分組傳輸網(PTN)在電力系統關鍵業務的應用分析

董正坤,胡立章,孫翠英,劉 芳

(1.國網河北省電力公司信息通信分公司,石家莊 050021;2.國網河北電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

分組傳輸網(PTN)在電力系統關鍵業務的應用分析

董正坤1,胡立章1,孫翠英2,劉 芳1

(1.國網河北省電力公司信息通信分公司,石家莊 050021;2.國網河北電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

由于電力通信傳輸網承載的業務類型開始由低速率、小顆粒的TDM業務轉向高速率、大顆粒的IP業務,傳統的SDH/ MSTP技術已經無法滿足需求,提出PTN技術,在介紹PTN技術原理的基礎上,分析PTN的優勢,結合PTN關鍵技術機制重點闡述PTN網絡上承載的電力系統中各項關鍵業務,并介紹了應用情況及效果。

電力信息通信傳輸平臺;PTN;TDM;多業務承載

電力通信系統是電網安全穩定運行和企業高效經營管理的重要支柱之一。電力通信網承載著繼電保護通道、調度自動化、調度電話等重要生產業務,以及辦公自動化、信息系統、多媒體、視頻會議等管理類業務。隨著公司堅強智能電網建設不斷深入,為滿足信息化、自動化、互動化的需求,基于PTN技術構建安全、可靠、統一、高效的電力信息通信傳輸平臺成為當務之急。

1 電力通信傳輸網的現狀與發展趨勢

1.1 電力通信傳輸網的現狀

當前,電力通信系統普遍采用基于電路交換內核的SDH/MSTP技術構建光傳輸網絡。SDH/MSTP技術的優勢在于對TDM業務(Time Division Multiplex,時分復用)承載效率高,傳輸時延低、可靠性高、支持端到端的管理,技術穩定成熟。在過去較長的一段時間中,電力光傳輸網絡承載的業務呈現“時分復用為主,分組業務為輔”的特點。

隨著視頻監控、可視化調度等多媒體業務的開展,在業務全IP化的發展趨勢下,電力通信傳輸網承載的業務類型也由64 K、2 M等低速率、小顆粒的TDM業務轉向以GE、10GE等高速率、大顆粒的IP業務。SDH/MSTP技術為保證服務質量而提供剛性傳輸通道的特點,在承載IP業務時,出現帶寬利用率低、靈活性差等不足。

1.2 PTN技術原理及優勢

為彌補SDH/MSTP在業務承載上的不足, PTN技術應運而生。PTN技術針對IP業務流量的突發性和統計復用傳輸要求設計,以分組交換技術為核心,支持多業務傳送[1],同時還兼具SDH/MSTP設備所具有的電信級OAM機制[2],

具有高效的業務調度機制,采用面向連接的業務適配方法實現面向連接的彈性傳輸通道,支持多種保護機制,業務隔離度高,具有較好的安全性。

PTN以分組交換為內核,建立面向連接的彈性傳輸通道,有效降低了分組傳輸延遲和丟包率[3],滿足了以FE、GE、10GE接口形式呈現的IP分組形式的數據業務通信需求,符合了未來全業務IP化的發展趨勢,如圖1所示。

圖1 PTN網絡業務承載圖

PTN采用IEEE1588v2時鐘同步機制實現全網時間同步,以兼容TDM業務實現與電路交換網絡的互聯互通[4],同時滿足網絡節點的同步需求。PTN采用PWE3技術[5]將TDM業務轉換為數據分組以進行承載。在統一的時鐘基準下,TDM業務在PTN網絡出口處重建TDM碼流定時信息。

此外,PTN網絡采用區分服務和流量工程的方式來保證不同業務流的服務質量要求。利用PTN所提供的區分服務機制,為不同業務設置不同的優先級[6],保證高優先級的數據在傳輸過程中得到優先處理;利用PTN所提供的流量工程機制,根據業務的流量需求和網絡拓撲結構,規劃并分配網絡資源,為每一條業務及管道定義承諾帶寬(CIR)和超額帶寬(EIR)[7],減少網絡擁塞、網絡延遲等影響。同時,PTN提供了一系列的保護機制:線性保護技術和環網保護技術,支持網絡級的保護和設備級的保護,防止關鍵業務因鏈路或者故障而造成業務中斷。

PTN技術順應網絡“IP化、智能化、寬帶化、扁平化”的發展趨勢,采用基于分組交換內核PTN網絡組建下一代的電力信息通信傳輸平臺已成為必然選擇。

2 電力系統關鍵業務在PTN網絡上的承載

2.1 PTN承載的電力系統業務

PTN網絡支持業務接入類型豐富,完全滿足了電力通信業務需求,而且對以太網IP業務更能提供良好支撐能力。電力通信業務中調度生產類業務對時延和保護的要求最為苛刻,目前,要求調度生產類業務的傳輸時延在10ms以下,保護倒換時延在50ms以下。PTN設業務傳輸時延已可以控制在10ms以下,并且支持業務級、設備級和網絡級保護,由于采用了硬件收發OAM報文與APS保護倒換機制,因此倒換時間也可控制在50ms以內。滿足了調度生產業務對通信通道的技術要求。但是其基于IP的傳輸方式可能會給電力生產調度業務的承載帶來一定的風險,是否可以承載此類業務,需時一步實驗驗證。

