摘要：作為智能電網(wǎng)“中樞神經(jīng)”的通信網(wǎng)建設(shè)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(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)中基于分組業(yè)務(wù)為主的多業(yè)務(wù)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(huì)公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計(jì)劃，并初步披露了其三階段建設(shè)時(shí)間表，并將于2020年全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。
圖1 國家電網(wǎng)三階段推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)
智能電網(wǎng)就是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。涵蓋所有電壓等級(jí)，由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)有機(jī)組成。整個(gè)建設(shè)中，“統(tǒng)一”是前提，“堅(jiān)強(qiáng)”是基礎(chǔ)，“智能”是關(guān)鍵。最終實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，具有堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放和友好互動(dòng)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(luò)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(bǔ)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(jìn)行。
當(dāng)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(jī)、調(diào)度總機(jī)等設(shè)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(wù)要求
要求電力通信不僅包括傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)，如：自動(dòng)號(hào)、行政電話、調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)、熱線電話、計(jì)算機(jī)MIS業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、圖象等，還需要各種多媒體寬帶業(yè)務(wù)，如：高速上網(wǎng)、視頻點(diǎn)播、專用數(shù)據(jù)網(wǎng)等等,所有這些寬帶業(yè)務(wù)對(duì)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(luò)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(dú)立通信的TDM技術(shù)限制了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。作為基礎(chǔ)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)信息技術(shù)應(yīng)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(luò)傳輸。并且，理想的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不僅可以給電力生產(chǎn)和管理提供優(yōu)勢(shì)，而且可以為電力行業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)來增加收入提供商機(jī)。因此，電力行業(yè)需要良好的通信網(wǎng)絡(luò)。
2.3 嚴(yán)格的多業(yè)務(wù)QoS能力要求
電力通信的業(yè)務(wù)可劃分為關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)和事務(wù)管理業(yè)務(wù)兩大類。關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)包括遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)、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(hù)信號(hào)和調(diào)度電話等,事務(wù)管理業(yè)務(wù)包括行政電話、會(huì)議電話和會(huì)議電視、管理信息數(shù)據(jù)等。不同的電力通信業(yè)務(wù)，要求也不同。關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)信息量不大。但對(duì)通信的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性要求很高；事務(wù)管理性業(yè)務(wù)則是業(yè)務(wù)種類多、變化快、通信流量大。
圖3 電力業(yè)務(wù)分類及相關(guān)采用技術(shù)
所以，面向堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)一方面需要繼承傳統(tǒng)SDH/MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)的電信級(jí)傳輸能力，另一方面也要具備電力業(yè)務(wù)日益IP化、寬帶化的發(fā)展趨勢(shì)。目前，智能電網(wǎng)在接入側(cè)正在進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化、基于EPON的遠(yuǎn)程抄表以及電力智能小區(qū)建設(shè)，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(luò)建設(shè)。
3. 電力城域傳送網(wǎng)的優(yōu)化與演進(jìn)
3.1 從MSTP到PTN的演進(jìn)
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(shè)備在傳送網(wǎng)向分組傳送（交換）方向前進(jìn)了一步。MSTP中通過使用GFP封裝、VC虛級(jí)聯(lián)、LCAS（鏈路容量調(diào)整）等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)新業(yè)務(wù)提供延伸的接口。引入MSTP以后，對(duì)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(kuò)大以太網(wǎng)業(yè)務(wù)與ATM業(yè)務(wù)的覆蓋范圍，確保各網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有效補(bǔ)充，保護(hù)了現(xiàn)有投資。
