地市级电力通信传送网业务承载方式分析

郭家伟，常永杰，陈 亮

(国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，石家庄 050051)

地市级电力通信传送网业务承载方式分析

郭家伟，常永杰，陈 亮

(国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，石家庄 050051)

介绍电力通信传送网承载业务的发展变化及通信传送网的技术演变过程，结合河北省南部电网地市级电力通信传送网(SDH/MSTP与PTN网络)具体情况，分析网络对业务接纳程度、网络结构可靠性及网络带宽等3个规划业务承载方式时的重要考虑因素，提出通信方式编制及网络规划等工作中衡量、评价通信传送网业务承载方式的有效方法。

传送网；SDH/MSTP；PTN；分组业务

电力通信传送网作为电力系统的支撑网络，承载了为确保电力系统安全生产及经营管理所需各专业、各种类型的信息，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要支撑，也是建立集约、高效现代化电力企业的重要基础。河北省南部电网(简称“河北南网”)地市级通信传送网普遍采用业界2种主流传输技术(SDH/MSTP技术和PTN技术)，在考虑业务承载途径，编制通信方式时，需要比较2种技术对不同业务承载的优劣，明确承载业务种类的界定和区分，根据技术优势和网络特点明确界定业务的承载原则，形成统一的传送网业务承载思路。

1 通信传送网承载业务概述

早期电力通信传送网承载的业务仅仅是电话、远动三遥信号等少量窄带模拟信号，信号所占带宽小，传输速率低，对于传输质量要求不高。随着电力系统各专业设备自动化、智能化、网络化的发展，以及各类经营管理系统投入使用，系统内及系统间交互的信息量呈几何量级增长，其显著特点是基于IP的数据分组业务正在成为业务主流，这一点在公网和电力通信专网的表现完全一致。

电力通信传送网是为电力系统服务的通信专网，其承载的业务有鲜明的自身特征。按照业务属性划分，可以分为生产业务和管理业务；按照电力二次系统安全防护管理体系划分，可分为I、II、III、IV四大安全区域业务；按业务类型可分为语音业务、数据业务及多媒体业务；按业务信息对时间的敏感程度可分为实时业务和非实时业务。不同系统、不同类型的业务对于传送通道的选择有不同的要求。表1反映了电力通信传送网承载的主要业务分类与特征。

表1 电力通信传送网承载业务分类与特征

业务属性安全区域业务名称业务类型时延敏感程度业务流向生产业务I区线路纵差保护数据实时点到点安稳系统数据实时点到点调度自动化数据实时点到多点调度电话语音实时点到多点II区电量计量系统数据非实时点到多点故障录波数据实时点到多点III区雷电定位检测系统数据实时点到多点变电站视频监控语音实时点到多点电能质量监测系统数据实时点到多点管理业务IV区行政电话语音实时点到多点办公系统数据非实时点到多点视频会议多媒体实时点到多点............

从表1可以看出，电力通信传送网业务模型主要是：网内业务流向大多是从业务接入节点到核心/汇聚层的业务控制和交换节点，为点到点(P2P)和点到多点(P2MP)汇聚模型。

2 地市级传送网的技术特性和典型结构

2.1 通信传送网技术发展

通信传送网技术总是为满足业务的需求而不断发展。从简单的只能传送语音信号的电话网络发展到现在可以承载语音、数据、多媒体业务的综合网络平台，通信技术总是不断突破发展中的一个个瓶颈来满足业务的需求，反之业务需求同时也促进了通信网络的技术进步。

21世纪第1个10年，通信业务逐渐由语音为主向以数据为主转变，2010年以后，各类IP业务呈爆炸式增长，数据业务无可阻挡的成为了业务主流。然而，还是传送网主流的传统SDH设备并不支持数据业务接口，所以业务的IP化迫使SDH设备必须经过一些改进来支持它，诞生了支持数据业务接入的SDH设备-多业务传送平台即MSTP设备。因为MSTP是由SDH发展而来，继承了SDH的基本特点和优势，所以通信传送网可以由SDH网络向MSTP网络平滑升级，保持了网络运行和维护方面的基本特性。

MSTP设备通过GE或FE接口接收到数据业务，经过帧缓存，使用通用成帧规程(GFP)[1]协议将其封装到SDH体制中的C12、C4等容器里，实现对数据业务的支持。虽然MSTP解决了数据业务接入问题，但MSTP的核心仍是SDH，SDH体系中的C、VC、STM-N等承载数据的容器容量固定，属于刚性通道，适用于带宽固定、对时延敏感TDM业务的传送，而以IP技术为核心的数据分组业务，具有带宽不固定、流量突发性强等特点，MSTP传送这类业务就存在带宽利用率不高，传送效率低、配置复杂等劣势。

当网络中承载的业务主流由TDM业务转为IP数据分组业务时，迫切需要一种新型的传送技术提供支持，PTN(Packet Transport Network-分组传送网)技术应运而生。PTN是面向分组的通用传送技术，它继承了SDH/MSTP传送网的诸多优点，如丰富的操作维护功能、快速的保护倒换等，同时还增加了更适合数据业务传输的特性。PTN技术基于分组交换，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP分组业务特性的“柔性”传输管道；点对点连接通道的保护切换可以在50 ms内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复[2]。

