電力通信傳輸網中自動交換光網絡技術的應用研究

2012-11-15 22:25:08聶正璞張輝萬瑩

中國科技信息 2012年2期

聶正璞張輝萬瑩

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

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

本文針對當前我國電力傳輸系統中普遍存在的問題進行分析，并提出采用自動交換光網絡(Automatically Switched Optical Network：ASON))技術對電力傳輸網進行優化，在現有光纖加同步數字體系(Synchronous Digital Hierarchy：SDH)網絡的基礎上引進ASON控制層面，并承載ASON業務，在此基礎上逐漸使用ASON替換現有的SDH。

自動交換光網絡；電力通信傳輸網；同步數字體系

隨著我國國內經濟的快速發展，對電力事業提出了更高的要求。作為電網安全運營的重要支持網絡，電力通信網也需要變得更加安全可靠和高效。當前，光纖通信技術已經在我國電力通信系統中得到廣泛應用，光纖通信技術不僅傳輸數據、語音和視頻等常規業務，還有電力生產專用業務如電力保護、安全裝置等。因此，電力通信網絡不僅要有強大的控制能力和接入能力，還應具有高效的帶寬利用率和完備的安全保護功能[1]。尤其是當前電網正在建設數字化電網，這給電力通信傳輸網提出了更高的要求，實際需求迫使傳統網絡向下一代能支持多信道、高容量、可配置、智能型的現代通信網絡演進。自動交換光網絡ASON是一種動態、自動交換傳輸網，是幫助實現電力通信傳輸技術更好的向數字化演進的先進技術。

1.我國電力通信傳輸網中存在的問題

經過多年建設，我國電力通信傳輸網已具備一定的規模，基本滿足電力系統的通信需要。但隨著近年來電網事業的快速發展，現有電力通信傳輸網在應對種類繁多的業務時已頗感吃力，存在著較多的問題[2]。當前我國電力通信傳輸網中存在的問題主要有：

1.1 部分電力通信網絡結構復雜，使得工作人員維護困難。由于光纜網絡資源的限制，在部分變電站只能以單鏈接入；而有的傳輸網中同時使用不同設備廠商的設備，造成設備的故障難以鑒別，導致電力通信系統故障后難以盡快修復；另外，不同的設備也導致在同一網管上實現端到端的電路調度變得難以實現。

1.2 電力通信網中節點較多，系統安全性能有待提升。電力通信網中任何一段光纜的更換或維修都會影響系統的可靠性和穩定性。并且有些節點不在環網上，無法對業務進行自愈保護。若其中任何一個站點出現設備故障時，將會導致所有通信業務的丟失。

1.3 電力通信系統的接入層網絡結構繁雜，難以滿足業務發展的需求。我國部門電力通信系統的接入層傳輸網絡結構復雜，并且有環帶環、環帶鏈的現象存在，導致現有電力通信網絡的難以擴容。另外，部分環網的時隙占用率過高，有的通道利用率甚至超過70%，并且這些通道也大都難以擴容[3]。這都使得電力通信系統難以實現可持續發展。

1.4 電力通信系統中部分設備技術落后，且老化嚴重，已經難以適應電力系統快速發展的需求。部分通信設備技術落后，不支持多業務傳輸系統，需要通過協議轉換器才能滿足以太網業務通道需求。且在長期使用過程中逐漸老化，不僅容易產生故障，增大維護負擔。

2.自動交換光網絡技術概述

自動交換光網絡以SDH和光傳送網(Optical Transport Network：OTN)為基礎，通過控制平面來完成自動交換和連接控制的光傳送網。ASON可由用戶動態發起業務請求，自動計算并選擇路徑，通過信令控制實現連接的建立、恢復、拆除，融合交換和傳輸為一體的新一代光網絡[4]。ASON能實現動態、自動實現傳輸、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務的需求，ASON同時引入了信令和路由的概念，既吸取兩類網絡的優點，又避免各自的缺點；此外，ASON支持多種客戶信號，是一種獨立于客戶的網絡技術。

