趙輝 汪梁 王曉東 楊永標(biāo) 王金明

摘 要：為了提高電力主干網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)及其他異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通能力，文章在調(diào)研大量電力工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研究了電力互動(dòng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)匯集策略。首先，分析了電力骨干通信網(wǎng)直接接入電力業(yè)務(wù)的不足，需輔之以運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)。在通信技術(shù)數(shù)據(jù)匯集層面上，分別介紹了同步數(shù)字體系（SDH）、基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）和分組傳輸網(wǎng)（PTN）及其在運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)和電力通信網(wǎng)上的應(yīng)用。SDH在處理TDM業(yè)務(wù)上、MSTP在處理電力多業(yè)務(wù)上、PTN在處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上各自有著顯著優(yōu)勢(shì)，且指出了分組傳輸網(wǎng)為未來(lái)電力建設(shè)的趨勢(shì)。在通信協(xié)議數(shù)據(jù)匯集層面上，分析了IPv6的優(yōu)勢(shì)以及在原有IPv4基礎(chǔ)上的部署策略。最后，文章給出了基于IPv6的電力雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯集的部署方案，具有較大的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)匯集；SDH；MSTP；PTN；IPv6

電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜的能量交換系統(tǒng)，電力通信網(wǎng)則是服務(wù)于這個(gè)能量交換交換系統(tǒng)的一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。電力雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)主要包括居民用戶業(yè)務(wù)、大用戶業(yè)務(wù)、電動(dòng)汽車充換電業(yè)務(wù)以及分布式儲(chǔ)能/發(fā)電業(yè)務(wù)等，這些業(yè)務(wù)涉及海量數(shù)據(jù)和大量網(wǎng)絡(luò)孤島，需接至電力骨干通信網(wǎng)，進(jìn)而上傳至電力公司數(shù)據(jù)中心。但電力接入通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)薄弱，不足以提供雙向互動(dòng)服務(wù)終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、分布廣泛的拓?fù)涮攸c(diǎn)，需輔以移動(dòng)通信網(wǎng)、IP公網(wǎng)等其他通信資源，以提供安全、可靠、靈活的通信能力。

現(xiàn)階段電力通信數(shù)據(jù)匯集組網(wǎng)技術(shù)大都以同步數(shù)字體系（SDH）和基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）為主，隨著以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比重不斷擴(kuò)大，分組傳送網(wǎng)（PTN）的發(fā)展越來(lái)越快。此外，在通信協(xié)議層面上，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，其有限IP地址將反過(guò)來(lái)制約IP網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，新一代IPv6協(xié)議將是數(shù)據(jù)匯集技術(shù)在通信協(xié)議層面上的發(fā)展方向。

1 基于SDH的數(shù)據(jù)匯集

同步數(shù)字體系（SDH）將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、業(yè)務(wù)監(jiān)控等功能。為滿足不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳播速率要求，SDH采用同步復(fù)接方式，以同步傳輸模塊STM為基礎(chǔ)，其中STM-1的傳播速率為155.520Mb/s，STM-4的傳播速率為622.080Mb/s，STM-16的傳播速率為2488.320Mb/s[1]。只需利用軟件，即可實(shí)現(xiàn)不同傳送速率的數(shù)字信號(hào)的復(fù)接和分接，操作簡(jiǎn)單且便于通信系統(tǒng)的擴(kuò)容。在現(xiàn)階段電力專網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)中，基于SDH的組網(wǎng)方式占據(jù)較大比重，在處理TDM業(yè)務(wù)上，其優(yōu)勢(shì)地位更加明顯。

