摘要：作為智能電網(wǎng)“中樞神經(jīng)”的通信網(wǎng)建設將面臨IP化的挑戰(zhàn)，本文將著重論述電力傳輸網(wǎng)從MSTP向PTN的平滑演進，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)建設中基于分組業(yè)務為主的多業(yè)務承載。
1. 智能電網(wǎng)背景
2009年5月21日，國家電網(wǎng)公司首次向社會公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計劃，并初步披露了其三階段建設時間表，并將于2020年全面建成統(tǒng)一的“堅強智能電網(wǎng)”。
圖1 國家電網(wǎng)三階段推進智能電網(wǎng)建設
智能電網(wǎng)就是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動化、互動化為特征的統(tǒng)一堅強智能化電網(wǎng)。涵蓋所有電壓等級，由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)有機組成。整個建設中，“統(tǒng)一”是前提，“堅強”是基礎(chǔ)，“智能”是關(guān)鍵。最終實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務流”的高度一體化融合，具有堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放和友好互動內(nèi)涵的現(xiàn)代電網(wǎng)[4]。，圖2為國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)內(nèi)涵。
圖2 國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)內(nèi)涵
2. 電力網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與智能電網(wǎng)需求分析
電力通信作為行業(yè)性的專用通信網(wǎng)，是隨電力系統(tǒng)的發(fā)展需要而逐步形成和發(fā)展的。它主要用來緩解公網(wǎng)發(fā)展緩慢而造成的通信能力不足并填補公網(wǎng)難以滿足一些電力部門特殊通信需求的矛盾，以保證電力專業(yè)化生產(chǎn)正常高效地進行。
當前，電力通信網(wǎng)是由光纖、微波及衛(wèi)星電路構(gòu)成主干線，各支路充分利用電力線載波、特種光纜等電力系統(tǒng)特有的通信方式，并采用明線、電纜、無線等多種通信手段及程控交換機、調(diào)度總機等設備組成的多用戶、多功能的綜合通信網(wǎng)。
從智能電網(wǎng)的通信支撐需求來看，電力傳送網(wǎng)需求的主要特征是：
2.1 越來越高的寬帶業(yè)務要求
要求電力通信不僅包括傳統(tǒng)的業(yè)務，如：自動號、行政電話、調(diào)度電話、遠動數(shù)據(jù)、熱線電話、計算機MIS業(yè)務、數(shù)據(jù)、圖象等，還需要各種多媒體寬帶業(yè)務，如：高速上網(wǎng)、視頻點播、專用數(shù)據(jù)網(wǎng)等等,所有這些寬帶業(yè)務對通信網(wǎng)的帶寬的要求也越來越大。
2.2 越來越高的調(diào)度網(wǎng)絡傳輸要求
傳統(tǒng)電力通信系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)內(nèi)部的信息交換，窄帶和獨立通信的TDM技術(shù)限制了網(wǎng)絡的發(fā)展。作為基礎(chǔ)平臺，網(wǎng)絡是電力系統(tǒng)信息技術(shù)應用的關(guān)鍵因素，并且已經(jīng)成為電力系統(tǒng)信息化的主要組成部份。大多數(shù)電力生產(chǎn)信息、管理信息及調(diào)度信息均可通過電力通信及調(diào)度網(wǎng)絡傳輸。并且，理想的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施不僅可以給電力生產(chǎn)和管理提供優(yōu)勢，而且可以為電力行業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務來增加收入提供商機。因此，電力行業(yè)需要良好的通信網(wǎng)絡。
2.3 嚴格的多業(yè)務QoS能力要求
