CESP技術在智能電網通信上的應用探討

鐘 謹，孫忠奎

武漢烽火網絡有限責任公司

1 智能電網通信網絡需求分析

現代通信技術在智能電網中的應用前景廣闊，但要使之真正能夠服務于智能電網并逐漸完善，還有很多問題需要解決。

首先，通信基礎平臺的規劃建設要充分考慮未來資源及數據量的增加。隨著接入站點的增加以及快速增長的采集數據量的不斷匯聚，對傳輸網絡帶寬和網絡傳輸可靠性都會提出更高的要求。因此，通信平臺在建設初期就應充分考慮到這些因素，為未來的網絡擴展和維護更新做好冗余配置。

其次，通信基礎平臺的建設不是獨立的，還要兼顧考慮電網全公司管理業務的需求，所以數字化通信平臺的發展應全面考慮未來生產、管理、安全等各方面需求，同時考慮技術發展和投資效益，選擇合適的建設模型和方向。

另外，要形成集成的通信系統光有載體還不夠，還需要發展和實施被使用者、供應商和其他主體廣泛接受的通信標準。

在建設智能電網的業務需求方面，目前大部分省份的電力通信網絡還無法實現管理信息系統橫向數據的充分交互，這和目前選用的通信手段很有關系。以SDH或者ATM作為業務承載層，只能實現點到點的業務實現，面對點到多點、多點到多點的業務需求，實現起來就非常困難。在財務自動化系統內，也同樣存在這樣的問題。此外，在辦公自動化方面還有信息發布、文檔查詢、公文流轉批閱、會議管理、電子郵件以及信息采編等。數據業務的需求已超過了電力通信網絡發展的速度，只有承載在分組化寬帶網絡上，充分利用萬兆、吉比特、百兆高帶寬優勢，充分利用MPLS、電信級以太網等先進技術才能更好地承載這些重要業務。

在智能電網配套通信網建設的拓撲結構的選擇上，由于電力通信網絡光纖電路覆蓋面大，節點多且分散，距離長，業務密度集中，電路分期呈鏈形建設，很難形成網狀拓撲，也就無法發揮網狀拓撲的多路由可選、可靠性高、生存性強的優勢。而鏈形和星形拓撲雖然符合電力系統通信電路分段建設的特點，但是其可靠性差，瓶頸現象嚴重，成本較高。基于電信級以太網技術的環形網絡有多樣的環網類型（相交環、相切環、環與鏈），靈活的組網能力和成熟的自愈技術，更適合電力通信光網絡的組網。

綜上所述，智能電網的配套通信網需要建設一個可靠安全、高速高效的多業務承載網絡，這個網絡應該是具備高可靠性、高安全、高寬帶、大容量、智能化的分組化網絡。

2 CESP在智能電網通信系統的應用前景

基于電信級以太網的方案，是指將傳統以太網應用到電信網的技術，具備網絡和業務擴展性、運營級網管能力和QoS保障能力，從而解決IP/以太網/TDM等多業務的傳送問題，并向城域乃至廣域延伸，推動網絡向分組化轉型。

從技術上看，以太網是一種很簡單的解決方案，只需要少量的規劃、設計和測試工作，應用多年，為用戶熟悉，業務指配時間可以減少到幾個小時或幾天。其次，以太網是標準技術，互換、互操作性好，具有廣泛的軟硬件支持，成本低。最后，以太網是與媒體無關的承載技術，可以透明地與銅線對、電纜和各種光纖等不同傳輸媒體接口。從結構上看，以太網正以前所未有的端到端解決方案面目出現，免去了其他解決方案必不可少的網絡邊界處的格式變換，減少了網絡的復雜性。其次，以太網是具有很好擴展性的解決方案，其速率可以從10 Mbit/s、100 Mbit/s、1 Gbit/s一直擴展到10 Gbit/s。從管理上看，由于同樣的系統可以應用在網絡的各個層面上，因此網絡管理可以大大簡化。此外，由于很多用戶已經熟悉了以太網，因此培訓工作簡化，新業務可以拓展得更快。

