楊安坤，李曉剛

(河南省電力勘測設(shè)計院，河南 鄭州 450000)

PTN技術(shù)在河南電網(wǎng)中的應(yīng)用

楊安坤，李曉剛

(河南省電力勘測設(shè)計院，河南 鄭州 450000)

地縣基層電網(wǎng)的迅速發(fā)展對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提出了更高的帶寬需求，針對河南電力地縣通信網(wǎng)傳輸帶寬低、結(jié)構(gòu)單一等問題，PTN技術(shù)在河南電網(wǎng)的推廣應(yīng)用使地縣數(shù)據(jù)通信網(wǎng)帶寬由N*2M提升至10GE/GE。結(jié)合河南電力OTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，河南電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)形成了完善的三層架構(gòu)，大大增加了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的帶寬和資源配置的靈活性，為智能電網(wǎng)建設(shè)起到了強有力的通信支撐作用。

電力通信；PTN；分組交換網(wǎng)絡(luò)。

地縣光纖傳輸網(wǎng)是地縣電力系統(tǒng)信息匯集、業(yè)務(wù)傳輸?shù)闹匾纹脚_。近年來隨著一次網(wǎng)架規(guī)模的不斷擴大以及電網(wǎng)信息化、智能化的深入開展，各類通信業(yè)務(wù)尤其是數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)增長迅速。國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅強智能電網(wǎng)和構(gòu)建“三集五大”管理體系的重大舉措，對地市以及縣域信息化和通信傳輸平臺的建設(shè)提出了更高要求，急劇的帶寬需求和落后的承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之間的矛盾，使河南電網(wǎng)迫切尋求新技術(shù)支撐電網(wǎng)建設(shè)。在綜合比較SDH/MSTP、PTN、OTN等各種傳輸技術(shù)各自優(yōu)缺點后，河南電力選擇采用PTN技術(shù)建設(shè)地市數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，并將PTN網(wǎng)絡(luò)按照統(tǒng)一體制推廣到縣級通信網(wǎng)。

1 河南電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)存在的問題

截至2013年初，河南電網(wǎng)地縣光纖傳輸網(wǎng)采用SDH制式，帶寬2.5 G/622 M/155 M，建于2006年前后，雖然不斷進行擴容和完善，但整體上從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸容量、承載能力和設(shè)備運行狀況方面都存在不同程度的問題。各地市SDH網(wǎng)絡(luò)兼具生產(chǎn)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，建設(shè)時序長，規(guī)劃不合理，運行帶寬接近飽和；各縣域光纖通信網(wǎng)問題更加嚴(yán)重，普遍存在設(shè)備型號繁雜、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，設(shè)備老化嚴(yán)重，傳輸容量不足等問題。地縣光纖傳輸網(wǎng)(四級網(wǎng))難以適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展對通信網(wǎng)絡(luò)承載平臺的要求，難以滿足地縣一體化建設(shè)的需求。為適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展和數(shù)據(jù)通信的需求，選擇新的技術(shù)來支撐數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)的急劇增長需求成為河南電網(wǎng)“十二五”末、“十三五”初的通信工作的重點。

2 電力通信網(wǎng)傳輸技術(shù)對比分析

為適應(yīng)電力業(yè)務(wù)IP化需求，并滿足在電力系統(tǒng)大規(guī)模組網(wǎng)、長距離傳輸和良好OAM管理的需要，電力系統(tǒng)傳輸技術(shù)演進主要經(jīng)歷了基于TDM交換的 MSTP技術(shù)、基于分組交換的PTN以及支持光電交換的OTN技術(shù)。

2.1 MSTP技術(shù)

多業(yè)務(wù)傳輸平臺(Multi－Service Transfer Platform，MSTP)是在同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)平臺基礎(chǔ)上集成了二層交換機和邊緣路由器等功能，實現(xiàn)了TDM、ADM、以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)的接入、處理和傳輸，具備了對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的二層處理能力。MSTP具有類似SDH的穩(wěn)定性、可靠性和OAM功能，在以TDM業(yè)務(wù)為主的初期一定程度上滿足了電網(wǎng)對少量IP類業(yè)務(wù)承載的需求。但MSTP仍以電路交換為內(nèi)核，在大規(guī)模組網(wǎng)和長距離傳輸時，大量數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)傳輸無法實現(xiàn)帶寬共享，又由于現(xiàn)有SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗過快，因此MSTP無法適應(yīng)當(dāng)前電網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)急劇增長的交互和傳輸需求。

