EPON的核心內(nèi)容，其能夠?qū)NU廣播實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送、寬帶的分配等功能，ODN屬于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，一般都是利用樹形連接方式實(shí)現(xiàn)，并且其使用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信，能夠保證服務(wù)質(zhì)量，并且成本較低、寬帶的分配較為靈活，管理維護(hù)較為方便[7]。

2.2 電力通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

因?yàn)镋PON技術(shù)能夠被在所有單模光釬介質(zhì)敷設(shè)式光纜中使用，并且傳送過(guò)程能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速且高效傳遞。并且因?yàn)镋PON能夠同時(shí)在電力系統(tǒng)多種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中使用，所以可以不使用其他的通信，從而便于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作。

為了能夠降低電力通信傳輸網(wǎng)的組成成本，還能夠使其在常用組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中使用，一般都是使用全鏈路及鏈型兩種組網(wǎng)方式，不需要實(shí)現(xiàn)通信管道的重新安裝。圖5為鏈型組網(wǎng)拓?fù)涞牡谝环N結(jié)構(gòu)。通過(guò)圖5可以看出來(lái)，此種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的設(shè)備都具有大量PON，之后使OLT設(shè)備在相應(yīng)配電子中串聯(lián)，此種設(shè)計(jì)不僅能夠提高通信半徑，還能夠?qū)崿F(xiàn)單電源供電需求[9]。

圖6為全鏈路保護(hù)組網(wǎng)的第一種結(jié)構(gòu)，圖7為全鏈路保護(hù)組網(wǎng)的第二種結(jié)構(gòu)，通過(guò)圖6可以看出來(lái)，OLT設(shè)備能夠連接配電子站，其中的POS在光方向中向下延伸，通過(guò)ONU的上行鏈路冗余設(shè)計(jì)能夠保護(hù)鏈路，從而使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行能夠更加的安全且順暢。和第一種結(jié)構(gòu)并不同，第二種結(jié)構(gòu)主要是在不同配電子站中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)POL設(shè)備的安裝，從而能夠根據(jù)光照的方向通過(guò)T型的線纜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)[10]。

通過(guò)以上3種結(jié)構(gòu)可以看出來(lái)，其中的每個(gè)組網(wǎng)能夠?qū)o(wú)源分光器和ONU通過(guò)并聯(lián)創(chuàng)建光纖通信網(wǎng)絡(luò)，并且他們之間不受其他干擾，此種設(shè)計(jì)能夠有效提高運(yùn)行的可靠性及安全性，并且還能夠有效保證組網(wǎng)信號(hào)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

圖5 鏈型組網(wǎng)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)

圖6 全鏈路保護(hù)組網(wǎng)的第一種結(jié)構(gòu)

圖7 全鏈路保護(hù)組網(wǎng)的第二種結(jié)構(gòu)

3 電力通信系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)

電力通信系統(tǒng)組網(wǎng)可靠性主要指的是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信備份，利用備份設(shè)備和線路能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)隨地路由的可達(dá)[11]。圖8為基于EPOM技術(shù)電力通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.1 核心層

系統(tǒng)中的核心主站與子站創(chuàng)建主干環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠使核心網(wǎng)絡(luò)可靠性得到有效提高，還能夠避免出現(xiàn)單點(diǎn)故障。RRPP屬于通過(guò)大量節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建的環(huán)網(wǎng)，其某個(gè)節(jié)點(diǎn)屬于主節(jié)點(diǎn)，一般都是使用配電自動(dòng)化主站實(shí)現(xiàn)，其他的節(jié)點(diǎn)屬于傳輸節(jié)點(diǎn)，一般都是利用配單子站實(shí)現(xiàn)，主節(jié)點(diǎn)的端口主要包括主端口及從端口[12]。圖9為核心層主站和子站的主干環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

圖8 基于EPOM技術(shù)電力通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖9 核心層主站和子站的主干環(huán)狀結(jié)構(gòu)

