山東電力省級OTN光傳輸網的建設及應用

林清海，孫海蓬，翟 彬，欒宏之

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

國家電網公司“十二五”通信發展規劃中明確提出建設“數字化電網，信息化企業”、部署“廣域相量監測系統”等要求，使得電力生產對通信網帶寬、容量、質量、安全等方面提出了更高要求，傳統電力調度生產業務類型將由64 k、2 M等轉向GE、10GE等大顆粒IP型業務，生產實時類業務和非生產類信息業務的帶寬也將迅速增長，并集中向調度端匯集，因此，電力傳輸專網必須引進適合IP業務承載的技術，構建下一代骨干傳送網[1]。

1 省級光傳輸網第二平面建設的提出

1.1 山東電力省級光傳輸網發展概況

山東電力光傳輸網，自1999年開始分一、二、三期光纜工程和基建配套通信工程建成。隨著全省近幾年光傳輸網的建設，至2010年底共建成光纜總長度近3萬km，光通信站1 700多個。架設的光纜主要有全介質自承式光纜（ADSS）和光纖復合架空地線（OPGW）兩種，110 kV及以下線路主要采用 ADSS，220 kV線路主要采用 OPGW，500 kV線路則全部采用OPGW。

至2010年底，省級光傳輸網光纜（含接入500 kV變的入城光纜）總長度6 350 km，經過近200個通信站，光路傳輸距離約8 000 km。在“十一五”期間，山東電力省級光纜通信利用基建連續“雙過千”的有利時機，建成了以500 kV線路 OPGW光纜為主要傳輸載體，容量為2.5 Gb/s+10 Gb/s的MSTP網絡，覆蓋了全省所有500 kV變電站、地市公司和主要省調直調電廠，網絡結構為“五橫三縱”，并正逐步向網狀網發展。目前2.5 Gb/s環網已基本形成1+1鏈路組網方式，10 Gb/s環網正在向1+1完善。干線環網內新建500 kV變電站均以10 Gb/s和 2.5 Gb/s速率（1+1）接入，支線地市公司、直調電廠及新建500 kV變電站均以2.5 Gb/s速率（1+1）接入。

1.2 山東電力省級光傳輸網存在的問題

受電網建設特點限制，電力光傳輸網由分期逐段建設的多項通信工程建成，每項工程受建設規模和資金限制，主要滿足本期工程的通信業務需要。光傳輸網建設的專項通信工程中，往往一個環網的建成需4～5個工程，全部依附基建配套工程建設多達10個工程。即便在宏觀層面進行了統一考慮，但網絡整體性較差，不符合通信系統“全程全網”的內在要求，無法發揮網絡的整體效益，二平面建設前存在諸多薄弱環節[2]。

1）省級網絡帶寬容量基本飽和，優化后富余度不大。目前省級MSTP 2.5 G和10 G環網帶寬容量已基本飽和，其中調度數據接入網、調度管理網、數據通信網和ATM等業務還未考慮保護，調度數據網II平面尚未開通。

隨著國網公司以及山東電力集團化運作、精益化管理的不斷深入，SG186信息化項目快速推進，特高壓、外電入魯等項目逐步實施，ERP、生產MIS、營銷等系統將集中上線運行，調度數據網及綜合數據網也將進行擴容，同時，智能電網的建設和發展，較傳統電網增加了信息的收集和整合以及對業務的分析和優化，新增通信業務容量大量增加，即使對2.5 G和10 G環網進行雙環優化，現有傳輸網仍無法滿足擴容后需求。

2）電網改造頻繁，導致通信業務過渡困難。國網一級干線在山東光纜里程超過1 600 km，覆蓋山東大部分區域，涉及到的通信站點共計12個，全部為鏈型電路，在一次電網改造時，通信業務過渡困難，急需2.5 G顆粒迂回轉接。電網改造頻繁且周期較長（大多5天以上），華北網和省網雖然成環，但開環運行時間過長會導致傳輸網運行的壓力增大，發生光纜中斷時會造成大量通信業務的中斷。

