侯功華

（國(guó)網(wǎng)福州供電公司 信息通信分公司，福建　福州　350009）

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一種配電光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)研究

侯功華

（國(guó)網(wǎng)福州供電公司 信息通信分公司，福建福州350009）

摘要：針對(duì)配電光纖通信網(wǎng)建設(shè)中網(wǎng)架規(guī)劃難度大、網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在盲區(qū)、接入工程通信投資占比高等問(wèn)題，文章提出了一種基于工業(yè)以太網(wǎng)雙纖自愈環(huán)組網(wǎng)方式的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究思路，按照“通信區(qū)域同步，適度超前布局”的原則，建立分層分級(jí)、點(diǎn)線面結(jié)合的架構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)分區(qū)分層集結(jié)，建設(shè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、擴(kuò)展性好的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可主動(dòng)適應(yīng)配電信息業(yè)務(wù)對(duì)通信的接入要求，為智能配電網(wǎng)建設(shè)提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：配電；通信；架構(gòu)模型

智能配電網(wǎng)已成為提高供電質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)服務(wù)水平等的重要手段，是智能電網(wǎng)推動(dòng)并承載第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。配電通信網(wǎng)作為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化、智能化的前提保障及業(yè)務(wù)支撐［1- 2］，對(duì)其本身的可靠性、穩(wěn)定性、安全性等提出了更高的要求。當(dāng)前我國(guó)配電通信網(wǎng)一般都是以配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)作為組網(wǎng)基礎(chǔ)，根據(jù)配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)站點(diǎn)數(shù)量多、分布廣泛、業(yè)務(wù)安全性要求高、業(yè)務(wù)流向集中的特點(diǎn)，以及從技術(shù)、安全、運(yùn)行維護(hù)等方面綜合考慮，為滿(mǎn)足配電系統(tǒng)的通信需求和二次系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范，光纖通信是配電通信網(wǎng)最主要的方向［3］。

配電通信網(wǎng)光纖接入技術(shù)主要采用工業(yè)以太網(wǎng)和EPON［4］，二者在接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式、通信實(shí)時(shí)性、QoS、組網(wǎng)靈活性、技術(shù)成熟度等方面基本一致，但工業(yè)以太網(wǎng)在傳輸距離、設(shè)備可靠性、不同廠家設(shè)備互通、纖芯利用率、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展、維護(hù)難度、維護(hù)成本等方面存在一定的優(yōu)勢(shì)，配電通信網(wǎng)光纖接入技術(shù)采用工業(yè)以太網(wǎng)在一些應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)于EPON。

1　現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

福州地區(qū)配電通信網(wǎng)通道建設(shè)以光纖通信為主，中壓載波、無(wú)線公網(wǎng)、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)等通信方式相結(jié)合的原則建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)為“骨干層-接入層”兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：骨干層負(fù)責(zé)主站至變電站的通信，接入層負(fù)責(zé)變電站至各配電終端節(jié)點(diǎn)的通信，接入層網(wǎng)絡(luò)根據(jù)各變電站所屬區(qū)域劃分相應(yīng)的子網(wǎng)，每個(gè)配電終端節(jié)點(diǎn)均配置二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與所屬變電站通過(guò)百兆光纖接口組成環(huán)網(wǎng)。

配電光纖通信網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大、分布范圍廣泛，且節(jié)點(diǎn)數(shù)量預(yù)期增長(zhǎng)迅速。但在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，存在以下問(wèn)題有待解決：

當(dāng)前配電光纖通信網(wǎng)只在核心區(qū)內(nèi)規(guī)模建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋范圍相比配電網(wǎng)絡(luò)較小，在核心區(qū)外若有小型零散工程的配電終端節(jié)點(diǎn)需要光纖接入時(shí)，無(wú)法就近接入，需要組織路由到變電站，通信投資較配網(wǎng)投資比例過(guò)大，并且不利于后期通信網(wǎng)架的建設(shè)。

除A+區(qū)外，其余區(qū)域由于負(fù)荷不平衡等原因，部分變電站供電半徑較大，但配網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)較快，區(qū)域內(nèi)配電終端節(jié)點(diǎn)的通信需求增長(zhǎng)迅速，以變電站為匯聚點(diǎn)的組網(wǎng)方式存在以下問(wèn)題：（1）為提供配電終端節(jié)點(diǎn)的就近接入，在建設(shè)子網(wǎng)時(shí)，需預(yù)留較多地址，降低了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性。（2）為提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，在配電終端節(jié)點(diǎn)接入時(shí)需重新組網(wǎng)，重新組織路由到變電站，工程投資大、施工困難，后期維護(hù)難度大。