電力通信的業(yè)務可劃分為關(guān)鍵運行業(yè)務和事務管理業(yè)務兩大類。關(guān)鍵運行業(yè)務包括遠動信號、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、繼電保護信號和調(diào)度電話等,事務管理業(yè)務包括行政電話、會議電話和會議電視、管理信息數(shù)據(jù)等。不同的電力通信業(yè)務，要求也不同。關(guān)鍵運行業(yè)務信息量不大。但對通信的實時性、準確性和可靠性要求很高；事務管理性業(yè)務則是業(yè)務種類多、變化快、通信流量大。
圖3 電力業(yè)務分類及相關(guān)采用技術(shù)
所以，面向堅強智能電網(wǎng)的電力傳輸網(wǎng)絡一方面需要繼承傳統(tǒng)SDH/MSTP傳輸網(wǎng)絡的電信級傳輸能力，另一方面也要具備電力業(yè)務日益IP化、寬帶化的發(fā)展趨勢。目前，智能電網(wǎng)在接入側(cè)正在進行配網(wǎng)自動化、基于EPON的遠程抄表以及電力智能小區(qū)建設，電力綜合傳送網(wǎng)需要面向電力智能化、IP化的傳輸網(wǎng)絡建設。
3. 電力城域傳送網(wǎng)的優(yōu)化與演進
3.1 從MSTP到PTN的演進
作為傳送技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)融合（某種意義上的妥協(xié)），MSTP傳送技術(shù)及設備在傳送網(wǎng)向分組傳送（交換）方向前進了一步。MSTP中通過使用GFP封裝、VC虛級聯(lián)、LCAS（鏈路容量調(diào)整）等關(guān)鍵技術(shù)，對新業(yè)務提供延伸的接口。引入MSTP以后，對于現(xiàn)有的IP城域網(wǎng)和ATM網(wǎng)，MSTP可以為其提供接入和匯聚，擴大以太網(wǎng)業(yè)務與ATM業(yè)務的覆蓋范圍，確保各網(wǎng)絡協(xié)調(diào)發(fā)展和相互配合，因而MSTP上通過數(shù)據(jù)接口功能的增加，實現(xiàn)了對現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務的有效補充，保護了現(xiàn)有投資。
但是MSTP傳送技術(shù)及設備也碰到一些制約因素（障礙）。首先，利用MSTP實現(xiàn)各類業(yè)務網(wǎng)在匯聚層和接入層的合網(wǎng)建設，必然會帶來如何進行網(wǎng)絡和業(yè)務管理等問題，因此在引入MSTP的同時，還要注意適當重組業(yè)務流程和網(wǎng)絡管理流程，以適應業(yè)務綜合和網(wǎng)絡融合的趨勢。其次是MSTP處理顆粒（接口速度）的不匹配：MSTP以2Mbit/s速率及其虛級鏈來轉(zhuǎn)送以太網(wǎng)業(yè)務，就如同拿一把尺子來稱蘋果的重量一樣不太合適。事實上，MSTP的內(nèi)核是通過VC-12或者VC-4的交叉粒度來完成以太網(wǎng)的分組傳送的。面向群路側(cè)的處理對象是VC-4，不清楚也不能適應VC-4內(nèi)包的傳送。對于以太網(wǎng)而言，包長是變化的，流量是突發(fā)的。傳統(tǒng)的SDH傳送網(wǎng)對于基于分組化的業(yè)務和新的業(yè)務提供方式，存在著諸如業(yè)務指配處理復雜，帶寬效率低，成本高，網(wǎng)絡擴展性差等缺點。由于MSTP交換平臺的核心結(jié)構(gòu)為交叉式電路方式的時隙交換，所以MSTP不能有效利用分組業(yè)務的統(tǒng)計復用特性。
針對以上IP化演進需求，各大公司和相關(guān)科研機構(gòu)，分別展開了很多的研究，并提出了各種解決方案。作為最終結(jié)果，PTN是業(yè)界經(jīng)過多年的討論后逐步得到認可的下一代傳送平臺，如圖所示。
圖4 電力城域傳送網(wǎng)演進路線
作為一種主流的PTN技術(shù)方案，ITU-T在IETF的MPLS基礎(chǔ)上，取其面向連接的子集，結(jié)合了傳統(tǒng)SDH傳輸網(wǎng)絡的OAM和保護等方面的特點，提出了T-MPLS的概念，并且完成了G.8110、G.8110.1、Y.1711、Y1720等建議,逐步對T-MPLS的數(shù)據(jù)平面、OAM和保護等功能進行標準化。此后，IETF與ITU-T成立了聯(lián)合工作組，又在二者以前的工作基礎(chǔ)上進行MPLS-TP的標準化定義工作。基于T-MPLS/MPLS-TP網(wǎng)絡來實現(xiàn)端到端的偽線連接可以統(tǒng)一承載包括TDM、ATM、以太等多種業(yè)務，并且實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務管理和區(qū)分的QoS保障；同時又很好的實現(xiàn)了傳送網(wǎng)絡帶寬資源的動態(tài)共享分配，極大的提高了鏈路帶寬的利用率；T-MPLS/MPLS-TP網(wǎng)絡還提供了有效的網(wǎng)絡管理、維護和保護方案。
