配網自動化通信系統設計中EPON技術的應用

葛永亮 繆剛 李慶彪

（烏魯木齊電業局，烏魯木齊 830011）

配電通信系統的主要功能是將配網自動化系統當中的主站和開閉所現場當中的所有配電測控終端設備有機連接在一起。配電系統能夠將現場所有配電測控終端設備收集到的各種數據信息資料快速的上傳到配網自動化系統主站中，與此同時還可以把主站系統下達的各項命令有效的下達到現場各個配電測控終端設備上，加強了對配電網的監控力度。此外，EPON技術屬于一種純介質狀態下的網絡，在運行的過程中不再需要在局端和客戶端之間設立有源設備，這就避免了電磁與雷電等對有源設備造成過大的干擾，大大降低了線路出現的故障率，最終確保了系統運行的可靠性。本文主要針對某市配網自動化通信系統在設計的過程中所采用的EPON技術展開討論。

1 EPON結構

EPON的主要結構包括OLT、ODN以及ONU，結構詳情如圖1所示。該技術主要是利用業務節點接口跟各個業務節點有機的連接在一起，從而將用戶網絡接口和用戶所使用的設備連接起來。在這當中ODN是整個EPON結構的核心，主要功能包括向ONU發送必要的廣播數據、有效的控制測控距離、合理的分配帶寬等；ODN的結構表現形式為一點到多點，通常采用的連接方式主要是樹形；而ONU則采用了以太網絡協議，該協議不僅經濟上合理，在技術上也較為成熟先進，它的主要功能包括選擇性的接收從ODN傳來的廣播數據、及時的響應測控距離以及相關的功率控制指令、緩存并發送以太網數據，該結構具有下述幾個優點，分別是在分配帶寬的時候較為靈活、經濟價格合理、具有較高的服務質量、在管理以及維護的過程中更加方便等。

圖1 EPON網絡結構圖

2 配網自動化通信系統設計中EPON的應用

2.1 整體方案的具體設計過程

通信系統可以為各個配電測控終端設備和主站系統之間提供一個良好的通信信道，在配電主站以及子站系統當中分別配置OLT，然后讓OLT完成主干通信網絡的組建工作；接著讓變電站自動化系統及時的將FTU、TTU等數據轉發出去，這樣就建立了一個完善的分支通信網絡。如圖2所示。配網通信系統的主要構成部分包括配電主站系統、配電子站系統、各配電測控終端設備、變電站自動化系統以及通信網絡等。針對主干和分支通信系統進行合理設計，能夠提高配電自動化通信系統本身的可靠性，提高該通信系統的運行質量。此外，在設計的過程中需要考慮到互連通信信道當中存在冗余備份，確定出最終的時刻路由通道。

圖2 基于EPON技術的配電自動化通信系統結構

2.2 主干環狀通信系統的具體設計過程

在核心主站和子站系統之間或者在核心主站和變電站之間構建主干環狀通信結構，并在與OLT上聯相互連接的GE端口上組建主干自愈環網，利用環網保護協議有效的進行ma級業務轉換，能夠確保通信網絡具有良好的可靠性，避免發現單點故障時造成較大的不良影響。

從圖2中可以看出，主干通信系統屬于一種環網結構，包括的節點較多，將其中某一節點作為整個系統的主節點則為主站，而其他的節點均作為傳送節點則為配電子站。在環網結構上面，起到標記主節點作用的兩個端口稱之為主端口和從端口。在一定的周期內，主節點會從主端口處接收到環所發送的HELLO報文，如果端口能夠在規定的周期時間內收到報文，則說明環網系統運行正常；如果沒有收到則表示環網結構出現了故障，出現故障的相鄰節點就會主動的向主節點發送報文，這時就會打開從端口，及時的下達通知讓各個節點改變轉發表，從而快速的切換到新路由狀態下，正常轉發各數據信息。

在消除故障之后，從端口能夠接收到環發送的HELLO報文，那么主節點就會默認環網系統已經處于安全狀態下，從而阻斷從端口，并下達命令通知其他節點各自將轉發表自動刷新，恢復原始的轉發路由。

2.3 分支通信系統技術的具體設計過程

從上圖2可以知道，從子站系統出發沿著電力線敷設光纖，最終到達各個開閉所主要采用了星型組網的方法，子站系統的OLT能夠同時對若干個方向的光纖鏈路進行光口的聚集，而且在這之間的鏈路通過使用EPON技術，能夠在某個終端出現故障的時候避免影響到其他終端，這就大大減少了系統出現的故障次數，縮小了故障影響的范圍，更容易進行管理。

