配网自动化通信系统设计中EPON技术的应用

2013-08-15葛永亮缪刚李庆彪

电气技术 2013年7期

葛永亮缪刚李庆彪

（乌鲁木齐电业局，乌鲁木齐 830011）

配电通信系统的主要功能是将配网自动化系统当中的主站和开闭所现场当中的所有配电测控终端设备有机连接在一起。配电系统能够将现场所有配电测控终端设备收集到的各种数据信息资料快速的上传到配网自动化系统主站中，与此同时还可以把主站系统下达的各项命令有效的下达到现场各个配电测控终端设备上，加强了对配电网的监控力度。此外，EPON技术属于一种纯介质状态下的网络，在运行的过程中不再需要在局端和客户端之间设立有源设备，这就避免了电磁与雷电等对有源设备造成过大的干扰，大大降低了线路出现的故障率，最终确保了系统运行的可靠性。本文主要针对某市配网自动化通信系统在设计的过程中所采用的EPON技术展开讨论。

1 EPON结构

EPON的主要结构包括OLT、ODN以及ONU，结构详情如图1所示。该技术主要是利用业务节点接口跟各个业务节点有机的连接在一起，从而将用户网络接口和用户所使用的设备连接起来。在这当中ODN是整个EPON结构的核心，主要功能包括向ONU发送必要的广播数据、有效的控制测控距离、合理的分配带宽等；ODN的结构表现形式为一点到多点，通常采用的连接方式主要是树形；而ONU则采用了以太网络协议，该协议不仅经济上合理，在技术上也较为成熟先进，它的主要功能包括选择性的接收从ODN传来的广播数据、及时的响应测控距离以及相关的功率控制指令、缓存并发送以太网数据，该结构具有下述几个优点，分别是在分配带宽的时候较为灵活、经济价格合理、具有较高的服务质量、在管理以及维护的过程中更加方便等。

图1 EPON网络结构图

2 配网自动化通信系统设计中EPON的应用

2.1 整体方案的具体设计过程

通信系统可以为各个配电测控终端设备和主站系统之间提供一个良好的通信信道，在配电主站以及子站系统当中分别配置OLT，然后让OLT完成主干通信网络的组建工作；接着让变电站自动化系统及时的将FTU、TTU等数据转发出去，这样就建立了一个完善的分支通信网络。如图2所示。配网通信系统的主要构成部分包括配电主站系统、配电子站系统、各配电测控终端设备、变电站自动化系统以及通信网络等。针对主干和分支通信系统进行合理设计，能够提高配电自动化通信系统本身的可靠性，提高该通信系统的运行质量。此外，在设计的过程中需要考虑到互连通信信道当中存在冗余备份，确定出最终的时刻路由通道。

图2 基于EPON技术的配电自动化通信系统结构

2.2 主干环状通信系统的具体设计过程

在核心主站和子站系统之间或者在核心主站和变电站之间构建主干环状通信结构，并在与OLT上联相互连接的GE端口上组建主干自愈环网，利用环网保护协议有效的进行ma级业务转换，能够确保通信网络具有良好的可靠性，避免发现单点故障时造成较大的不良影响。

从图2中可以看出，主干通信系统属于一种环网结构，包括的节点较多，将其中某一节点作为整个系统的主节点则为主站，而其他的节点均作为传送节点则为配电子站。在环网结构上面，起到标记主节点作用的两个端口称之为主端口和从端口。在一定的周期内，主节点会从主端口处接收到环所发送的HELLO报文，如果端口能够在规定的周期时间内收到报文，则说明环网系统运行正常；如果没有收到则表示环网结构出现了故障，出现故障的相邻节点就会主动的向主节点发送报文，这时就会打开从端口，及时的下达通知让各个节点改变转发表，从而快速的切换到新路由状态下，正常转发各数据信息。

在消除故障之后，从端口能够接收到环发送的HELLO报文，那么主节点就会默认环网系统已经处于安全状态下，从而阻断从端口，并下达命令通知其他节点各自将转发表自动刷新，恢复原始的转发路由。

