聶正璞 張輝 萬瑩

(1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院， 北京 102206；2.華北電網(wǎng)有限公司通信管理中心， 北京 100053)

電力通信傳輸網(wǎng)中自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究

聶正璞1張輝2萬瑩2

(1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院， 北京 102206；2.華北電網(wǎng)有限公司通信管理中心， 北京 100053)

本文針對(duì)當(dāng)前我國電力傳輸系統(tǒng)中普遍存在的問題進(jìn)行分析，并提出采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(Automatically Switched Optical Network：ASON))技術(shù)對(duì)電力傳輸網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，在現(xiàn)有光纖加同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy：SDH)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引進(jìn)ASON控制層面，并承載ASON業(yè)務(wù)，在此基礎(chǔ)上逐漸使用ASON替換現(xiàn)有的SDH。

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)；電力通信傳輸網(wǎng)；同步數(shù)字體系

隨著我國國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力事業(yè)提出了更高的要求。作為電網(wǎng)安全運(yùn)營的重要支持網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)也需要變得更加安全可靠和高效。當(dāng)前，光纖通信技術(shù)已經(jīng)在我國電力通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，光纖通信技術(shù)不僅傳輸數(shù)據(jù)、語音和視頻等常規(guī)業(yè)務(wù)，還有電力生產(chǎn)專用業(yè)務(wù)如電力保護(hù)、安全裝置等。因此，電力通信網(wǎng)絡(luò)不僅要有強(qiáng)大的控制能力和接入能力，還應(yīng)具有高效的帶寬利用率和完備的安全保護(hù)功能[1]。尤其是當(dāng)前電網(wǎng)正在建設(shè)數(shù)字化電網(wǎng)，這給電力通信傳輸網(wǎng)提出了更高的要求，實(shí)際需求迫使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向下一代能支持多信道、高容量、可配置、智能型的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON是一種動(dòng)態(tài)、自動(dòng)交換傳輸網(wǎng)，是幫助實(shí)現(xiàn)電力通信傳輸技術(shù)更好的向數(shù)字化演進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)。

1.我國電力通信傳輸網(wǎng)中存在的問題

經(jīng)過多年建設(shè)，我國電力通信傳輸網(wǎng)已具備一定的規(guī)模，基本滿足電力系統(tǒng)的通信需要。但隨著近年來電網(wǎng)事業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)有電力通信傳輸網(wǎng)在應(yīng)對(duì)種類繁多的業(yè)務(wù)時(shí)已頗感吃力，存在著較多的問題[2]。當(dāng)前我國電力通信傳輸網(wǎng)中存在的問題主要有：

1.1 部分電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得工作人員維護(hù)困難。由于光纜網(wǎng)絡(luò)資源的限制，在部分變電站只能以單鏈接入；而有的傳輸網(wǎng)中同時(shí)使用不同設(shè)備廠商的設(shè)備，造成設(shè)備的故障難以鑒別，導(dǎo)致電力通信系統(tǒng)故障后難以盡快修復(fù)；另外，不同的設(shè)備也導(dǎo)致在同一網(wǎng)管上實(shí)現(xiàn)端到端的電路調(diào)度變得難以實(shí)現(xiàn)。

1.2 電力通信網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)較多，系統(tǒng)安全性能有待提升。電力通信網(wǎng)中任何一段光纜的更換或維修都會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。并且有些節(jié)點(diǎn)不在環(huán)網(wǎng)上，無法對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行自愈保護(hù)。若其中任何一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致所有通信業(yè)務(wù)的丟失。

1.3 電力通信系統(tǒng)的接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)繁雜，難以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。我國部門電力通信系統(tǒng)的接入層傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且有環(huán)帶環(huán)、環(huán)帶鏈的現(xiàn)象存在，導(dǎo)致現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)的難以擴(kuò)容。另外，部分環(huán)網(wǎng)的時(shí)隙占用率過高，有的通道利用率甚至超過70%，并且這些通道也大都難以擴(kuò)容[3]。這都使得電力通信系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1.4 電力通信系統(tǒng)中部分設(shè)備技術(shù)落后，且老化嚴(yán)重，已經(jīng)難以適應(yīng)電力系統(tǒng)快速發(fā)展的需求。部分通信設(shè)備技術(shù)落后，不支持多業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng)，需要通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器才能滿足以太網(wǎng)業(yè)務(wù)通道需求。且在長期使用過程中逐漸老化，不僅容易產(chǎn)生故障，增大維護(hù)負(fù)擔(dān)。

