PTN技術在智能電網中的應用探討

周文婷 李亞平 崔力民

【摘 要】 2009 年6 月國家電網首次向社會發布“智能電網”發展規劃，隨著智能電網建設的逐步推進，電力通信系統也需要逐步向下一代通信網絡演進，以滿足智能電網建設的新需求。一張安全、可靠、統一、高效的傳輸網絡，是支撐智能電網快速發展的必要條件。本文介紹了PTN技術的產生背景與特點，并與電力通信系統相結合，針對智能電網建設過程中對傳輸網提出的需求，分析了PTN技術對電力通信系統的適應性。對使用PTN技術建設電力系統分組傳送網進行了展望。

【關鍵詞】 智能電網 ?PTN ?分組傳送網 ?電力通信

1 引言

毫無疑問，IP化是當代通信網絡的發展趨勢之一。目前，電信運營商和各行業用戶業務的IP化趨勢都已經非常明顯。隨著IP業務越來越廣泛的應用，原有的SDH傳輸系統逐漸暴露出它對于IP業務傳送效率低的缺點，因為SDH技術是為TDM業務而量身打造的一種傳輸體制。但是相比于數據技術，SDH技術本身所獨有的優點還是非常明顯的，比如它豐富的開銷、強大的OAM能力、端到端的業務配置以及保護等等。那么是否有一種技術既能繼承SDH的優點又能提高對數據業務的傳送效率和處理能力呢？于是PTN（Packet Transport Network）技術應運而生了。[1]

PTN作為新一代承載網技術，在集成原MSTP優勢的基礎上，適應業務大帶寬、IP化的發展要求，是當前及未來承載網發展的主要趨勢。

電力通信業務伴隨通信技術的整體快速發展，也提出了很多新的挑戰，包括帶寬、效率、安全、同步等發展方向。PTN在電力業務承載方面，包括TDM與IP業務承載、隔離度、可靠性、性能保證等方面，均能較好的滿足業務承載需求。各電力公司，分別根據各自網絡的特點，積極引入新建PTN網絡，進行試點及規模部署，PTN的電力業務承載能力進一步得到證實，PTN已成為各電力公司競相調研試點及規模部署的重要方案。

2 PTN技術的特點

2.1 全業務承載能力

PTN采用通用分組交換內核，不僅提供了對數據業務的適應性，還通過采用端到端偽線仿真（PWE3，Pseudo Wire Emulation Edge—to—Edge）技術提供了對原有電路型服務的后向兼容性，使得在滿足數據業務需求的同時，還可以支持傳統的電路型業務。PTN提供了適合于IP業務的“柔性”管道，以及適合于TDM業務特性的“剛性”管道，能更好的實現IP及TDM業務的綜合承載及業務隔離，提高業務的獨立性和安全性。[2]PTN承載TDM 業務時，在源端不做任何的翻譯和解釋，將TDM業務封裝成數據包，經過分組交換網達到目的端，目的端接收到數據包后，將其打開恢復出原始的TDM數據流。

2.2 可靠性

PTN提供完善的保護機制，PTN設備提供設備級保護、網絡級保護和接入鏈路保護。設備級保護包括關鍵板卡的冗余備份、TPS保護等;網絡級保護包括LSP/PW線性保護、環網保護、線性復用段保護、雙歸屬保護;接入鏈路保護包括鏈路聚合（LAG）保護、ML-PPP多鏈路保護、IMA保護等。在繼承SDH各種路徑保護，環網保護的情況下，創新實現跨節點雙歸保護，更進一步提高了業務的可靠性，同時嚴格保證50ms的保護需求。[3]

雙歸保護，PTN實現了抗節點失效的能力，進一步提高了核心層設備，跨節點主備保護的能力。

2.3 安全性

PTN技術通過LSP和PW標簽的隔離來區分業務，這種隔離方式類似于SDH的時隙隔離，具有底層的高隔離度。同時，PTN產品又增加了如協議加密、用戶接入認證、數據庫加密、防病毒、防DOS攻擊等多種提高安全性的功能。最大程度上保障了系統的安全性。PTN技術體制的多層防護體系，層層隔離，防止入侵與泄漏，提供全面的信息安全保密機制，已在電力、金融等高安全系統應用。

2.4 圖形化界面網管

PTN技術繼承了傳統SDH技術的基于圖形化界面的網管，并且能夠做到于現網傳輸設備做到統一管理，保持了用戶的傳輸產品運維體驗。

2.5 完善的OAM特性

PTN技術繼承了SDH技術的層網結構和強大的OAM特性，PTN網絡采用縱向分域、橫向分層的組網結構，把網絡在邏輯上分成了媒質層、段層、隧道層、偽線層。每個層次都有相應的OAM功能。

2.6 時間同步

PTN技術在繼承了SDH時鐘同步的基礎上，通過同步以太網協議和1588V2協議實現了時間同步信息的傳送。對于需要時間同步功能的業務系統，采用PTN網絡組網就可以在傳輸層面進行時間同步信息的傳送。

3 電力通信業務分析

3.1 電力通信業務

電力行業的通信系統為電力生產和管理各業務提供傳輸和數據通道，服務于電力一次系統和二次系統，其分類的形式有很多，如下：

（1）按照業務屬性劃分大致可以分為兩大類，即生產業務和管理業務;

（2）按照電力二次系統安全防護管理體系劃分，可以劃分為I、II、III、Ⅳ四大安全區域業務。

（3）按照業務流類型劃分，可以分為語音、數據及多媒體業務;

