面向電力雙向互動業務的數據匯集策略研究

趙輝 汪梁 王曉東 楊永標 王金明

摘 要：為了提高電力主干網和運營商公網及其他異構網絡的聯通能力，文章在調研大量電力工程應用的基礎上，研究了電力互動業務的數據匯集策略。首先，分析了電力骨干通信網直接接入電力業務的不足，需輔之以運營商通信網。在通信技術數據匯集層面上，分別介紹了同步數字體系（SDH）、基于SDH的多業務傳送平臺（MSTP）和分組傳輸網（PTN）及其在運營商通信網和電力通信網上的應用。SDH在處理TDM業務上、MSTP在處理電力多業務上、PTN在處理以太網數據業務上各自有著顯著優勢，且指出了分組傳輸網為未來電力建設的趨勢。在通信協議數據匯集層面上，分析了IPv6的優勢以及在原有IPv4基礎上的部署策略。最后，文章給出了基于IPv6的電力雙向互動業務數據匯集的部署方案，具有較大的實際意義。

關鍵詞：數據匯集；SDH；MSTP；PTN；IPv6

電力系統是一個由發電、輸電、變電、配電、用電等環節構成的一個復雜的能量交換系統，電力通信網則是服務于這個能量交換交換系統的一個通信網絡。電力雙向互動業務主要包括居民用戶業務、大用戶業務、電動汽車充換電業務以及分布式儲能/發電業務等，這些業務涉及海量數據和大量網絡孤島，需接至電力骨干通信網，進而上傳至電力公司數據中心。但電力接入通信網絡基礎薄弱，不足以提供雙向互動服務終端節點數量多、分布廣泛的拓撲特點，需輔以移動通信網、IP公網等其他通信資源，以提供安全、可靠、靈活的通信能力。

現階段電力通信數據匯集組網技術大都以同步數字體系（SDH）和基于SDH的多業務傳送平臺（MSTP）為主，隨著以太網數據業務的比重不斷擴大，分組傳送網（PTN）的發展越來越快。此外，在通信協議層面上，隨著IP網絡的不斷普及，其有限IP地址將反過來制約IP網絡的進一步發展，新一代IPv6協議將是數據匯集技術在通信協議層面上的發展方向。

1 基于SDH的數據匯集

同步數字體系（SDH）將復接、線路傳輸及交換功能融為一體，可以實現網絡保護、業務監控等功能。為滿足不同的數據業務的傳播速率要求，SDH采用同步復接方式，以同步傳輸模塊STM為基礎，其中STM-1的傳播速率為155.520Mb/s，STM-4的傳播速率為622.080Mb/s，STM-16的傳播速率為2488.320Mb/s[1]。只需利用軟件，即可實現不同傳送速率的數字信號的復接和分接，操作簡單且便于通信系統的擴容。在現階段電力專網和運營商通信網中，基于SDH的組網方式占據較大比重，在處理TDM業務上，其優勢地位更加明顯。

居民用戶業務、大用戶業務、電動汽車充換電業務、分布式儲能/發電業務等所需的不同傳輸速率的數據經數據集中器分類、儲存和轉發，在數據集中器側配置SDH光端機接入運營商的SDH傳輸網。為增強網管的有效監控和SDH自愈能力，采用環形拓撲結構。運營商SDH傳輸網就近接入電力通信骨干網，其接入層也采用SDH組網方式，一般為155Mbit/s或622Mbit/s環網。最后量測數據傳輸至電力公司數據中心。

由于運營商公網普遍采用SDH組網方式，因此，電力專網與公網SDH專線數據匯集的方案性價比非常高，但是，SDH對于以太網數據業務和ATM業務處理能力非常有限，其局限性也非常明顯。

2 基于MSTP的數據匯集

基于SDH的多業務傳動平臺（MSTP）在SDH的基礎上，通過對以太網數據幀和ATM信元的封裝，實現基于SDH的多業務傳送。綜上，MSTP具有TDM業務、ATM業務和以太網數據業務的接入能力，是SDH技術的強化，但是對以太網數據接入能力仍不夠完善。

現階段，電力公司專網和運營商通信網都大量采用MSTP技術通信組網。MSTP提供了多種業務和多種速率的組網選擇、支持動態帶寬分配以及MSTP設備彼此兼容和相互無縫傳輸能力[2]。

電力通信網和運營商通信網基于MSTP方案部署策略同SDH方案部署策略一致。居民用戶業務、大用戶業務、電動汽車充換電業務和分布式儲能/發電等電力雙向互動業務采集到的電量和非電量數據經數據集中器分類、集中、轉發，將TDM數據、ATM數據和以太網數據業務分別通過語音交換機、ATM交換機和以太網交換機接入運營商MSTP傳輸網。同樣MSTP在實際部署中，一般采用環網形式以增強其適應性和自愈能力，也便于SDH網絡、ATM網絡和以太網等網絡孤島接入。運營商MSTP傳輸網就近接入電力通信骨干網，其接入層也采用MSTP組網方式，一般為155Mbit/s的環網，接至電力公司數據中心。

