基于NGN的智能电网通信构架

2011-07-25方璇李松青

电气开关 2011年2期

关键词：通信网电力通信电网

方璇，李松青

(1.三峡大学，湖北宜昌 443002;2.枝江市供电公司，湖北枝江 443200)

1 引言

建立高速、双向、实时、集成的通信网络是实现智能电网的基础。智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样强大的通信网络予以支持。因此，建立这样的通信网络会使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。

随着智能电网的迅速发展和市场化运作的要求，并充分考虑社会发展和通信技术发展对电力通信网的推动作用，有必要对电力通信网络进行体系完整、功能齐全的规划，以便更好地服务于智能电网和整个社会。

2 下一代通信网络技术

下一代通信网络(NGN，next generation network)结合了因特网和电信网的特点，它是分组的网络，能够提供电信业务，利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术，其业务相关功能和传送技术相独立。NGN支持通用移动性，用户可以自由接入到不同的业务提供商。

NGN具体有以下核心技术:

(1)基于MPLS的BGP－VPLS和IPv6的组网技术［1］。未来的传输网应该是为IP(包括Ipv6)提供可靠和高带宽的二层连接，使得承载面向分组交换的基于IP OSI 7层应用，既有标准统一开放、接口标准、互联互通的优势，又有传输可靠、网络自愈收敛时间达到电信级的50ms的特性。

二层MPLSVPN技术在MPLS网络上提供虚拟LAN的服务，它可以使同一VPN内的用户从多个地理位置分散的点同时接入网络，相互访问，就像这些点直接接入到LAN上一样。其降低了业务开通复杂度，特别是在现有的网络中增加站点时，只需把新站点连接到上PE(供应商边缘路由器)即可，相应也减小了业务提供的周期，简化了配置过程。在架设二层MPLS VPN网络过程中，原有核心网络和二层MPLSVPN网络之间完全独立，也就是说，核心网络边界的PE设备和CE设备之间没有进行路由交换，核心网只是简单向客户提供一些基于2层的网络功能。

(2)软交换［2］是下一代网络的核心技术。它最主要的特征是传送、承载、业务三种分离的层次结构，把传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件，通过标准开放借口互联，并用各种接口协议将业务传送与控制相结合，实现了业务的融合与转移。软交换除了提供呼叫控制、媒体网关接入、业务提供和交换、协议及互通功能外，还包括了资源管理、地址解析、计费等功能，非常适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从话音网向多业务多媒体网的演进。因此，人们可以方便地根据业务需要，自由组合各部分功能产品来构架新网络。

(3) 自动交换光网络［3，4］ASON(Automatically Switched Optical Network)的核心是将网络灵活的控制功能和丰富的光网络资源相结合，为光层提供信令和控制功能，实现动态连接和资源的动态分配。它可以通过实时业务指派，最大合理使用网络资源，提供多种质量类型服务。它提出了借鉴于交换网络中信令协议模式来建立的一种能够自动完成网络连接的新型网络—自动交换光网络模型。

(4)统一通信［5－7］作为下一代网络应用服务的核心技术，正是将多种业务融合在一个基于IP的基础网络平台上，使得用户可以在任何时间、任何地点都可以快捷的应用多种通信模式和其他用户保持联系的一种解决方案。通过统一通信解决方案，用户可按照喜好随时进行彼此通信，并可使用任意设备通过任何媒体进行通信。统一通信将我们常用的多个电话和设备，以及多个网络(固定、互联网、有线、卫星、移动)结合在一起，以实现独立于地理位置的通信，促进通信与业务流程的集成，简化运行并提高生产率和利润。

3 基于NGN的智能电网通信构架

随着下一代网络NGN的发展，在智能电网演进过程中可以引入一些符合电力系统通信的新技术，在基础传送层面引入ASON智能光网络技术;交换层面引入以MPLS和IPv6为核心的具有QoS的分组路由交换网;接入层面引入统一通信技术;网络控制层面引入软交换技术;业务层面采用集语音、数据与多媒体业务于一身的智能化多业务平台，引入软交换与智能网、光网格服务、统一业务开发平台和业务层API技术。这些新技术必将给予智能电网强有力的支持。

3.1 智能电网的通信接入技术

电力通信接入网，为用户提供丰富多样的电力通信接入方式，使智能电网延伸到最终用户，为用户提供丰富多样的用电选项，并依靠通信技术做到互动。值得的一题的是光纤复合低压电缆OPLC集电缆和光缆于一体，“一线四用”解决终端供电、信号传输、宽带接入等问题，实现电力网、电信网、电视网、互联网“多网融合”，可以需要解决用电侧“最后一公里”的接入问题，最终实现“智能全光电网”目标。另外基于无线传输的ZigBee技术和基于卫星通讯的GSM/CDMA技术为用户的互动提供了更多的选择。工业用现场总线则为电力设备状态及运行数据的采集、传输、控制和分析提供了一个有效的交换通道。