2.2 PTN技術(shù)

組傳送網(wǎng)分(Packet Transport Network，PTN)技術(shù)以IP分組交換為內(nèi)核，具備10GE、GE、GE多種以太網(wǎng)接口，同時以IP包封裝的方式兼容STM－N、2M接口。PTN具備彈性管道和統(tǒng)計復(fù)用功能，大大提高了帶寬的共享功能和利用效率；因PTN采用了面向連接的技術(shù)，具備業(yè)務(wù)端到端的高性能保證，其類似SDH的OAM功能也使其在承載大量分組業(yè)務(wù)時具備相對MSTP更明顯的優(yōu)勢。

2.3 OTN技術(shù)

作為下一代傳送網(wǎng)發(fā)展方向之一的光傳送網(wǎng)(Optical Transport Network，OTN)技術(shù)，將SDH的可運營和可管理能力應(yīng)用到WDM系統(tǒng)中，同時具備了SDH和WDM的優(yōu)勢，更大程度地滿足多業(yè)務(wù)、大容量、高可靠、高質(zhì)量的傳送需求，可為業(yè)務(wù)提供電信級的網(wǎng)絡(luò)保護。其基于ODUk和光波長的交叉復(fù)用模式，更適用于大顆粒業(yè)務(wù)的傳輸。

2.4 交換技術(shù)

傳統(tǒng)交換技術(shù)通過增強OAM能力，加強端到端路徑保護，通過電路仿真集成TDM業(yè)務(wù)以適應(yīng)簡單數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，主要代表技術(shù)有增強以太網(wǎng)(CE)技術(shù)、IP/MPLS－IP RAN等，其優(yōu)勢是接口豐富，業(yè)務(wù)調(diào)整靈活，帶寬利用率高，三層功能豐富。但是其大規(guī)模組網(wǎng)情況下配置復(fù)雜，OAM功能弱，不適合作為電力傳輸技術(shù)選擇。

2.5 技術(shù)比較

結(jié)合以上各種技術(shù)特點，SDH/MSTP更適用于承載電網(wǎng)TDM業(yè)務(wù)和少量分組業(yè)務(wù)；OTN的技術(shù)優(yōu)勢決定了其更適用于長距離，大顆粒、高帶寬的骨干網(wǎng)建設(shè)；PTN以其豐富的接口類型和強大的承載能力，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)種類繁多、顆粒較小、布點分散的地縣電網(wǎng)中更具優(yōu)勢，同時相對低廉的建設(shè)成本，使其成為國網(wǎng)部分省份建設(shè)地縣數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的首選方案。

3 河南電力PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

基于PTN技術(shù)在承載地縣數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上的獨特優(yōu)勢，河南電力于2012年開始建設(shè)地市PTN網(wǎng)絡(luò)，并于2015年開始在縣級通信網(wǎng)推廣應(yīng)用。

3.1 地市PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

2012年底，河南鄭州等6個地市PTN網(wǎng)絡(luò)建成投運，分別采用中興、烽火和貝爾設(shè)備組網(wǎng)；2013年河南安陽等其他12個地市公司PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開始論證，并于2016年6月建成投運，采用華為、中興和烽火設(shè)備組網(wǎng)。至此，河南電力18地市公司全部建成PTN網(wǎng)絡(luò)，覆蓋各地地調(diào)、分局、縣調(diào)及縣域第二匯聚點和現(xiàn)有已運行市公司資產(chǎn)110 kV以上變電站(500 kV原則上不設(shè)PTN設(shè)備)。各地市PTN網(wǎng)絡(luò)按10GE核心、10GE匯聚和GE接入三層組網(wǎng)，見圖1。

圖1 地市PTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

各網(wǎng)絡(luò)層級功能定位與布局如下：

(1)核心層

核心層按10GE帶寬組建環(huán)網(wǎng)，是分組數(shù)據(jù)的匯聚、承載和交換的核心。核心層節(jié)點應(yīng)使用負(fù)載均衡功能，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力，同時設(shè)備選型應(yīng)具備可靠、高效、低時延等特性。

根據(jù)地市光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分組業(yè)務(wù)鏈路規(guī)劃，核心層以地調(diào)、地調(diào)第二核心、樞紐220 kV變電站等業(yè)務(wù)集中匯聚的節(jié)點組建核心網(wǎng)絡(luò)。

(2)匯聚層

匯聚層按10GE帶寬組建環(huán)網(wǎng)，是分組數(shù)據(jù)向自接入層向核心層匯聚的主干通道。匯聚層節(jié)點應(yīng)使用負(fù)載均衡功能，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力，同時設(shè)備選型應(yīng)具備可靠、高效、低時延等特性。

