電力骨干通信網信息流模型與流量測算

趙子巖，樊劍輝，金鑫，張大偉，劉洋，馬麗，鄒曉穎

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電力骨干通信網信息流模型與流量測算

趙子巖，樊劍輝，金鑫，張大偉，劉洋，馬麗，鄒曉穎

（國家電網公司信息通信分公司，北京 100761）

電力骨干通信網業務需求分析及業務流量測算是進行通信網規劃和優化的重要工作。按照智能電網電力骨干通信網承載業務的情況，按專線業務及IP業務分別提出了電力骨干通信網基礎業務模型及業務流量測算方法，形成了電網典型業務節點業務流量測算模型和方法。基于“十三五”電力骨干通信網業務需求，對典型電網生產業務及典型管理信息化業務流量模型進行了研究，形成了每類業務的流向和流量計算模?型。形成的各類業務流量測算模型已經應用于國家電網公司“十三五”通信規劃中，為電力系統各級骨干通信網規劃提供了科學指導與參考。

電力骨干通信網；業務模型；電網GIS；統一視頻監控系統；IMS；集中客服；云終端

1 引言

電力信息通信網是電網生產及電網企業經營管理的基礎支撐平臺，承載和傳輸各類電網生產監視、調度、控制、生產及企業辦公、經營與管理等信息與數據，是電網安全生產及企業高效運營的重要保障。研究電力信息通信全業務信息流模型，對于了解電力通信業務的保障要求，合理規劃網絡架構、系統容量，優化選擇傳輸技術體制，評估網絡承載業務的風險均具有重要意義[1]。

2 電力骨干通信網業務

按照電力信息通信網承載的業務特性分類，由電力骨干信息通信網承載的業務包括兩類，第一類是電網生產業務，包括電網生產實時調控業務、電網生產管理業務、企業管理信息化業務。其中，電網生產調度業務主要包括電網調度電話、繼電保護及安全穩定控制、調度自動化、配電自動化等。除了電網生成調度業務外，輔助電網調度管理、運行的新型業務也是未來電網企業發展和應用的重點，其中，包括電網GIS（geographic information system，地理信息系統）業務、電網統一視頻監控等。

企業管理信息化業務主要包括：服務于公司日常工作的管理服務業務及信息化業務。其中，管理服務業務包括行政交換業務、電視電話會議業務、應急指揮通信業務等；公司信息化業務主要包括人力資源管理、財務管理、物資管理、規劃管理、項目管理、運行管理、生產管理、營銷管理、協同辦公、綜合管理等業務。企業信息化管理的內涵也在不斷豐富和擴大，除傳統的支撐企業基本管理、運作的企業信息化系統外，未來集中式客服中心、一體化會議電視系統、云終端等技術的應用，也將成為電力信息通信需要重點保障的企業管理信息化業務。

3 電力骨干通信網信息流基礎模型

公司電力骨干通信網承載了公司電網生產、經營及管理信息化等各種應用，對于其中的管理信息化應用，上述應用系統的部署層級、信息流向、用戶數量、并發比例以及每位用戶占用的網絡帶寬不盡相同，為了進行網絡帶寬預測和估算，就必須對應用系統的通信特征進行分析，按照不同的通信特征分類，歸納出不同的網絡流量模型[2]。因此，網絡流量模型是對實際信息通信網絡上的各種應用的抽象和總結，有了網絡流量模型就可以對新的應用進行分析和匹配，并預測未來可能產生的流量，為網絡規劃和設計提供依據[3]。

（1）單類業務流量計算式

電力通信網承載的業務包括電網生產和管理信息化業務。按照通信網承載的模式劃分，又可以分為專線業務和IP業務。

對于電力通信網承載的專線業務，業務獨享帶寬，此類業務主要是電網生產業務，對于安全性、可靠性要求較高，一般要考慮備用通道；且基于運行工作，還需要考慮一條通道故障，另外一條通道間檢修情況下的運行方式，需要為專線業務在傳輸段上考慮一定的冗余備用容量；由于專線業務獨享帶寬，因此不用考慮網絡帶寬利用率問題。基于專線承載的智能電網信息流模型如圖1所示。