2.1 ASON的體系結構模型

圖1為ITU-T提出的ASON體系結構圖。如圖所示，ASON網絡主要由控制平面（CP）、傳送平面（TP）、管理平面（MP）三個平面和數據通信網(DCN)組成。通過數據通信網(DCN)來實現三個平面之間的通信需求，是負責實現控制信令消息和管理信息傳送的信令網絡[5]。

圖1 自動交換光網絡體系結構

相比于傳統光網絡，控制平面是ASON中的關鍵設計和核心部分，主要由分布于ASON節點設備中的控制網元組成。控制網元主要由信令轉發、資源管理和路由選擇等模塊組成。眾多的控制網元相互聯系并形成信令網絡，在此基礎上傳送信令信息。在ASON信令系統調度下，控制網元形成一個統一的整體，可以實現連接的自動控制和出現故障時的快速有效修復[6]。通過控制平面，可以使得傳送網絡連接變得更加快速和高效，使得網絡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。控制平面的關鍵技術主要包括信令協議、功能模塊和網絡接口三個方面。這些關鍵技術可以幫助ASON更好的使用信令、協議和接口，光網絡的路由信息、拓撲信息和其他控制信息可以實時的、動態的進行交換，可以實現網絡資源的動態分配以及光通道的動態建立和釋放。

傳送平面主要由DWDM設備和SDH設備等傳統的光傳送實體組成，具有分層結構，是業務傳送的通道，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現分布式和智能化的管理功能，與控制平面技術互為補充，可以實現對網絡資源的動態配置、性能檢測、故障管理以及路由規劃等功能。

2.2 ASON的接口

ASON的接口是指ASON網絡中不同功能實體間的連接通道。ASON的接口的主要功能是規范化了不同功能實體間的通信原則。ASON中三大平面之間通過不同的接口標準進行連接，某個平面內部的不同功能模塊也使用不同類型的接口進行連接。

連接控制接口(CCI)是負責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送到傳送平面網元以及將資源狀態信息從傳送平面網元發送到控制平面。

NMI-A和NMI-T分別是管理平面與控制平面、傳送平面進行通信的接口標準。其中NMI-A主要負責對控制平面的路由、鏈路和信令等功能模塊進行監視管理和配置；NMI-T主要負責對傳送平面的網絡資源的進行配置，以及日常維護過程中的故障分析和性能檢測。

此外，ASON還有用戶網絡接口(UNI)、外部網絡接口(E-NNI)和內部網絡接口(I-NNI)三種網絡接口。其中UNI是負責用戶和運營商網絡間的通信接口。ENNI是毫無關系且并未建立認證體系的不同控制實體間的連接接口，一般位于同一運營商內不同的子網中或不同的運營商網絡間。I-NNI是指屬于同一個管理系統內或多個已建立信任關系的管理域的控制平面實體間的接口，支持連接控制和資源發現。

2.3 ASON的關鍵技術

ASON的關鍵技術主要包括呼叫和連接控制、保護和恢復機制、自動發現功能、路由和信令等[7]。

2.3.1 呼叫和連接控制。在ASON體系結構中，呼叫和連接控制具有其獨立性。這使得ASON能夠支持多鏈路傳輸、多重連接和動態的帶寬需求等。

2.3.2 保護和恢復機制。保護和恢復機制可以使得ASON網絡具有較高的可靠性。ASON保護和恢復機制主要包含故障管理、保護和恢復、復原等三個步驟，主要通過傳送平面和控制平面來區分：保護一般是由傳送平面單獨完成，而恢復是傳送平面和控制平面共同協調完成的。

2.3.3 自動發現功能。自動發現功能包括鄰居發現、服務發現和資源發現三種。鄰居發現主要是負責監控本地節點同所有相鄰節點的鏈路連接狀態，用于自動發現和維護相鄰設備。