根據(jù)地市光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分組業(yè)務(wù)鏈路規(guī)劃，匯聚層節(jié)點一般以重要的220 kV站點、樞紐110 kV變電站組建環(huán)網(wǎng)，各匯聚節(jié)點實現(xiàn)多個接入層節(jié)點業(yè)務(wù)的匯聚和處理。

(3)接入層

接入層按GE帶寬組建環(huán)網(wǎng)或鏈路，面向用戶提供網(wǎng)絡(luò)連接和訪問，實現(xiàn)基層站點業(yè)務(wù)的采集和初步匯聚。

接入層節(jié)點一般以縣調(diào)、普通220 kV變電站、110 kV變電站和其它邊緣位置站點組建環(huán)網(wǎng)或鏈路。

3.2 PTN網(wǎng)絡(luò)在縣級通信網(wǎng)的推廣

針對縣級通信網(wǎng)存在的問題、IP業(yè)務(wù)的快速增長以及PTN網(wǎng)絡(luò)在地市公司良好應(yīng)用效果，2015年10月河南電網(wǎng)按照綜合利用、改建結(jié)合、安全可靠、適度超前的原則，開始縣網(wǎng)PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的論證。

2016年4月，河南電力帶寬提升工程一期建成投運，鄭州等4個地市轄區(qū)內(nèi)的22個縣域PTN網(wǎng)絡(luò)建成投運，由中興設(shè)備組建GE環(huán)網(wǎng)。2016年底河南電力帶寬提升工程二期開工建設(shè)，預(yù)計2017年年中建成，安陽等13個地市的85個縣將建成PTN網(wǎng)絡(luò)，由華為設(shè)備組建GE環(huán)網(wǎng)。

2016年9月，河南安陽等18個地市郊區(qū)及溫縣等3個縣域通信網(wǎng)絡(luò)完善工程開始PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)論證，并于2016年底立項，預(yù)計2017年底建成投運，屆時河南電力18個地市郊區(qū)及溫縣等3縣35 kV以上站點將建成PTN網(wǎng)絡(luò)。

縣級PTN網(wǎng)絡(luò)根據(jù)縣級光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，選擇環(huán)網(wǎng)路徑上的縣調(diào)、縣調(diào)第二匯聚點、縣局資產(chǎn)110 kV站和35 kV變電站以及必要的市局資產(chǎn)變電站組建環(huán)網(wǎng)，其他邊緣變電站支鏈接入環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)節(jié)點開通負(fù)載均衡功能，提高網(wǎng)絡(luò)性能。

3.3 河南電力數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

結(jié)合2016年4月建成投運的40×10 G OTN網(wǎng)絡(luò)，河南電力PTN網(wǎng)絡(luò)在市域和縣域的統(tǒng)一建設(shè)將使河南電網(wǎng)具備400 G 省干OTN、10GE地市PTN和GE縣網(wǎng)PTN的三級數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，見圖2。

圖2 省市縣三級數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

4 PTN、OTN在河南電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的應(yīng)用

河南電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)主要承載國網(wǎng)公司統(tǒng)一部署的“七大五小”業(yè)務(wù)和部分自建系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。河南電力地縣PTN網(wǎng)絡(luò)及省干OTN網(wǎng)絡(luò)的建成投運將為數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳輸和承載提供帶寬保證。

4.1 OTN技術(shù)在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的應(yīng)用

河南電力OTN網(wǎng)絡(luò)于2016年4月建成投運。省調(diào)、備調(diào)及16個地調(diào)及23個500 kV站均為上下業(yè)務(wù)站點。省調(diào)至備調(diào)開通6個波道，16個地調(diào)至省調(diào)和備調(diào)各開通3個波道，用于綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和TDM業(yè)務(wù)；500 kV變電站站間預(yù)留1個波道用于SDH業(yè)務(wù)倒換。各地調(diào)至省調(diào)、備調(diào)波道規(guī)劃采用不同路由。

河南電力數(shù)據(jù)通信核心骨干網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為核心層和骨干層，由OTN網(wǎng)絡(luò)承載。核心層設(shè)在省調(diào)和備調(diào)節(jié)點，骨干層設(shè)在17個地調(diào)。省調(diào)和備調(diào)通過兩條OTN通道口字型互聯(lián)，帶寬為10GE；17個地調(diào)分區(qū)接入省調(diào)和備調(diào)核心路由器，占用各地調(diào)至省調(diào)、備調(diào)的第一條OTN通道，帶寬為10GE，見圖3。