2.自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)以SDH和光傳送網(wǎng)(Optical Transport Network：OTN)為基礎(chǔ)，通過控制平面來完成自動(dòng)交換和連接控制的光傳送網(wǎng)。ASON可由用戶動(dòng)態(tài)發(fā)起業(yè)務(wù)請(qǐng)求，自動(dòng)計(jì)算并選擇路徑，通過信令控制實(shí)現(xiàn)連接的建立、恢復(fù)、拆除，融合交換和傳輸為一體的新一代光網(wǎng)絡(luò)[4]。ASON能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳輸、交換和建立連接的功能；為了滿足目前電路交換和分組交換業(yè)務(wù)的需求，ASON同時(shí)引入了信令和路由的概念，既吸取兩類網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，又避免各自的缺點(diǎn)；此外，ASON支持多種客戶信號(hào)，是一種獨(dú)立于客戶的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2.1 ASON的體系結(jié)構(gòu)模型

圖1為ITU-T提出的ASON體系結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，ASON網(wǎng)絡(luò)主要由控制平面（CP）、傳送平面（TP）、管理平面（MP）三個(gè)平面和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(DCN)組成。通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(DCN)來實(shí)現(xiàn)三個(gè)平面之間的通信需求，是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制信令消息和管理信息傳送的信令網(wǎng)絡(luò)[5]。

圖1 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

相比于傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)，控制平面是ASON中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)和核心部分，主要由分布于ASON節(jié)點(diǎn)設(shè)備中的控制網(wǎng)元組成。控制網(wǎng)元主要由信令轉(zhuǎn)發(fā)、資源管理和路由選擇等模塊組成。眾多的控制網(wǎng)元相互聯(lián)系并形成信令網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上傳送信令信息。在ASON信令系統(tǒng)調(diào)度下，控制網(wǎng)元形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，可以實(shí)現(xiàn)連接的自動(dòng)控制和出現(xiàn)故障時(shí)的快速有效修復(fù)[6]。通過控制平面，可以使得傳送網(wǎng)絡(luò)連接變得更加快速和高效，使得網(wǎng)絡(luò)變得更加具有可操控性。不僅支持交換式連接而且可以支持軟永久連接?？刂破矫娴年P(guān)鍵技術(shù)主要包括信令協(xié)議、功能模塊和網(wǎng)絡(luò)接口三個(gè)方面。這些關(guān)鍵技術(shù)可以幫助ASON更好的使用信令、協(xié)議和接口，光網(wǎng)絡(luò)的路由信息、拓?fù)湫畔⒑推渌刂菩畔⒖梢詫?shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的進(jìn)行交換，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)分配以及光通道的動(dòng)態(tài)建立和釋放。

傳送平面主要由DWDM設(shè)備和SDH設(shè)備等傳統(tǒng)的光傳送實(shí)體組成，具有分層結(jié)構(gòu)，是業(yè)務(wù)傳送的通道，主要傳送一些端到端的信息以及一些控制信息和管理信息。

管理平面的主要功能是實(shí)現(xiàn)分布式和智能化的管理功能，與控制平面技術(shù)互為補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)配置、性能檢測(cè)、故障管理以及路由規(guī)劃等功能。

2.2 ASON的接口

ASON的接口是指ASON網(wǎng)絡(luò)中不同功能實(shí)體間的連接通道。ASON的接口的主要功能是規(guī)范化了不同功能實(shí)體間的通信原則。ASON中三大平面之間通過不同的接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接，某個(gè)平面內(nèi)部的不同功能模塊也使用不同類型的接口進(jìn)行連接。

連接控制接口(CCI)是負(fù)責(zé)控制平面和傳送平面之間通信的接口，CCI將交換控制指令從控制平面發(fā)送到傳送平面網(wǎng)元以及將資源狀態(tài)信息從傳送平面網(wǎng)元發(fā)送到控制平面。

