光交換網(wǎng)絡(luò)在縣級(jí)電網(wǎng)基層單位的應(yīng)用研究

強(qiáng)晟　隋吉生　喬塹　李曉東

摘 要：本文主要介紹基于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式和光纖T型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在縣級(jí)電力通信網(wǎng)的深化應(yīng)用，利用光交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信源端（縣級(jí)供電所）至信宿端（地市公司）的最短路徑傳輸，保證企業(yè)生產(chǎn)和辦公業(yè)務(wù)的可靠接入。

關(guān)鍵詞：光交換網(wǎng)絡(luò);SDN;DV;數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN929.1;TM73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）31-0126-03

The Application Research of Optical Switch Network in

County-level Power Grid Basic Units

QIANG Sheng SUI Jisheng QIAQ Qian LI Xiaodong

（State Grid Jilin Electric Power Supply Company Information and Communication Co.， Ltd.，Changchun Jilin 130022）

Abstract： This paper introduced deepening application based on SDN network architecture and optical fiber T model network. Optical switching network was used to realize the shortest path transmission from the source end （county-level power supply station） to the sink end （city company） to ensure the reliable access of enterprise production and office business.

Keywords： optical switching network;SDN;DV;data communication network

隨著電網(wǎng)企業(yè)體系改革的縱深發(fā)展和新戰(zhàn)略的部署推進(jìn)，通信專業(yè)地市骨干傳輸網(wǎng)優(yōu)化以及省級(jí)以下數(shù)據(jù)網(wǎng)優(yōu)化整合逐步向縣公司及以下延伸。基層單位以往采用租用公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商通道，技術(shù)體制落后，傳輸帶寬不足，無(wú)法滿足現(xiàn)有多元業(yè)務(wù)的承載需求。根據(jù)2015—2020年通信網(wǎng)滾動(dòng)規(guī)劃的帶寬預(yù)測(cè)，20人及以上供電所出口業(yè)務(wù)流量為15.9MB，20人以下供電所出口業(yè)務(wù)流量為10.7MB?，F(xiàn)有的2MB傳輸帶寬無(wú)法保證縣級(jí)電網(wǎng)基層單位辦公類、生產(chǎn)類、營(yíng)銷類業(yè)務(wù)安全可靠的接入需求。

1 背景研究

隨著吉林電網(wǎng)智能化水平不斷提高，其對(duì)通道的可靠性、安全性和傳輸容量都提出了更高的要求，各個(gè)地市所轄縣公司專網(wǎng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)薄弱，造成縣公司通信系統(tǒng)存在的問(wèn)題更加突出，主要存在以下兩方面問(wèn)題。

①通信設(shè)施薄弱，通道帶寬不足。各個(gè)縣公司均沒有建設(shè)成體系的專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，僅能依賴租用公網(wǎng)光纖或電話線傳輸基本信息，通信設(shè)施極其薄弱，通道容量小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)上傳。租用公網(wǎng)專用光纖，帶寬一般為N×64K、1M、2M，遠(yuǎn)不能滿足調(diào)度自動(dòng)化信號(hào)機(jī)視頻信號(hào)、信息內(nèi)網(wǎng)的業(yè)務(wù)接入需求[1]。

②通信網(wǎng)絡(luò)安全性低、穩(wěn)定性差。目前，全省縣公司基本依賴租用公網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的上傳，各個(gè)縣公司的所有運(yùn)行、營(yíng)銷信息均經(jīng)由公網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)法做到信息的保密和隔離，此外公網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境決定其運(yùn)行穩(wěn)定性難以得到保證。

國(guó)網(wǎng)吉林電力長(zhǎng)春、遼源、通化和白山4個(gè)地市-縣公司及所屬基層單位網(wǎng)絡(luò)覆蓋和帶寬提升實(shí)現(xiàn)光纖專網(wǎng)延伸至縣公司及以下基層單位，重要技術(shù)指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)較大提升。經(jīng)過(guò)帶寬測(cè)試，供電所至省/市公司的上行通道平均帶寬為16MB，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小于20ms，丟包率為零，基本實(shí)現(xiàn)資源共享，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少成本支出，提高縣公司企業(yè)生產(chǎn)辦公的工作效率，對(duì)“全能型”供電所的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供支撐與保障。以服務(wù)電網(wǎng)為宗旨，滿足公司電網(wǎng)發(fā)展和信息化建設(shè)，提高通信資源整體利用率，實(shí)現(xiàn)全省縣域電力通信系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)比較