其中主節(jié)點(diǎn)一般都是利用周期性通過(guò)主端口發(fā)送環(huán)報(bào)文，假如主節(jié)點(diǎn)通過(guò)端口接收?qǐng)?bào)文，那么此環(huán)網(wǎng)完整。如果出現(xiàn)故障，那么相鄰端口及節(jié)點(diǎn)就會(huì)中斷對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。如果故障恢復(fù)，那么故障的端口及節(jié)點(diǎn)就會(huì)恢復(fù)工作，這個(gè)時(shí)候故障節(jié)點(diǎn)就會(huì)將此端口短時(shí)間阻塞，但是此端口還是能夠通過(guò)RRPP協(xié)議報(bào)文，主節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)HELL報(bào)文的發(fā)送，如果能夠通過(guò)端口實(shí)現(xiàn)報(bào)文的接收，那么主節(jié)點(diǎn)就已經(jīng)恢復(fù)正常，之后將端口阻斷，使業(yè)務(wù)流量對(duì)正常鏈路進(jìn)行切換[13]。

3.2 分支網(wǎng)

通過(guò)變電站，光纜就會(huì)順著電力管線鋪設(shè)到其中的所有開(kāi)閉所或者柱開(kāi)關(guān)中，變電站和所有的光纜鏈路都是使用星型方式接線，變電站中的OLT設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)不同方向光纜鏈路的千兆關(guān)口聚集。分支網(wǎng)使用EPON技術(shù)，其中的所有終端設(shè)備故障都不會(huì)對(duì)終端設(shè)備造成影響，從而降低設(shè)備出現(xiàn)故障的機(jī)率[14]。圖10為分支網(wǎng)利用EPON技術(shù)的結(jié)構(gòu)。

其分支結(jié)構(gòu)為：

DO CASE

CASE＜條件1＞

圖10 分支網(wǎng)利用EPON技術(shù)的結(jié)構(gòu)

＜命令組1＞

CASE＜條件2＞

＜命令組2＞

CASE＜條件N＞

＜命令組N＞

END CASE

3.3 配電終端

其中的每個(gè)柱及開(kāi)閉所中的ONU設(shè)備都設(shè)置了10/100M端口，其能夠?qū)崿F(xiàn)TCP/IP協(xié)議，使用FTU或者DTU通過(guò)網(wǎng)線連接，能夠使全網(wǎng)通信效率進(jìn)一步提高[15]。圖11為配電終端EPON接入的方式。

圖11 配電終端EPON接入的方式

4 配網(wǎng)方案的使用

某用電管理所以智能電網(wǎng)綜合示范園區(qū)工程建設(shè)需求為基礎(chǔ)，根據(jù)配電自動(dòng)化的建設(shè)，使用EPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)區(qū)開(kāi)關(guān)的配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)及改造，使用互聯(lián)組網(wǎng)方式，ONU中的兩個(gè)PON口和鏈路分光器相互連接，從而能夠全網(wǎng)保護(hù)PON端口、分光器及主干管線，此網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備都不會(huì)對(duì)ONU使用造成影響。圖12為某用電管理所的電力通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案。

圖12 某用電管理所的電力通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案

使用EPON技術(shù)能夠使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加的清晰、簡(jiǎn)潔，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的集中維護(hù)及建設(shè)，而且還具有一定的后向兼容性，能夠有效促進(jìn)區(qū)域中全新開(kāi)關(guān)站的接入。本文所設(shè)計(jì)的組網(wǎng)方案，能夠有效滿足智能電網(wǎng)朝著深入化的方向發(fā)展，其在變電所和開(kāi)關(guān)站中使用，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域電力配網(wǎng)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)分層，還能夠?qū)崿F(xiàn)站點(diǎn)的全面覆蓋[16]。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中在電力通信系統(tǒng)中使用EPON技術(shù)，并且以配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)及EPON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)全新組網(wǎng)方案的設(shè)計(jì)。通過(guò)配網(wǎng)方案在具體用電管理所中的使用表示，其能夠有效滿足現(xiàn)代配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的需求，并且能夠提高電力通信過(guò)程中的安全性，完善傳統(tǒng)電力通信中的問(wèn)題。