3 EPON技術在配電自動化通信系統應用過程中進行的QoS分析

3.1 典型DBA算法IPACT

IPACT算法的主要工作原理為通過利用REPORT和GATE即（請求幀、授權幀）進行動態的申請，合理的分配帶寬，并將各個ONU緩存其所收集到的所有數據容量利用OLT有效的為ONU分配相應的時隙。不過輪詢周期T具有較大的可變性，而且配電終端的數量是非常龐大的，收集到的各項業務會存在較大的區別，因此該算法有下述幾個缺陷：①由于輪訓周期T具有較大的可變性，在采用IPACT算法的過程中，如果ONU業務相對較少，系統會由于授權幀的發送導致下行信道帶寬出現嚴重的浪費現象，也就是說如果整個網絡狀態處于輕度負載的情況下，會導致輪訓周期大幅縮短，一些ONU就算沒采集到數據，OLT也需要對ONU發送相應的授權幀，這就造成了嚴重的浪費現象；②授權幀出現的優先級問題，相對于其他幀信息來說，授權幀的級別一定要設置成最高的，這主要是由于信道當中所有的數據都發送完畢之后才可以進行授權幀的發送，會導致授權幀抵達ONU的時間過于滯后，造成授權幀的丟棄。這不僅降低了帶寬本身的利用效率，還嚴重拖延了ONU的數據發送時間；③通過采用IPACT算法，ONU在利用上行信道帶寬當中的各種資源時，主要采用了競爭占用模式，如果用戶申請了更多的帶寬，那么分配的帶寬也會同時增多，這時會出現無法支持業務分類的現象，不能進行有效等級的區分，特別在面對一些重要用戶的時候無法提供良好的服務。

3.2 在采用典型DBA算法IPACT過程中進行的改進

由于IPACT算法具有一定的缺陷，特提出了下述幾個方面的改進措施：①OLT在發送授權幀信息之前需要做好對上行鏈路數據流量的實時監測工作，如果數據流量相對較小，就需要在下個輪詢周期T當中，合理的設定一個下限值，確保該下限值不小于T，這就避免了OLT在實際工作中頻繁的進行輪詢，有效的避免了帶寬的浪費現象；②將授權幀的優先級別確定為最高，利用下行鏈路幀信息當中的排隊模型來實現；③在設計的過程中需要將業務隊列優先等級當中采用的DBA算法進行區分，把全部業務劃分為若干個優先等級，確保ONU當中的高優先級別業務隊列能夠獲得優先的服務，不過還需要注意要避免優先級業務隊列給其他低優先級的造成不良影響。

3.3 針對DBA算法進行的改進設計工作

針對DBA算法存在的主要問題做出下述幾個方面的改進：①在每一個周期合理的設置一個最大值TMAX；②給予EF隊列業務實際所需要的帶寬，Hig=HiR，然后計算其他帶寬；③先分配高優先級FE隊列業務的帶寬，然后再分配AF、BE隊列業務的帶寬，并考慮到QoS以及公平性，根據各個ONU當中AF隊列業務第一個幀的具體大小情況，提供合適的帶寬，滿足一個幀的發送需求，最終更新MiR、BAVAIL；④分別給AF隊列和BE隊列設置一個合理的比值權重WAF和WBE，要求WAF+WBE=1，然后將剩余帶寬BAVAIL合理的分配在AF、BE隊列里面，在這當中：

AF隊列分配的帶寬為

BE隊列分配的帶寬為

4 具體實例

某市在配用電通信網中，配電自動化主站系統至變電站采用已建成的電力專用SDH / MSTP光纖網絡，而變電站至終端將采用EPON技術。根據本市配電網絡的實際情況和建設難度，選擇了以EPON技術為主，無線專網技術為輔的通信方式來實現配網自動化。該通信方案很好的實現了配網自動化的“遙信”、“遙測”、“遙控”功能，能對配網的用電數據信息進行及時的采集，能對故障點進行及時的遠方控制隔離，同時也能滿足智能配電小區的通信接入要求。DAS的實現為本市配電網每年節省正常配網施工和故障處理人工費用約340萬元，大大提高了配電網運行的管理水平。

5 結論

本文在配電自動化通信系統中引入EPON技術，設計出基于令牌傳遞技術的改進公平性問題的DBA算法，以滿足配電自動化通信系統中多業務QoS要求的分層調度DBA算法。不論是在配電網自動化的建設過程中還是在智能電網的建設過程中都具有廣闊的發展前景。

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