光交换网络在县级电网基层单位的应用研究

强晟　隋吉生　乔堑　李晓东

摘 要：本文主要介绍基于SDN网络架构模式和光纤T型网络结构在县级电力通信网的深化应用，利用光交换网络实现信源端（县级供电所）至信宿端（地市公司）的最短路径传输，保证企业生产和办公业务的可靠接入。

关键词：光交换网络;SDN;DV;数据通信网

中图分类号：TN929.1;TM73文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）31-0126-03

The Application Research of Optical Switch Network in

County-level Power Grid Basic Units

QIANG Sheng SUI Jisheng QIAQ Qian LI Xiaodong

（State Grid Jilin Electric Power Supply Company Information and Communication Co.， Ltd.，Changchun Jilin 130022）

Abstract： This paper introduced deepening application based on SDN network architecture and optical fiber T model network. Optical switching network was used to realize the shortest path transmission from the source end （county-level power supply station） to the sink end （city company） to ensure the reliable access of enterprise production and office business.

Keywords： optical switching network;SDN;DV;data communication network

隨着电网企业体系改革的纵深发展和新战略的部署推进，通信专业地市骨干传输网优化以及省级以下数据网优化整合逐步向县公司及以下延伸。基层单位以往采用租用公网运营商通道，技术体制落后，传输带宽不足，无法满足现有多元业务的承载需求。根据2015—2020年通信网滚动规划的带宽预测，20人及以上供电所出口业务流量为15.9MB，20人以下供电所出口业务流量为10.7MB。现有的2MB传输带宽无法保证县级电网基层单位办公类、生产类、营销类业务安全可靠的接入需求。

1 背景研究

随着吉林电网智能化水平不断提高，其对通道的可靠性、安全性和传输容量都提出了更高的要求，各个地市所辖县公司专网通信系统基础薄弱，造成县公司通信系统存在的问题更加突出，主要存在以下两方面问题。

①通信设施薄弱，通道带宽不足。各个县公司均没有建设成体系的专网通信网络，仅能依赖租用公网光纤或电话线传输基本信息，通信设施极其薄弱，通道容量小，无法实现业务的实时上传。租用公网专用光纤，带宽一般为N×64K、1M、2M，远不能满足调度自动化信号机视频信号、信息内网的业务接入需求[1]。

②通信网络安全性低、稳定性差。目前，全省县公司基本依赖租用公网的传输网络实现信息的上传，各个县公司的所有运行、营销信息均经由公网系统转发，无法做到信息的保密和隔离，此外公网的网络环境决定其运行稳定性难以得到保证。

国网吉林电力长春、辽源、通化和白山4个地市-县公司及所属基层单位网络覆盖和带宽提升实现光纤专网延伸至县公司及以下基层单位，重要技术指标均实现较大提升。经过带宽测试，供电所至省/市公司的上行通道平均带宽为16MB，网络时延小于20ms，丢包率为零，基本实现资源共享，优化网络结构，减少成本支出，提高县公司企业生产办公的工作效率，对“全能型”供电所的标准建设提供支撑与保障。以服务电网为宗旨，满足公司电网发展和信息化建设，提高通信资源整体利用率，实现全省县域电力通信系统的产业升级。

2 国内外技术比较

2.1 国内外同类技术总体比较

国内外对于基于光纤网络在基层电网的应用方式不尽相同，国外将电网发展方向定义为“智能电网”，通信网络为智能电网的辅助网络，是为整合电力用户和市场提供理论支持和技术支撑的。由于国外人口分布和行政区划与国内完全不同，电力供应要以对环境的影响最低为前提，既要满足绿色环保又要满足日益增长的生活、工业需求，所以用户侧至电源侧的通信网络既有光纤网络也有传统的电力载波网络。国内主流技术侧重于PTN技术。这主要是因为PTN技术是融合电路交换和分组交换网两方面的优势而发展起来的一种分组交换技术，顺应了业务IP化和网络融合趋势，具有高效率的统计时分复用、多业务承载、层次化QoS（服务质量）等特点[2]。部分采用自动交换光网络（ASON）技术，符合下一代网络以业务驱动为特征的网络要求，越来越受到网络建设者和网络运营商的青睐。