2.1 國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)總體比較

國(guó)內(nèi)外對(duì)于基于光纖網(wǎng)絡(luò)在基層電網(wǎng)的應(yīng)用方式不盡相同，國(guó)外將電網(wǎng)發(fā)展方向定義為“智能電網(wǎng)”，通信網(wǎng)絡(luò)為智能電網(wǎng)的輔助網(wǎng)絡(luò)，是為整合電力用戶和市場(chǎng)提供理論支持和技術(shù)支撐的。由于國(guó)外人口分布和行政區(qū)劃與國(guó)內(nèi)完全不同，電力供應(yīng)要以對(duì)環(huán)境的影響最低為前提，既要滿足綠色環(huán)保又要滿足日益增長(zhǎng)的生活、工業(yè)需求，所以用戶側(cè)至電源側(cè)的通信網(wǎng)絡(luò)既有光纖網(wǎng)絡(luò)也有傳統(tǒng)的電力載波網(wǎng)絡(luò)。國(guó)內(nèi)主流技術(shù)側(cè)重于PTN技術(shù)。這主要是因?yàn)镻TN技術(shù)是融合電路交換和分組交換網(wǎng)兩方面的優(yōu)勢(shì)而發(fā)展起來(lái)的一種分組交換技術(shù)，順應(yīng)了業(yè)務(wù)IP化和網(wǎng)絡(luò)融合趨勢(shì)，具有高效率的統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用、多業(yè)務(wù)承載、層次化QoS（服務(wù)質(zhì)量）等特點(diǎn)[2]。部分采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）技術(shù)，符合下一代網(wǎng)絡(luò)以業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)為特征的網(wǎng)絡(luò)要求，越來(lái)越受到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的青睞。

2.2 核心技術(shù)與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較

電力系統(tǒng)通信是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化和管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段，是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。目前，主干光纖網(wǎng)絡(luò)與地區(qū)網(wǎng)絡(luò)已基本建好，但電力系統(tǒng)農(nóng)網(wǎng)和城區(qū)營(yíng)業(yè)網(wǎng)的通信接入方式存在傳輸信息量少、接口復(fù)雜、通信范圍點(diǎn)多面廣、網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)管理薄弱等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足電力營(yíng)銷管理信息系統(tǒng)具有多種通信方式和通道保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)要求，因此有必要對(duì)當(dāng)前的通信接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造。南方地區(qū)部分省份結(jié)合農(nóng)電通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有構(gòu)架和缺陷，提出了三種典型的光纖接入方案，并從網(wǎng)絡(luò)性能與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、維護(hù)管理三方面進(jìn)行綜合比較分析，擬采用智能脈沖編碼調(diào)制（PCM）作為農(nóng)電通信網(wǎng)的接入方案技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，充分利用由全省各地區(qū)調(diào)度主站、220kV及以上變電站組成的SDH主干光纖通信網(wǎng)和骨干數(shù)據(jù)網(wǎng)的高可靠性傳輸通道，采用多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)電通信接入網(wǎng)方案。

隨著通信技術(shù)日新月異，電力通信業(yè)務(wù)需求逐步增加，原有舊式集線器已無(wú)法滿足寬帶業(yè)務(wù)不斷增加的需求，北方某省份采用具有路由功能的交換機(jī)構(gòu)建高速網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋到各變電站、供電所營(yíng)業(yè)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用MPLS+VLAN技術(shù)，交換機(jī)之間采用光纖直連，鏈路帶寬擴(kuò)展，接入層交換機(jī)采用二層VLAN透?jìng)?設(shè)計(jì)VPN網(wǎng)絡(luò)，按業(yè)務(wù)劃分VPN，保證各業(yè)務(wù)的安全有效VPN隔離，增強(qiáng)信息系統(tǒng)的安全性;應(yīng)用三層交換，提供全面的QoS保障服務(wù);同時(shí)，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入網(wǎng)管系統(tǒng)，利用網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高運(yùn)維能力和網(wǎng)絡(luò)管理能力，確保通信網(wǎng)絡(luò)安全可靠。

