PTN技術在紹興電力通信網的應用研究

丁偉強，裘衛星，陳德平，張 倩，張曉峰，汪 磊

（國網浙江省電力有限公司紹興供電公司， 浙江 紹興 312000）

0 引言

PTN（分組傳送網）技術作為近年來業界一種新興傳送網技術，已得到廣泛應用。在電力系統通信網中，由于調度自動化、繼電保護等業務對傳輸通道的高要求，以及電網通信基于主流成熟技術構建的傳統，十幾年來電力系統一直以SDH/MSTP（數字同步系列/多業務平臺）網絡為主干傳輸網絡，PTN網絡的發展起步較慢，目前尚未得到廣泛應用。隨著電力通信數據網、配電自動化以及機器人巡檢、智能消防監控等諸多新系統的建設投運，對電網實時IP（互聯網協議）業務保障提出了更高的要求，現有的SDH通信網從帶寬和應用靈活性上都難以滿足不斷增長的業務需求，急需尋找一種新的安全可靠的通信方式來支撐新增的海量IP業務通道需求。

紹興電力PTN項目于2015年投產，在浙江電力率先進行了應用試點，在2年的運行中，通過構建不同的業務應用場景，積累了一定的應用經驗。以下通過對PTN技術方案的介紹和在安全性、可靠性方面的論述，為電力通信網如何彌補傳統SDH網絡的局限提供了新的思路和有益的參考。

1 概述

1.1 PTN技術特點

電信業務IP化是業界主流的發展趨勢，在這一大趨勢下，傳送網將逐步向適應IP化業務承載的方向發展。IP化的業務具有帶寬突發性、峰均值比較高等特點，如何實現高帶寬、高QoS（服務質量）、高安全承載和電信級的監控管理是當前必須考慮的重要問題。SDH/MSTP技術承載IP化業務的效率較為低下，以太網技術QoS能力不足，保護機制不完備，路由技術OAM（操作管理維護）能力較弱。

PTN技術是基于分組交換內核的、面向連接的多業務統一傳送技術，它融合了傳送網和數據網絡的優勢，旨在構造電信級的面向連接的分組承載網絡。PTN繼承了SDH電信級的OAM和保護倒換優勢，融合了以太網高效統計復用的優點，以分組的內核實現端到端業務調度、監控保護、QoS保證等類似SDH的電信級性能，是傳送網的較好技術選擇。

1.2 PTN技術在電力系統的應用現狀

由于電網通信業務部門對通道安全性可靠性的特殊要求以及對新技術應用的審慎考慮，在電信運營商大規模采用PTN技術進行傳送網建設后，國家電網公司部分網省公司才開始進行PTN技術應用。目前，山東電力PTN網絡為國網公司最大的PTN網絡，采用PTN技術建設了省級視頻會議系統承載網絡、省級超高壓數據承載網絡、各地市城域網等；湖南電力建設了長沙至岳陽的PTN試點網絡；河北電力全部地市采用PTN技術進行了農網改造；河南電力在6個地市進行了PTN網絡建設。浙江電力也在紹興等個別地市開展了PTN技術試點應用。

2 PTN技術方案分析

2.1 PTN技術安全性方案

傳統的SDH/MSTP網絡以時隙為單位進行業務隔離，以達到保證業務安全性的效果。SDH業務隔離模型如圖1所示。SDH提供的是以時隙號為唯一標識的不可修改的固定速率管道。

PTN采用MPLS-TP（多協議標簽交換傳送應用）協議進行業務的轉發，針對每個業務建立不同的LSP（標簽交換路徑）。每個業務獨享屬于自己的LSP通道，如圖2所示。

PTN通過MPLS VPN技術對業務進行深度隔離。MPLS VPN的網絡采用標簽交換，1個標簽對應1個用戶數據流，非常易于用戶間數據的隔離，利用區分服務體系可以輕易解決困擾傳統IP網絡的QoS/CoS（服務質量/服務類別）問題，MPLS自身提供流量工程的能力，可以最大限度地優化配置網絡資源，自動快速修復網絡故障，提供高可用性和高可靠性。

圖1 SDH業務隔離模型

圖2 PTN業務隔離模型

SDH和PTN兩種技術，一個是剛性管道，一個是彈性管道。但從業務隔離的角度，兩者提供的隔離能力是一致的。

2.2 PTN可靠性技術方案

PTN網絡層面的保護技術主要包含線性保護和環網保護，線性保護主要包括1+1LSP保護、1∶1LSP保護等，環網保護包括Wrapping（環同）保護、Steering（源操控）保護2種機制，在具體的網絡應用中，可能存在不用的保護機制混合應用的情況。

線性保護1+1LSP保護和線性1∶1LSP保護均遵循G.8131標準，2種保護機制原理簡單，倒換速度快，是目前應用最多的保護機制。

Wrapping保護和Steering保護均遵循G.8132標準，是基于段層的保護機制，類似于SDH的復用段保護原理，在故障處相鄰兩節點進行橋接，采用TMN（電信管理網）層OAM中的APS（自動保護倒換）協議，實現小于50 ms倒換。

當PTN設備與交換機、路由器等終端設備互連時，PTN支持不同層面設備之間的保護，如LAG（鏈路聚合）保護和雙歸屬保護，可以實現業務跨不同系統的端到端保護。

2.3 PTN技術承載效率分析

對于以太網和IP業務來說，PTN承載效率明顯高于MSTP，因為MSTP需要通過GFP（通用成幀協議）或者LAPS（鏈路接入規程-SDH）把以太網幀封裝到TDM（時分復用）的虛通道中，這個過程會增加封裝的開銷以及處理的時延；而對E1等TDM業務而言，MSTP的承載效率要高于PTN。