2.2 核心技术与国内外同类技术比较

电力系统通信是现代电力系统的重要组成部分，是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段，是电力系统的重要基础设施。目前，主干光纤网络与地区网络已基本建好，但电力系统农网和城区营业网的通信接入方式存在传输信息量少、接口复杂、通信范围点多面广、网络接入和网络管理薄弱等缺点，已经不能满足电力营销管理信息系统具有多种通信方式和通道保护的网络要求，因此有必要对当前的通信接入网结构进行技术改造。南方地区部分省份结合农电通信网络的现有构架和缺陷，提出了三种典型的光纤接入方案，并从网络性能与技术、经济、维护管理三方面进行综合比较分析，拟采用智能脉冲编码调制（PCM）作为农电通信网的接入方案技术，在此基础上，充分利用由全省各地区调度主站、220kV及以上变电站组成的SDH主干光纤通信网和骨干数据网的高可靠性传输通道，采用多业务传送平台（MSTP）技术，构建农电通信接入网方案。

随着通信技术日新月异，电力通信业务需求逐步增加，原有旧式集线器已无法满足宽带业务不断增加的需求，北方某省份采用具有路由功能的交换机构建高速网络，将网络全面覆盖到各变电站、供电所营业点。网络建设采用MPLS+VLAN技术，交换机之间采用光纤直连，链路带宽扩展，接入层交换机采用二层VLAN透传;设计VPN网络，按业务划分VPN，保证各业务的安全有效VPN隔离，增强信息系统的安全性;应用三层交换，提供全面的QoS保障服务;同时，所有网络设备接入网管系统，利用网管系统实时监控网络设备状态并及时发现设备故障，提高运维能力和网络管理能力，确保通信网络安全可靠。

吉林省长春市等部分地区基层通信网络的建设立足于县域电网整体状况，详细介绍了其电力通信网的发展现状，分析了县域当前电力通信网的发展需求，并且对光纤传输网的组网方案、网络结构及安全性问题进行探讨，提出了组建PTN新型网络的解决方案。在结合本地区电力通信网络现状的基础上，提出了相应的解决方案和规划策略，进行PTN组网IP规划、网络端口规划、设备及站点选取等一系列方案的实施，在原有SDH/MSTP网络结构基础上组建了PTN电力通信传输网，使本地区县域电力通信在业务传输的速率、传输效率和可靠性上都得到大大提升。最后，基于已组建的PTN网络，分析其采取的各种设备级和网络级的保护机制，并且通过以太网性能测试和设备保护切换测试，验证已组建的PTN网络的可靠性和合理性。

综上所述，光交换网络在县域基层单位的应用依托于本地区骨干通信网，建设具有延展性和兼容性的县域电力通信网，保证网络开展后续的深化应用。本课题的核心技术基于SDN网络架构模式和光纤T型网络结构，与国内外所采用的技术有所不同，规划建设环状+链型网络拓扑，保证点多面广的基层供电所（营业厅）汇聚上传，利用DV算法实现路由准确、路径最短，确保上行通道平均带宽、网络时延、丢包率优于传统租用通道的性能[3]。国内外同类技术的性能比较见表1。

3 应用方案

3.1 技术原则

针对现有县域电力通信资源的分布情况，光交换网络的应用实施优先利用现有线路杆路资源至就近变电站新建1条24芯ADSS或普通光缆，主干线路或重要线路优先采用48芯光缆，线路“T”接点光缆纤芯分配优先采用直通12芯[4]。设备部分利用已有电力线路建设光缆接入现有通信网络，并在变电站配置相应的SDH设备、数据通信设备及电源等辅助设备。利用数据通信网设备实现供电所（营业厅）的网络覆盖，结合各地市数据通信网的网络架构，合理配置汇聚节点设备，优化整合地市数据通信网的接入方案。