3.2 基于PTN的電信級以太網(wǎng)
基于T-MPLS/MPLS-TP PTN技術(shù)構(gòu)建電力城域?qū)＞W(wǎng)，能夠真正實現(xiàn)電信級以太網(wǎng)（CE）定義的所有分組傳送特征，包括：
– 業(yè)務隔離：真正實現(xiàn)專網(wǎng)間二層隔離，保證數(shù)據(jù)的安全性。
– 帶寬保證：得到所付費用相應的保證帶寬。
– 業(yè)務保護：繼承SDH網(wǎng)絡電信級理念，倒換時間保證小于50ms。
– 高效率：實現(xiàn)二層共享，同一個大客戶所租用的帶寬可以給集團內(nèi)各分支機構(gòu)共享。集團內(nèi)部仍可以劃分VLAN。并可以基于VLAN設置多生成樹，提高分組業(yè)務帶寬利用率。
– 與MPLS VPN結(jié)合，提供城域和廣域?qū)＞W(wǎng)的有機結(jié)合；
– 面向分組傳送，提高數(shù)據(jù)處理能力。
3.3 PTN是MSTP網(wǎng)絡升級的合理選擇
全球范圍內(nèi)大部分現(xiàn)有的光傳輸網(wǎng)已經(jīng)到了升級換代的時候，正在開始大規(guī)模的產(chǎn)品換代。PTN繼承了MSTP的電信級傳輸精髓，能夠?qū)崿F(xiàn)所有MSTP網(wǎng)絡的業(yè)務傳送功能。作為下一代電信級多業(yè)務傳送平臺， PTN具備面向分組化傳送優(yōu)化的擴展能力，具備更高的時鐘同步能力，具備更高的綠色環(huán)保能力:
圖4 電力采用PTN建設的驅(qū)動力
因此，無論從電力系統(tǒng)面向智能電網(wǎng)的業(yè)務傳送需求演進來看，還是從城域網(wǎng)技術(shù)面向IP化的演進來看，電力傳送網(wǎng)絡從MSTP向PTN演進都是必然的選擇。需要指出的是，電力傳輸網(wǎng)的建設應該是一個平滑演進的過程：目前MSTP技術(shù)應用非常普及，所以作為一個新技術(shù)的PTN 還將在一段時間內(nèi)和MSTP共存發(fā)展，PTN在初期可以作為MSTP互補應用來引入市場，發(fā)揮其分組業(yè)務的天然承載，支持時間同步等特點更好滿足未來業(yè)務的需求，及時引入并布局PTN，直至PTN演進為電力城域傳輸建設的主要建設方案。
4. 電力傳輸對PTN網(wǎng)絡的要求
圖4 電力城域傳送網(wǎng)典型組網(wǎng)圖
以上是一個典型的基于PTN的電力傳輸網(wǎng)架構(gòu)。與SDH網(wǎng)絡模型類似，整個網(wǎng)絡按照調(diào)度所-變電站-供電所分為核心層-匯聚層-接入層。根據(jù)電力系統(tǒng)綜合業(yè)務承載需求，要求建設的PTN網(wǎng)絡應支持TDM、ATM、以太等多種業(yè)務的綜合承載，實現(xiàn)變電站、調(diào)度所、配電所、電力營業(yè)廳、智能抄表、電力智能大廈、電力智能小區(qū)等多種業(yè)務的接入；業(yè)務在網(wǎng)絡中應采用通道/PW、路徑/LSP的方式傳送，以保證網(wǎng)絡流量可規(guī)劃，保證業(yè)務QoS、時延、抖動等指標。隨著業(yè)務規(guī)模的擴大，路徑、通道數(shù)量在不斷增加，網(wǎng)絡應保證所有的路徑/通道保護倒換時間小于50ms，同時要求PTN網(wǎng)絡應能實現(xiàn)頻率、時間同步功能，滿足基站同步需求。最后，從網(wǎng)絡管理角度，電力PTN網(wǎng)絡應采用電信級網(wǎng)管TMN實現(xiàn)圖形界面方式管理，提高運維效率，降低運維技術(shù)門檻，網(wǎng)管應實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務端到端配置/查詢、端到端路徑/通道的告警和性能監(jiān)控/管理。
具體地，調(diào)度所的傳送設備業(yè)務能力要求包括：
– PTN設備的交換容量應滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設要求；
– PTN設備的包轉(zhuǎn)發(fā)率在最小幀長（64B）時根據(jù)設備交換容量滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設要求；