但是MSTP傳送技術(shù)及設(shè)備也碰到一些制約因素（障礙）。首先，利用MSTP實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)網(wǎng)在匯聚層和接入層的合網(wǎng)建設(shè)，必然會(huì)帶來如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)管理等問題，因此在引入MSTP的同時(shí)，還要注意適當(dāng)重組業(yè)務(wù)流程和網(wǎng)絡(luò)管理流程，以適應(yīng)業(yè)務(wù)綜合和網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢(shì)。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(jí)鏈來轉(zhuǎn)送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，就如同拿一把尺子來稱蘋果的重量一樣不太合適。事實(shí)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(duì)象是VC-4，不清楚也不能適應(yīng)VC-4內(nèi)包的傳送。對(duì)于以太網(wǎng)而言，包長(zhǎng)是變化的，流量是突發(fā)的。傳統(tǒng)的SDH傳送網(wǎng)對(duì)于基于分組化的業(yè)務(wù)和新的業(yè)務(wù)提供方式，存在著諸如業(yè)務(wù)指配處理復(fù)雜，帶寬效率低，成本高，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。由于MSTP交換平臺(tái)的核心結(jié)構(gòu)為交叉式電路方式的時(shí)隙交換，所以MSTP不能有效利用分組業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性。
針對(duì)以上IP化演進(jìn)需求，各大公司和相關(guān)科研機(jī)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(rèn)可的下一代傳送平臺(tái)，如圖所示。
圖4 電力城域傳送網(wǎng)演進(jìn)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(luò)的OAM和保護(hù)等方面的特點(diǎn)，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(duì)T-MPLS的數(shù)據(jù)平面、OAM和保護(hù)等功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行MPLS-TP的標(biāo)準(zhǔn)化定義工作�；赥-MPLS/MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)來實(shí)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(wù)，并且實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理和區(qū)分的QoS保障；同時(shí)又很好的實(shí)現(xiàn)了傳送網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的動(dòng)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(luò)還提供了有效的網(wǎng)絡(luò)管理、維護(hù)和保護(hù)方案。
3.2 基于PTN的電信級(jí)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(shí)現(xiàn)電信級(jí)以太網(wǎng)（CE）定義的所有分組傳送特征，包括：
– 業(yè)務(wù)隔離：真正實(shí)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(fèi)用相應(yīng)的保證帶寬。
– 業(yè)務(wù)保護(hù)：繼承SDH網(wǎng)絡(luò)電信級(jí)理念，倒換時(shí)間保證小于50ms。
– 高效率：實(shí)現(xiàn)二層共享，同一個(gè)大客戶所租用的帶寬可以給集團(tuán)內(nèi)各分支機(jī)構(gòu)共享。集團(tuán)內(nèi)部仍可以劃分VLAN。并可以基于VLAN設(shè)置多生成樹，提高分組業(yè)務(wù)帶寬利用率。
– 與MPLS VPN結(jié)合，提供城域和廣域?qū)＞W(wǎng)的有機(jī)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(luò)升級(jí)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(jí)換代的時(shí)候，正在開始大規(guī)模的產(chǎn)品換代。PTN繼承了MSTP的電信級(jí)傳輸精髓，能夠?qū)崿F(xiàn)所有MSTP網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送功能。作為下一代電信級(jí)多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)， PTN具備面向分組化傳送優(yōu)化的擴(kuò)展能力，具備更高的時(shí)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(shè)的驅(qū)動(dòng)力
因此，無論從電力系統(tǒng)面向智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)傳送需求演進(jìn)來看，還是從城域網(wǎng)技術(shù)面向IP化的演進(jìn)來看，電力傳送網(wǎng)絡(luò)從MSTP向PTN演進(jìn)都是必然的選擇。需要指出的是，電力傳輸網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該是一個(gè)平滑演進(jìn)的過程：目前MSTP技術(shù)應(yīng)用非常普及，所以作為一個(gè)新技術(shù)的PTN 還將在一段時(shí)間內(nèi)和MSTP共存發(fā)展，PTN在初期可以作為MSTP互補(bǔ)應(yīng)用來引入市場(chǎng)，發(fā)揮其分組業(yè)務(wù)的天然承載，支持時(shí)間同步等特點(diǎn)更好滿足未來業(yè)務(wù)的需求，及時(shí)引入并布局PTN，直至PTN演進(jìn)為電力城域傳輸建設(shè)的主要建設(shè)方案。
4. 電力傳輸對(duì)PTN網(wǎng)絡(luò)的要求
圖4 電力城域傳送網(wǎng)典型組網(wǎng)圖