3.2 测试指标

县级供电所（营业厅）实现光交换网络覆盖后，县域电力通信网基于SDN网络架构模式和光纤T型网络结构，实现供电所（营业厅）经县公司汇聚上联至地市主站的环状+链型网络拓扑（见图1），采用DV（距离矢量）算法计算信源端（县级供电所）至信宿端（地市公司）的最短路径，实现企业办公自动化和行政电话的集中接入。对比之前采用租用运营商光缆通道，重要技术指标均实现较大提升，其中上行通道平均带宽为16MB，网络时延小于18ms，丢包率为零[5]。经过第三方测试软件进行TCP响应时间、TCP吞吐量和UDP串流吞吐量测试，得到的网络吞吐率和响应时间能体现网络的真实性能。第三方软件测试指标见图2。

3.3 应用情况

长春、辽源、通化和白山实现电力通信专网延伸到县公司及基层单位，光缆覆盖率由9.21%提升至100%，改变以往县公司租用运营商网络的固有模式，有效提高传输通道的安全性和稳定性。通信网络带宽得到大幅提升，接入带宽由租用公网2M增长至电力专网16M，经测试验证变电站和供电所数据通信网上联带宽均大于10M，变电站最大带宽约为75M，供电所最大带宽约为20M[6]。

国网吉林电力长春等4个地市-县公司及基层单位网络覆盖和带宽提升促进公司协同办公、营销业务系统的应用功能在基层乡镇供电所（营业厅）得到深化应用。基层服务人员与省市公司专业对口人员联系及信息传递更为快捷顺畅。客户上网缴费及信息查询速度显著加快。费控系统为客户投放电量时间缩短，提升了服务效率。县网覆盖和带宽提升推动用电营销全能型平台建设，高效集成营配调系统数据，深度开发智能表实时数据应用，服务业务流转和管控一界面受理、一按键研判、一指令派发，工单派发准确率达到100%，客户满意率达到99.6%，服务业务劳动用工效率提升33%;智能电表采集成功率由集约前的95%提高至99.75%，低压客户抄表日由11d缩短至2d，台区合格率由75%提高至92.3%。以白城市镇赉县公司为例，供电可靠率由原来平均98.6%上升到99.85%，综合电压合格率由98.7%上升到99.9%，降低了95598报修及投诉压力[7]。

4 结论

国网吉林电力长春等4个地市-县公司及所属基层单位网络覆盖和带宽提升覆盖范围包括省内长春、辽源、通化、白山4个地市公司所辖20个县公司所有变电站和供电所（营业厅），共计覆盖66kV变电站230座、供电所（营业厅）307座，实现光交换网络在长春、辽源、通化和白山地区的深化应用[8]。基于SDN网络架构模式部署的数据通信网采用DV（距离矢量）算法实现端到端的路由通信，环状+链型网络拓扑的光纤网络结构实现百兆及以上可靠传输，确保光交换网络在县级电网基层单位具有良好的技术实用性和先进性，符合县域电力通信网络拓扑结构经济直观、层级合理，符合基层上联业务的多样性，便于网络运维和故障处置;实现数据通信网的整体参数指标优于一般水平，确保传输通道的可靠性和整体网络的稳定性，极大节省了县公司信息通道租用成本支出，实现了省、市、县公司专业一体化管理，为构建“小前端、大后台”指挥体系和实现市县一体化集约运营、资源统一调度提供网络支撑和通道保证。

参考文献：

[1]王利成，王鹏飞.县域电力通信网SDH、PTN网络建设与对接[J].河南电力，2016（9X）：29-31.

[2]高云.南昌地区电力调度数据网组网研究与提升设计[D].南昌：南昌大学，2015.

[3]陈嘉.K公司电力通信网运营可靠性改进策略[D].大连：大连理工大学，2015.

[4]李磊.基于PTN设备的沧州县域电力通信网络应用研究[D].北京：华北电力大学，2016.

[5]朱长松.PTN光纤通信设备在景县电网通信自动化系统中的应用[D].北京：华北电力大学，2014.

[6]张莹.唐山电力企业綜合业务数据网改造的建设与研究[D].秦皇岛：燕山大学，2013.

[7]成韵.电力综合数据网的组网及其实现[D].广州：华南理工大学，2010.

[8]董寒冰.农电网通信接入方式的研究和选择[D].长沙：湖南大学，2009.