NMI-A和NMI-T分別是管理平面與控制平面、傳送平面進(jìn)行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。其中NMI-A主要負(fù)責(zé)對(duì)控制平面的路由、鏈路和信令等功能模塊進(jìn)行監(jiān)視管理和配置；NMI-T主要負(fù)責(zé)對(duì)傳送平面的網(wǎng)絡(luò)資源的進(jìn)行配置，以及日常維護(hù)過程中的故障分析和性能檢測(cè)。

此外，ASON還有用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)、外部網(wǎng)絡(luò)接口(E-NNI)和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接口(I-NNI)三種網(wǎng)絡(luò)接口。其中UNI是負(fù)責(zé)用戶和運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)間的通信接口。ENNI是毫無關(guān)系且并未建立認(rèn)證體系的不同控制實(shí)體間的連接接口，一般位于同一運(yùn)營商內(nèi)不同的子網(wǎng)中或不同的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)間。I-NNI是指屬于同一個(gè)管理系統(tǒng)內(nèi)或多個(gè)已建立信任關(guān)系的管理域的控制平面實(shí)體間的接口，支持連接控制和資源發(fā)現(xiàn)。

2.3 ASON的關(guān)鍵技術(shù)

ASON的關(guān)鍵技術(shù)主要包括呼叫和連接控制、保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能、路由和信令等[7]。

2.3.1 呼叫和連接控制。在ASON體系結(jié)構(gòu)中，呼叫和連接控制具有其獨(dú)立性。這使得ASON能夠支持多鏈路傳輸、多重連接和動(dòng)態(tài)的帶寬需求等。

2.3.2 保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制。保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制可以使得ASON網(wǎng)絡(luò)具有較高的可靠性。ASON保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制主要包含故障管理、保護(hù)和恢復(fù)、復(fù)原等三個(gè)步驟，主要通過傳送平面和控制平面來區(qū)分：保護(hù)一般是由傳送平面單獨(dú)完成，而恢復(fù)是傳送平面和控制平面共同協(xié)調(diào)完成的。

2.3.3 自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能包括鄰居發(fā)現(xiàn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和資源發(fā)現(xiàn)三種。鄰居發(fā)現(xiàn)主要是負(fù)責(zé)監(jiān)控本地節(jié)點(diǎn)同所有相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈路連接狀態(tài)，用于自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和維護(hù)相鄰設(shè)備。

2.3.4 路由協(xié)議和信令協(xié)議。ASON路由協(xié)議為連接的建立提供路徑服務(wù)，并支持源路由、逐跳路由和分級(jí)路由。ASON信令協(xié)議用于分布式連接的建立、釋放和維護(hù)等，主要傳送連接選路、資源發(fā)現(xiàn)、呼叫控制和連接控制等信息。此外，ASON還可以對(duì)現(xiàn)有信令和路由協(xié)議進(jìn)行修改和擴(kuò)展。

此外，ASON提供的連接方式有永久連接、軟永久連接和交換連接三種。永久連接又叫供給式連接，由人工或網(wǎng)管系統(tǒng)完成。軟永久連接是客戶到客戶之間的連接。交換連接是根據(jù)終端客戶的要求而建立的連接。

ASON在組網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)元的智能化，支持網(wǎng)格、環(huán)狀、星型網(wǎng)、鏈狀網(wǎng)及其組合等多種組網(wǎng)方式。并能借助于網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)ASON網(wǎng)絡(luò)的路由計(jì)算、業(yè)務(wù)的保護(hù)和恢復(fù)、鏈路自動(dòng)配置、路徑的管理控制等功能。

2.4 ASON的優(yōu)點(diǎn)

2000年3月國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門的Q19/13研究組最早正式提出自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的概念[8]。智能光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制定也在推動(dòng)下進(jìn)展迅速，目前在商業(yè)領(lǐng)域ASON網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始投入使用。ASON網(wǎng)絡(luò)最顯著的特點(diǎn)是具有光傳送網(wǎng)，它還預(yù)備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