吉林省長(zhǎng)春市等部分地區(qū)基層通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)立足于縣域電網(wǎng)整體狀況，詳細(xì)介紹了其電力通信網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了縣域當(dāng)前電力通信網(wǎng)的發(fā)展需求，并且對(duì)光纖傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)方案、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及安全性問(wèn)題進(jìn)行探討，提出了組建PTN新型網(wǎng)絡(luò)的解決方案。在結(jié)合本地區(qū)電力通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決方案和規(guī)劃策略，進(jìn)行PTN組網(wǎng)IP規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)端口規(guī)劃、設(shè)備及站點(diǎn)選取等一系列方案的實(shí)施，在原有SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上組建了PTN電力通信傳輸網(wǎng)，使本地區(qū)縣域電力通信在業(yè)務(wù)傳輸?shù)乃俾?、傳輸效率和可靠性上都得到大大提升。最后，基于已組建的PTN網(wǎng)絡(luò)，分析其采取的各種設(shè)備級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)的保護(hù)機(jī)制，并且通過(guò)以太網(wǎng)性能測(cè)試和設(shè)備保護(hù)切換測(cè)試，驗(yàn)證已組建的PTN網(wǎng)絡(luò)的可靠性和合理性。

綜上所述，光交換網(wǎng)絡(luò)在縣域基層單位的應(yīng)用依托于本地區(qū)骨干通信網(wǎng)，建設(shè)具有延展性和兼容性的縣域電力通信網(wǎng)，保證網(wǎng)絡(luò)開展后續(xù)的深化應(yīng)用。本課題的核心技術(shù)基于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式和光纖T型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與國(guó)內(nèi)外所采用的技術(shù)有所不同，規(guī)劃建設(shè)環(huán)狀+鏈型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，保證點(diǎn)多面廣的基層供電所（營(yíng)業(yè)廳）匯聚上傳，利用DV算法實(shí)現(xiàn)路由準(zhǔn)確、路徑最短，確保上行通道平均帶寬、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、丟包率優(yōu)于傳統(tǒng)租用通道的性能[3]。國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)的性能比較見表1。

3 應(yīng)用方案

3.1 技術(shù)原則

針對(duì)現(xiàn)有縣域電力通信資源的分布情況，光交換網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實(shí)施優(yōu)先利用現(xiàn)有線路桿路資源至就近變電站新建1條24芯ADSS或普通光纜，主干線路或重要線路優(yōu)先采用48芯光纜，線路“T”接點(diǎn)光纜纖芯分配優(yōu)先采用直通12芯[4]。設(shè)備部分利用已有電力線路建設(shè)光纜接入現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)，并在變電站配置相應(yīng)的SDH設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備及電源等輔助設(shè)備。利用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)供電所（營(yíng)業(yè)廳）的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，結(jié)合各地市數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，合理配置匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備，優(yōu)化整合地市數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的接入方案。

3.2 測(cè)試指標(biāo)

縣級(jí)供電所（營(yíng)業(yè)廳）實(shí)現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò)覆蓋后，縣域電力通信網(wǎng)基于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式和光纖T型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)供電所（營(yíng)業(yè)廳）經(jīng)縣公司匯聚上聯(lián)至地市主站的環(huán)狀+鏈型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄒ妶D1），采用DV（距離矢量）算法計(jì)算信源端（縣級(jí)供電所）至信宿端（地市公司）的最短路徑，實(shí)現(xiàn)企業(yè)辦公自動(dòng)化和行政電話的集中接入。對(duì)比之前采用租用運(yùn)營(yíng)商光纜通道，重要技術(shù)指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)較大提升，其中上行通道平均帶寬為16MB，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小于18ms，丟包率為零[5]。經(jīng)過(guò)第三方測(cè)試軟件進(jìn)行TCP響應(yīng)時(shí)間、TCP吞吐量和UDP串流吞吐量測(cè)試，得到的網(wǎng)絡(luò)吞吐率和響應(yīng)時(shí)間能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)性能。第三方軟件測(cè)試指標(biāo)見圖2。

