EPON技術在用電信息采集系統遠程通信網絡中的應用

林長錐，孫建平，賀 鵬

（華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

EPON技術在用電信息采集系統遠程通信網絡中的應用

林長錐，孫建平，賀 鵬

（華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

提出用電信息采集系統遠程通信信道的建設是用電信息采集系統建設的重要組成部分。針對用電信息采集系統遠程通信的需求及配電網拓撲結構的特點，描述了以太網無源光網絡EPON技術在用電信息采集系統中的應用方式。介紹了一種采用EPON技術的用電信息采集系統遠程通信網絡，并分析了EPON網絡的通信原理以及該技術在用電信息采集系統中應用的優缺點。最后，結合EPON技術的特點，說明該技術也可以應用在用電信息采集系統的本地通信中，為實現“全覆蓋、全采集、全費控”目標做應有的貢獻。

用電信息采集系統；以太網無源光網絡；光纖專網

0 引言

用電信息采集系統[1]是智能電網建設的重要組成部分，它承擔著用電信息自動采集、高效共享和實時監控的重要任務，是智能用電服務體系的重要基礎。用電信息采集系統，是建設堅強智能電網的前提，為“分時電價、階梯電價、全面預付費”營銷業務策略的實施提供技術保障。

用電信息采集系統中遠程通信信道的建設至關重要，它是用電信息采集系統實現其各功能的技術基礎，所以采取何種通信技術來保證采集終端與系統主站之間進行可靠、實時和安全的通信是建設用電信息采集系統的關鍵。文章將介紹一種遠程通信采用以太網無源光網絡EPON（Ethernet Passive Optical Network）[2]技術的用電信息采集系統。

EPON是一種點到多點的光接入網絡，二層采用802.3以太網幀來承載業務的無源光網絡PON（Passive Optical Network）系統，其最大的優勢是拓撲結構十分靈活，節省光纖資源，系統的可靠性較有源光網絡高。

1 EPON網絡簡介

以太無源光網絡（EPON）是一種新型的光纖接入網技術，采用點到多點結構，由網絡側的光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、用戶側的光網絡單元ONU（Optical Network Unit）和光分配網絡ODN（Optical Distribution Network）組成，其中的ODN由無源設備構成[3]。圖1為一種典型的EPON通信網絡結構。

圖1 EPON網絡結構

OLT是一個提供多業務的平臺，提供面向無源光網絡的光纖接口（PON接口），起著匯聚ONU的作用。OLT除了有網絡集中和接入的功能外，還可以針對電力用戶的實際需求進行帶寬分配等功能[4]。在用戶側的ONU可為用戶提供網口及其他接口。

O L T放在變電站機房，O N U放在變壓器側的用戶設備端附近。POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，是一個連接OLT和ONU的無源設備，安裝于線路上的光纖分支箱內。典型的EPON系統采用的是單光纖雙向傳輸方式，上行使用的波長為1310nm，在上行通信時采用時分復用TDM（Time-Division Multiplexing）方式，各個ONU根據OLT指定的時間發送信息，ONU發送的信號只會到達OLT而不會傳到其他的ONU；下行使用1490nm波長，在下行傳輸時采用的是廣播方式，OLT發送的信號通過ODN傳輸到用戶單元ONU[5]。

2 EPON網絡拓撲結構

從EPON技術發展至今，其在電信行業的技術和設備已經較為成熟[6]。近幾年，隨著智能電網的不斷推進，在電力網中所采用的通信技術也不斷地革新，由于EPON技術本身的優勢特性，EPON技術在電力行業中也引起了廣泛的關注，已被應用到配電網領域。但是，與傳統的電信行業相比，由于配網的特性及電力運營商自身的特點，在采用該技術時，需要在網絡設計、應用環境、工程安裝等方面進行改進以滿足電力行業通信的需求。EPON技術最突出的優勢就是網絡拓撲結構比較靈活，可以組成星型、樹型、總線型、環型等拓撲結構，如圖2所示。

