區(qū)域電網(wǎng)PTN組網(wǎng)方案研究

鄭運(yùn)召　張義　翟浩沖　李鶴　孔曉民

摘要：基于區(qū)域電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，考慮電力通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，提出了基于電力PTN網(wǎng)絡(luò)的環(huán)型組網(wǎng)方案和星型組網(wǎng)方案，分析了環(huán)型組網(wǎng)方案和星型組網(wǎng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。電力PTN網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)類別在網(wǎng)絡(luò)上的虛通路端到端安全傳送，并能夠在設(shè)備端口上提供平衡，為區(qū)域保護(hù)業(yè)務(wù)的承載提供通信保障。

關(guān)鍵詞：PTN 環(huán)形組網(wǎng) 星型組網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN915.853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0102-02

1 引言

智能電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)使得傳統(tǒng)電力業(yè)務(wù)朝著全網(wǎng)信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化，信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用功能互動(dòng)化，運(yùn)維檢修高效化等特征發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)能量智能調(diào)節(jié)，設(shè)備可控在控，信息共享互動(dòng)，服務(wù)便捷優(yōu)質(zhì)。

變電站內(nèi)數(shù)據(jù)及報(bào)文方式均遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，并基于此進(jìn)行IP化傳送，因此通信系統(tǒng)必須面向IP優(yōu)化傳送，同時(shí)能夠?qū)﹃P(guān)鍵報(bào)文信息進(jìn)行全程跟蹤。也就是說，保護(hù)范疇區(qū)域化和一體化智能控制對(duì)通信設(shè)備提出“自動(dòng)化”特征的功能需求，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要基于業(yè)務(wù)應(yīng)用需求而建，考慮到電力通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，提出了基于電力PTN網(wǎng)絡(luò)的通信方案。

2 需求分析

2.1 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析

智能電網(wǎng)保護(hù)對(duì)常見業(yè)務(wù)SV、GOOSE、MMS等的安全性、可靠性要求：1）SV要求傳送時(shí)延相對(duì)固定，抖動(dòng)小于10微秒，即具有同步性；2）GOOSE下行的控制命令要求傳送具有絕對(duì)的可靠性，傳送過程“零丟包”；3）傳輸時(shí)延固定可調(diào)，不但保證信息傳送的實(shí)時(shí)性還可實(shí)現(xiàn)“硬同步”，達(dá)到對(duì)每個(gè)信息的傳送“精確可控”；4）優(yōu)化“非IP化承載”技術(shù)達(dá)到物理隔離等級(jí)的安全性。

每個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)流明細(xì)如表1所示。總流量約210Mbps。

2.2 區(qū)域電網(wǎng)組網(wǎng)原則

為各變電站傳送信息到調(diào)度中心提供可靠的網(wǎng)絡(luò)通道，區(qū)域電網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)滿足以下原則：

（1）關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不中斷：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)考慮關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵鏈路的冗余；網(wǎng)絡(luò)具有電信級(jí)故障自愈能力。

（2）業(yè)務(wù)系統(tǒng)隔離和互訪：實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全隔離和受控互訪；實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部細(xì)分子系統(tǒng)的相互隔離；抵御來自外界的威脅與攻擊；終端合法接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（3）關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)（WAMS）的QOS保證：端到端的QOS部署需要整網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)；需要業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量分級(jí)策略。

（4）降低管理和維護(hù)成本：實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的精細(xì)化統(tǒng)計(jì)和分析，減小網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險(xiǎn)，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供科學(xué)的量化依據(jù)；面向IP優(yōu)化，適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的突發(fā)特性，提供彈性的帶寬通道，更加的經(jīng)濟(jì)效益和傳送效果；實(shí)現(xiàn)安全接入、告警協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。

（5）流量?jī)?yōu)化：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的流量和流向合理配置電路及其帶寬。網(wǎng)絡(luò)流量分布均勻，各電路帶寬得到較充分的利用，不存在帶寬瓶頸。適度考慮在“N-1”的情況下網(wǎng)絡(luò)的流量。

3 網(wǎng)絡(luò)總體方案

3.1 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

由于網(wǎng)絡(luò)龐大，采用分層組網(wǎng)方式，分為接入層、匯聚層和骨干層三層結(jié)構(gòu)。中心站設(shè)立兩臺(tái)PTN設(shè)備，以防中心節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)故障發(fā)生，由于每個(gè)接入點(diǎn)均有兩條到中心節(jié)點(diǎn)的不同路由通道互為備份，所以網(wǎng)絡(luò)模式為單網(wǎng)運(yùn)行。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總的帶寬需求為100*210M=21Gbps。

環(huán)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)：節(jié)省光纖資源，多余帶寬或未來可升級(jí)帶寬開展分布式業(yè)務(wù)（如果需要）。網(wǎng)絡(luò)可靠性較高，提供物理中斷冗余度。

環(huán)網(wǎng)劣勢(shì)：傳送時(shí)延根據(jù)環(huán)上節(jié)點(diǎn)相對(duì)其他組網(wǎng)方式略為增加。

每個(gè)接入節(jié)點(diǎn)的帶寬為210Mbps，PTN線路口為2.5Gbps。有效數(shù)據(jù)承載為2000Mbps.在保證帶寬及通道可靠保護(hù)的情況下，最多可接入不大于（2000/210即）9個(gè)節(jié)點(diǎn)。考慮到接入?yún)R聚點(diǎn)的單節(jié)點(diǎn)故障影響，采用雙匯聚點(diǎn)組網(wǎng)。