2.4.1 ASON網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)模式能夠抵抗多處失效，可以組成MESH網(wǎng)絡(luò)，使得保護(hù)恢復(fù)能力更加靈活，網(wǎng)絡(luò)的生存性得到增強(qiáng)；

2.4.2 ASON網(wǎng)絡(luò)的流量工程控制功能可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)客戶層的業(yè)務(wù)需求的不同，實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的連接；

2.4.3 智能光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，分布式的智能控制，擴(kuò)容和調(diào)節(jié)更加便捷，可以靈活的在網(wǎng)絡(luò)中增加和減少節(jié)點(diǎn)，并且能使不同運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)通過標(biāo)準(zhǔn)的接口實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；

2.4.4 ASON更好滿足了用戶對(duì)于快速、高質(zhì)量的帶寬服務(wù)與應(yīng)用需求。能夠充分利用光網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)靈活、動(dòng)態(tài)的連接請(qǐng)求；

2.4.5 ASON根據(jù)用戶的需求可以提供各種不同質(zhì)量級(jí)別的服務(wù)。

3.自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力通信傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用研究

當(dāng)前，我國部分發(fā)達(dá)地區(qū)的電力通信傳輸網(wǎng)中的絕大部分已采用光纖加同步數(shù)字體系(synchronous digital hierarchy：SDH)設(shè)備組網(wǎng)。而落后地區(qū)則由于經(jīng)費(fèi)不足等原因采用了粗波分技術(shù)。電網(wǎng)一般按照自上而下結(jié)構(gòu)分層建設(shè)，分為骨干層(STM-64/16)、匯聚層(STM-4)和接入層(STM-1)[9]。

為了更好地利用現(xiàn)有SDH設(shè)備，可在當(dāng)前SDH網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入ASON技術(shù)，在現(xiàn)有的SDH傳送網(wǎng)絡(luò)上承載ASON業(yè)務(wù)，這是既能發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的使用價(jià)值，又可以將ASON技術(shù)得以應(yīng)用的可行性方案。

在建設(shè)ASON網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)遵循由內(nèi)而外、循序漸進(jìn)的原則，即以骨干層為基礎(chǔ)來建設(shè)ASON網(wǎng)絡(luò)，然后逐漸建設(shè)匯聚層和接入層。在骨干層建設(shè)ASON既要保證安全性、可靠性，又要保證業(yè)務(wù)不中斷。將骨干層建設(shè)為ASON網(wǎng)絡(luò)后，電力通信網(wǎng)的魯棒性將大大增強(qiáng)，而匯聚層和接入層的ASON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以視情況而定。

在建成骨干層的ASON網(wǎng)絡(luò)后，要保證其與原有SDH網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。ASON可以在基于G.803規(guī)范的SDH傳送網(wǎng)基礎(chǔ)上建設(shè)，這樣可以形成ASON與現(xiàn)有SDH傳送網(wǎng)絡(luò)的混合組網(wǎng)。ASON與現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)的融合是一個(gè)漸進(jìn)的過程，先在現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)單獨(dú)的ASON，然后逐步形成整個(gè)的ASON網(wǎng)絡(luò)[10]。

實(shí)現(xiàn)ASON網(wǎng)絡(luò)與SDH網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，可以在傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)引入控制平面，具體可以使用以下2種方式。

①在SDH網(wǎng)絡(luò)的全部網(wǎng)元上分別連接一套PC機(jī)，SDH網(wǎng)絡(luò)和PC機(jī)間遵循光網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元管理協(xié)議。通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將全部PC機(jī)上運(yùn)行的控制協(xié)議連接成一個(gè)整體的信令網(wǎng)，并使得該信令網(wǎng)可以和ASON的信令網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互通。

②通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ASON信令網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)建立連接，在傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行控制平面協(xié)議，通過ASON控制平面和傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的互通，實(shí)現(xiàn)ASON網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)[11]。

4.結(jié)語

ASON能夠解決帶寬快速部署、端到端配置和保護(hù)(恢復(fù))等問題，提供服務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)等級(jí)協(xié)約和分布式的網(wǎng)絡(luò)控制能力，是光傳輸網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在電力通信傳輸網(wǎng)中引入ASON能夠很好地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性、高效性和可操控性，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.02.035