基于上述分析，專線類業務的帶寬流量計算如式（1）所示：

對于電力通信網承載的IP類業務，業務通道有多種業務共享帶寬，業務流量不僅取決于單業務的流量，也取決于使用用戶的數量及并發情況；同時，為了提高保障與服務的質量，通常需要考慮業務的可靠性要求及網絡帶寬利用率因素?；贗P網絡承載的通信網信息流模型如圖2所示。

基于上述分析，IP類業務的帶寬流量計算式如下所示：

對于IP類業務應用，由于業務應用及IP通信時分復用的特性，需要在容量規劃時考慮一定的并發比例系數；而對于時分業務，此類業務對傳輸時延要求嚴格，業務一般獨占通道資源，其并發比例系數一般都取值100%。

（2）典型節點的業務流量模型

電力系統中典型的業務節點主要包括：各級調控中心、各電壓等級變電站、各級電網行政管理機構、供電所、營業廳及各級直屬單位等，由于節點類別與生產、管理的屬性差異，每類節點具有不同的業務需求，但同類節點一般具有同質化的業務。計算典型節點的業務流量對于在通信網規劃設計中該節點配置的傳輸設備技術體制選擇及容量規劃具有非常重要的指導價值。典型節點的業務流量分為兩部分：

4 電力骨干通信網典型生產業務信息流模型

電力骨干通信網承載的典型電網生產業務包括：常規電網生產調度業務，如繼電保護、安全穩定自動控制、變電站自動化、調度電話等；“十三五”期間或未來，隨著電網智能化應用的日益廣泛，對網絡承載能力要求較高的新業務（如電網GIS、統一視頻監控等）將會更為廣泛地被應用[4]。

4.1 常規電網生產業務信息流模型

常規電網生產調度業務主要包括：繼電保護、安全穩定自動控制、變電站自動化、調度電話及調度數據網業務。按照業務流向，上述業務主要分為兩類：匯聚型業務和區段型業務。匯聚型業務通過集中控制節點進行集中，并通過集中控制節點及各級調控中心向上級節點匯聚傳輸，如調度電話業務、變電站自動化業務、安全穩定控制業務及調度數據網業務等。匯聚型業務流向模型如圖3所示。

區段型業務主要發生在站間，傳輸站間采集數據及控制指令，實現電網的快速控制，如繼電保護業務。站間型業務流向模型如圖4所示。

由于上述兩類業務不同的需求特性，其在通信網傳輸容量的影響及容量規劃方面有不同的影響。匯聚型業務會逐層匯聚，對每層級的電力通信網傳輸容量均有影響，而區段型業務僅需考慮所在傳輸區段的容量配置，對上級網絡沒有影響。

4.2 電網GIS業務流量模型

電網地理信息服務平臺是為各類電網業務應用提供電網圖形和分析服務的企業級電網應用支撐平臺。一般，電網GIS平臺在兩級部署模式基礎上，逐步實現基礎地理數據和電網資源數據的全覆蓋，完成對現有電網主要業務的全面支撐，為電網規劃、設計、建設、運行、檢修、營銷全過程業務協同和深度融合提供有力支撐。采用兩級部署模式的電網GIS平臺，總部用戶訪問總部數據中心，按需訪問省公司數據中心服務；省公司及地市縣公司等用戶集中訪問省公司數據中心部署的電網GIS平臺服務；總部與省公司之間地理信息數據的調閱由總部及省公司數據中心互相交換數據實現。兩級部署的電網GIS業務流向模型如圖5所示。

電網GIS操作主要分為兩類：通用類操作（登錄系統、簡單查詢、復雜查詢、場景導航等）、生產類操作（分析、設備維護、異動管理），每類操作具有不同的屬性，產生不同的業務流量，見表1。

表1 電網GIS不同操作的業務流量

在上述操作中，在計算業務流量時，由于每類操作中的各項內容之間具有互斥性，單一用戶各項操作之間不具有并發特性，對單用戶來說，進行業務流量測算時采用每類操作產生的最大業務流量。表1中，通用類操作業務流量取1.03 Mbit/s，生產類操作業務流量取2.31 Mbit/s。涉及電網GIS的業務節點主要包括：總部、分部、省公司、直屬單位、地市公司、縣公司、供電所、營業廳和變電站?？偛?、分部、省公司及直屬單位節點用戶主要是通用類操作，單用戶對于電網GIS的業務流量可取1.03 Mbit/s；地市公司、縣公司、供電所、營業廳和變電站等基層用戶需要進行電網地理信息數據的維護，單用戶基礎業務流量為2.31 Mbit/s。考慮不同的并發用戶數量，按照式（2），電網中典型業務節點的電網GIS業務流量可以計算，見表2。