2.2 繼電保護業務在PTN網絡上的承載

繼電保護業務關系著電網安全,是電力通信系統承載的關鍵業務,以E1通道進行承載,屬于TDM業務,以其為例進行分析。在PTN網絡上進行承載這些關鍵的TDM業務時,設置業務為高優先級并預先分配足夠的業務帶寬,以滿足業務對傳輸時延和可靠性的要求。在實驗條件下,構建TDM業務時延測試電路如圖2所示。在NE1-NE3之間配置LSP,并在節點NE1輸入E1業務信號。E1業務在節點NE3自環,進行環回實驗。NE1節點側的SDH分析儀可以測量E1業務經過環回傳輸后的時延,測試結果如圖3所示。

圖2 TDM業務時延測試電路

圖3 TDM業務時延測試結果

根據測試結果,經PTN對E1進行電路仿真后,通道的傳輸時延為5.3 ms。表1給出了實驗室場景下的保護倒換時間和恢復時間。測試過程主要針對TDM業務的保護倒換進行。保護方式分為LSP 1:1保護和環網Wrapping保護等2種形式,倒換觸發方式有斷纖和網管觸發。

表1 路徑保護倒換時間測試結果

測試結果顯示,斷纖觸發的保護倒換時間略長于網管觸發,但是,2種觸發方式的保護恢復時間相差不多,業務保護的倒換和恢復時間均小于50 ms。以上測試結果滿足文獻[8-9]中繼電保護設備對傳輸通道的要求。測試數據顯示,PTN網絡在理論上具備承載繼電保護業務的能力。

2.3 管理信息業務在PTN網絡承載

管理信息業務是電力生產業務的輔助方式,是電力信息化管理的基本手段,為IP數據業務。根據圖4測試結果表明PTN設備在端口總容量不大于交換容量時支持所有端口線速轉發能力,設備滿足在擁塞情況下高優先級業務(如視頻、同步報文、話音等)的24 h無丟包。

圖4 以太網業務的誤碼性能測試

端到端業務在擁塞情況下無丟包的高優先級業務各種幀長的單向時延沒有超過1 ms。與傳統IP網相比,在數據封裝的開銷差別上不是很大,一個基于IP封裝,一個基于MPLS封裝,效率沒有明顯差距。PTN的優勢在于LSP靜態指定,而IP網是通過動態路由的方式。測試數據顯示,IP數據業務在轉發效率和時延上,PTN有明顯優勢。

3 PTN承載關鍵業務應用效果

根據上述分析結果,PTN支持TDM、以太網業務接入,從技術參數上可以滿足繼電保護、管理信息等業務的傳輸需求。但是其基于IP的傳輸方式可能會給電力生產調度業務的承載帶來一定的風險,其適用性需進一步驗證。

4 結束語

以上結合PTN的主要技術機制,分析了TDM業務和IP分組業務在PTN網絡上的承載。

隨著河北南部電網基于PTN的電力通信光傳輸網的建成,結合電力系統關鍵業務的傳輸需求,借鑒PTN在電信網絡中的運維與管理經驗,實際測試PTN網絡的服務質量,研究如何利用PTN網絡為智能電網提供多業務支撐,將成為下一階段的重點工作。

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[6] 孫自翔.PTN網絡中業務分配與保護算法的研究[D].成都:電子科技大學,2011.

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[9] DL/T 364-2010,光纖通道傳輸保護信息通用技術條件[S].

本文責任編輯:丁 力

Application Analysis of Key Business of Power System Based on Packet Transmission Network(PTN)

Dong Zhengkun1,Hu Lizhang1,Sun Cuiying2,Liu Fang1
(1.State Grid Hebei Information&Telecommunicaion Branch,Shijiazhuang 050021,China; 2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Currently the business type of power communication transmission network is transmitting from low rate TDM business with small particles to high speed IP business with large particles.Traditional SDH/MSTP technology can not satisfy the practical requirement anymore.The PTN technology Is proposed to satisfy such practical requirement,through introducing the principle of PTN,the advantages of PTN are analyzed.This paper focuses on the key business of power system on PTN according to critical mechanism of PTN.The application of this technology is represented and the performance is also discussed.

electricity transmission of information and communication platform;PTN;TDM;multi-service bearer

TN929

B

1001-9898(2016)04-0030-03

2016-01-15

董正坤(1982-),男,工程師,主要從事電力系統信息通信的工作。