居民用戶業(yè)務(wù)、大用戶業(yè)務(wù)、電動(dòng)汽車充換電業(yè)務(wù)、分布式儲(chǔ)能/發(fā)電業(yè)務(wù)等所需的不同傳輸速率的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)集中器分類、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)，在數(shù)據(jù)集中器側(cè)配置SDH光端機(jī)接入運(yùn)營(yíng)商的SDH傳輸網(wǎng)。為增強(qiáng)網(wǎng)管的有效監(jiān)控和SDH自愈能力，采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。運(yùn)營(yíng)商SDH傳輸網(wǎng)就近接入電力通信骨干網(wǎng)，其接入層也采用SDH組網(wǎng)方式，一般為155Mbit/s或622Mbit/s環(huán)網(wǎng)。最后量測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至電力公司數(shù)據(jù)中心。

由于運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)普遍采用SDH組網(wǎng)方式，因此，電力專網(wǎng)與公網(wǎng)SDH專線數(shù)據(jù)匯集的方案性價(jià)比非常高，但是，SDH對(duì)于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和ATM業(yè)務(wù)處理能力非常有限，其局限性也非常明顯。

2 基于MSTP的數(shù)據(jù)匯集

基于SDH的多業(yè)務(wù)傳動(dòng)平臺(tái)（MSTP）在SDH的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀和ATM信元的封裝，實(shí)現(xiàn)基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送。綜上，MSTP具有TDM業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入能力，是SDH技術(shù)的強(qiáng)化，但是對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入能力仍不夠完善。

現(xiàn)階段，電力公司專網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)都大量采用MSTP技術(shù)通信組網(wǎng)。MSTP提供了多種業(yè)務(wù)和多種速率的組網(wǎng)選擇、支持動(dòng)態(tài)帶寬分配以及MSTP設(shè)備彼此兼容和相互無(wú)縫傳輸能力[2]。

電力通信網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)基于MSTP方案部署策略同SDH方案部署策略一致。居民用戶業(yè)務(wù)、大用戶業(yè)務(wù)、電動(dòng)汽車充換電業(yè)務(wù)和分布式儲(chǔ)能/發(fā)電等電力雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)采集到的電量和非電量數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)集中器分類、集中、轉(zhuǎn)發(fā)，將TDM數(shù)據(jù)、ATM數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分別通過(guò)語(yǔ)音交換機(jī)、ATM交換機(jī)和以太網(wǎng)交換機(jī)接入運(yùn)營(yíng)商MSTP傳輸網(wǎng)。同樣MSTP在實(shí)際部署中，一般采用環(huán)網(wǎng)形式以增強(qiáng)其適應(yīng)性和自愈能力，也便于SDH網(wǎng)絡(luò)、ATM網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)孤島接入。運(yùn)營(yíng)商MSTP傳輸網(wǎng)就近接入電力通信骨干網(wǎng)，其接入層也采用MSTP組網(wǎng)方式，一般為155Mbit/s的環(huán)網(wǎng)，接至電力公司數(shù)據(jù)中心。

雖然，MSTP在處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力上差強(qiáng)人意，但是其用戶側(cè)設(shè)備非常便宜，只需接入交換機(jī)，且運(yùn)營(yíng)商也大量采用MSTP組網(wǎng)方式，所以，MSTP技術(shù)可視為從SDH技術(shù)到PTN技術(shù)的過(guò)渡方案。

3 基于PTN的數(shù)據(jù)匯集

電力雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)正以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主向以太網(wǎng)數(shù)據(jù)為主轉(zhuǎn)變，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬需求也占據(jù)電力通信總帶寬的絕大部分。分組傳輸網(wǎng)（PTN）體現(xiàn)出了處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的強(qiáng)大能力。PTN采用靈活的動(dòng)態(tài)帶寬分配策略和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，可高效承擔(dān)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[3]。根據(jù)電力雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)和電力通信專網(wǎng)數(shù)據(jù)匯集的實(shí)際需要，將PTN細(xì)化為三層：接入層、匯聚層和核心層。

（1）PTN接入層。接入層直接面向用戶終端設(shè)備，設(shè)置用戶訪問(wèn)權(quán)限和VLAN隔離域，確?；?dòng)數(shù)據(jù)能夠正常傳輸且不會(huì)相互干擾。

