OTN在電力行業(yè)的應用

崔力民 周文婷 張志軍 解鵬

【摘 要】 隨著電力行業(yè)光網(wǎng)絡技術發(fā)展趨勢，OTN逐步代替原有的電力干線傳輸WDM/MSTP網(wǎng)絡已成為必然，采用OTN建網(wǎng)不僅能滿足電力行業(yè)對帶寬的需求，對安全性的要求，對業(yè)務顆粒調(diào)度的需求以及對長距的要求，通過對波長子波長的業(yè)務調(diào)度達到對業(yè)務的立體疏導、快速開通等開通維護方面的便利，同時也能在未來5-10年保持技術先進性的要求。

【關鍵詞】 OTN ?電力行業(yè) ?發(fā)展趨勢 ?堅強智能電網(wǎng)

【Abstract】 With optical network technology development trend of the electric power industry， its OTN gradually take the place of the original mains electricity transmission WDM/MSTP network has become an inevitable， adopting otns ate can not only meet the demand of the bandwidth of the electric power industry， the requirement of security， the demand for business particles scheduling as well as the demand for long distance， through the business of wavelength sub wavelength scheduling， a stereo channel of business opening and opened the convenience of maintenance， as well as in the next five to 10 years to keep the requirements of technical advancement.

【Key words】 ?OTN ?electric power industry ?development ?strong smart grid

通過電力業(yè)務的面臨的挑戰(zhàn)以及發(fā)展趨勢可以看出OTN成為國干、省干傳輸網(wǎng)絡建設是必然的，OTN可以很好的滿足電力行業(yè)對帶寬的需求，對安全性的要求，對業(yè)務顆粒調(diào)度的需求以及對長距的要求，通過對波長子波長的業(yè)務調(diào)度達到對業(yè)務的立體疏導、快速開通，在未來5-10年OTN技術仍然適用于電力干線傳輸網(wǎng)絡。本文從電力行業(yè)傳輸網(wǎng)絡分析、OTN在電力行業(yè)的發(fā)展趨勢及OTN在電力行業(yè)的應用等方面分析未來電力OTN網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。

1 電力行業(yè)傳輸網(wǎng)絡分析

1.1 電力行業(yè)背景

整個電力行業(yè)由電網(wǎng)公司和發(fā)電公司構(gòu)成，其中，電網(wǎng)公司包括國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司，南方電網(wǎng)公司由廣東、海南、云南、福建、貴州、廣西電網(wǎng)公司組成;國家電網(wǎng)公司主要擁有華北、東北、西北、華東、華中五個區(qū)域電網(wǎng)公司。

電力通信傳輸網(wǎng)是全國性網(wǎng)絡，也分為干線傳輸網(wǎng)和本地/城域傳輸網(wǎng)。

干線傳輸網(wǎng)絡主要承擔區(qū)域級電力公司間的業(yè)務調(diào)度和管理，主要實現(xiàn)大容量的業(yè)務承載;本地/城域網(wǎng)則主要承擔區(qū)域電力公司和其所轄區(qū)域內(nèi)的直屬單位之間的信息傳送。這些直屬單位包括：電廠、電力配送站、變電站、變電所、電力局等。

1.2 電力行業(yè)現(xiàn)網(wǎng)情況

就網(wǎng)絡層次看電力通信網(wǎng)絡目前的情況是：

C1/C2：干線層。主要指國干（國電干線、國電直屬區(qū)域電力干線、南方電網(wǎng)）和省干，以大容量MSTP設備組網(wǎng)（10G、2.5G、622M）+OTN網(wǎng)絡建設，國干一般采用單鏈結(jié)構(gòu)，省干一般采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一般為幾個環(huán)相交相切。

C3：城域?qū)印Ｒ话阋灾行∪萘縈STP設備組網(wǎng)（2.5G/622M），采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