以太網接口已經成為事實上的通用業務插座，各類高速以太網接口因經濟規模帶來的成本優勢會加速使用。隨著電信級以太網多業務平臺在擴展性、業務保護、QoS保障、TDM支持和業務管理等電信級業務特征的持續改進和互操作性的完善，以太網將成為電信網的基礎元素。當前正逐步在寬帶接入網匯聚層面引入廣義的運營級以太技術，提供高可用、高速率的業務匯聚能力和以太網互連業務。可以預計，隨著網絡中IP/以太網業務量的日益增加以及基于以太網技術的新型解決方案的不斷出現，電信級以太網多業務平臺在城域網中的應用將會越來越多，電信級以太網多業務技術將成為面向未來的主流解決方案。

烽火網絡基于F-engineM8000系列電信級以太網多業務平臺 （CESP）來提供分組化多業務承載解決方案。F-engineM8000系列電信級以太網多業務平臺可以提供大管道的業務承載和電信級50 ms業務保護功能，具備靈活的業務控制能力和安全性保證，可以基于用戶、業務和應用來分配相應帶寬和QoS等級。該平臺支持數據、語音和視頻等多業務的電信級高可靠承載，同時滿足客戶對網絡業務管理和應用的差異化需求。烽火網絡電力通信承載網解決方案如圖1所示，主要有以下兩種應用場景。

（1）CESP用于構建地市到縣電力數據承載網

電力基層調度網和數據通信網由于經濟的原因，在建網的時候大多沒有分離，隨著電力各項事業的發展，目前的地市（縣）級供電公司數據通信網在帶寬、服務質量、多業務承載、安全性等方面，都難以滿足未來的發展需求。CESP能夠提供高帶寬、低成本解決方案，應用于電力地市到縣數據通信網，提供OA、MIS系統、電力市場和營銷系統、語音/視頻等業務的綜合接入。

目前CESP可應用于以下兩種情況：

·原有SDH網絡的擴容，以適應業務發展的需要；

·作為新建基層信息網的承載平臺，與原有SDH組建的調度網平行，提供信息網多業務的綜合接入。

目前將CESP作為原有SDH網絡的補充，將原有的SDH接入層仍然保留，作為A平面。為適應業務發展的需要，新建CESP網絡作為B平面，主要完成對原有網絡業務分流和新業務的綜合接入。

CESP環網可考慮單環架構或吉比特接入環跨接萬兆匯聚環的分級環網結構。不論何種模式，CESP環網都可以提供快速保護倒換的業務高可靠性。基于環網架構還可以較好支持組播業務，在環路中無需復制多份內容，節省帶寬。同時，通過環網匯聚，增大了端口扇出能力，大量節省了業務控制點的光纖資源和光端口資源。

匯聚層可利用CESP組成10 Gbit/s或10GE環網，從而完成TDM業務、數據業務和視頻業務的接入、承載和調度，使網絡支持的業務從64 kbit/s、2 Mbit/s電路到以太網專線可以平滑過渡，保證業務網絡和業務的發展。

隨著業務的不斷增長，后期還可通過下放吉比特CESP環網、上拉萬兆CESP環網等方式將多業務分組承載網絡進一步向地市、縣和城域延伸，最終形成提供覆蓋完善的多業務分組化大客戶承載網。

用戶末端覆蓋和業務接入方面的實現方式多種多樣，既可在業務種類單一時采用光纖連接方案，也可如圖1中所示的在業務種類復雜時采用N×E1、以太網交換機、路由器、EPON等技術作為末端接入。業務接入點的不確定性，決定了多種網絡拓撲形式并存的現狀。

采用CESP組建的網絡在結構、容量、管理和發展上均以滿足大客戶業務的開展為基準，提供豐富的業務種類和可定制服務，并構成“業務發展—網絡完善—業務發展”的良性循環。

（2）CESP配合EPON應用于配網通信網絡建設

隨著配網通信網絡規模的不斷擴大，CESP可作為EPON的承載匯聚層匯聚配網通信業務，減輕骨干網的壓力。

3 CESP建設電力通信網絡的優勢

（1）電信級的高可靠性

CESP設備采用電信級高可靠設備，關鍵部件如主控板、管理總線、電源、風扇等為冗余備份，提供系統的自動恢復能力，并且主備用部件實現了實時熱備份，保證系統恢復的過程中業務運行不中斷。另外，業務處理板支持熱插拔特性，可實現在線維護和升級。

網絡結構也采用高可靠結構設計，環形拓撲結構網絡生存性高，運行靈活可靠、高效，可使電力通信網絡更加優質健壯。環網自愈技術可在無需人為干預的情況下，在極短時間內從故障中恢復所承載業務。