2　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)

2.1研究模型

為有效解決配電光纖通信網(wǎng)建設(shè)中存在的問(wèn)題，本文提出了一種基于工業(yè)以太網(wǎng)雙纖自愈環(huán)組網(wǎng)方式的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)研究模型，結(jié)合配網(wǎng)智能化規(guī)劃，根據(jù)“通信區(qū)域同步，適度超前布局”原則，建立“匯聚點(diǎn)-分纖點(diǎn)-終端節(jié)點(diǎn)”的網(wǎng)格化分區(qū)分層光纜結(jié)構(gòu)，主動(dòng)適應(yīng)堅(jiān)強(qiáng)智能配電網(wǎng)接入靈活、即插即用和高度安全的通信接入要求。

模型組建方案如下：

選擇匯聚點(diǎn)，劃分匯聚半徑。結(jié)合配網(wǎng)智能化規(guī)劃，參考電網(wǎng)一次供電區(qū)域及變電站供電半徑范圍，梳理區(qū)域內(nèi)規(guī)劃配電終端節(jié)點(diǎn)密度、道路長(zhǎng)度等因素，選取區(qū)域內(nèi)或區(qū)域外鄰近變電站作為匯聚點(diǎn)，并劃分匯聚點(diǎn)的匯聚半徑，保證區(qū)域內(nèi)均有匯聚點(diǎn)可覆蓋。

建設(shè)主干光纜環(huán)。根據(jù)匯聚點(diǎn)的匯聚半徑及10kV線路出線路徑，沿主干路建設(shè)若干主干光纜環(huán)（光纜芯數(shù)按光纜環(huán)大小選擇8-48芯光纜），保證匯聚點(diǎn)的匯聚半徑內(nèi)均有主干光纜環(huán)可覆蓋。

設(shè)置光纜分纖點(diǎn)。分纖點(diǎn)是配電光纖通信網(wǎng)收容末端接入光纜網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，根據(jù)需求測(cè)算每個(gè)主干光纜環(huán)上可設(shè)置的光纜分纖點(diǎn)數(shù)量及每個(gè)分纖點(diǎn)成端芯數(shù)，為每個(gè)分纖點(diǎn)覆蓋區(qū)域范圍，保證主干光纜環(huán)匯聚區(qū)域內(nèi)均有分纖點(diǎn)可覆蓋。分纖點(diǎn)應(yīng)選擇在開(kāi)關(guān)站、配電站等管道資源豐富、易于收容接入光纜的關(guān)鍵樞紐配電站所。

以一個(gè)主干光纜環(huán)（8芯）設(shè)置2個(gè)分纖點(diǎn)的纖芯分配為例，1-4芯為A節(jié)點(diǎn)獨(dú)享纖芯，5-8芯為B節(jié)點(diǎn)獨(dú)享纖芯。分纖點(diǎn)每2芯可下聯(lián)一個(gè)接入光纜環(huán)，最多可下聯(lián)4個(gè)接入光纜環(huán)。分析點(diǎn)邏輯示意如圖1所示。

圖1　分纖點(diǎn)邏輯示意

接入光纜環(huán)建設(shè)。以光纜分纖點(diǎn)為中心，沿次干路建設(shè)接入光纜環(huán)，為每個(gè)接入光纜環(huán)定義覆蓋范圍，保證分纖點(diǎn)區(qū)域內(nèi)均有接入光纜環(huán)可覆蓋。

配電終端節(jié)點(diǎn)接入。根據(jù)配電網(wǎng)對(duì)通信的接入需求，結(jié)合設(shè)備組網(wǎng)要求，可提供單分纖點(diǎn)接入、雙分纖點(diǎn)接入等多種靈活、方便的光纜接入方式，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的就近接入。

2.2案例介紹

以倉(cāng)山淮安半島區(qū)域配電自動(dòng)化配套通信建設(shè)為例。

從金山變沿主干路規(guī)劃一條主干光纜環(huán)（使用24芯光纜），選擇淮安半島1#配電站與西江林語(yǔ)1#配電站作為光纜分纖點(diǎn)。在淮安半島1#配電站成端1-12芯，直熔13-24芯，在西江林語(yǔ)1#配電站成端13-24芯，直熔1-12芯。