表2 典型電網節點的GIS業務流量

4.3 電網統一視頻監控業務流量模型

電網視頻監控也是近年來應用逐步廣泛的一類占用網絡帶寬較大的電網業務，其主要目的為實現電網視頻監控的平臺化應用，為輸變電狀態監測、運營監測（控）、營銷稽查監控、基建管控、應急指揮、調度中心等提供統一視頻調用服務，形成更加全面和完善的企業級視頻信息共享利用。系統一般采用二級部署、多級應用模式，針對不同的應用規模，存在兩種模式：集中式和單元式部署模式。

?? 集中式部署模式是在視頻監控點較少的情況下，通過在省公司集中部署視頻服務，實現視頻質量集中檢測、診斷，并通過流媒體服務集中轉分發方式獲取檢測所需的視頻數據。

?? 單元式部署模式是在視頻監控點比較多的情況下，在部分采集點部署視頻服務器，所需數據原則上通過同級流媒體服務轉分發獲取，實現視頻本地監測和獲取，減少上聯帶寬的占用。

通常按照不同質量的圖像傳輸要求，單路1080P超清視頻所占帶寬為4 Mbit/s，單路720P高清視頻所占帶寬為2 Mbit/s，標清設備所占帶寬為0.5~1 Mbit/s。超高清視頻監控主要應用于各電壓等級的變電站；營業廳等場所通常使用高清模式即可滿足應用需求，因此在單個變電站業務流量估算時，單路視頻按照4 Mbit/s計算，在進行營業廳業務流量估算時按照2 Mbit/s計算。電網統一視頻監控平臺采用流媒體轉分發機制，多個用戶同時調用同一路視頻時，只占用一路前端到流媒體服務器的帶寬?？h級、地市級用戶在調用視頻時，視頻流將從站端到省公司流媒體服務器，然后再回到縣或市客戶機，在集中部署模式下，產生的業務流量為單路視頻流量的2倍，集中部署模式下統一視頻業務流向模型如圖6所示。

對于單元部署模式，在地市公司用戶和省公司服務器建立起連接后，地市公司用戶直接從本地流媒體服務器上獲取視頻流，該業務流為本地局域網流量，單元部署模式下統一視頻業務流向模型如圖7所示。

對于變電站，通常情況下，用戶習慣同時調用4路視頻，同一時間同時調用同一廠站視頻的用戶為2人，考慮到重復調用同一路視頻的情況，一個變電站視頻調閱路數以8路計算，根據式（2），產生的流量為4 Mbit/s×8×2×100%=64 Mbit/s；對于500 kV及以上變電站，由于電網調控、運檢等多層級、多業務部門的訪問，且變電站視頻監控點位較多（500 kV一般在40路，特高壓站點一般在80路），按照8%的并發率計算，產生的業務流量為4 Mbit/s×50×8%=16 Mbit/s；對于營業廳，在通常情況下，考慮一個營業廳的視頻調閱路數以6路計算，產生的業務流量為4 Mbit/s×6×1×100% = 24 Mbit/s，如果采用高清視頻即可以滿足要求，產生的業務流量為2 Mbit/s×6×1×100%=12 Mbit/s。

5 骨干通信典型管理信息化業務流量模型

電力信息通信網承載的典型電網企業管理信息化業務包括：公司各類信息化應用，包括郵件、門戶、災備應用、ERP、人力資源、財務、物資、發展、建設、運檢、營銷等各業務部門工作管理支撐信息系統等；“十三五”期間，按照公司統一部署和要求部署模式發生較大變化，對網絡承載能力要求較高的業務，包括IMS系統、一體化電視電話會議系統、集中客服、云終端應用業務等。各類業務流量模型研究如下。