C4：農(nóng)網(wǎng)層。一般以小容量MSTP設備組網(wǎng)（622M/155M），受光纜資源所限，采用單鏈結(jié)構(gòu)。

2 OTN在電力行業(yè)的發(fā)展趨勢

2.1 OTN的發(fā)展趨勢

隨著電力行業(yè)信息業(yè)務的發(fā)展，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)大規(guī)模建設部署;而目前作為基礎通信網(wǎng)絡的傳輸網(wǎng)以MSTP為主，在網(wǎng)絡容量和傳輸距離上都產(chǎn)生了很大的瓶頸。同時，從技術演進的歷程來看，WDM技術繼點到點波分之后，又提出了面向IP、智能化、綠色環(huán)保等更多更高的需求，所以，融合了業(yè)務交叉、控制平面、L2交換等技術的波分解決方案，成為了下一代光網(wǎng)絡的發(fā)展方向。所以，電力行業(yè)急需建設一張大容量、長距傳輸?shù)墓歉蓚鬏斁W(wǎng)絡，同時這張網(wǎng)絡還需具備智能化OTN的先進性，以滿足未來的新業(yè)務需求。

未來電力OTN網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，主要包括兩大趨勢：電力干線網(wǎng)絡Mesh化和OTN下沉。

隨著電力網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展和網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，省干OTN拓撲Mesh化，為實現(xiàn)智能保護恢復提供物理基礎。OTN下沉至省級電力公司層面，提供更大的傳輸容量，節(jié)約大量光纖資源。

2.2 OTN在電力的現(xiàn)狀

2012年以前少數(shù)幾個省份已經(jīng)開始在國干層面進行OTN建設以代替原有的MSTP或者OTN網(wǎng)絡，2012年開始國家電網(wǎng)開始將OTN納入集采中，開啟了大規(guī)模國干、省干OTN建設。目前國網(wǎng)國干以及大部分省干已經(jīng)建設了OTN網(wǎng)絡，未建省份也逐步納入集采中，南網(wǎng)各省也在進行省干OTN的集采。

3 OTN在電力行業(yè)的應用

3.1 當前電力傳輸干線網(wǎng)絡面臨的挑戰(zhàn)

電力業(yè)務需求主要來自于兩張網(wǎng)絡：調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)，目前主要承載在MSTP網(wǎng)絡上，作為最靠近物理層光纖的網(wǎng)絡，OTN可作為MSTP和IP的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡，其應用場景主要在干線層，包括國干和省干兩個層面。由于業(yè)務流向、運維模式等特點與公網(wǎng)相差較大，針對電力系統(tǒng)通訊特點，選擇合適的OTN引入策略，將有效的解決電力通訊存在的問題[1]電力網(wǎng)絡的干線層究竟有什么樣的需求？為什么需要在電力干線層部署OTN網(wǎng)絡，MSTP和傳統(tǒng)WDM有什么局限？接下來從四個方面來進行分析。

（1）帶寬的壓力。隨著電力需求的逐年攀升，新建廠站增多，原有廠站業(yè)務量增加，導致電力業(yè)務網(wǎng)絡的帶寬需求也逐年攀升，其中，最主要的帶寬需求來自于綜合信息網(wǎng)，如視頻會議，視頻監(jiān)控，VOIP，遠程教育等，業(yè)務顆粒也在向大顆粒的GE轉(zhuǎn)變。因為電力業(yè)務安全性要求極高，因此，對不同的業(yè)務實行物理隔離加劇了高帶寬需求。如在某省的標書中出省業(yè)務的斷面流量需求達到了80G，而現(xiàn)網(wǎng)以MSTP為主，最大系統(tǒng)容量也不過10G，無法滿足干線帶寬的需求。