3.3 應(yīng)用情況

長(zhǎng)春、遼源、通化和白山實(shí)現(xiàn)電力通信專網(wǎng)延伸到縣公司及基層單位，光纜覆蓋率由9.21%提升至100%，改變以往縣公司租用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的固有模式，有效提高傳輸通道的安全性和穩(wěn)定性。通信網(wǎng)絡(luò)帶寬得到大幅提升，接入帶寬由租用公網(wǎng)2M增長(zhǎng)至電力專網(wǎng)16M，經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證變電站和供電所數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上聯(lián)帶寬均大于10M，變電站最大帶寬約為75M，供電所最大帶寬約為20M[6]。

國(guó)網(wǎng)吉林電力長(zhǎng)春等4個(gè)地市-縣公司及基層單位網(wǎng)絡(luò)覆蓋和帶寬提升促進(jìn)公司協(xié)同辦公、營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用功能在基層鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所（營(yíng)業(yè)廳）得到深化應(yīng)用?；鶎臃?wù)人員與省市公司專業(yè)對(duì)口人員聯(lián)系及信息傳遞更為快捷順暢?？蛻羯暇W(wǎng)繳費(fèi)及信息查詢速度顯著加快。費(fèi)控系統(tǒng)為客戶投放電量時(shí)間縮短，提升了服務(wù)效率?？h網(wǎng)覆蓋和帶寬提升推動(dòng)用電營(yíng)銷全能型平臺(tái)建設(shè)，高效集成營(yíng)配調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，深度開發(fā)智能表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用，服務(wù)業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)和管控一界面受理、一按鍵研判、一指令派發(fā)，工單派發(fā)準(zhǔn)確率達(dá)到100%，客戶滿意率達(dá)到99.6%，服務(wù)業(yè)務(wù)勞動(dòng)用工效率提升33%;智能電表采集成功率由集約前的95%提高至99.75%，低壓客戶抄表日由11d縮短至2d，臺(tái)區(qū)合格率由75%提高至92.3%。以白城市鎮(zhèn)賚縣公司為例，供電可靠率由原來(lái)平均98.6%上升到99.85%，綜合電壓合格率由98.7%上升到99.9%，降低了95598報(bào)修及投訴壓力[7]。

4 結(jié)論

國(guó)網(wǎng)吉林電力長(zhǎng)春等4個(gè)地市-縣公司及所屬基層單位網(wǎng)絡(luò)覆蓋和帶寬提升覆蓋范圍包括省內(nèi)長(zhǎng)春、遼源、通化、白山4個(gè)地市公司所轄20個(gè)縣公司所有變電站和供電所（營(yíng)業(yè)廳），共計(jì)覆蓋66kV變電站230座、供電所（營(yíng)業(yè)廳）307座，實(shí)現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò)在長(zhǎng)春、遼源、通化和白山地區(qū)的深化應(yīng)用[8]?；赟DN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式部署的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用DV（距離矢量）算法實(shí)現(xiàn)端到端的路由通信，環(huán)狀+鏈型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓饫w網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)百兆及以上可靠傳輸，確保光交換網(wǎng)絡(luò)在縣級(jí)電網(wǎng)基層單位具有良好的技術(shù)實(shí)用性和先進(jìn)性，符合縣域電力通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)直觀、層級(jí)合理，符合基層上聯(lián)業(yè)務(wù)的多樣性，便于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和故障處置;實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的整體參數(shù)指標(biāo)優(yōu)于一般水平，確保傳輸通道的可靠性和整體網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，極大節(jié)省了縣公司信息通道租用成本支出，實(shí)現(xiàn)了省、市、縣公司專業(yè)一體化管理，為構(gòu)建“小前端、大后臺(tái)”指揮體系和實(shí)現(xiàn)市縣一體化集約運(yùn)營(yíng)、資源統(tǒng)一調(diào)度提供網(wǎng)絡(luò)支撐和通道保證。

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