5.1 電網企業信息化業務流量模型

當前的信息化系統按照部署模式主要分為：集中部署模式和兩級部署模式。

如圖8所示，不同的部署模式的信息化業務對于各層級網絡的流量需求不同，集中部署的信息系統，總部、分部、省公司、地市縣公司用戶都需要訪問，各層級的用戶業務流量需要穿通地市通信網、省公司通信網、省際通信網，產生的業務流量對各層級網絡的容量需求均有影響；兩級部署的系統，部署在省公司的業務系統，僅本省及所屬地市縣用戶訪問，業務流量到省公司通信網即終結，不會上傳至省際通信網。因此，在通信網規劃時需要考慮系統的部署模式及各層級用戶的流量貢獻與需求，其中，省公司通信網的容量除了要考慮地市縣公司訪問省公司部署的信息系統產生的業務流量外，還要考慮省公司、地市縣公司等通過省公司通信網訪問集中部署的信息系統業務流量；而省際通信網的容量要考慮總分部、省公司及地市縣公司訪問集中部署的信息系統業務流量。

5.2 IMS業務流量模型

對于采用分省部署的IMS核心網絡、省際互聯方式，組網采用單級結構，信令和媒體都采用扁平化組網。IMS業務主要是電話業務，其業務流量包括媒體流和信令流兩種類型，則省內用戶業務流量流向如圖9所示。

跨省用戶業務流量流向如圖10所示。

根據省內用戶和跨省用戶呼叫業務流向，可以計算出IMS業務流量需求：

?? 單路語音業務（G.711）媒體流帶寬需求=（624 bit/20 Mbit/s）+64 kbit/s = 95.2 kbit/s；

?? 單路視頻業務（H.263）媒體流帶寬需求=（624 bit/20 Mbit/s）+384 kbit/s =415.2 kbit/s。

考慮話務模型，忙時每用戶平均音頻話務量取值0.025 Erl，忙時每用戶平均視頻話務量取值0.004 Erl。單路語音/視頻業務對帶寬需求為：

?? 語音業務帶寬=0.025 Erl×95.2 kbit/s/0.7= 3.4 kbit/s；

?? 視頻業務帶寬=0.004 Erl×415.2 kbit/s/0.7= 2.37 kbit/s。

5.3 一體化電視電話會議業務流量模型

公司的一體化電視電話平臺由專線硬視頻、網絡硬視頻和網絡軟視頻3部分構成。其業務流量需求是由視頻會議召開的分辨率、幀率等參數進行單個會場節點接入帶寬決定的，見表3。

表3 視頻分辨率與帶寬需求對應

考慮省公司滿足使用專線硬視頻、網絡硬視頻分別同時召開8組會議、4組軟視頻能力，在高清模式下，每個省公司的會議電視系統的出口業務流量為：8×4 Mbit/s+8×4 Mbit/s+4×4 Mbit/s=80 Mbit/s，其中32 Mbit/s業務流量通過專線承載，而48 Mbit/s業務流量由數據通信網承載。

5.4 集中客服業務

集中客服系統是實現集中部署并對社會提供服務的95598平臺業務，主要包括語音接入及業務支撐系統及平臺，實現用戶申告的受理及工單派發。按照客服中心的定位和功能，主要包括以下幾類業務：電力用戶的申告、申告接入、生成工單、派發工單、業務下達與資料傳輸、監督執行。集中客服中心業務流向模型如圖11所示。

按照每個電話的業務流量為64 kbit/s計算，考慮個坐席同時并發，按照式（2），則集中客服中心的峰值同時在線流量分別為：×64×100%/1 024 Mbit/s=93.75 Mbit/s（取1 500），即匯聚到集中客服中心節點的各省公司語音流量為93.75 Mbit/s；如果考慮上述流量為（各省公司的匯聚總流量），則每個省公司的語音接入流量為93.75/（Mbit/s），如果為10個省公司，則每省公司上聯的語音業務流量為9.375 Mbit/s；同時考慮應急情況下的保障需求，預留到每個省公司到集中客服中心的應急語音通道，每條通道的帶寬為2 Mbit/s，則每省公司上聯的語音接入業務流量總為9.375 Mbit/s+2 Mbit/s= 11.375 Mbit/s。

對于客服業務系統，集中客服中心的坐席員在接到用戶申告或申請后，會由相應的業務人員生成工單并派發到相應的執行單位，則通過集中客服中心業務系統出口的總流量為×900 kbit/s×50%/1 024 Mbit/s，其中，集中客服業務系統的基礎流量為900 kbit/s，如按照集中客服中心每中心5 000名業務人員同時并發規模計算，則集中客服中心的業務支持系統的出口流量分別為：5 000×900×100%/1 024=4 393 Mbit/s，按照10個省公司計算，則每個省公司的平均業務流量為4 393 Mbit/s/10=439.3 Mbit/s。通過計算每個省公司接入的語音及業務系統流量，則每個省公司上聯到集中客服中心的業務流量為：（11.375+439.3）=450.675 Mbit/s。