3）業務種類快速轉型，通信傳輸制式及接口不適應IP化發展趨勢。除線路繼電保護業務仍為TDM電路交換方式外，大量業務應用迅速向分組化、網絡化轉換。IP數據業務已占通信網絡容量的90%以上，并將繼續提高。現有的光通信網采用MSTP多業務傳輸平臺技術體制，核心技術采用電路交換，不適應數據業務的突發性特點，無法實現帶寬動態分配。

4）現有網絡結構不完善。現有MSTP光傳輸網絡大多隨一次系統分期建設，局部光纜網絡不完善，沒有完全形成網狀網，網絡的保護和自愈能力受到限制，一旦發生斷纖等網絡故障，網內的某些節點將成為孤島，不能對業務提供可靠保護；網絡的業務保護方式比較單一，缺少先進的保護、恢復和路由選擇功能；部分業務調度需要層層轉接，維護比較復雜、業務開通時間較長；網絡管理難以適應網絡拓展新業務的需要，不同的業務無法做到差異化管理。

5）地市公司接入500 kV站光纖問題較多。 大多數地市公司的出局光纖存在纖芯不足的問題，光通信系統的整體備用纖芯有限，東營、萊蕪、日照公司甚至已經沒有額外的纖芯可用，通過繼續增加SDH電路來進行擴容存在一定的困難。而且入城光纜易受外力破壞，可靠性不高。

1.3 省級光傳輸網第二平面建設的必然性

國家電網公司做出了以建設堅強智能電網為主線，以推進“三集五大”工作為重點，加強“三個建設”，推進“兩個轉變”的戰略部署，建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，構建以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網的戰略發展目標，堅強智能電網建設和“三集五大”管理模式是“十二五”期間電網發展的主要特點。

電力光傳輸網依賴電網建設和服務于電網的特殊性，必然需對光傳輸網進行完善優化，利用DWDM技術建設光傳輸網的二平面是最優的選擇[3]。

1）電網生產建設的需要。隨著堅強電網的建設，同樣建設了可靠的光纜，電網發展到哪里，光傳輸網就建到哪里。電網發展更需要高可靠的光傳輸網提供通信服務，但隨電網結構調整對傳輸網進行的改造，造成一些薄弱環節和安全隱患。DWDM通信技術對SDH業務的透傳功能，可以快速靈活的過渡2.5 G或10 G大顆粒業務，保持原有SDH網架結構不變。解決光纜中斷時業務的過渡問題，降低傳輸網運行的壓力，大大提高網絡的可靠性。

2）光傳輸設備技術經濟效益的需要。光傳輸設備壽命長，技術更新快，壽命期內采購到同型號的設備困難，同一網內相同型號的設備更能充分發揮網絡的整體效益。從實際情況來看，光傳輸網建設雖適度超前，因電力光傳輸網的建設特點，造成網絡功能降低，沒有實現投資效益的最大化。現有省級傳輸網采用SDH/MSTP技術體制，擴容潛力有限，大容量DWDM技術應用成熟，衍進的交叉功能更使組網和電路調度的靈活性更強，性價比高。

3）業務發展的需要。服務好電網企業，不但要滿足電網生產業務的需求，還要滿足公司經營管理和信息化建設的需要，需快速及時地提供高可靠、大容量、多類型、多用戶的業務。MSTP/SDH技術體制雖能夠較好地滿足調度、保護、調度數據網等生產業務傳輸，但用于承載經營管理信息業務時，存在業務流向、流量、接口諸多不適之處。DWDM技術支持多種客戶信號封裝和透明傳輸，對高帶寬數據客戶業務的適配和傳送效率顯著提升[4]。