CESP基于ITU-TX.87標準提供環網拓撲下的電信級50 ms業務保護。它在以太網的環形拓撲中采用分布式環保護算法，對于故障通告和恢復均采用分布式處理，具有較低的時間和空間復雜度，從而降低了對系統的要求。該平臺還能夠實現環路之間完全獨立，從而確保不會因為某點故障而導致整個網絡的癱瘓。因此，采用合理的自愈技術，實現環內自愈、環間互通，將建成高可靠性的、強大的通信網絡為電力生產、管理服務。

與骨干網相連時可采用R-Link技術用雙上聯方式，用獨立鏈路分別接入主、備系統，形成鏈路備份，提供拓撲可靠性。配合鏈路捆綁技術，日常還可以分擔負載。類似的，廠站節點也采用R-Link技術用雙歸方式就近接入兩個CESP節點。

（2）可信的安全保障

在業務安全性方面，CESP通過對轉發數據的分析，針對可疑IP、病毒數據包、廣播風暴等攻擊進行限制，保證網絡的安全和可靠。用戶可以根據需要定制過濾規則，可以避免惡意攻擊和進行病毒防范。

通過使用靈活的QinQ技術，有效實現業務的區分和隔離。通過兩層VLAN標簽，實現了最多4K×4K個業務的隔離和區分。當需要進一步區分業務的時侯，CESP可根據端口和內層標簽的綜合信息來加不同的外層VLAN標簽，即除了對報文進行簡單二次封裝外，還規定了選擇外層封裝的標準。

（3）良好的可擴展性

采用基于以太網的分組化平臺，提供高QoS保障的網絡。環路帶寬可從10 Mbit/s平滑升級至N×10GE；設備多采用模塊化設計，可靈活擴展；在拓撲上支持鏈型、星形和多環的類網狀拓撲結構；環網的尺寸、多環拓撲可根據業務需要及時調整，從而在滿足當前帶寬需求的情況下為未來可預見階段內的通信增長提供網絡保障，同時保護了用戶的已有投資和設備的兼容性。

（4）有效保證用戶服務質量

電力通信承載網對保護控制信息傳送的實時性和準確性具有嚴格的要求。

CESP由于采用分組化內核的平臺承載多業務，特別對于占較大比重的數據業務的承載，在帶寬利用率、轉發效率、時延、組播業務的支持等方面都有較大的優勢。CESP可提供業界領先的高轉發性能，端到端轉發時延居業界領先水平，配合QoS技術，保證關鍵業務實時傳送。

通過對轉發報文的深度分析，可以動態智能地標識業務流，從而為后續的業務控制和QoS調度操作打下基礎。在承載網絡中根據業務報文中的QoS標記進行有差別的調度處理。通過多種QoS算法和調度策略，包括RED和WRED等丟棄算法，WFQ和PQ等多種隊列調度策略，為不同業務提供不同的帶寬保證。

（5）快速的業務生成

CESP可以組成1/10 Gbit/s的環網，能夠提供以太網和64 kbit/s、RS-232、E1等多種業務接口，可以在多業務分組承載平臺上同時提供語音、寬帶、VoIP、VPN業務，滿足電力行業各種業務的接入需求等。

CESP設備可通過靈活的QinQ方式實現二層VPN業務，也可以透傳基于MPLS的二、三層VPN業務。對于VoIP業務可以基于標準的以太網業務接口接入，并配置相應的優先級保證服務質量，同時基于環網的快速保護倒換機制提供業務保護。

通道帶寬靈活可調，基于64 kbit/s的帶寬粒度，能夠保證在用戶需求發生變化時，動態地進行帶寬調整。

（6）靈活方便的運營維護與業務管理

設備即插即用，無需復雜配置，便于快速部署。

靈活的升級方式，當部分節點所涉及的業務出現新的功能和帶寬需求時，可以只升級局部設備和網絡中局部環路帶寬，而不影響整個網絡的使用，這樣極大地減輕了擴容和維護的壓力和負擔。通過CESP的即插即用特性和特色的圖形化網管平臺，不僅提高了對于網絡和業務的管理能力，同時也提高了電力通信網絡自身在管理和維護等方面的體驗質量（QoE）。