光传送网在电力系统通信中的应用研究

郑惠文

（国网山西省电力公司经济技术研究院， 山西太原 030002）

0 引言

电力通信网是电力网中负责通信业务的网络系统，是电力网系统不可或缺的重要组成部分。 近年来，随着电网业务种类不断增长，电力生产对电力通信网的要求也越来越高，电力通信网不仅要服务于生产调度和指挥，而且还要服务于办公自动化和信息互动化，满足电网企业管理信息迅速增长的带宽需求。目前，各级电力通信网主要以光纤为主，微波为辅，少数地区采用卫星通信的方式。 电力通信网现有的基础网络技术体制主要是同步数字体系SDH（synchronous digital hierarchy） 和波分复用WDM（wavelength division multiplexing）技术，它们都存在一定的局限性， 无法满足现有的信息传送需求。 因此，电力传送网需要一种适合在电力中应用的性能较优良的传输技术来满足智能电网建设及各种新业务的传输需求。

1 光传送网技术

光传送网 OTN（optical transport network）主要应用于网络的骨干、汇聚层，实现大宽带、超大带宽及大颗粒度业务的灵活调度。 而传统的MSTP/SDH更适合小颗粒业务的细化管理，实现对业务的高效传送，并具备端到端的组网能力，主要应用于网络的汇聚层及接入层。 OTN 是继SDH、WDM 等技术之后出现的一种新型网络传送技术， 以波分复用WDM 技术为基础，通过类似于SDH 的帧结构及开销处理，保证了类似SDH 的保护和管理维护能力。OTN 继承了SDH 和WDM 技术的主要优势， 很好地弥补了两者的缺陷， 克服了传统SDH 容量受限和传统波分系统组网能力弱、业务调度不灵活等缺点，既能完成业务在电域的处理，也能完成在光域的处理， 而且电域和光域均具有完整的体系结构。同时，OTN 采用了大宽带颗粒调度、 多级串联连接监视、光层组网等新型技术，不仅使原有的光纤资源成百倍地扩容， 还可以使IP 和其他任意业务方便有效地在骨干网上传输。

1.1 OTN 体系结构

OTN 的体系结构由光层和电层2 部分组成，光、电层网络都具备各自的管理监控机制，且光层和电层网络生存性都较好，OTN 技术具备完善的保护功能和良好的监测故障性能。

从纵向分层的角度看，OTN 网络可划分为光传送段层 OTS（optical transport section）、光复用段层 OMS（optical multiplex section）和光通路层。 同时，光通路层又可以划分为光信道数据单元层、光信道传送单元层和光通道层3 个子层， 这一点和SDH 技术中的通道层和复用段层较相似。 本质上可将OTN 技术看成SDH 技术和 WDM 技术的一种结合，具备WDM 技术和SDH 技术的各自优势，并对组网功能进行扩展， 进一步适应了业务的传送需求[1]。

a） 光传送段层。 光传送段层是光信号在不同类型的光媒质上提供传输通道。OTS 定义了物理接口（包括频率、功率及信噪比等参数）。 光传送段开销（OTS-OH） 用来确保光传输段适配信息的完整性， 同时实现光放大器或中继器的检测和控制功能。 整个OTN 由最下面的物理媒质层网络所支持，即物理媒质层网络是OTS 层的服务者。

b） 光复用段层。 光复用段层的作用是提供相邻2 个波长的光传输设备间的光通信信号的传输，为光通信信号提供网络连接。光复用段层可进行光复用的巡检和调控，并提供复用段层的生存性。 同时，光复用层可调节波长路由的光复用功能，解决光复用开销。

c） 光通路层。 光通路层是 SDH、Ethernet、IP、ATM 等电力系统相关格式的客户层信号，光通路层能实现光纤通道的选择、波道的合理划分和连接，实现端点之间电力通信网的连接， 处理产生和插入光通道配置的开销，以及提供波长保护能力等。

1.2 组网模式

基于OTN 的电力通信网的一般组网方式主要有3 种，分别是全光终端复用设备组网、光终端复用设备+光分叉复用设备混合组网、 全光分叉复用设备组网方式。 较为常见和使用最多的是全OTM 组网， 对于这种组网方式而言， 主要连接方式为点对点，同时可以兼容WDM 的网络支持，中继光转换单元 OTU（optical transform unit）或背靠背 OTU 可以实现不同节点间的电中继。 OTN 技术有很好的兼容性， 在电力通信网的组网方式中有着很大优势。 同时，由于OTN 技术在光域中的信息处理能力强，可以实现大颗粒业务的传输与交换，因此通常作为电力通信网的中心节点来进行业务的处理[2]。

