淺談PTN設備在電力通信傳輸網(wǎng)中的應用

王 琨

（南方電網(wǎng)畢節(jié)供電局通信班，畢節(jié) 551700）

1 引言

在電力信息化建設和智能電網(wǎng)發(fā)展的大背景下，通信業(yè)務發(fā)展已經(jīng)明確地呈現(xiàn)出IP大顆粒化的趨勢。PTN作為傳輸與分組技術融合的新技術，其承載IP業(yè)務的優(yōu)勢非常明顯。在今后的電力通信網(wǎng)建設中PTN將會扮演越來越重要的角色，并且必將逐步成為新一代主流傳輸技術。畢節(jié)供電局PTN應用研究項目旨在通過對畢節(jié)供電局核心站點建立一張完整的PTN網(wǎng)絡以研究及驗證PTN網(wǎng)絡對電力通信業(yè)務的安全承載及發(fā)展等問題，以滿足各種專線業(yè)務及規(guī)劃建設中的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等的需求，并向著ALL IP的方向演進。

2 畢節(jié)供電局PTN行業(yè)應用研究項目概述

電力通信網(wǎng)是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要手段，也是建立集約、高效的現(xiàn)代化電力企業(yè)的重要基礎。在傳統(tǒng)的SDH通信傳輸體系中，基于2Mb/s的基本業(yè)務單元是以固定的電路時隙復用和交換的方式實現(xiàn)業(yè)務傳送的，而建立在SDH傳輸平臺上的MSTP體系雖然具備多業(yè)務承載能力，但是這種基于TDM內(nèi)核的技術使其在承載IP分組業(yè)務時效率較低、配置復雜，并且靈活性也較差。為了實現(xiàn)對上層業(yè)務的高效承載，有必要建設新一代的多業(yè)務傳輸平臺。PTN（Packet Transport Network，分組傳輸網(wǎng)）技術的出現(xiàn)，正好迎合了電力通信網(wǎng)發(fā)展的新需求。PTN是面向分組的通用交叉技術，它繼承了SDH/MSTP傳輸網(wǎng)的諸多優(yōu)點，如良好的可擴展性、豐富的操作維護功能、快速的保護倒換等，同時還增加了更適合數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸?shù)奶匦?，如分組交換、統(tǒng)計復用、采用了面向連接的標簽交換、分組QoS機制、靈活動態(tài)的控制面等。PTN技術支持多種基于分組交換業(yè)務的雙向點對點連接通道，具有適合各種粗細顆粒業(yè)務、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP業(yè)務特性的“柔性”傳輸管道；電力保護數(shù)據(jù)等的實時性要求保護切換的時間是PTN在電力應用的重點，點對點連接通道的保護切換可以在50毫秒內(nèi)完成，可以實現(xiàn)傳輸級別的業(yè)務保護和恢復。

畢節(jié)供電局于2015年建成南方電網(wǎng)首張覆蓋供電局全網(wǎng)PTN工程，本次PTN應用研究項目旨在通過對畢節(jié)供電局15個站點建立一張完整的PTN網(wǎng)絡以研究及驗證PTN網(wǎng)絡對電力通信業(yè)務的安全承載及發(fā)展等問題，以滿足各種專線業(yè)務及規(guī)劃建設中的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等的需求。項目提供設備覆蓋范圍包括貴州電網(wǎng)畢節(jié)供電局畢節(jié)局、威寧局、赫章局、市郊局、大方局、金沙局、黔西局、500kV奢香變、220kV威寧變、220kV赫章變、220kV畢節(jié)變、220kV大方變、220kV黔西變、220kV金沙變、官屯變十五個節(jié)點。通過本工程的建設，為畢節(jié)供電局驗證建設一張高可靠性、高帶寬、易管理的PTN網(wǎng)絡，滿足未來發(fā)展的需要，保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行合理利用網(wǎng)絡資源。

3 畢節(jié)供電局PTN網(wǎng)絡建設目標

畢節(jié)供電局PTN網(wǎng)絡建設按照核心層、匯聚層、接入層三級網(wǎng)絡分級建設，各級網(wǎng)絡之間應多點連接，并互相預留一定的網(wǎng)絡帶寬，以實現(xiàn)在正常狀態(tài)下各級網(wǎng)絡分別承載各自業(yè)務，災變情況下各級網(wǎng)絡互為備用。

目前各廠家PTN設備E1與cSTM-1之間的時延特性，E1與E1之間的時延特性都大于50ms。如果時延太大與繼保設備對接就會產(chǎn)生安全隱患，而電力通信網(wǎng)絡所承載的保護業(yè)務要求低時延。因此目前電網(wǎng)公司繼續(xù)用MSTP設備傳2M業(yè)務，例如新疆和山東電力的解決辦法是：一個變電站中同時放兩套設備，一套MSTP設備，一套PTN設備，MSTP設備用來傳送2M，PTN設備用來傳送數(shù)據(jù)業(yè)務。但如此以來即違反了使用PTN來降低成本的初衷，既增加了成本也增加了工作量，又增加了故障點失去了其建設意義。