2.2 河北南网地市级传送网现状

21世纪初以来，电力通信传送网抓住同步数字体系(SDH)发展完善的契机，构建起可靠的地市级电力通信SDH/MSTP同步传送网。在当时的业务需求下，地市级SDH/MSTP传送网很轻松的提供了主干链路达2.5 Gbit/s带宽，并可根据需要升级为10 Gbit/s带宽的数字高速通信网，完美解决了当时占业务主流的实时业务对通道的需求，同时其强大的网络管理能力也保证了网络运行的可靠稳定。

以石家庄地区为例，石家庄SDH/MSTP传送网覆盖石家庄地调、17个县调及石家庄地区所有220 kV变电站、大部分110 kV变电站及部分35 kV变电站、供电所、直调电厂等，网络拓扑为复杂网孔结构，骨干层传输容量为2.5 Gbit/s，接入层传输容量为622 Mbit/s。

石家庄地区PTN传输网2012年开始建设，现在已覆盖了石家庄地区17个县调、县域大部分110 kV变电站、所有35 kV变电站及大部分电管所(站)、独立营业场所等，网络传输容量为GE/155 Mbit/s，接入带宽100 Mbit/s，县域汇聚业务均通过县调及第二汇聚点接入石家庄骨干SDH/MSTP光传输网络及通信综合数据网络、信息网络。实现地县之间的各类业务互通。在接入侧为生产、管理信息业务提供了100 Mbit/s带宽的接入传输通道。各县已形成县调、110 kV变电站、35 kV变电站、独立营业场所等节点的环状PTN网络。目前，220 kV变电站PTN 10GE带宽的汇聚层正在建设，建成后，将形成由县域经220 kV站到地调中心站可靠的、大容量的PTN传输通道。

河北南网各地市级通信传送网技术、网络结构类似，表2是当前在河北南网地市级电力通信传送网采用的主流技术比较。

表2 SDH、MSTP、PTN技术比较

技术体制内核承载业务类型技术特征SDHTDM交换TDM业务刚性管道,无法承载分组业务MSTPTDM交换PTN分组交换TDM业务和分组业务刚性管道,分组业务比重较大时承载效率较低弹性管道,分组业务承载效率高

3 业务承载方式关键要素分析

不同通信业务在传送网承载时，如何选择传送网需要考虑各方面情况，包括网络容量、运行环境等，而以下三方面是决定承载方式的关键要素。

3.1 网络对业务接纳程度

河北南网地市级通信传送网的普遍现状是原有的SDH/MSTP传送网和新建的PTN传送网并存，通信方式编制人员在新业务接入时，首先要面对一个问题是传送网络对业务的接纳程度问题，表现在传送通道能否满足业务对实时性、可靠性、安全性要求及带宽需求。业务对于通道的实时性、可靠性要求高，自然应选择帧频固定、采用时隙隔离业务的SDH/MSTP传送网承载，二次系统中的线路纵差保护信号就是一个典型的例子。通道时延以及时延对称性是保护信号对通道要求的重要技术指标。在通信传送网承载的业务中，线路纵差保护对保护通道的传输时延要求最为苛刻。通道的单向时延要求小于10 ms，双向时延必须对称[3]。传统的SDH/MSTP网络采用同步复用技术，在路径确定的条件下，端到端时延相对稳定，能够很好满足继电保护通道的需求。实验表明，典型的SDH/MSTP复用保护通道全程包括3～8个传输节点，时延可控制在2.5～3 ms，双向时延差在0.03～0.05 ms，完全满足线路纵差保护信号对传送通道的要求；而PTN采用统计复用的分组交换技术，承载TDM业务时时延具有明显的随机性，存在传输时延长、同步精度偏低的可能，在当前的运行条件下不适合传送线路纵差保护信号。所以SDH/MSTP技术是地市级电力通信传送网承载线路纵差保护信号的仅有选择。

对于视频监控、视频会议等多媒体业务及包含各类管理办公系统的信息联网，其均是高速率、大带宽的IP数据分组业务，这时带宽需求上升为主要考虑。PTN传送网可以提供对于宽带数据分组业务的良好支持。当然，现在网络受到的安全威胁加剧，也使得通信网络的安全程度越来越受到重视，要求核心业务和普通业务之间实现隔离。一般认为，SDH/MSTP时隙隔离能够达到物理隔离的效果；而PTN网络可以通过业务VLAN隔离、隧道/伪线隔离、端口隔离等不同层面的隔离技术，满足承载业务隔离特性的要求，所以PTN网络承载IP数据业务，比普通路由器、交换机组网能够提供更高的可靠性和安全性，再配合QoS技术提供差分化的服务特性，使得PTN传送网在提高带宽使用率、保障服务质量与安全的同时，为不同类型的业务提供不同QoS标准的差异化传送方式，网络更加灵活智能。

