EPON技术在用电信息采集系统远程通信网络中的应用

林长锥，孙建平，贺 鹏

（华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

EPON技术在用电信息采集系统远程通信网络中的应用

林长锥，孙建平，贺 鹏

（华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

提出用电信息采集系统远程通信信道的建设是用电信息采集系统建设的重要组成部分。针对用电信息采集系统远程通信的需求及配电网拓扑结构的特点，描述了以太网无源光网络EPON技术在用电信息采集系统中的应用方式。介绍了一种采用EPON技术的用电信息采集系统远程通信网络，并分析了EPON网络的通信原理以及该技术在用电信息采集系统中应用的优缺点。最后，结合EPON技术的特点，说明该技术也可以应用在用电信息采集系统的本地通信中，为实现“全覆盖、全采集、全费控”目标做应有的贡献。

用电信息采集系统；以太网无源光网络；光纤专网

0 引言

用电信息采集系统[1]是智能电网建设的重要组成部分，它承担着用电信息自动采集、高效共享和实时监控的重要任务，是智能用电服务体系的重要基础。用电信息采集系统，是建设坚强智能电网的前提，为“分时电价、阶梯电价、全面预付费”营销业务策略的实施提供技术保障。

用电信息采集系统中远程通信信道的建设至关重要，它是用电信息采集系统实现其各功能的技术基础，所以采取何种通信技术来保证采集终端与系统主站之间进行可靠、实时和安全的通信是建设用电信息采集系统的关键。文章将介绍一种远程通信采用以太网无源光网络EPON（Ethernet Passive Optical Network）[2]技术的用电信息采集系统。

EPON是一种点到多点的光接入网络，二层采用802.3以太网帧来承载业务的无源光网络PON（Passive Optical Network）系统，其最大的优势是拓扑结构十分灵活，节省光纤资源，系统的可靠性较有源光网络高。

1 EPON网络简介

以太无源光网络（EPON）是一种新型的光纤接入网技术，采用点到多点结构，由网络侧的光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、用户侧的光网络单元ONU（Optical Network Unit）和光分配网络ODN（Optical Distribution Network）组成，其中的ODN由无源设备构成[3]。图1为一种典型的EPON通信网络结构。

图1 EPON网络结构

OLT是一个提供多业务的平台，提供面向无源光网络的光纤接口（PON接口），起着汇聚ONU的作用。OLT除了有网络集中和接入的功能外，还可以针对电力用户的实际需求进行带宽分配等功能[4]。在用户侧的ONU可为用户提供网口及其他接口。

O L T放在变电站机房，O N U放在变压器侧的用户设备端附近。POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，安装于线路上的光纤分支箱内。典型的EPON系统采用的是单光纤双向传输方式，上行使用的波长为1310nm，在上行通信时采用时分复用TDM（Time-Division Multiplexing）方式，各个ONU根据OLT指定的时间发送信息，ONU发送的信号只会到达OLT而不会传到其他的ONU；下行使用1490nm波长，在下行传输时采用的是广播方式，OLT发送的信号通过ODN传输到用户单元ONU[5]。

2 EPON网络拓扑结构

从EPON技术发展至今，其在电信行业的技术和设备已经较为成熟[6]。近几年，随着智能电网的不断推进，在电力网中所采用的通信技术也不断地革新，由于EPON技术本身的优势特性，EPON技术在电力行业中也引起了广泛的关注，已被应用到配电网领域。但是，与传统的电信行业相比，由于配网的特性及电力运营商自身的特点，在采用该技术时，需要在网络设计、应用环境、工程安装等方面进行改进以满足电力行业通信的需求。EPON技术最突出的优势就是网络拓扑结构比较灵活，可以组成星型、树型、总线型、环型等拓扑结构，如图2所示。