（4）按照時延劃分，可以劃分為實時業務和非實時業務;

（5）按照業務分布劃分，可以劃分為集中型業務、相鄰性業務和均勻性業務;

（6）按照用戶對象劃分，可以分為變電站業務、線路業務和電網公司、供電局等幾大類;

其業務特點主要包括：

（1）I/II區業務，為電力生產業務，實時性，可靠性要求高，特別是線路保護業務，要求傳輸設備端到端時延小于5ms，同時對時延變化，抖動非常敏感。I/II區業務以E1 TDM業務為主，后續有逐步IP化演進的趨勢。

（2）III/IV區業務，為管理業務，帶寬需要大，以IP業務為主，基本實現已業務的IP化，以FE/GE業務為主。

（3）電力生產業務與管理業務，需要物理隔離，互不影響，防止攻擊與入侵。

3.2 電力通信網所面臨的挑戰

隨著智能電網業務開展，以及新技術的不斷發展，電力通信網絡主要面臨以下挑戰：

（1）業務的寬帶化：隨著電網業務，自動化，信息化，可視化，互動化，智能化的發展，業務帶寬需求成倍增長，從2M到155M/622M到2.5G/10G，再到40G/100G成為后續的長期發展趨勢。

（2）業務的IP化趨勢：III/IV區信息管理類業務，已基本實現全IP化，I/II區業務，也開始逐步IP化，業務逐步從以TDM為主，轉移為以IP為主。

（3）電力各分區業務差異大：I/II分區生產控制類業務，對安全可靠，時延抖動有明確的要求，業務帶寬相對較小，IP化程度相對較低。III/IV分區信息管理類業務，則帶寬要求較大，IP化程度高，對時延抖動敏感性相對較低。各分區業務的差異性，需要與之相適應的解決方案。

（4）新技術的沖擊：各種新技術的出現，比如PTN，OTN，POTN等，對傳統MSTP設備形成沖擊，老的MSTP廠家，尤其是國外MSTP廠家，發貨量下降，備品備件能力下降，網絡運營維護難道加大。

（5）其他特性需求：比如高精度時間同步，超長距離傳輸，LTE承載，靈活調度，融合智能等新需求出現。

4 PTN應用于電力通信系統的展望

4.1 多業務的統一承載

由于PTN所具備的端到端偽線仿真技術和區分服務機制，對業務的優先級進行分類，保證了在網絡的轉發節點上高優先級的業務能夠得到優先轉發，實現針對每一業務流的QoS保證。

例如：對于傳統的語音業務，可以采用端到端偽線仿真技術提供支持：對于線路繼電保護和安全自動裝置數據業務。可以通過設置高優先級和預先分配足夠帶寬來保證其時延：對于故障錄波數據、故障測距等信息，可以通過設置適當優先級和預先分配合理帶寬來提供服務：而對于無特殊需求的一般性業務.則只需為其設置較低優先級和適當帶寬。

PTN技術在電力行業應用初級階段，可以用PTN網絡承載實時性要求不高的綜合信息網業務，不承載時延敏感的保護等調度信息網業務。后續隨著運維人員對PTN 技術的熟悉和對PTN網絡時延抖動等性能的充分驗證后可以考慮把調度網上的業務割接到PTN網絡上承載。

4.2 業務隔離

電力業務各分區，要求承載網嚴格的物理隔離，包括管道級別的隔離，以及網絡級別的隔離。

網絡級物理隔離，可以采用雙平面組網方案，I/II分區的業務與II/IV分區的業務，分別承載在不同的網絡平面上，嚴格物理隔離，各區業務根據各自的特性需求建網，獨立發展。

管道級物理隔離，TDM業務為持續的碼流，PTN承載TDM業務，采用“剛性管道”，固定帶寬，與其他業務嚴格物流隔離，互不影響。

同時PTN采用類似SDH，多層封裝隔離機制，與SDH具備同樣的隔離能力。滿足電力業務隔離需求。

4.3 通信網絡中的位置

由于PTN所能提供的最大速率網絡側接口只有10 GE接口。其優勢體現在小顆粒業務的靈活接人、匯聚收斂和統計復用上，若以其組建骨干層以上網絡則可能無法滿足當前業務帶寬高速增長的需求，因此，運營商一般將PTN定位于匯聚層。由PTN組建地市和縣級或到變電站的網絡，提供全業務的匯聚或接人網絡，而由PON組建配電和入戶網絡，提供密集的多點接入能力。從另一個角度來講，對于輸電網，OTN適合作為骨干層。而PTN可以作為匯聚層和接人層：對于配電網，PTN可以作為骨干層和匯聚層，而用PON作為接入層。當然，如果沒有帶寬的大容量需要，也可以將PTN作為輸電網的骨干層。

5 結語

隨著PTN技術的逐漸成熟和設備的規模部署，可以預見，未來電力行業PTN技術將得到越來越廣泛的應用。如何利用PTN技術體制的優勢，加強PTN試驗網建設，研究解決電力通信發展中的問題，利用信息通信技術的發展更好地服務智能電網的建設，將成為未來電力通信網絡發展過程中的重要課題之一。

參考文獻

[1]龔倩，徐榮，李允博，等.分組傳送網[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]黃曉慶，唐劍峰.PTN：IP分組化傳送.北京：北京郵電大學出版社，2009.4.

[3]陳運清.城域網組網技術與業務運營.北京：人民郵電出版社，2009.2.