在电力企业应用统一通信已经成为电力通信领域的大势所趋，利用电力通信的良好网络基础，作为网络面向用户接入的统一通信技术对于构架未来电力通信网络具有显著的优势。它可便捷的将电力通信网中面向电力生产的调度数据网和电力宽带信息网在IP层面上融合，为用户提供统一的应用接口。将大幅提高电力生产、运营、管理效率。

3.2 智能电网通信网组网技术

电力信息系统现运行的主流技术——三层MPLS VPN，虽然能够实现多业务隔离，但是也存在着一定的缺陷:第一，由于路由协议和信令协议的限制，它只能提供IP数据的支持能力，尤其是当电力企业向IPv6迁移时，三层MPLSVPN必须面临边界路由器软件或者硬件上的升级，这就必将导致运行其上的各个系统业务的中断;第二，三层MPLS VPN的解决方案要求运营商边、界的PE路由器同时处理多个路由表，随着VPN用户数量的增加，网络边界路由器的配置文件也将变得越来越庞大，网络的可运营可管理的能力也随之下降。

以IPv6为核心的具有QoS的分组路由交换网同一VPN内的用户从多个地理位置分散的点同时接入网络，相互访问。这种透明简化了核心网络的结构和配置管理，同时也提供了对客户的多业务支持能力。在电力通信中采用IPv6协议，可以扩大地址空间，提高吞吐量，改善服务质量，保证安全性，支持即插即用和移动性，实现多播功能。而将来电力系统的继电保护通道、数据采集通道和调度交换机中继的IP化，从而实现基于IP的SCADA系统也不是不敢想象的。

3.3 智能电网的物理通信网络

光网络在传输层则以光交叉代替电路交叉，实现更高容量更快速率，减少了“光—电—光”的转换环节，直接为最终用户下G级别以上的光口电路。由此可能出现SDH只为继电保护和调度交换机等电力系统对可靠性和传输时延等要求极为严格的应用提供电路，而其他高带宽的IP电路提供都交给智能全光网络来实现。或者新型的智能光设备在提供高带宽，接口丰富的用户界面的同时，提供标准的2M电路，满足电力系统继电保护可靠通信的需求。

3.4 智能电网的信息交换技术

软交换是下一代网络的核心技术。它非常适用于不同网络并存互通的需要，实现网络互通;统一不同介质的网络，实现新业务及各种业务统计功能;也适用于从话音网向多业务多媒体网的演进，人们可以方便地根据业务需要，自由组合各部分功能产品来构架新网络。因此，在智能电网中可以利用它方便地来实现电力生产信息、管理信息、设备信息和用户信息的高度集成，完成 AMI、ATO、ADO、AAM、自动化系统(AGC、AVC、EMS、DMS、SCADA 等)和管理系统(设备信息管理系统、生产管理信息系统、GIS、计量系统等)。

3.5 开放式API技术

在各种网络融合的基础上，可以以统一的方式更灵活地提供各种业务，当以应用程序接口(API)为代表的开放式API技术是NGN网络能力得以开放，将会促使新业务不断涌现。

为此，我们构架的智能电网下的网络通信模型如图1所示。

图1 智能电网下的网络通信模型

4 智能电网通信网挑战与对策

4.1 挑战

(1)近五年来通信资源及设备数量急剧增加，而通信专业人员数量增加得很少，智能电网的通信接入网建设几乎无人可用。

(2)智能电网6大环节的信息通信保障，尤其是配电和用电网的通信网建设急需解决。

(3)电力通信网的兼容性和安全性问题。在系统分散的电力通信专网中，设备的兼容性是非常敏感的。采用IP网络作为承载网络，各种技术就必然摆脱不了IP网络固有的网络安全上的缺陷。

(4)对现有公网通信技术的行业化改进。智能电网对通信技术提出了区别于公众通信网的特殊要求:以数据通信为主，不同的业务有不同的特点和需求，从而不同业务应该走不同的信道。而根据实时性与组播则需求，宽带数据在分布式电源与储能设备的接入控制与管理、负荷管理与控制、配电网自动化与智能调度则应该集群通信。要实现传统光传输网络向ASON平滑演进，智能网元和传统设备必将在很长一段时间内并存，两者之间的互操作不可避免。

(5)现有通信网是推倒重来，还是保护现有投资，平滑过渡。虽然下一代网络期望充分利用网络资源，以实现最优性价比，但它并不可能只是现有电信网与IP网的简单叠加或延伸，而应该是两者的融合。要实现传统光传输网络向ASON平滑演进，智能网元和传统设备必将在很长一段时间内并存，两者之间的互操作不可避免。

4.2 对策

智能电网通信网的改进过程中，在加快引入各种电力通信新技术之前首先要做好调研工作，从电力用户的需求到电网自身的需求，从设备的制造到商用网络的进展等，充分考虑安全性问题和兼容性问题，并密切跟踪智能电网的发展趋势，把握好时机，慎重地分步引入通信新技术。其次，要不断增加通信专业人才的引进和培训，寻求设备供应商的支持，加大投入力度，加快相关人员掌握电力通信网络新技术的管理操作能力和运营维护能力。最后，以配电和用电通信网的建设为契机，率先引入通信新技术，实施过程中，注意保护好现有投资，实现平滑过渡。