图2 EPON网络拓扑结构

相比于其他通信技术而言，用电信息采集系统远程通信中采用EPON组网具有很多明显的优势。

a）具有较宽的传输频带，理论值可达到1.25Gb/s，其通信容量大。

b）由于EPON采用的是无源技术，所以设备使用寿命比较长，维护方便。

c）组网灵活，具有星型、树型等多种网络拓扑结构，适合配电网的网络结构。

d）在信息传输过程中，其损耗较小，传输距离比较远，无需中继设备，最远可达到20km。

e）采用该种技术，其信息传输的安全性较高，抗电磁干扰能力强。

f）无源光网络设备简单，运行维护成本低。

但是，在建设EPON网络时也需要认识到该技术的不足。

a）在确定采用何种分光比的分光器时，需要综合考虑ONU与O L T之间的距离、插入损耗的因素，需要专门设计安装方案。

b）EPON网络具有冗余保护功能，所以其成本较高。

c）可扩展能力不够好，在已建好的EPON网络中，若想新增一个节点，就得重新计算分光器与ONU之间的关系。

3 EPON远程通信组网

用电信息采集系统可分为主站层、通信信道层以及采集设备这三个层面，其中的通信信道层连接的是系统主站与采集层之间的通信，称为远程通信，一般采用配电光纤专网、无线专网、GPRSCDMA3G等无线公网和载波通信等技术。

光纤专网是一种电力公司内部的通信网络，是根据电力用户用电信息采集系统而总体规划建设的，覆盖全网的配电线路。目前，35kV及以上的变电站已形成骨干光纤网，具备了向下延伸的网络基础。光纤专网可分为有源网络和无源网络，在用电信息采集系统远程通信中，以太无源光网络（EPON）具有可以在多叉树型拓扑结构（与现有配电网的拓扑结构吻合）的网络下实现高速的光纤通信、较强的适应性、较好的可扩展性、信道建设成本和维护成本低等技术优势。采用EPON光纤专网进行远程通信的用电信息采集网络框架结构如图3所示。

图3 EOPN通信网络架构图

现有的光纤骨干网络基本上都采用SDH/MSTP技术，用电信息采集系统主站与变电站之间的通信就是利用现有的骨干光纤通信网络来实现诸多电力业务的传输。从图3可以看出，用电信息采集系统的远程通信可分为两个部分：主站到变电站（OLT设备）之间的光纤骨干通信网络和OLT设备到ONU设备之间的光纤接入通信网络。

EPON无源光纤专网建设的重点是光纤接入网，即OLT与ONU之间的通信。ONU设备和采集终端通过以太网接口连接，向上通过EPON无源光纤将采集到的电力数据传输给OLT，OLT负责将数据信息综合，进而通过IP方式接入骨干光纤通信网，最后传输到达主站系统，主站系统也通过IP的方式对EPON网络中的ONU设备进行网络管理和数据访问。

［1］ 陕西省电力公司，陕西省电力职工培训中心.用电信息采集系统应用技术［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［2］阎德升.EPON——新一代宽带光接入技术与应用［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［3］ 克雷默.基于以太网的无源光网络［M］.陈雪，译.北京：北京邮电大学出版社，2007.

［4］ 程哲，石坚，宋开卫.基于以太网的无源光网络（EPON）的网络管理系统［J］.计算机与数字工程，2007（7）:59-62.

［5］ 张浩，卜宪德.EPON技术在用电信息采集系统中的应用［J］.电力系统通信，2010，213（31）：42-45.

［6］ 郦清，管瓅莉.EPON技术在电信接入网演进中的应用［J］.科技信息，2009，27（5）:23-26.

The Application of EPON in Remote Communication of Electric Information Acquisition System

LIN Chang-zhui，SUN Jian-ping，HE Peng
（Electrical and Electronic Engineering College，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The remote communication channel of electric information acquisition system is an important part of the electric information acquisition system.Aiming at the needs of remote communication in electric information acquisition and the characteristics of distribution network topology，this paper describes the application of EPON in electric information acquisition system.The article introduces a remote communication network based on EPON in electric information acquisition system，analyzes its communication theory，and the advantages and disadvantages of EPON are given.Finally，according to the features of EPON，it is proved that EPON can also be used in local communication in electric information acquisition system,which will realize the target of“all cover，all collection，all fee-control”.

electric information acquisition system；EPON；fiber private network

TM933

A

1671-0320（2012）05-0036-03

2012-06-27，

2012-07-21

林长锥（1986-），男，福建三明人，现为华北电力大学电子与通信工程硕士研究生，研究方向为电力通信；

孙建平（1974-），男，河南南阳人，2003年毕业于北京大学电子科学与技术专业，副教授，硕士生导师，研究方向为传感器件与检测技术等；

贺 鹏（1987-），男，山西吕梁人，现为华北电力大学电力系统及其自动化专业硕士研究生，研究方向为基于高级量测体系的智能配电网。