分组传输网(PTN)在电力系统关键业务的应用分析

董正坤,胡立章,孙翠英,刘 芳

(1.国网河北省电力公司信息通信分公司,石家庄 050021;2.国网河北电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

分组传输网(PTN)在电力系统关键业务的应用分析

董正坤1,胡立章1,孙翠英2,刘 芳1

(1.国网河北省电力公司信息通信分公司,石家庄 050021;2.国网河北电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

由于电力通信传输网承载的业务类型开始由低速率、小颗粒的TDM业务转向高速率、大颗粒的IP业务,传统的SDH/ MSTP技术已经无法满足需求,提出PTN技术,在介绍PTN技术原理的基础上,分析PTN的优势,结合PTN关键技术机制重点阐述PTN网络上承载的电力系统中各项关键业务,并介绍了应用情况及效果。

电力信息通信传输平台;PTN;TDM;多业务承载

电力通信系统是电网安全稳定运行和企业高效经营管理的重要支柱之一。电力通信网承载着继电保护通道、调度自动化、调度电话等重要生产业务,以及办公自动化、信息系统、多媒体、视频会议等管理类业务。随着公司坚强智能电网建设不断深入,为满足信息化、自动化、互动化的需求,基于PTN技术构建安全、可靠、统一、高效的电力信息通信传输平台成为当务之急。

1 电力通信传输网的现状与发展趋势

1.1 电力通信传输网的现状

当前,电力通信系统普遍采用基于电路交换内核的SDH/MSTP技术构建光传输网络。SDH/MSTP技术的优势在于对TDM业务(Time Division Multiplex,时分复用)承载效率高,传输时延低、可靠性高、支持端到端的管理,技术稳定成熟。在过去较长的一段时间中,电力光传输网络承载的业务呈现“时分复用为主,分组业务为辅”的特点。

随着视频监控、可视化调度等多媒体业务的开展,在业务全IP化的发展趋势下,电力通信传输网承载的业务类型也由64 K、2 M等低速率、小颗粒的TDM业务转向以GE、10GE等高速率、大颗粒的IP业务。SDH/MSTP技术为保证服务质量而提供刚性传输通道的特点,在承载IP业务时,出现带宽利用率低、灵活性差等不足。

1.2 PTN技术原理及优势

为弥补SDH/MSTP在业务承载上的不足, PTN技术应运而生。PTN技术针对IP业务流量的突发性和统计复用传输要求设计,以分组交换技术为核心,支持多业务传送[1],同时还兼具SDH/MSTP设备所具有的电信级OAM机制[2],

具有高效的业务调度机制,采用面向连接的业务适配方法实现面向连接的弹性传输通道,支持多种保护机制,业务隔离度高,具有较好的安全性。

PTN以分组交换为内核,建立面向连接的弹性传输通道,有效降低了分组传输延迟和丢包率[3],满足了以FE、GE、10GE接口形式呈现的IP分组形式的数据业务通信需求,符合了未来全业务IP化的发展趋势,如图1所示。

图1 PTN网络业务承载图

PTN采用IEEE1588v2时钟同步机制实现全网时间同步,以兼容TDM业务实现与电路交换网络的互联互通[4],同时满足网络节点的同步需求。PTN采用PWE3技术[5]将TDM业务转换为数据分组以进行承载。在统一的时钟基准下,TDM业务在PTN网络出口处重建TDM码流定时信息。

此外,PTN网络采用区分服务和流量工程的方式来保证不同业务流的服务质量要求。利用PTN所提供的区分服务机制,为不同业务设置不同的优先级[6],保证高优先级的数据在传输过程中得到优先处理;利用PTN所提供的流量工程机制,根据业务的流量需求和网络拓扑结构,规划并分配网络资源,为每一条业务及管道定义承诺带宽(CIR)和超额带宽(EIR)[7],减少网络拥塞、网络延迟等影响。同时,PTN提供了一系列的保护机制:线性保护技术和环网保护技术,支持网络级的保护和设备级的保护,防止关键业务因链路或者故障而造成业务中断。

PTN技术顺应网络“IP化、智能化、宽带化、扁平化”的发展趋势,采用基于分组交换内核PTN网络组建下一代的电力信息通信传输平台已成为必然选择。

2 电力系统关键业务在PTN网络上的承载

2.1 PTN承载的电力系统业务

PTN网络支持业务接入类型丰富,完全满足了电力通信业务需求,而且对以太网IP业务更能提供良好支撑能力。电力通信业务中调度生产类业务对时延和保护的要求最为苛刻,目前,要求调度生产类业务的传输时延在10ms以下,保护倒换时延在50ms以下。PTN设业务传输时延已可以控制在10ms以下,并且支持业务级、设备级和网络级保护,由于采用了硬件收发OAM报文与APS保护倒换机制,因此倒换时间也可控制在50ms以内。满足了调度生产业务对通信通道的技术要求。但是其基于IP的传输方式可能会给电力生产调度业务的承载带来一定的风险,是否可以承载此类业务,需时一步实验验证。