以上是一個(gè)典型的基于PTN的電力傳輸網(wǎng)架構(gòu)。與SDH網(wǎng)絡(luò)模型類似，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(wù)承載需求，要求建設(shè)的PTN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持TDM、ATM、以太等多種業(yè)務(wù)的綜合承載，實(shí)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(wù)的接入；業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)采用通道/PW、路徑/LSP的方式傳送，以保證網(wǎng)絡(luò)流量可規(guī)劃，保證業(yè)務(wù)QoS、時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)。隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的擴(kuò)大，路徑、通道數(shù)量在不斷增加，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)保證所有的路徑/通道保護(hù)倒換時(shí)間小于50ms，同時(shí)要求PTN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)頻率、時(shí)間同步功能，滿足基站同步需求。最后，從網(wǎng)絡(luò)管理角度，電力PTN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用電信級(jí)網(wǎng)管TMN實(shí)現(xiàn)圖形界面方式管理，提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)維技術(shù)門檻，網(wǎng)管應(yīng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、業(yè)務(wù)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(shè)備業(yè)務(wù)能力要求包括：
– PTN設(shè)備的交換容量應(yīng)滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設(shè)要求；
– PTN設(shè)備的包轉(zhuǎn)發(fā)率在最小幀長(zhǎng)（64B）時(shí)根據(jù)設(shè)備交換容量滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設(shè)要求；
– PTN設(shè)備應(yīng)支持很強(qiáng)的組網(wǎng)能力，支持各種拓?fù)浣M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(shè)備應(yīng)支持10GE、GE規(guī)模組網(wǎng)能力。
變電站設(shè)備業(yè)務(wù)能力要求包括：
– PTN設(shè)備的交換容量應(yīng)滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設(shè)要求；
– PTN設(shè)備應(yīng)支持很強(qiáng)的組網(wǎng)能力，支持各種拓?fù)浣M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(shè)備應(yīng)支持10GE、GE規(guī)模組網(wǎng)能力；
– PTN設(shè)備應(yīng)支持E1落地能力；
– PTN設(shè)備應(yīng)支持電源、交叉、主控、時(shí)鐘單元1＋1熱備份，滿足設(shè)備可靠性要求。
供電所設(shè)備業(yè)務(wù)能力要求包括：
– PTN設(shè)備的交換容量應(yīng)滿足電力系統(tǒng)傳輸工程和建設(shè)要求；
– PTN設(shè)備應(yīng)支持很強(qiáng)的組網(wǎng)能力，支持各種拓?fù)浣M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(shè)備應(yīng)支持GE組網(wǎng)能力；
– PTN設(shè)備板卡應(yīng)該采用熱插拔方式，包括主/子板卡、電源、風(fēng)扇；
– PTN設(shè)備應(yīng)支持FE業(yè)務(wù)，應(yīng)支持E1業(yè)務(wù)，應(yīng)支持不同業(yè)務(wù)處理板混插，提高插槽的通用性和靈活性等等。
5. UT斯達(dá)康電力PTN解決方案
在傳輸技術(shù)的發(fā)展過程中，UT斯達(dá)康作為最早涉足PTN系統(tǒng)產(chǎn)品市場(chǎng)化的寬帶和傳輸解決方案專家，對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有著深刻的理解，并憑借專業(yè)的解決方案規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)、視頻、CATV、基站等多業(yè)務(wù)承載。UT斯達(dá)康的PTN在全球得到了廣泛應(yīng)用。
針對(duì)智能電網(wǎng)IP化趨勢(shì)，UT斯達(dá)康在全面考慮業(yè)務(wù)多樣、安全可靠、靈活組網(wǎng)、管理維護(hù)、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(shí)現(xiàn)了電力傳送由SDH、MSTP向PTN技術(shù)的融合演進(jìn)。NetRing TN系列設(shè)備提供對(duì)電力以太業(yè)務(wù)、E1業(yè)務(wù)、STM-1 TDM與ATM業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的面向智能電網(wǎng)IP化的分組傳送網(wǎng)。在整個(gè)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(dá)康TN系列PTN設(shè)備早于2009年在山東的德州電力、棗莊電力得到了規(guī)模應(yīng)用，近萬端PTN設(shè)備的現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將有助于電力城域網(wǎng)建設(shè)演進(jìn)，根植于中國的UT斯達(dá)康非常希望能在智能電網(wǎng)建設(shè)中貢獻(xiàn)自己的一份綿薄之力。
6. 總結(jié)
作為承載電網(wǎng)關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)、事物管理業(yè)務(wù)以及面向未來智能化演進(jìn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(shè)正在成為整個(gè)智能電網(wǎng)建設(shè)工作的一個(gè)重點(diǎn)。需要特別指出的是，從網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)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(huì)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(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)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(jì)運(yùn)行提供面向未來的通信基礎(chǔ)平臺(tái)。