畢節(jié)供電局在該網(wǎng)絡建設完畢后，達到以下目標：項目分為兩期建設，使用PTN多業(yè)務分組平臺作為承載。2013年第一期工程建設主要是在畢節(jié)地調(diào)、500kV奢香變、220kV畢節(jié)變、220kV官屯變、220kV金沙變、220kV大方變、220kV黔西變、220kV赫章變、220kV威寧變等變電站形成10GE網(wǎng)絡，市郊供電局、赫章局、金沙局、威寧局、大方局、黔西局作為接入層站點采用GE接入方式。以上站點均開通傳統(tǒng)2M專線業(yè)務和IP數(shù)據(jù)業(yè)務，開通后對業(yè)務進行定期測試，檢測各種業(yè)務的傳輸性能。將PTN設備與傳統(tǒng)SDH、PCM及數(shù)據(jù)網(wǎng)設備等進行連接并測試各項傳輸性能。在畢節(jié)地調(diào)側配套建成網(wǎng)管系統(tǒng)，對PTN設備進行管理。待第一期工程投運后，對該網(wǎng)絡承載的業(yè)務運行情況充分評價后，方進入第二期推廣應用階段，將其余的110kV變電站全部接入。逐漸驗證以下PTN網(wǎng)絡特點：承載網(wǎng)高可靠性；單節(jié)點具有硬件冗余備份功能；承載網(wǎng)絡對不同業(yè)務做QoS保證，確保關鍵業(yè)務可靠運行。如圖1所示：

圖1 畢節(jié)供電局PTN網(wǎng)絡組網(wǎng)

4 PTN傳輸設備選型

根據(jù)未來畢節(jié)供電局的IP業(yè)務承載，運行和保障的需要。下一代業(yè)務傳送網(wǎng)PTN設備應該具備以下特點：一是可擴展性，可以支持大容量傳送，從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)都可以應用；二是多業(yè)務傳送，可以支持多種信號，對所承載的信號透明；三是QoS保證，提供面向連接的可靠的傳送，保證客戶信號的QoS，如何保證電力實時業(yè)務在可控范圍是關鍵；四是可生存性，對于網(wǎng)絡發(fā)生故障時，可以很好的進行保護和恢復；五是可管理性，提供良好的操作管理工具，進行故障定位，監(jiān)測和網(wǎng)絡管理。

順應上面的IP傳送網(wǎng)特征，業(yè)界提出了分組傳送網(wǎng)（PTN）的思路：分組傳送網(wǎng)吸收數(shù)據(jù)靈活的特點，保留傳送網(wǎng)的多業(yè)務、可靠性、可擴展性、可管理性等特點，提供分組業(yè)務靈活的傳送，解決數(shù)據(jù)網(wǎng)絡在可擴展性，QoS和生存性方面的先天的不足。分組的傳送網(wǎng)是建立端到端面向連接的分組的傳送管道，將面向無連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)改造成面向連接的網(wǎng)絡。該管道可以通過網(wǎng)絡管理系統(tǒng)或智能的控制面建立，該分組的傳送通道具有良好的操作維護性和保護恢復。

當前ITU-T最先進以及標準相對成熟的分組傳送網(wǎng)技術是T-MPLS技術。選擇了T-MPLS技術來構造下一代IP業(yè)務承載網(wǎng)絡。T-MPLS是國際電信聯(lián)盟（ITU-T）標準化的一種分組傳送網(wǎng)技術，其解決傳統(tǒng)SDH在以分組交換為主的網(wǎng)絡環(huán)境中暴露出效率低下的缺點，是得到業(yè)界認可的主流的分組傳送技術。T-MPLS技術的特征為：

T-MPLS是MPLS的一個子集，數(shù)據(jù)是基于MPLS標簽進行轉發(fā)的，是面向連接的分組傳送技術。T-MPLS技術利用MPLS偽線技術實現(xiàn)‘任何業(yè)務over MPLS/偽線over傳送’。T-MPLS作為分組傳送技術，可以承載以太網(wǎng)業(yè)務，提供Carrier Ethernet業(yè)務，也可以承載IP/MPLS業(yè)務，作為IP/MPLS路由器的核心承載網(wǎng)。同時T-MPLS可以承載在TDM網(wǎng)絡（SDH/OTH）、光網(wǎng)絡（波長）和以太網(wǎng)物理層上，設備形態(tài)非常靈活，可以應用于以太網(wǎng)和全分組承載網(wǎng)。

選擇的設備要繼承傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡在的面向連接的OAM和保護恢復上的優(yōu)良性能，以及PTN的大顆粒IP傳輸能力。畢節(jié)供電局在選用PTN和MSTP設備，采用了愛立信SPO1460設備，既可實現(xiàn)MSTP平臺，在增加控制板時又可實現(xiàn)PTN平臺，PTN網(wǎng)絡選用了中興通信的ZXCTN 6000系列產(chǎn)品（6500和6300），在核心層及匯聚層節(jié)點，采用雙設備配置，并且根據(jù)需要進行設備的引擎、電源、風扇等冗余設計，以及熱插撥等高穩(wěn)定性設備，保證網(wǎng)絡的可靠性和可擴展性。