（2）安全問題。電力作為關乎國計民生的基礎性行業(yè)，安全性至關重要，如果出問題，影響極大，所以需要確保業(yè)務，網(wǎng)絡和設備的安全性。

（3）長距傳輸需求。電力干線網(wǎng)絡建設的過程中，具有長距傳輸?shù)男枨螅热纾瑥S站到調(diào)度中心距離偏遠，地理條件受限，中間不具備機房的建設條件，但現(xiàn)網(wǎng)以MSTP為主，傳輸距離有限，無法滿足長距傳輸?shù)男枨螅送猓L距技術也可以避免在條件惡劣的地方建設機房，減輕維護人員的壓力。

（4）智能化調(diào)度需求。干線層大顆粒的業(yè)務需要具備靈活的業(yè)務調(diào)度能力，以提供業(yè)務的快速開通，修改和調(diào)度能力，減輕維護壓力。傳統(tǒng)WDM設備只能靠手工計算業(yè)務路徑，手工連纖，工作量大，易出錯，無法滿足智能調(diào)度的需求，并且，也無法提供抗多點失效能力。

3.2 OTN助力打造堅強智能電網(wǎng)干線傳輸

基于以上四個對于電力業(yè)務發(fā)展的挑戰(zhàn)，OTN可以很好的解決上述問題：

（1）帶寬的壓力。隨著OTN技術的發(fā)展，目前系統(tǒng)的單波容量可達100Gbit/s，通路間隔可做到25GHz[2]，OTN可以提供超大容量，完美解決電力帶寬需求，現(xiàn)階段在國干和省干部署10G系統(tǒng)即可滿足需求，未來可以平滑升級到40G/100G系統(tǒng)，國干可考慮建設80波，省干可建設40波系統(tǒng)。對不同等級和分類的電力業(yè)務，OTN提供的充足的波長/子波長資源可滿足物理隔離的需求，保證安全性。此外，富裕容量也可進行帶寬出租，拓展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。

（2）安全問題。對于保護，現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務目前依賴于MSTP的保護，后續(xù)業(yè)務的傳送和保護也要逐漸由OTN完成，但建議分階段進行。在網(wǎng)絡保護方面，OTN的保護功能主要包括基于電層的保護恢復能力和基于光層的保護恢復功能[3]光層保護基本繼承了原有傳輸?shù)谋Ｗo特性，電層保護是OTN特有的。

第一階段：OTN僅保護綜合信息網(wǎng)業(yè)務。當前綜合信息網(wǎng)業(yè)務較少，但后續(xù)發(fā)展快，所以新增的高帶寬、大顆粒的業(yè)務可以直接用OTN承載;現(xiàn)有綜合信息網(wǎng)業(yè)務承載在MSTP上，也可適時逐步地割接到OTN上。

保護要求：綜合信息網(wǎng)主要為生產(chǎn)管理類數(shù)據(jù)業(yè)務，保護時間要求為50ms，OTN的多種保護方案皆可滿足此要求（后面會詳細介紹）。對于從MSTP割接到OTN的綜合信息網(wǎng)業(yè)務，OTN和MSTP可提供雙層保護，也可根據(jù)需求只提供一種保護;對于新增的綜合業(yè)務，僅有OTN提供保護。

繼電保護業(yè)務、生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務安全等級高，暫不割接到OTN，仍由原有MSTP進行傳輸和保護;MSTP可滿足繼電保護15ms時延要求，同時提供基于VC的保護滿足調(diào)度網(wǎng)業(yè)務30ms的保護要求。

第二階段：OTN保護調(diào)度網(wǎng)+綜合信息網(wǎng)業(yè)務。隨著OTN逐步替代MSTP，調(diào)度網(wǎng)業(yè)務也割接到OTN;繼電保護業(yè)務仍由MSTP傳輸;

保護要求：本階段調(diào)度網(wǎng)業(yè)務和綜合信息網(wǎng)業(yè)務都承載在OTN上，保護時間要求分別為30ms和50ms。OTN的多種光電層保護方案皆可滿足。