2 山東電力省級光傳輸網第二平面建設原則及方案

2.1 第二平面建設原則

2.1.1 網絡運行可靠性

合理選擇布點位置，覆蓋省、備調中心及所有500 kV變電站及地市公司，利用220 kV及以上等級可靠性較高的OPGW光纜。主、備調同時形成異地容災備份。

依托可靠性較高的500kV骨干光纜，以500 kV變電站為支撐節點來構建網絡的堅強網架，地市公司作為業務接入點以支路的形式（1+1）接入骨干網架。

省中心作為山東電網調度的中心樞紐，設置兩套位置及拓撲相對獨立的設備作為冗余備用，保證山東電網需要的生產管理及調度數據信息業務安全、快速、及時的傳輸至中心站，同時減輕中心站的帶寬壓力。

采用網絡中可靠的保護機制和恢復機制，利用ODUk SNCP保護方式，通過電層交叉的雙發選收功能進行保護。

2.1.2 業務通道安全性

按照電路層、通道層、傳輸媒介層三層分別建設；電路層不影響其他電路業務；通道層、傳輸媒介層業務端口不變，只調整保護通道和承載保護通道的傳輸層。

圖1 光傳輸網二平面建設方案

省級光傳輸網主要承擔省調至地調、超高壓公司、500 kV變電站和省調統調電廠的業務，省級光傳輸網的業務由省中心站與各供電公司、500 kV變電站、省調發電廠之間建立物理上兩個相互獨立的傳輸通道分別承載。

2.1.3 資源利用充分性

符合規劃要求。堅持目標明確、結構合理、層次分明、遠近結合、局部服從整體的原則。

充分利用已有光纜。分析光纜的可用性，積極整合現有光傳輸資源，發揮已建光纜的作用，提高通信網整體性能。

2.2 第二平面建設方案

山東電網覆蓋區域較廣，構建單環對系統性能要求較高[5]，而且可靠性不強，借鑒原MSTP網拓撲結構，依托各500 kV變電站及其配出光纜構建骨干層框架，形成南北兩個主干環網結構，環網容量為40×10 Gb/s，覆蓋山東所有29個已投運500 kV變電站及18個地市公司（含超高壓），部分末端500 kV變電站以支線接入主干環網，各地市公司以兩條相對獨立的物理路由接入所在地區的500 kV變電站。同時根據已建光纜資源，形成南北環之間N條聯絡線[6]，保證相對獨立的南環和北環在各自斷纖的情況下可通過這幾條聯絡線保持鏈路的通暢。省公司雙冗余節點及備調節點作為信息匯聚中心分別連接南北環，保證所屬17地市公司信息的高可靠性匯聚。

隨著光纜資源的不斷豐富，網絡遠期將逐步形成Mesh型拓撲結構[7]，任意一點至省公司均具備2條以上的路由，當某條路由發生故障時，將通過GMPLS智能恢復功能，自動尋找另外一條備用路由，從而實現網絡業務的恢復。省級傳輸網二平面方案見圖2。

3 山東電力省級光傳輸網二平面建設及應用

山東電力省級光傳輸網二平面采用DWDM技術體制，于2011年5月正式建成投運，北環共16個節點，跨段全長約1 600 km，南環共14個節點，跨段全長約1 200 km。初期主要解決省到地市快速增長的高帶寬IP數據業務需求，實現了18地市公司（含超高壓）至省公司20 Gb/s直通帶寬，至備調10 Gb/s直通帶寬，至500 kV變電站10 Gb/s直通帶寬，承載有PTN 10GE、SDH 10G及2.5G、PTN GE等業務，基本滿足未來五年省到地市業務傳輸需求。

圖2 光傳輸網二平面建設目標

3.1 設備選型

山東電力省級光傳輸網二平面共新建50個通信節點，全部采用華為提供的OSN6800及8800設備，該系列設備支持光、電融合交叉功能，其中光交叉（ROADM）為基于單個波長的交叉，支持任意波長到任意端口的指配，配合可調諧波長轉換器，可實現光網絡波長自由上下；電交叉（OTH）為基于單個ODUk顆粒的交叉，支持任意ODUk到任意波長的交叉，可以實現業務的端口到端口靈活調度。雖然純光層配置組網具有節省成本、實現簡便、減少故障點等優勢，但是根據電力專網業務傳輸的特點，核心節點大量業務經常需要復雜的無規則的時隙轉接，而且業務的顆粒大多為子波長級的ODU0、ODU1、ODU2等，同時長距跨段必須通過電再生的方式實現信號的傳輸，電交叉功能又可有效解決波長阻塞等問題，綜合比較，光電融合交叉型設備是最適合山東電力省級傳輸網二平面建設的設備類型。