圖3 河南電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)核心骨干示意圖

4.2 PTN技術(shù)地縣數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的應(yīng)用

地縣數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承載在PTN網(wǎng)絡(luò)上，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按核心層、匯聚層和接入層設(shè)置。核心層設(shè)置在地調(diào)，匯聚層設(shè)在縣調(diào)、檢修公司和樞紐變電站，接入層設(shè)在地調(diào)、縣調(diào)管轄的各變電站、供電所和營業(yè)廳，見圖4、圖5。

圖4 河南電力地縣數(shù)據(jù)通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖5 縣域數(shù)據(jù)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)接入

其中接入層變電站、供電所和營業(yè)廳數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入采用以下原則：

(1)變電站：變電站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)少，不配置交換機，業(yè)務(wù)直接由PTN設(shè)備承載，經(jīng)PTN業(yè)務(wù)通道在地調(diào)/縣調(diào)經(jīng)交換機匯聚后接入核心交換機；

(2)供電所,營業(yè)廳：供電所營業(yè)廳為業(yè)務(wù)密集場所，均配置有三層交換機，各節(jié)點業(yè)務(wù)經(jīng)三層交換機匯聚后經(jīng)PTN通道接入地調(diào)/縣調(diào)核心交換機。

4.3 PTN網(wǎng)絡(luò)運行存在的問題及探索

河南電力PTN網(wǎng)絡(luò)前后分5期工程建設(shè)，建設(shè)時序長，各地運維管理水平不一；設(shè)備招標(biāo)因素造成的同一地區(qū)地縣設(shè)備品牌存在差異，增加了運維管理壓力；新建的PTN、OTN網(wǎng)絡(luò)如何與傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)之間更合理的劃分業(yè)務(wù)、實現(xiàn)差異化管理并充分發(fā)揮各自最大優(yōu)勢尚需在實踐中探索并積累經(jīng)驗。同時PTN、OTN網(wǎng)絡(luò)強大的處理能力、豐富的接口類型和電信級的保護能力為多網(wǎng)融合提供了可能，這將有利于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)集約化管理、通信資源的優(yōu)化配置和投資效益的最大化。

5 結(jié)語

河南電力PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，一方面采用了統(tǒng)一技術(shù)體制建成地市PTN網(wǎng)絡(luò)，另一方面將先進的PTN技術(shù)大范圍推廣到縣級通信網(wǎng)，是河南電力通信網(wǎng)向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)邁進的關(guān)鍵一步。結(jié)合河南OTN網(wǎng)絡(luò)、SDH網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與完善，河南電網(wǎng)將具備400G OTN+雙10G SDH的省級核心通信網(wǎng)絡(luò)、2.5G SDH+10GE PTN的地市通信網(wǎng)和622M SDH+GE PTN的縣級通信網(wǎng)，完備的三級網(wǎng)絡(luò)從核心、匯聚到底層接入的承載能力、可擴展能力、可靠性程度和技術(shù)先進水平將給河南智能輸電網(wǎng)和智能配電網(wǎng)建設(shè)起到強有力的通信保障。

[1] 紀(jì)治國．PTN+OTN傳輸技術(shù)在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用探討[D]．南昌：南昌大學(xué)，2014．

[2] 何穎．復(fù)雜大電網(wǎng)下省級電力通信網(wǎng)規(guī)劃[D]．北京：華北電力大學(xué)，2014．

[3] 王順興．光通信技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的應(yīng)用與組網(wǎng)方案研究[D]．北京：北京郵電大學(xué)， 2010 ．

[4] 鐘睿，等．三級電力通信網(wǎng)中PTN系統(tǒng)的組網(wǎng)方式[J]．電力信息與通信技術(shù)，2015，10(011)．

Application of PTN Technology in Henan Power Grid

YANG An-kun, LI Xiao-gang
(Henan Electric Power Survey & Design Institute, Zhengzhou 450000, China)

The rapid development of the county grid put forward higher bandwidth demand of data communication network, aiming at problems in Henan county grid communication network,such as low transmission bandwidth and single structure, application of PTN technology makes the bandwidth increase to 10GE/GE from N*2M for county data communication network.Considering the OTN network construction, data communication network has formed three layer structures in Henan grid, greatly increased the bandwidth of data communication network and the flexibility of the communication resources allocation, they all played a strong role in communication support for the construction of smart grid.

power communication; PTN; packet switching network.

TM73

B

1671-9913(2017)03-0053-04

2016-02-16

楊安坤(1983- )，男，河南臺前人，研究生，工程師，從事電力通信網(wǎng)研究與設(shè)計工作。