（2）PTN匯聚層。核心層主要是對(duì)接入層接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、優(yōu)化和轉(zhuǎn)發(fā)，提高傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量。

（3）PTN核心層。核心層實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)集中調(diào)度和快速轉(zhuǎn)發(fā)，充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)樞紐，要求好可靠性、快速性和安全性。

電力以太網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)上述電力PTN環(huán)三層處理后，接入運(yùn)營(yíng)商PTN專線，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中調(diào)度和快速轉(zhuǎn)發(fā)，一般采用環(huán)網(wǎng)形式部署，并就近接入電力通信骨干網(wǎng)。

4 基于IPv6的數(shù)據(jù)匯集

IP網(wǎng)絡(luò)不斷普及，但其地址空間有限，不足以支撐日益龐大的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。IPv6作為下一代版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，較之當(dāng)前的IPv4協(xié)議，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：地址空間更大、開(kāi)銷更低、高效的層次尋址和路由結(jié)構(gòu)、高可擴(kuò)展性、更好的QoS等[4]。但是，當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)和電力通信專網(wǎng)大都采用IPv4協(xié)議，短期內(nèi)用IPv6取代IPv4，成本巨大，也不易實(shí)現(xiàn)。

電力IPv6的部署中，可在電力用戶側(cè)部署IPv6網(wǎng)絡(luò)，采集互動(dòng)數(shù)據(jù)，形成大量IPv6孤島，利用MPLS L2VPN 技術(shù)、6PE 技術(shù)將IPv6孤島連接至IPv4主干線上。形成IPv4骨干+IPv6孤島的部署策略。

圖1給出了電力雙向互動(dòng)業(yè)務(wù)中的IPv6部署策略。為滿足雙向互動(dòng)居民用戶、大用戶、分布式發(fā)電/儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車等業(yè)務(wù)的QoS等需求，對(duì)各終端實(shí)行規(guī)約轉(zhuǎn)化，將用戶側(cè)多種通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成IPv6通信協(xié)議，并分配相應(yīng)的IPv6地址，這樣，形成了多個(gè)IPv6孤島。運(yùn)營(yíng)商和電力專網(wǎng)的主干網(wǎng)絡(luò)大都采用IPv4網(wǎng)絡(luò)，采用上述的MPLS L2 VPN技術(shù)部署或6PE技術(shù)部署策略，借助運(yùn)營(yíng)商IPv4網(wǎng)絡(luò)就近接入電力IPv4主干網(wǎng)。只需將MPLS網(wǎng)絡(luò)中的PE設(shè)備（服務(wù)提供商邊緣路由）升級(jí)或更換為支持6PE的設(shè)備即可。在MPLS VPN中繼續(xù)運(yùn)行MPLS VPN，網(wǎng)絡(luò)中傳送的是IPv4數(shù)據(jù)報(bào)。然后通過(guò)IPv4的標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議建立6PE路由器之間的LSP，即建立6PE路由器之間的MPLS隧道。運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)就近接入電力通信專網(wǎng)，電力專網(wǎng)IPv6部署策略同運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)一致。最后，從電力專網(wǎng)終端接入為IPv6數(shù)據(jù)經(jīng)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至電力公司數(shù)據(jù)中心。

5 結(jié)束語(yǔ)

為提高電力公司的服務(wù)質(zhì)量和用戶的滿意度，文章在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，一方面，在通信技術(shù)層面上，通過(guò)SDH技術(shù)、MSTP技術(shù)和PTN技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力專網(wǎng)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯集。另一方面，在通信協(xié)議層面上，以新一代IPv6為核心，研究在原有IPv4為骨干網(wǎng)的基礎(chǔ)上部署IPv6孤島，并實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，以提高海量數(shù)據(jù)的接入能力。這兩個(gè)層面上的研究為電力公司數(shù)據(jù)匯集部署提供了可行方案，也為智能用電提供了組網(wǎng)支撐。未來(lái)電力建設(shè)將以PTN和IPv6為方向，進(jìn)一步完善智能電網(wǎng)。

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