5 電網(wǎng)業(yè)務選用平臺實施策略分析

畢節(jié)電網(wǎng)供電區(qū)域為七星關區(qū)、大方、黔西、赫章、金沙、威寧、織金、納雍等1區(qū)7縣，現(xiàn)有35千伏及以上變電站共計200座，其中500kV變電站1座、220kV變電站7座。110kV變電69座。

畢節(jié)電網(wǎng)通信網(wǎng)基本情況：光纜已覆蓋35kV及以上變電站及52個農(nóng)村供電所，全長約2800公里，其中ADSS約1060公里，OPGW約1140公里，OPPC約600公里。已建成的SDH光傳輸A網(wǎng)骨干層為10G，已覆蓋全區(qū)35kV及以上所有變電站。已建成綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡覆蓋全區(qū)35kV及以上所有變電站及各供電所。

目前主要承載以下業(yè)務：安全I區(qū)業(yè)務——線路保護、安穩(wěn)系統(tǒng)、調(diào)度自動化；安全Ⅱ區(qū)業(yè)務——調(diào)度電話、保護管理信息系統(tǒng)、安穩(wěn)管理信息系統(tǒng)、廣域相量測量系統(tǒng)、電量計量遙測系統(tǒng)、故障錄波與雙端測距、行波測距；安全III區(qū)業(yè)務——變電站視頻監(jiān)視系統(tǒng)、通信機房監(jiān)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)；安全Ⅳ區(qū)業(yè)務——視頻會議系統(tǒng)、行政電話、行政辦公信息系統(tǒng)、財務管理信息系統(tǒng)、營銷管理信息系統(tǒng)、工程管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、物資管理信息系統(tǒng)、INTERNET。

本方案主要關注了以下焦點：

（1）關鍵業(yè)務的不中斷傳送：網(wǎng)絡設備達到電信級指標要求，具有5個9可靠性；網(wǎng)絡設計考慮關鍵設備和關鍵鏈路的冗余；網(wǎng)絡具有電信級故障自愈能力。

（2）業(yè)務系統(tǒng)隔離和互訪：實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)安全隔離和受控互訪；實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)內(nèi)部細分子系統(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)務系統(tǒng)。

（3）關鍵業(yè)務系統(tǒng)的QoS保證：端到端的QoS部署需要整網(wǎng)規(guī)劃和設計；QoS涉及到諸多復雜的技術，對網(wǎng)絡設備要求很高；業(yè)務的服務質(zhì)量分級策略對可靠傳送具有重要意義。

（4）降低管理和維護成本：實現(xiàn)PTN分組傳輸設備的統(tǒng)一管理，避免多個廠家及軟件共存帶來的維護復雜，成本高的問題；實現(xiàn)對網(wǎng)絡流量的精細化統(tǒng)計和分析，減小網(wǎng)絡故障風險，為網(wǎng)絡優(yōu)化提供科學的量化依據(jù)；實現(xiàn)安全接入、告警協(xié)調(diào)聯(lián)動。

對安全III區(qū)業(yè)務和安全Ⅳ區(qū)業(yè)務等需要大顆粒IP傳輸?shù)臉I(yè)務一般選擇在PTN網(wǎng)絡上傳送，在MSTP傳輸平臺作為備份，對安全I區(qū)業(yè)務和安全Ⅱ區(qū)業(yè)務等需要2M傳輸，實時性強的業(yè)務盡量選擇MSTP傳輸平臺傳送，PTN平臺作為備份或應急選擇，因電力網(wǎng)絡多為星型結構，各變電站和變電所需要傳送到調(diào)度中心，這樣造成35kV等末端節(jié)點纖芯緊張，適當考慮CWDM等設備節(jié)省光纖資源。電力通信網(wǎng)絡的設計遠遠要高于設備選型的重要性，在網(wǎng)絡設計中，主要應該注重網(wǎng)絡的可靠、安全、QoS、管理方面等等。

6 結束語

在電力信息化建設和智能電網(wǎng)發(fā)展的大背景下，通信業(yè)務發(fā)展已經(jīng)明確地呈現(xiàn)出IP大顆粒化的趨勢。結合畢節(jié)電網(wǎng)現(xiàn)有網(wǎng)絡結構實現(xiàn)MSTP光通信平臺和基于分組交換的PTN傳輸平臺的雙平面網(wǎng)絡，建設適合自己的有效通信網(wǎng)絡，要求PTN廠家能提供類似SDH的性能和可靠性，提供標準的面向連接的隧道，區(qū)別主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)轉發(fā)、保護、OAM的實現(xiàn)方式。與原有SDH網(wǎng)絡相對獨立形成A、B兩網(wǎng)雙平面結構進行建設，實現(xiàn)各級業(yè)務的獨立雙通道，對不同應用數(shù)據(jù)采用不同平臺傳送可以有效提高信息利用率，顯著提高通信在電網(wǎng)中的信息應用效率，對電網(wǎng)通信建設具有指導意義。