網絡的骨干節點設備部署ROADM功能模塊，采用ROADM純光層配置，站點的維度取決于目前站點的光方向及后期可能達到的光方向，以次實現任意波長的多方向調度，網絡接入節點及信息匯聚中心節點（業務上下終端節點）部署OTH電交叉功能，實現網絡對子波長級（ODUk）業務的靈活調度，在10 G/2.5 G/GE業務多樣化的今天可以提高效率，提高波長利用率。通過設備的電交叉功能，還可利用省級電路交叉實現地市級傳輸網網絡結構的優化，如A市電網由于覆蓋區域問題，處于末端節點的某220 kV變電站只能通過單路由接入A市調度中心，通過與B市的500 kV變電站省級DWDM設備的鏈接，可分別在B市500 kV變電站、B市地調、省公司、A市地調做電交叉電路，實現該220 kV變電站至A市地調的第二條電路溝通。

3.2 網絡保護方式

網絡保護方式采用特有的ODUk SNCP（即E-SNCP）保護[8]。相對傳統的基于光功率判斷的1+1保護，E-SNCP保護倒換更為準確可靠，通過電層交叉單元實現對業務的雙發和選收，每個傳輸方向的保護通道都與工作通道走不同的路由，即發送端通過橋接的方式分別通過子網1（工作SNC）和子網2（保護SNC）將業務傳向接收端，而接收端則通過一個倒換開關按照倒換準則從兩個方向選取一路業務信息。而且因為主備路由均通過電層配置，可以通過網管實現便捷管理和控制，不再像傳統OTU 1+1保護一樣難以控制和管理。

各地調至500 kV變電站均采用雙路由1+1保護，業務側客戶信號經過線路板后采用電交叉方式生成（復制）兩路相同波長信號，分別傳至不同的合分波板，經過不同的光纖路由傳至500 kV變電站的ROADM站點，實現信號的東西向傳輸，實現備份的功能。環網節點間采用ROADM光交叉功能，分別向東西向同時傳輸，實現業務互為備份保護的方案。

3.3 網絡規劃

遠期結合特高壓直流光纜的建設，將形成省備調中心間至少6條直達路由，有效實現通信網絡容災建設要求。當網絡達到一定程度的MESH化后，開啟ASON功能，加強網絡保護功能的同時，更能對重要業務實現不同服務等級（SLA）的保護設置。

逐步實現地市公司的跨地區接入，從而滿足地市公司通過三個以上方向接入干線環網的結構，提高地市公司匯聚業務的可靠性[9]。

由于現有骨干MSTP環網容量瓶頸問題，省級傳輸網二平面的建設將覆蓋省內所有500 kV變電站，依托可靠的500 kV光纜組網，并解決遠期智能電網發展帶來的500 kV變電站業務增長需求，如綜合數據網、高清視頻監控、輸變電在線監測、集控一體化等業務。

通過以上過程，組建了層次結構清楚，業務恢復迅速，電路調度方便，帶寬利用率高，網絡生存性、擴展性良好的山東電力省級光傳輸網二平面通信網絡，解決了山東電力現有省級一平面網絡帶寬接近飽和、網絡保護和自愈能力受限、網管分層不清晰等問題，提高了省調至500 kV站、地區供電公司、統調電廠的電路傳輸帶寬，滿足了智能電網建設和公司現代化管理的業務需求。

4 結語

隨著電網一次網架的改造和建設，光纜資源的增加、ASON技術的引入以及新型號設備的出現必將推動山東省級傳輸網二平面網絡結構的完善和優化。當然，網絡建設將是一項長期穩步推進的工作，需要逐步發現問題并解決問題，以最大化的建成一個高穩定度和高可靠性的省級傳輸網。