1.3 应用方式

OTN 综合了 SDH 和 WDM 的优点。 一方面，它处理的基本对象是波长级业务，提供对更大颗粒的透明传送支持；另一方面，它解决了传统WDM 网络无波长和子波长业务调度能力、组网能力强但保护能力弱等问题。

由于目前以太业务容量的扩展，IP 的网络规模越来越大，中转业务量也越来越大，而电力通信网承载了种类繁多、 数量庞大的IP 业务， 基于OTN的网络技术可以降低系统的处理压力，减少对路由器堆簇的需求。 基于OTN 的网络需汇集上级通信网， 因此必须实现通信传输网的分级应用和构建。总体来说，OTN 技术的应用， 就是业务模式由电方向向光方向的拓展与延伸，提高电力通信网光纤利用效率，提升传输速率和提高通信传输网可靠性和调度灵活性。 具有灵活多样性的OTN 技术应用在电力通信网中，能够有效避免因单一性对通信网造成的不利影响。

1.4 波道配置

电力通信系统中，OTN 业务需求相对固定，业务增长幅度较为平缓， 适合采用波道复用的方式。波道复用的原则如下。

a） 按需配置。 省际与省级电力通信OTN 系统均需要根据业务带宽需求按需进行配置，将数据通信网业务及通信容灾业务作为主要承载对象，预留冗余测试波道，并预留发展余量。

b） 波道复用。 电力通信OTN 系统中宜采用电交叉形态的OTN 设备组建网络，OTN 系统的映射是其最为显著的特点之一， 在进行网络建设时，应充分利用其这一特点， 按照业务在OTN 网络拓扑结构上流经的路径，按照每个波道最大带宽10 GB进行复用，最终确定网络波道需求数量[3]。

2 OTN 在电力传输中的应用

2.1 电力通信系统业务分析

电力系统运行过程中主要依靠电力通信进行数据传输， 电力通信业务主要包括电力生产控制业务和企业信息化相关业务两大类。 以某省电力通信骨干网发展规划为例， 省级骨干通信网流量包括省公司到其直调厂站、省公司到其直属单位、省公司到各个地市公司的业务流量，以及地市公司到直属单位、地市公司到直属变电站、地市公司到直调电厂、地市公司到县公司以及县公司之间的业务流量等。

2.2 断面业务类型以及流量分析

对于省内的骨干通信网，数据通信网将承载省内各市电力绝大部分的信息化智能化业务，包括调度电话、调度数据网业务、视频监控、通信管理信息、企业资源规划业务以及行政电话等业务，具体某省的断面流量如表1 所示。

表1 某省电力通信断面流量表

2.3 系统容量

随着光传送网技术的发展，目前光传输系统的单波容量可达100 Gbit/s，通路间隔可做到25 GHz，即160 波×100 Gbit/s 系统。

根据电力通信网的业务发展需求、 性价比等，在电力通信网中采用单波10 Gbit/s 的系统。系统的波道数量则需要根据网络规模和电路数量确定。在OTN 网络建设中采用80 波×10 Gbit/s 作为OTN网络传输系统。规模小一些的省公司干线通信网建设初期可采用40 波系统，即使远期发展容量不足，适当增配板卡也可平滑升级为80 波， 前提是网架不发生大规模的变化。对于光纤资源逐渐丰富的干线网络， 向Mesh 型拓扑结构演进也是一种在逻辑上提升系统容量的有效办法。 因此，电力OTN 通信网80 波×10 Gbit/s 的系统容量可以满足未来5～10 年的业务增长需求。

3 结论

通过对相关业务的测算分析，以某省电力通信骨干网为例，省级网流量达到2 740 Mb/s。 在所有的业务中，除了企业信息管理一些业务相对颗粒较小，其他的项如配用电信息等业务都占用较大的空间，因此得出市级骨干网适用于传输容量较大而且有子波长调度功能的电交叉型OTN 设备的结论。

OTN 技术作为全新的光传送网技术，继承并拓展了已有传送网络的众多优势特征，是目前电力通信网升级改造的最佳传送技术。 从OTN 技术应用定位上看，OTN 技术及设备已基本成熟， 可广泛应用于省级以上干线传送层面， 而对于OTN 设备组网选择，则应根据业务传送颗粒、调度需求、组网规模和成本等因素综合选择。 通过引入OTN，可提升电力通信专网对高带宽IP 业务的承载、 调度和管理能力，简化网络层次，实现业务恢复迅速、电路调度方便，提高带宽利用率，满足电力通信多元化、宽带化特点的需求。