2.3 分支通信系统技术的具体设计过程

从上图2可以知道，从子站系统出发沿着电力线敷设光纤，最终到达各个开闭所主要采用了星型组网的方法，子站系统的OLT能够同时对若干个方向的光纤链路进行光口的聚集，而且在这之间的链路通过使用EPON技术，能够在某个终端出现故障的时候避免影响到其他终端，这就大大减少了系统出现的故障次数，缩小了故障影响的范围，更容易进行管理。

3 EPON技术在配电自动化通信系统应用过程中进行的QoS分析

3.1 典型DBA算法IPACT

IPACT算法的主要工作原理为通过利用REPORT和GATE即（请求帧、授权帧）进行动态的申请，合理的分配带宽，并将各个ONU缓存其所收集到的所有数据容量利用OLT有效的为ONU分配相应的时隙。不过轮询周期T具有较大的可变性，而且配电终端的数量是非常庞大的，收集到的各项业务会存在较大的区别，因此该算法有下述几个缺陷：①由于轮训周期T具有较大的可变性，在采用IPACT算法的过程中，如果ONU业务相对较少，系统会由于授权帧的发送导致下行信道带宽出现严重的浪费现象，也就是说如果整个网络状态处于轻度负载的情况下，会导致轮训周期大幅缩短，一些ONU就算没采集到数据，OLT也需要对ONU发送相应的授权帧，这就造成了严重的浪费现象；②授权帧出现的优先级问题，相对于其他帧信息来说，授权帧的级别一定要设置成最高的，这主要是由于信道当中所有的数据都发送完毕之后才可以进行授权帧的发送，会导致授权帧抵达ONU的时间过于滞后，造成授权帧的丢弃。这不仅降低了带宽本身的利用效率，还严重拖延了ONU的数据发送时间；③通过采用IPACT算法，ONU在利用上行信道带宽当中的各种资源时，主要采用了竞争占用模式，如果用户申请了更多的带宽，那么分配的带宽也会同时增多，这时会出现无法支持业务分类的现象，不能进行有效等级的区分，特别在面对一些重要用户的时候无法提供良好的服务。

3.2 在采用典型DBA算法IPACT过程中进行的改进

由于IPACT算法具有一定的缺陷，特提出了下述几个方面的改进措施：①OLT在发送授权帧信息之前需要做好对上行链路数据流量的实时监测工作，如果数据流量相对较小，就需要在下个轮询周期T当中，合理的设定一个下限值，确保该下限值不小于T，这就避免了OLT在实际工作中频繁的进行轮询，有效的避免了带宽的浪费现象；②将授权帧的优先级别确定为最高，利用下行链路帧信息当中的排队模型来实现；③在设计的过程中需要将业务队列优先等级当中采用的DBA算法进行区分，把全部业务划分为若干个优先等级，确保ONU当中的高优先级别业务队列能够获得优先的服务，不过还需要注意要避免优先级业务队列给其他低优先级的造成不良影响。

3.3 针对DBA算法进行的改进设计工作

针对DBA算法存在的主要问题做出下述几个方面的改进：①在每一个周期合理的设置一个最大值TMAX；②给予EF队列业务实际所需要的带宽，Hig=HiR，然后计算其他带宽；③先分配高优先级FE队列业务的带宽，然后再分配AF、BE队列业务的带宽，并考虑到QoS以及公平性，根据各个ONU当中AF队列业务第一个帧的具体大小情况，提供合适的带宽，满足一个帧的发送需求，最终更新MiR、BAVAIL；④分别给AF队列和BE队列设置一个合理的比值权重WAF和WBE，要求WAF+WBE=1，然后将剩余带宽BAVAIL合理的分配在AF、BE队列里面，在这当中：

AF队列分配的带宽为

BE队列分配的带宽为

4 具体实例

某市在配用电通信网中，配电自动化主站系统至变电站采用已建成的电力专用SDH / MSTP光纤网络，而变电站至终端将采用EPON技术。根据本市配电网络的实际情况和建设难度，选择了以EPON技术为主，无线专网技术为辅的通信方式来实现配网自动化。该通信方案很好的实现了配网自动化的“遥信”、“遥测”、“遥控”功能，能对配网的用电数据信息进行及时的采集，能对故障点进行及时的远方控制隔离，同时也能满足智能配电小区的通信接入要求。DAS的实现为本市配电网每年节省正常配网施工和故障处理人工费用约340万元，大大提高了配电网运行的管理水平。