以淮安半島1#配電站為中心，沿次干路規(guī)劃一條接入光纜環(huán)，接入4個(gè)配電自動(dòng)化站點(diǎn)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)形成1個(gè)設(shè)備環(huán)狀子網(wǎng)。

從淮安半島1#配電站沿次干路規(guī)劃一條接入光纜環(huán)至西江林語(yǔ)1#配電站，接入3個(gè)配電自動(dòng)化站點(diǎn)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)形成1個(gè)設(shè)備環(huán)狀子網(wǎng)。該光纜環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　光纜環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3　模型成效分析

可實(shí)現(xiàn)區(qū)域延伸覆蓋。通過(guò)建設(shè)主干光纜環(huán)與設(shè)置若干光纜分纖點(diǎn)，即可具備區(qū)域性覆蓋能力。

網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好，可接入節(jié)點(diǎn)冗余度高。每個(gè)主干光纜環(huán)能接入多個(gè)設(shè)備拓?fù)洵h(huán)，按照光纜冗余50%，子網(wǎng)站點(diǎn)數(shù)10～20個(gè)計(jì)算，一條48芯一級(jí)光纜環(huán)能滿(mǎn)足6個(gè)子網(wǎng)，60～120個(gè)配電終端節(jié)點(diǎn)接入。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次清晰。主干、接入光纜沿主干道、次干道布放，實(shí)際施工容易成環(huán)。接入站點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際情況接入環(huán)內(nèi)、環(huán)間或鏈?zhǔn)浇尤?，無(wú)法接入的也方便改成其他通信方式而不影響整體結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)靈活性高，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度低。接入層子網(wǎng)可按實(shí)際需要分別接入不同的光纜分纖點(diǎn)，即能形成光纖冗余環(huán)網(wǎng)；在配電站側(cè)不使用匯聚設(shè)備，無(wú)需考慮電源的問(wèn)題，也降低設(shè)備的配置難度。

經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。光纜資源利用率高，不需要為成環(huán)布放多個(gè)同路由光纜，造成光纜浪費(fèi)及管孔堵塞。

運(yùn)維方便。接入層光纜可按主干、接入、終端節(jié)點(diǎn)排優(yōu)先級(jí)進(jìn)行維護(hù)搶修。不需要維護(hù)多個(gè)零散的光纜，減少光纜維護(hù)數(shù)量，降低維護(hù)難度。同時(shí)，匯聚設(shè)備集中在變電站側(cè)，維護(hù)較為方便。

4　結(jié)語(yǔ)

配電光纖通信網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)是城市配電網(wǎng)規(guī)劃與改造工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性、帶寬以及組網(wǎng)方案決定了所承載業(yè)務(wù)的實(shí)用化程度。隨著配電光纖通信網(wǎng)規(guī)模的快速增長(zhǎng)，通過(guò)將本文的建設(shè)思路進(jìn)一步推廣應(yīng)用，對(duì)于配電光纖通信網(wǎng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。

［參考文獻(xiàn)］

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［2］何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

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［4］劉麗榕，王玉東，辛培哲.EPON及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在配電通信網(wǎng)中的應(yīng)用探討［J］.電力信息與通信技術(shù)，2015（4）：44-48.

［5］LIU Li-rong，WANG Yu-dong， XIN Pei-zhe. Discusshion on EPON and Industrial Ethernet Technology Applied in Distribution Communication Network［J］.Electric Power Information Communication Technology，2015（4）：44-48.

Research on a Type of Distribution Optical Fiber Communication Network Architecture

Hou Gonghua
(Information and Communication Branch, State Grid Fuzhou Power Supply Company, Fuzhou350009, China)

Abstract：Aiming at the diffculty in the construction of the distribution optical fber network， the problem of the network coverage， the blind area of the network coverage, and the proportion of the investment in the project, this paper proposes a new type of network architecture, which is based on the dual fber self-healing ring of industrial Ethernet， in accordance with the principle of "communication area synchronization，moderate advance layout"， establish a hierarchical point line combination model， optical fber network of regional layered assembly， and build a safe, reliable and economical and extended communication network architecture, can take the initiative to adapt to the requirements of information distribution services on communication access, provide strong support for the construction of smart distribution network.

Key words：distribution; communication; architecture model

作者簡(jiǎn)介：侯功華（1983-），男，福建福州，碩士，工程師；研究方向：電力通信。