– PTN設備應支持很強的組網(wǎng)能力，支持各種拓撲組網(wǎng)能力：支持環(huán)形、環(huán)帶鏈、環(huán)相交、環(huán)相切、MESH組網(wǎng)能力；
– PTN設備應支持10GE、GE規(guī)模組網(wǎng)能力。
變電站設備業(yè)務能力要求包括：
– PTN設備的交換容量應滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設要求；
– PTN設備應支持很強的組網(wǎng)能力，支持各種拓撲組網(wǎng)能力：支持環(huán)形、環(huán)帶鏈、環(huán)相交、環(huán)相切、MESH組網(wǎng)能力；
– PTN設備應支持10GE、GE規(guī)模組網(wǎng)能力；
– PTN設備應支持E1落地能力；
– PTN設備應支持電源、交叉、主控、時鐘單元1＋1熱備份，滿足設備可靠性要求。
供電所設備業(yè)務能力要求包括：
– PTN設備的交換容量應滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設要求；
– PTN設備應支持很強的組網(wǎng)能力，支持各種拓撲組網(wǎng)能力：支持環(huán)形、環(huán)帶鏈、環(huán)相交、環(huán)相切、MESH組網(wǎng)能力；
– PTN設備應支持GE組網(wǎng)能力；
– PTN設備板卡應該采用熱插拔方式，包括主/子板卡、電源、風扇；
– PTN設備應支持FE業(yè)務，應支持E1業(yè)務，應支持不同業(yè)務處理板混插，提高插槽的通用性和靈活性等等。
5. UT斯達康電力PTN解決方案
在傳輸技術(shù)的發(fā)展過程中，UT斯達康作為最早涉足PTN系統(tǒng)產(chǎn)品市場化的寬帶和傳輸解決方案專家，對傳輸網(wǎng)絡建設有著深刻的理解，并憑借專業(yè)的解決方案規(guī)劃設計能力，在系列化產(chǎn)品支撐基礎(chǔ)上推出了全面的電力傳輸解決方案，實現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)、視頻、CATV、基站等多業(yè)務承載。UT斯達康的PTN在全球得到了廣泛應用。
針對智能電網(wǎng)IP化趨勢，UT斯達康在全面考慮業(yè)務多樣、安全可靠、靈活組網(wǎng)、管理維護、成本控制等諸多因素前提下，為電力量身打造了基于PTN技術(shù)的電力分組傳送解決方案，實現(xiàn)了電力傳送由SDH、MSTP向PTN技術(shù)的融合演進。NetRing TN系列設備提供對電力以太業(yè)務、E1業(yè)務、STM-1 TDM與ATM業(yè)務的統(tǒng)一承載，實現(xiàn)高性價比的面向智能電網(wǎng)IP化的分組傳送網(wǎng)。在整個解決方案中，TN703/TN705可用于電力城域傳送網(wǎng)的接入層，TN705/TN725可用于電力城域傳送網(wǎng)的匯聚層，TN725/TN735可用于電力城域傳送網(wǎng)的核心層。
UT斯達康TN系列PTN設備早于2009年在山東的德州電力、棗莊電力得到了規(guī)模應用，近萬端PTN設備的現(xiàn)網(wǎng)運行經(jīng)驗將有助于電力城域網(wǎng)建設演進，根植于中國的UT斯達康非常希望能在智能電網(wǎng)建設中貢獻自己的一份綿薄之力。
6. 總結(jié)
作為承載電網(wǎng)關(guān)鍵運行業(yè)務、事物管理業(yè)務以及面向未來智能化演進的數(shù)據(jù)業(yè)務等智能電網(wǎng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)和核心之一，電力城域傳送網(wǎng)的建設正在成為整個智能電網(wǎng)建設工作的一個重點。需要特別指出的是，從網(wǎng)絡和業(yè)務演示來看，在調(diào)度中心到各變電站、各變電站到供電所必定會存在較大的城域匯聚層，更適合采用基于PTN的下一代城域傳送網(wǎng)來實現(xiàn)智能電網(wǎng)業(yè)務的承載，以實現(xiàn)電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設與智能電網(wǎng)的同步發(fā)展，為智能電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供面向未來的通信基礎(chǔ)平臺。