5.5 云終端業務流量模型

云終端是一種新型業務，對于云終端系統，主要分為3種終端類型：資源型桌面、標準型桌面、作業型桌面。對于不同類型的云終端，在滿足網絡時延<100 Mbit/s、分組丟失率<1%的環境下可提供正常的云終端服務的前提下，產生的業務流量如下：

?? 資源型均值約100 kbit/s用戶；

?? 標準型均值約80 kbit/s用戶；

?? 作業型均值約50 kbit/s用戶；

?? 網絡打印均值約600 kbit/s打印機，采用網絡加速設備后，網絡打印均值應降低至300 kbit/s/打印機。

考慮萬點用戶規模（資源型、標準型、作業型3種類型比例為2:7:1），則云終端應用產生的業務流量為：10 000×（100 kbit/s×20%+80 kbit/s× 70%+50 kbit/s×10%）×1.5=1 215 Mbit/s；考慮業務系統流量，數據中心網絡需求約為：10 000×（100 kbit/s×20%+80 kbit/s×70%+50 kbit/s×10%）×2=1 620 Mbit/s，實際具體云終端業務容量需求可以按照各單位實際用戶數量進行統計并計算。萬點用戶打印機按10%的比例計算約為1 000臺，按10%的并發打印考慮，對網絡的帶寬需求為：300 kbit/s×1 000×10%/1 024=29 Mbit/s。由于云終端僅訪問本地打印機及本地數據中心桌面云服務器，云終端業務僅對本地局域網及本級通信網的業務流量計算有影響。

6 結束語

智能電網電力骨干通信模型的研究對于提升電力通信部門對通信網的精細化管理水平具有重要意義，成果的應用能夠對未來承載電網生產及管理信息化業務的電力通信業務總流量進行預測，指導通信網容量規劃及技術體制選擇，同時也對于通信網絡的優化設計具有重要指導價值。本文所提出的智能電網電力骨干通信網生產及管理信息化業務模型及單類業務流量模型與典型節點業務流量的計算方法，已經應用于國家電網公司“十三五”通信規劃，為電力系統各級骨干通信網規劃提供了科學指導與參考。

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Information flow model and service flow calculation of electric power backbone communication network

ZHAO Ziyan, FAN Jianhui, JIN Xin, ZHANG Dawei, LIU Yang, MA Li, ZOU Xiaoying

State Grid Information & Telecommunication Branch, Beijing 100761, China

Electric power backbone communication network service analysis and service flow calculation is the most important aspect for network plan and optimization. According to the smart grid service carried on backbone communication network, the basic service model and service flow calculation method was carried out for dedicated circuit service and IP service. Based on the requirement of the “13thFive-Year” plan, the typical power system production and management information service model were carried out and the every service data flow could be calculated. The service models and service data flow calculation method were used in the “13thFive-Year” plan communication network plan of state grid.

electric power backbone communication network, service model, power system geographic information system, uni-video supervising system, IMS, concentrated customer service, cloud terminal

TP309

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017072

2017?01?06；

2017?03?03

趙子巖（1975?），男，博士，國家電網公司信息通信分公司高級工程師、技術保障中心主任助理。國家電網公司規劃專業領軍人才，承擔過多項國家、省部級及公司重大科技項目，長期從事電力信息通信新技術應用及研究、電力信息通信網絡運行管理、信息通信網絡規劃、信息通信標準化等工作。

樊劍輝（1978?），男，國家電網公司信息通信分公司高級工程師，主要研究方向為信息通信專業。

金鑫（1985?），女，國家電網公司信息通信分公司工程師，主要從事信息運維方面的工作。

張大偉（1979-），男，國家電網公司信息通信分公司政工師、安全生產部副主任，主要從事信息通信規劃、計劃以及信息通信實物資產管理方面的工作。

劉洋（1981?），女，國家電網公司信息通信分公司高級工程師、信息通信調度監控中心系統運行處副處長，主要從事電力通信網運行管理方面的工作。

馬麗（1978-），女，國家電網公司信息通信分公司高級工程師，主要從事信息通信運維及管理方面的工作。

鄒曉穎（1988-），女，國家電網公司信息通信分公司工程師，主要從事信息運維方面的工作。