雖然，MSTP在處理以太網數據業務的能力上差強人意，但是其用戶側設備非常便宜，只需接入交換機，且運營商也大量采用MSTP組網方式，所以，MSTP技術可視為從SDH技術到PTN技術的過渡方案。

3 基于PTN的數據匯集

電力雙向互動業務正以語音業務為主向以太網數據為主轉變，以太網數據業務的帶寬需求也占據電力通信總帶寬的絕大部分。分組傳輸網（PTN）體現出了處理以太網數據業務的強大能力。PTN采用靈活的動態帶寬分配策略和統計時分復用技術，可高效承擔IP數據業務[3]。根據電力雙向互動業務運營商通信網和電力通信專網數據匯集的實際需要，將PTN細化為三層：接入層、匯聚層和核心層。

（1）PTN接入層。接入層直接面向用戶終端設備，設置用戶訪問權限和VLAN隔離域，確保互動數據能夠正常傳輸且不會相互干擾。

（2）PTN匯聚層。核心層主要是對接入層接收到的以太網數據進行匯聚、優化和轉發，提高傳輸速率和服務質量。

（3）PTN核心層。核心層實現雙向互動以太網數據集中調度和快速轉發，充當網絡樞紐，要求好可靠性、快速性和安全性。

電力以太網數據經過上述電力PTN環三層處理后，接入運營商PTN專線，實現以太網數據的集中調度和快速轉發，一般采用環網形式部署，并就近接入電力通信骨干網。

4 基于IPv6的數據匯集

IP網絡不斷普及，但其地址空間有限，不足以支撐日益龐大的IP數據業務。IPv6作為下一代版本的互聯網協議，較之當前的IPv4協議，其優勢表現在：地址空間更大、開銷更低、高效的層次尋址和路由結構、高可擴展性、更好的QoS等[4]。但是，當前運營商骨干網和電力通信專網大都采用IPv4協議，短期內用IPv6取代IPv4，成本巨大，也不易實現。

電力IPv6的部署中，可在電力用戶側部署IPv6網絡，采集互動數據，形成大量IPv6孤島，利用MPLS L2VPN 技術、6PE 技術將IPv6孤島連接至IPv4主干線上。形成IPv4骨干+IPv6孤島的部署策略。

圖1給出了電力雙向互動業務中的IPv6部署策略。為滿足雙向互動居民用戶、大用戶、分布式發電/儲能和電動汽車等業務的QoS等需求，對各終端實行規約轉化，將用戶側多種通信協議統一轉化成IPv6通信協議，并分配相應的IPv6地址，這樣，形成了多個IPv6孤島。運營商和電力專網的主干網絡大都采用IPv4網絡，采用上述的MPLS L2 VPN技術部署或6PE技術部署策略，借助運營商IPv4網絡就近接入電力IPv4主干網。只需將MPLS網絡中的PE設備（服務提供商邊緣路由）升級或更換為支持6PE的設備即可。在MPLS VPN中繼續運行MPLS VPN，網絡中傳送的是IPv4數據報。然后通過IPv4的標簽分發協議建立6PE路由器之間的LSP，即建立6PE路由器之間的MPLS隧道。運營商骨干網就近接入電力通信專網，電力專網IPv6部署策略同運營商骨干網一致。最后，從電力專網終端接入為IPv6數據經電力數據網上傳至電力公司數據中心。

5 結束語

為提高電力公司的服務質量和用戶的滿意度，文章在大量調研的基礎上，一方面，在通信技術層面上，通過SDH技術、MSTP技術和PTN技術實現電力專網和異構網絡的數據匯集。另一方面，在通信協議層面上，以新一代IPv6為核心，研究在原有IPv4為骨干網的基礎上部署IPv6孤島，并實現無縫連接，以提高海量數據的接入能力。這兩個層面上的研究為電力公司數據匯集部署提供了可行方案，也為智能用電提供了組網支撐。未來電力建設將以PTN和IPv6為方向，進一步完善智能電網。

參考文獻

[1]郭任重.SDH常用組網方式在電力通信傳輸網中的運用[J].江西電力，2009，33（6）：55-59.

[2]王偉勇.電力系統通信城域MSTP骨干網方式探討[J].電力系統通信，2006，27（166）：48-50.

[3]加小鐵，雷學義，等.PTN為智能電網提供理想的信息通信平臺[J].電力系統通信，2010，31（213）：20-23.

[4]許昌俊.基于IPv6的MPLS VPN研究[D].貴州大學，2009.