對于從MSTP割接到OTN的調(diào)度網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)業(yè)務，OTN和MSTP可提供雙層保護，也可根據(jù)需求只提供一種保護;對于新增的綜合業(yè)務，僅有OTN提供保護。

繼電保護業(yè)務仍由MSTP傳輸。

第三階段：本階段OTN全面替代MSTP，調(diào)度網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)直接承載在OTN上，即IP over OTN。

保護要求：對于調(diào)度網(wǎng)業(yè)務和綜合信息網(wǎng)業(yè)務，OTN提供多種光電層保護方案，分別滿足30ms和50ms的保護要求; 對于繼電保護業(yè)務，由于其帶寬較小，OTN可以提供ODUflex封裝方式，動態(tài)適配其帶寬，無需占用波長或ODUk的大帶寬，以節(jié)約帶寬資源。同時，OTN滿足其12ms的時延要求。

考慮到業(yè)務的安全性，電力調(diào)度網(wǎng)和綜合信息網(wǎng)都起用了雙歸屬配置，地市公司的業(yè)務雙歸到省調(diào)和備調(diào)，或省中心CR和備用CR，以便對業(yè)務進行保護。

采用OTN建網(wǎng)后，OTN對業(yè)務的保護除了保留了原來MSTP或WDM的保護方式外，還提供電層子波長級的1+1、1：1的保護，采用OTN后保護方式比采用MSTP或WDM種類更加豐富，安全性更高。

（1）長距傳輸需求。OTN通過提供多種調(diào)制技術、編碼技術、不同種類放大器等可以為電力長距傳輸提供豐富的超長距解決方案，有效提高OSNR容限，延長傳輸距離，適用于電力廠站偏遠，間隔距離較遠的站點，如橫跨高山，湖泊，沙漠，海洋等地理條件受限的應用場景。

（2）智能化調(diào)度需求。考慮到電力傳輸網(wǎng)絡的光纖資源是隨著輸電線纜進行鋪設的，傳輸網(wǎng)絡建設完成后存在對線路改造的幾率比較大，同時也存在新業(yè)務業(yè)務開通和老業(yè)務關閉問題，這就需要傳輸網(wǎng)絡可以進行對業(yè)務快速開通/關閉、快速業(yè)務調(diào)度的能力，OTN可以通過光層、電層或者通過智能控制平面對波長子波長進行業(yè)務調(diào)度、開通/關閉等，同時也能縮短業(yè)務割接時間并提減少業(yè)務割接的安全性。

4 未來電力OTN網(wǎng)絡發(fā)展趨勢

通過近幾年電力OTN集采的網(wǎng)絡層次結(jié)合電力業(yè)務和OTN技術的發(fā)展趨勢看，OTN在電力行業(yè)的發(fā)展趨勢如下：

（1）電力干線網(wǎng)絡Mesh化和OTN下沉。隨著電力網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展和網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，省干OTN拓撲Mesh化，為實現(xiàn)智能保護恢復提供物理基礎。

（2）OTN下沉至縣級電力公司層面，替代原有小型傳輸設備，節(jié)約大量光纖資源。由于省干網(wǎng)的Mesh化，為加載智能控制平面WASON提供了物理基礎，進而實現(xiàn)業(yè)務的智能保護和恢復，抗擊多點的失效。

參考文獻

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[3]陳守用.OTN的保護方式及應用探討田.信息通信，2011（3）：35-37.

作者簡介：崔力民（1973—），男，廣東鶴山人，高級工程師，長期從事電力通信系統(tǒng)建設、運維管理工作;

周文婷（1974—），女，江西南昌人，研究生，高級工程師，長期從事電力通信系統(tǒng)運維、網(wǎng)絡建設等管理工作;

張志軍（1972—），男，新疆烏魯木齊人，本科，高級工程師，主要負責電力通信運維管理工作;

解鵬（1976—），男，新疆烏魯木齊人，本科，高級工程師，主要負責電力通信建設工程項目的技術管理工作。