圖2 EPON網絡拓撲結構

相比于其他通信技術而言，用電信息采集系統遠程通信中采用EPON組網具有很多明顯的優勢。

a）具有較寬的傳輸頻帶，理論值可達到1.25Gb/s，其通信容量大。

b）由于EPON采用的是無源技術，所以設備使用壽命比較長，維護方便。

c）組網靈活，具有星型、樹型等多種網絡拓撲結構，適合配電網的網絡結構。

d）在信息傳輸過程中，其損耗較小，傳輸距離比較遠，無需中繼設備，最遠可達到20km。

e）采用該種技術，其信息傳輸的安全性較高，抗電磁干擾能力強。

f）無源光網絡設備簡單，運行維護成本低。

但是，在建設EPON網絡時也需要認識到該技術的不足。

a）在確定采用何種分光比的分光器時，需要綜合考慮ONU與O L T之間的距離、插入損耗的因素，需要專門設計安裝方案。

b）EPON網絡具有冗余保護功能，所以其成本較高。

c）可擴展能力不夠好，在已建好的EPON網絡中，若想新增一個節點，就得重新計算分光器與ONU之間的關系。

3 EPON遠程通信組網

用電信息采集系統可分為主站層、通信信道層以及采集設備這三個層面，其中的通信信道層連接的是系統主站與采集層之間的通信，稱為遠程通信，一般采用配電光纖專網、無線專網、GPRSCDMA3G等無線公網和載波通信等技術。

光纖專網是一種電力公司內部的通信網絡，是根據電力用戶用電信息采集系統而總體規劃建設的，覆蓋全網的配電線路。目前，35kV及以上的變電站已形成骨干光纖網，具備了向下延伸的網絡基礎。光纖專網可分為有源網絡和無源網絡，在用電信息采集系統遠程通信中，以太無源光網絡（EPON）具有可以在多叉樹型拓撲結構（與現有配電網的拓撲結構吻合）的網絡下實現高速的光纖通信、較強的適應性、較好的可擴展性、信道建設成本和維護成本低等技術優勢。采用EPON光纖專網進行遠程通信的用電信息采集網絡框架結構如圖3所示。

圖3 EOPN通信網絡架構圖

現有的光纖骨干網絡基本上都采用SDH/MSTP技術，用電信息采集系統主站與變電站之間的通信就是利用現有的骨干光纖通信網絡來實現諸多電力業務的傳輸。從圖3可以看出，用電信息采集系統的遠程通信可分為兩個部分：主站到變電站（OLT設備）之間的光纖骨干通信網絡和OLT設備到ONU設備之間的光纖接入通信網絡。

EPON無源光纖專網建設的重點是光纖接入網，即OLT與ONU之間的通信。ONU設備和采集終端通過以太網接口連接，向上通過EPON無源光纖將采集到的電力數據傳輸給OLT，OLT負責將數據信息綜合，進而通過IP方式接入骨干光纖通信網，最后傳輸到達主站系統，主站系統也通過IP的方式對EPON網絡中的ONU設備進行網絡管理和數據訪問。

［1］ 陜西省電力公司，陜西省電力職工培訓中心.用電信息采集系統應用技術［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］閻德升.EPON——新一代寬帶光接入技術與應用［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［3］ 克雷默.基于以太網的無源光網絡［M］.陳雪，譯.北京：北京郵電大學出版社，2007.

［4］ 程哲，石堅，宋開衛.基于以太網的無源光網絡（EPON）的網絡管理系統［J］.計算機與數字工程，2007（7）:59-62.

［5］ 張浩，卜憲德.EPON技術在用電信息采集系統中的應用［J］.電力系統通信，2010，213（31）：42-45.

［6］ 酈清，管瓅莉.EPON技術在電信接入網演進中的應用［J］.科技信息，2009，27（5）:23-26.

The Application of EPON in Remote Communication of Electric Information Acquisition System

LIN Chang-zhui，SUN Jian-ping，HE Peng
（Electrical and Electronic Engineering College，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The remote communication channel of electric information acquisition system is an important part of the electric information acquisition system.Aiming at the needs of remote communication in electric information acquisition and the characteristics of distribution network topology，this paper describes the application of EPON in electric information acquisition system.The article introduces a remote communication network based on EPON in electric information acquisition system，analyzes its communication theory，and the advantages and disadvantages of EPON are given.Finally，according to the features of EPON，it is proved that EPON can also be used in local communication in electric information acquisition system,which will realize the target of“all cover，all collection，all fee-control”.

electric information acquisition system；EPON；fiber private network

TM933

A

1671-0320（2012）05-0036-03

2012-06-27，

2012-07-21

林長錐（1986-），男，福建三明人，現為華北電力大學電子與通信工程碩士研究生，研究方向為電力通信；

孫建平（1974-），男，河南南陽人，2003年畢業于北京大學電子科學與技術專業，副教授，碩士生導師，研究方向為傳感器件與檢測技術等；

賀 鵬（1987-），男，山西呂梁人，現為華北電力大學電力系統及其自動化專業碩士研究生，研究方向為基于高級量測體系的智能配電網。