2.2 继电保护业务在PTN网络上的承载

继电保护业务关系着电网安全,是电力通信系统承载的关键业务,以E1通道进行承载,属于TDM业务,以其为例进行分析。在PTN网络上进行承载这些关键的TDM业务时,设置业务为高优先级并预先分配足够的业务带宽,以满足业务对传输时延和可靠性的要求。在实验条件下,构建TDM业务时延测试电路如图2所示。在NE1-NE3之间配置LSP,并在节点NE1输入E1业务信号。E1业务在节点NE3自环,进行环回实验。NE1节点侧的SDH分析仪可以测量E1业务经过环回传输后的时延,测试结果如图3所示。

图2 TDM业务时延测试电路

图3 TDM业务时延测试结果

根据测试结果,经PTN对E1进行电路仿真后,通道的传输时延为5.3 ms。表1给出了实验室场景下的保护倒换时间和恢复时间。测试过程主要针对TDM业务的保护倒换进行。保护方式分为LSP 1:1保护和环网Wrapping保护等2种形式,倒换触发方式有断纤和网管触发。

表1 路径保护倒换时间测试结果

测试结果显示,断纤触发的保护倒换时间略长于网管触发,但是,2种触发方式的保护恢复时间相差不多,业务保护的倒换和恢复时间均小于50 ms。以上测试结果满足文献[8-9]中继电保护设备对传输通道的要求。测试数据显示,PTN网络在理论上具备承载继电保护业务的能力。

2.3 管理信息业务在PTN网络承载

管理信息业务是电力生产业务的辅助方式,是电力信息化管理的基本手段,为IP数据业务。根据图4测试结果表明PTN设备在端口总容量不大于交换容量时支持所有端口线速转发能力,设备满足在拥塞情况下高优先级业务(如视频、同步报文、话音等)的24 h无丢包。

图4 以太网业务的误码性能测试

端到端业务在拥塞情况下无丢包的高优先级业务各种帧长的单向时延没有超过1 ms。与传统IP网相比,在数据封装的开销差别上不是很大,一个基于IP封装,一个基于MPLS封装,效率没有明显差距。PTN的优势在于LSP静态指定,而IP网是通过动态路由的方式。测试数据显示,IP数据业务在转发效率和时延上,PTN有明显优势。

3 PTN承载关键业务应用效果

根据上述分析结果,PTN支持TDM、以太网业务接入,从技术参数上可以满足继电保护、管理信息等业务的传输需求。但是其基于IP的传输方式可能会给电力生产调度业务的承载带来一定的风险,其适用性需进一步验证。

4 结束语

以上结合PTN的主要技术机制,分析了TDM业务和IP分组业务在PTN网络上的承载。

随着河北南部电网基于PTN的电力通信光传输网的建成,结合电力系统关键业务的传输需求,借鉴PTN在电信网络中的运维与管理经验,实际测试PTN网络的服务质量,研究如何利用PTN网络为智能电网提供多业务支撑,将成为下一阶段的重点工作。

[1] 李 芳.面向多业务统一传送的PTN技术[J].电信网技术, 2009,8(8):1-4.

[2] 龚 倩,徐 荣,李允博,等.分组传送网[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[3] 袁训明,资 浩.分组传送网对于电力通信业务的传送性能研究[J].电力系统通信,2012,33(6):58-62.

[4] 龚 倩,邓春胜,王 强,等.PTN规划建设与运维实战[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[5] 曾宇辉.TDM over IP系统架构与实现方案研究[D].广州:华南理工大学硕士论文,2007.

[6] 孙自翔.PTN网络中业务分配与保护算法的研究[D].成都:电子科技大学,2011.

[7] 贾小铁,雷学义,吴云峰,等.PTN为智能电网提供理想的信息通信平台[J].电力系统通信,2010,31(7):20-23.

[8] 黄 兴,赵振东,高 勇.基于继电保护业务的电力通信网可靠性指标体系[J].广东电力,2011,24(11):70-73.

[9] DL/T 364-2010,光纤通道传输保护信息通用技术条件[S].

本文责任编辑:丁 力

Application Analysis of Key Business of Power System Based on Packet Transmission Network(PTN)

Dong Zhengkun1,Hu Lizhang1,Sun Cuiying2,Liu Fang1
(1.State Grid Hebei Information&Telecommunicaion Branch,Shijiazhuang 050021,China; 2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Currently the business type of power communication transmission network is transmitting from low rate TDM business with small particles to high speed IP business with large particles.Traditional SDH/MSTP technology can not satisfy the practical requirement anymore.The PTN technology Is proposed to satisfy such practical requirement,through introducing the principle of PTN,the advantages of PTN are analyzed.This paper focuses on the key business of power system on PTN according to critical mechanism of PTN.The application of this technology is represented and the performance is also discussed.

electricity transmission of information and communication platform;PTN;TDM;multi-service bearer

TN929

B

1001-9898(2016)04-0030-03

2016-01-15

董正坤(1982-),男,工程师,主要从事电力系统信息通信的工作。