其他业务诸如调度自动化系统、电量计量遥测系统、通信网监测系统、行政电话等，它们对通道的各项要求介于上述两类业务之间，尤其在实时性方面不需要线路纵差保护信号那样严苛，无论是SDH/MSTP传送网还是PTN传送网均能满足一般业务需求，所以在传送通道选择方面有更大的选择余地。这时，需要综合考虑传送网的拓扑结构安全性和传送网传输容量做出选择。

3.2 网络结构可靠性

从早期SDH网络建设开始，传送网就可以提供业务通道的电信级故障自愈能力，即在线路中断的情况下，无需人为干预自动将业务倒换到备用路由进行承载，自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已经出现了故障。网络自愈能力的完善程度取决于网络的拓扑结构，无论是SDH/MSTP传送网还是PTN传送网，其在拓扑结构上的构成基本是一致的，无外乎链形、树形、环形、环带链、相切环、相交环及网状网等几种类型。链形、树形拓扑结构天然缺少保护冗余路径，单纯的环形网实现困难，而纯粹的网状网由于建设成本高、对光缆资源要求高、结构复杂、管理困难等原因，在地市级通信传送网中难以实现。现状中，地市通信传送网一般是环带链、相切环、相交环、网状网等拓扑形式的组合。如图1、2、3、4分别表示了环带链、相切环、相交环、网状网拓扑结构的展现模型，其中相切环只有一个互通节点，当该节点失效后，所有跨环业务将会中断；而相交环因为通过2个节点互联，从而保证了一个相交节点失效的情况下，通过另一个相交节点传送跨环业务，提高了环间业务保护的可靠性；网状网可靠性最高，但占用大量的光纤资源及物理接口。

图1 环带链结构

图2 相切环结构

图3 相交环结构

图4 网状网结构

经过充分考虑业务特性因素后，在业务承载通道选择上，通信方式编制人员还需考虑实际SDH/MSTP传送网与PTN传送网的拓扑结构，选择能够提供完善业务保护通道的网络。现实情况是，河北南网地市级SDH/MSTP传送网建设时间早，网络拓扑结构经过多轮优化后比较合理；PTN网络建设较晚，经常遇到光缆纤芯资源不足的困扰，致使网络拓扑结构参差不齐，需要在运行中不断完善。

3.3 网络带宽情况分析

河北南网地市级通信传送网中，SDH/MSTP网络主干链路一般已达到2.5 Gbit/s带宽，分支接入为622 Mbit/s或155 Mbit/s带宽；PTN传送网占有后发的技术优势，可以以较低的投入提供10 Gbit/s带宽的主干通道。SDH/MSTP网络中为业务所分配的带宽为独享带宽；PTN中单条业务可以设置CIR(保证带宽)、PIR(峰值带宽)，适合分组业务特性，所以不同技术体制网络中带宽的内涵还是有所差异，在考虑链路带宽的同时，更应该计算链路空闲带宽和承载业务的自身特点。

4 结论

针对不同的业务承载需求，文章总结出需要从网络对业务接纳程度、网络结构可靠性、传送网带宽情况等3个主要方面进行衡量、选择传送网络，构成在通信方式编制及网络规划等工作中衡量、评价通信传送网业务承载方式的有效方法。当然这里存在不同条件权重问题，需要实际问题具体分析。在部分条件基本相同时，通信方式编制人员在实际工作中应抓住关键要素来决定承载方式。此外，实际工作中还存在设备运行稳定性、维护人员对不同设备熟悉程度等其它因素需要一并考虑，这就要求通信方式编制人员不仅仅掌握理论上的知识，还要从网络、设备、人员等各方面综合考虑，从以往运行经验中总结分析，不断提高方式编制质量，优化运行方式，提升电力通信传送网承载业务的可靠性和有效性。

[1] 曹蓟光，吴英桦.多业务传送平台技术与应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2003.

[2] 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，2011.

[3] 徐俊现，高会生，汪 洋. 用于线路纵差保护的PTN时分复用业务时延分析[J]. 电力系统保护与控制，2015，43(23)：56-62.

Analysis on Ways of Traffic Carrying in Different Transport Networks Serving for Regional Electric Power Grid

Guo Jiawei,Chang Yongjie,Chen Liang

(State Grid Hebei Electric Power Company Co.Ltd. Shijiazhuang Power Supply Branch,Shijiazhuang 050051,China)

This paper introduces the development of customer data carried on the transport network serving for Hebei south regional electric power grid and the evolution of the transport network technology.combined with the specific situations of the transport network serving for Hebei south regional electric power grid including SDH/MSTP network and PTN network,analyzes three important factors in detail which must be concerned when choosing the transport network for the customer data:the level of network adapting to data,network topology capacity,and the transport network,brings up the effective method for evalution the ways of traffic carrying in different transport networks in the draft of the communication measures and the network planning.

transport network;SDH/MSTP;PTN;packet data

2017-09-01

郭家伟(1977-)，男，高级工程师，主要从事通信工程及项目的业务研究和应用工作。

TN915.853

B

1001-9898(2017)06-0009-04

齐胜涛