雙聯(lián)匯聚節(jié)點(diǎn)采用容量分擔(dān)的話，匯聚層每個(gè)接入環(huán)最大接入點(diǎn)數(shù)為9個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上傳的為210M/2=105Mbps。所以網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，匯聚點(diǎn)的容量為M*n*105=2*8*105=1780Mbps，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)最大為 2*8*210M=3360Mbps。在這種方式時(shí)，匯聚環(huán)網(wǎng)采用了網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，環(huán)網(wǎng)帶寬為10G，最大支持10G/1780M=5個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。

雙聯(lián)匯聚節(jié)點(diǎn)采用主備容量的話，匯聚層最大接入點(diǎn)數(shù)為9個(gè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上傳的為210M。所以匯聚點(diǎn)的容量為M*n*210，本方案最大為 2*8*210M=3360Mbps。網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)為3360Mbps，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)為1780Mbps。在這種方式時(shí)，匯聚層環(huán)網(wǎng)總帶寬為10G*2=20Gbps，最多可支持20/3.36=5個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。

本方案設(shè)計(jì)匯聚層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為4個(gè)站點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的上行帶寬為4*9*210M=7560Mbps。3個(gè)骨干變電站到中心的總帶寬則為22680Mbps。所以骨干網(wǎng)絡(luò)總帶寬考慮30Gbps容量，有效傳送帶寬為24Gbps，滿足傳送需求。鑒于骨干節(jié)點(diǎn)的重要性，采用冗余星形組網(wǎng)方式。如圖1所示。

3.2 冗余星形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

星形組網(wǎng)方式理論上可接入的節(jié)點(diǎn)數(shù)量是不受限制，接入越多，匯聚設(shè)備的上行帶寬就越高。對(duì)于星形網(wǎng)的要求是匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)備交叉容量能夠滿足接入網(wǎng)和線路總帶寬的需求。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)上傳容量是210Mbps，所以星形接入時(shí)線路帶寬為1Gbps，有效傳送達(dá)800Mbps。

采用冗余星形組網(wǎng)如圖2所示，每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接入點(diǎn)數(shù)越多，需要的匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)量就越少，但是對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)備要求就越高，對(duì)接入點(diǎn)設(shè)備的要求降低，對(duì)光纖資源的需求就越高。反之，接入點(diǎn)數(shù)少，匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)量就多，設(shè)備容量要求降低，但是對(duì)匯聚層總體的帶寬需求不變，光纖資源需求降低。

冗余星形網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)：線路帶寬容量非常富足，可以提供更佳的傳送質(zhì)量。克服了單星形網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性低的問題。

冗余星形網(wǎng)絡(luò)的劣勢(shì)：光纖資源數(shù)倍增加，匯聚節(jié)點(diǎn)端口數(shù)量與節(jié)點(diǎn)數(shù)量呈4倍數(shù)增加。對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)備規(guī)格要求更高，尤其是槽位空間。

每個(gè)接入節(jié)點(diǎn)的帶寬為210Mbps，PTN線路口為1Gbps。有效數(shù)據(jù)承載為800Mbps匯聚層線路帶寬為10Gbps，有效數(shù)據(jù)承載帶寬為8Gbps，所以在保證帶寬及通道可靠保護(hù)的情況下，最多可接入不大于（8000/210-1即）37個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際上這37個(gè)節(jié)點(diǎn)可分別接不同的匯聚點(diǎn)。

考慮到接入?yún)R聚點(diǎn)的單節(jié)點(diǎn)故障影響，采用雙匯聚點(diǎn)組網(wǎng)。匯聚層網(wǎng)絡(luò)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)為分擔(dān)保護(hù)時(shí)，則環(huán)路帶寬為10Gbps，為主備保護(hù)時(shí)，環(huán)路帶寬則可達(dá)20Gbps。每個(gè)匯聚環(huán)最大可接入38個(gè)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)容量，通過匯聚節(jié)點(diǎn)分擔(dān)。具體不做確定，原則是以就近接入考慮。條件允許采用均當(dāng)數(shù)據(jù)容量方式。

4 結(jié)語

面對(duì)區(qū)域集中保護(hù)與綜合智能控制管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)IP化區(qū)域傳送要求，其通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式有多種，但最適合的只有一種。電力PTN網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)類別在網(wǎng)絡(luò)上的虛通路端到端安全傳送，并能夠在設(shè)備端口上提供平衡。同時(shí)，PTN網(wǎng)絡(luò)通過可視化的維護(hù)方式，可更好地將IP網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的被動(dòng)運(yùn)維向主動(dòng)運(yùn)維去演進(jìn)，將“軟”管道和維護(hù)指標(biāo)圖形化呈現(xiàn)出來，有預(yù)見性地維護(hù)承載網(wǎng)絡(luò)，為區(qū)域保護(hù)業(yè)務(wù)的承載提供更有保障的支持。同時(shí)由于采用端到端的OAM管理，充分降低故障定位時(shí)間，并提高準(zhǔn)確性，更有效地進(jìn)行根源故障分析和業(yè)務(wù)影響分析，使得貼近用戶進(jìn)行運(yùn)維，以用戶為中心的方式更加充分地實(shí)現(xiàn)。

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