目前電力系統基于IP的數據業務，其流量遠遠大于TDM業務。因此，隨著電力綜合數據業務的逐漸發展，采用PTN網絡的業務承載效率要明顯優于MSTP網絡。

2.4 PTN同步時鐘技術方案

2.4.1 頻率同步

PTN網絡承載CES（電路仿真）業務（如E1電路仿真業務）時，需提供業務時鐘的透明傳送，保證發送端和接收端的業務時鐘具有相同的、長期的頻率準確度。目前，業界主流的頻率同步方法是基于同步以太網接口進行頻率同步分配。

同步以太網是一種采用以太網鏈路碼流恢復時鐘的技術，在物理層以太網與SDH一樣采用串行碼流方式傳輸，接收端必須具備時鐘恢復功能，否則無法通信。

2.4.2 時間同步

傳統實現網絡時間同步的方法有NTP（網絡時間協議），與傳統授時技術相比，IEEE 1588 v2有明顯的優勢。其采用雙向信道，精度達到ns級，費用低，能適應不同的接入環境等。在對精度要求不斷提高的行業背景下，1588已成為一種發展的必然趨勢。提供高精度的時間同步（相位同步）是PTN技術的特色之一，PTN設備都支持IEEE 1588 v2協議，通過在分組網絡中傳送PTP（點到點）時間消息報文，采用一定的算法計算出時間偏差和鏈路時延并進行修正，從而實現時間的精確同步。

3 PTN在電力通信網的應用分析

3.1 在農網的應用

農村電網以前是由地方政府投資和建設，通信網絡相對落后，各種技術和產品使用的種類過多，網絡的統一性、完整性和技術演進能力差，省電力公司回收農網之后亟待對農網通信網絡進行改造升級或重建。

農網的業務幾乎全部為分組業務，因此非常適合PTN建網。使用PTN建設一張電信級的承載網絡，既可當作傳輸網使用，又可當作數據網使用，實現數據網和傳輸網的融合，與傳統傳輸網與數據網分別建網模式相比減少了網絡建設成本和維護成本。農網組網模式如圖3所示。

圖3 農網組網模式

農網使用PTN組網時可以是環型、鏈型、相交環、相切環、網狀網等網絡拓撲，在縣調度中心可以部署一臺大型或中型PTN設備，在35 kV變電站可以部署中小型PTN設備，線路速率選擇1GE即可，自動化裝置、保護裝置等設備可以直接通過FE接口連接到PTN設備，由PTN設備實現業務的傳送和匯聚。

3.2 在地市網的應用

地市PTN網絡作為既有MSTP網絡的補充，主要用于承載具有突發性的分組業務和少量的TDM業務，MSTP網絡主要用于承載TDM業務和少量分組業務，這樣可以隨著業務IP化的發展實現網絡的平滑演進，PTN網絡起到承前啟后的作用。對于PTN暫時未覆蓋到的區域還可以繼續使用既有的MSTP提供傳輸通道，在一段時間內PTN和MSTP將共存，PTN設備完全可以和MSTP設備通過FE/GE/E1/STM-1等UNI（用戶-網絡接口）互聯互通。地市到縣的PTN建網模式如圖4所示。

城網中MSTP已普及到110 kV變電站，傳輸速率為622 Mbit/s或2.5 Gbit/s。隨著智能電網建設的推進，一批新興分組業務涌現出來，如配電自動化、用電信息采集、視頻監控、電動汽車充放站等業務對系統傳輸帶寬和接入能力有較高要求，現有MSTP網絡面臨擴容壓力。使用PTN組建新的城域傳送網，則可滿足帶寬需求和新業務的快速開通，城網PTN組網模式如圖5所示。

圖4 地市到縣組網模式

圖5 城網組網模式

城網PTN組網地調使用大容量的PTN設備，市內110 kV變電站使用中等容量的PTN設備，OLT（光線路終端）設備通過FE/GE接口上聯。

4 紹興電力PTN網絡的應用

紹興電力PTN建設項目涉及縣區的電力綜合業務承載，包括47臺PTN節點設備。

承載的業務包括：傳輸調度數據網E1業務、配電網自動化、視頻業務以及信息、用電信息采集、變電站智能監測等數據業務。

為適應新建PTN網絡和原有MSTP/SDH網絡共存的狀況，合理安排TDM業務和IP業務的承載方式，靈活分配通道資源，在紹興電力地區通信網匯聚層將PTN網絡和MSTP/SDH網絡對接組網，滿足部分接入層設備窄帶業務和臨時業務的端到端調度和使用。網絡拓撲如圖6所示。

圖6 紹興電力PTN匯聚層組網示意

紹興電力配網自動化數據業務典型應用模型如圖7所示。

圖7 紹興配電網通信組網方式

不同的業務通過PTN網絡的TUNNEL（隧道）和PW（偽線）標簽進行區分和隔離，在實際網絡規劃中，確定了Tunnel Lable值分配原則、PW出入標簽分配原則、以太網業務VLAN-ID及2M業務PW標簽的分配原則等。

5 結語

電力通信承載網作為電力通信網的底層網絡，受到用戶需求和業務應用的直接驅動，其基本特征是業務類型多樣化和業務流向流量的不確定性。隨著越來越多的電力應用系統向IP遷移，將會對電力的承載網絡提出了非常高的要求和更大的挑戰，PTN技術以其易用、靈活、可靠的特點，無疑是構建新型電力通信網的一個優勢選項。

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