2.3.4 路由協議和信令協議。ASON路由協議為連接的建立提供路徑服務，并支持源路由、逐跳路由和分級路由。ASON信令協議用于分布式連接的建立、釋放和維護等，主要傳送連接選路、資源發現、呼叫控制和連接控制等信息。此外，ASON還可以對現有信令和路由協議進行修改和擴展。

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，由人工或網管系統完成。軟永久連接是客戶到客戶之間的連接。交換連接是根據終端客戶的要求而建立的連接。

ASON在組網上實現了網元的智能化，支持網格、環狀、星型網、鏈狀網及其組合等多種組網方式。并能借助于網元實現ASON網絡的路由計算、業務的保護和恢復、鏈路自動配置、路徑的管理控制等功能。

2.4 ASON的優點

2000年3月國際電信聯盟電信標準化部門的Q19/13研究組最早正式提出自動交換光網絡的概念[8]。智能光網絡的標準制定也在推動下進展迅速，目前在商業領域ASON網絡已經開始投入使用。ASON網絡最顯著的特點是具有光傳送網，它還預備以下幾點優勢：

2.4.1 ASON網絡的恢復模式能夠抵抗多處失效，可以組成MESH網絡，使得保護恢復能力更加靈活，網絡的生存性得到增強；

2.4.2 ASON網絡的流量工程控制功能可以根據網絡客戶層的業務需求的不同，實時和動態的調整網絡中的連接；

2.4.3 智能光網絡的網絡結構采用網狀網結構，統一的標準接口，分布式的智能控制，擴容和調節更加便捷，可以靈活的在網絡中增加和減少節點，并且能使不同運營商的網絡通過標準的接口實現互聯互通；

2.4.4 ASON更好滿足了用戶對于快速、高質量的帶寬服務與應用需求。能夠充分利用光網絡資源實現數據業務靈活、動態的連接請求；

2.4.5 ASON根據用戶的需求可以提供各種不同質量級別的服務。

3.自動交換光網絡技術在電力通信傳輸網中的應用研究

當前，我國部分發達地區的電力通信傳輸網中的絕大部分已采用光纖加同步數字體系(synchronous digital hierarchy：SDH)設備組網。而落后地區則由于經費不足等原因采用了粗波分技術。電網一般按照自上而下結構分層建設，分為骨干層(STM-64/16)、匯聚層(STM-4)和接入層(STM-1)[9]。

為了更好地利用現有SDH設備，可在當前SDH網絡的基礎上引入ASON技術，在現有的SDH傳送網絡上承載ASON業務，這是既能發揮現有設備的使用價值，又可以將ASON技術得以應用的可行性方案。

在建設ASON網絡時應遵循由內而外、循序漸進的原則，即以骨干層為基礎來建設ASON網絡，然后逐漸建設匯聚層和接入層。在骨干層建設ASON既要保證安全性、可靠性，又要保證業務不中斷。將骨干層建設為ASON網絡后，電力通信網的魯棒性將大大增強，而匯聚層和接入層的ASON網絡建設可以視情況而定。

在建成骨干層的ASON網絡后，要保證其與原有SDH網絡的互聯互通。ASON可以在基于G.803規范的SDH傳送網基礎上建設，這樣可以形成ASON與現有SDH傳送網絡的混合組網。ASON與現有SDH網絡的融合是一個漸進的過程，先在現有SDH網絡建設單獨的ASON，然后逐步形成整個的ASON網絡[10]。

實現ASON網絡與SDH網絡的互聯，可以在傳統的SDH網絡引入控制平面，具體可以使用以下2種方式。

①在SDH網絡的全部網元上分別連接一套PC機，SDH網絡和PC機間遵循光網絡網元管理協議。通過數據網絡將全部PC機上運行的控制協議連接成一個整體的信令網，并使得該信令網可以和ASON的信令網實現互通。

②通過數據網絡實現ASON信令網絡和傳統光網絡的網絡管理系統建立連接，在傳統光網絡的網絡管理系統的計算機上運行控制平面協議，通過ASON控制平面和傳統光網絡網絡管理系統的互通，實現ASON網絡和傳統光網絡的互聯[11]。