淺談PTN設備在電力通信傳輸網中的應用

王 琨

（南方電網畢節供電局通信班，畢節 551700）

1 引言

在電力信息化建設和智能電網發展的大背景下，通信業務發展已經明確地呈現出IP大顆粒化的趨勢。PTN作為傳輸與分組技術融合的新技術，其承載IP業務的優勢非常明顯。在今后的電力通信網建設中PTN將會扮演越來越重要的角色，并且必將逐步成為新一代主流傳輸技術。畢節供電局PTN應用研究項目旨在通過對畢節供電局核心站點建立一張完整的PTN網絡以研究及驗證PTN網絡對電力通信業務的安全承載及發展等問題，以滿足各種專線業務及規劃建設中的調度數據網、綜合數據網等的需求，并向著ALL IP的方向演進。

2 畢節供電局PTN行業應用研究項目概述

電力通信網是確保電網安全、穩定、經濟運行的重要手段，也是建立集約、高效的現代化電力企業的重要基礎。在傳統的SDH通信傳輸體系中，基于2Mb/s的基本業務單元是以固定的電路時隙復用和交換的方式實現業務傳送的，而建立在SDH傳輸平臺上的MSTP體系雖然具備多業務承載能力，但是這種基于TDM內核的技術使其在承載IP分組業務時效率較低、配置復雜，并且靈活性也較差。為了實現對上層業務的高效承載，有必要建設新一代的多業務傳輸平臺。PTN（Packet Transport Network，分組傳輸網）技術的出現，正好迎合了電力通信網發展的新需求。PTN是面向分組的通用交叉技術，它繼承了SDH/MSTP傳輸網的諸多優點，如良好的可擴展性、豐富的操作維護功能、快速的保護倒換等，同時還增加了更適合數據業務傳輸的特性，如分組交換、統計復用、采用了面向連接的標簽交換、分組QoS機制、靈活動態的控制面等。PTN技術支持多種基于分組交換業務的雙向點對點連接通道，具有適合各種粗細顆粒業務、端到端的組網能力，提供了更加適合于IP業務特性的“柔性”傳輸管道；電力保護數據等的實時性要求保護切換的時間是PTN在電力應用的重點，點對點連接通道的保護切換可以在50毫秒內完成，可以實現傳輸級別的業務保護和恢復。

畢節供電局于2015年建成南方電網首張覆蓋供電局全網PTN工程，本次PTN應用研究項目旨在通過對畢節供電局15個站點建立一張完整的PTN網絡以研究及驗證PTN網絡對電力通信業務的安全承載及發展等問題，以滿足各種專線業務及規劃建設中的調度數據網、綜合數據網等的需求。項目提供設備覆蓋范圍包括貴州電網畢節供電局畢節局、威寧局、赫章局、市郊局、大方局、金沙局、黔西局、500kV奢香變、220kV威寧變、220kV赫章變、220kV畢節變、220kV大方變、220kV黔西變、220kV金沙變、官屯變十五個節點。通過本工程的建設，為畢節供電局驗證建設一張高可靠性、高帶寬、易管理的PTN網絡，滿足未來發展的需要，保證電網的安全經濟運行合理利用網絡資源。

3 畢節供電局PTN網絡建設目標

畢節供電局PTN網絡建設按照核心層、匯聚層、接入層三級網絡分級建設，各級網絡之間應多點連接，并互相預留一定的網絡帶寬，以實現在正常狀態下各級網絡分別承載各自業務，災變情況下各級網絡互為備用。

目前各廠家PTN設備E1與cSTM-1之間的時延特性，E1與E1之間的時延特性都大于50ms。如果時延太大與繼保設備對接就會產生安全隱患，而電力通信網絡所承載的保護業務要求低時延。因此目前電網公司繼續用MSTP設備傳2M業務，例如新疆和山東電力的解決辦法是：一個變電站中同時放兩套設備，一套MSTP設備，一套PTN設備，MSTP設備用來傳送2M，PTN設備用來傳送數據業務。但如此以來即違反了使用PTN來降低成本的初衷，既增加了成本也增加了工作量，又增加了故障點失去了其建設意義。

畢節供電局在該網絡建設完畢后，達到以下目標：項目分為兩期建設，使用PTN多業務分組平臺作為承載。2013年第一期工程建設主要是在畢節地調、500kV奢香變、220kV畢節變、220kV官屯變、220kV金沙變、220kV大方變、220kV黔西變、220kV赫章變、220kV威寧變等變電站形成10GE網絡，市郊供電局、赫章局、金沙局、威寧局、大方局、黔西局作為接入層站點采用GE接入方式。以上站點均開通傳統2M專線業務和IP數據業務，開通后對業務進行定期測試，檢測各種業務的傳輸性能。將PTN設備與傳統SDH、PCM及數據網設備等進行連接并測試各項傳輸性能。在畢節地調側配套建成網管系統，對PTN設備進行管理。待第一期工程投運后，對該網絡承載的業務運行情況充分評價后，方進入第二期推廣應用階段，將其余的110kV變電站全部接入。逐漸驗證以下PTN網絡特點：承載網高可靠性；單節點具有硬件冗余備份功能；承載網絡對不同業務做QoS保證，確保關鍵業務可靠運行。如圖1所示：

圖1 畢節供電局PTN網絡組網

4 PTN傳輸設備選型

根據未來畢節供電局的IP業務承載，運行和保障的需要。下一代業務傳送網PTN設備應該具備以下特點：一是可擴展性，可以支持大容量傳送，從核心網到接入網都可以應用；二是多業務傳送，可以支持多種信號，對所承載的信號透明；三是QoS保證，提供面向連接的可靠的傳送，保證客戶信號的QoS，如何保證電力實時業務在可控范圍是關鍵；四是可生存性，對于網絡發生故障時，可以很好的進行保護和恢復；五是可管理性，提供良好的操作管理工具，進行故障定位，監測和網絡管理。

順應上面的IP傳送網特征，業界提出了分組傳送網（PTN）的思路：分組傳送網吸收數據靈活的特點，保留傳送網的多業務、可靠性、可擴展性、可管理性等特點，提供分組業務靈活的傳送，解決數據網絡在可擴展性，QoS和生存性方面的先天的不足。分組的傳送網是建立端到端面向連接的分組的傳送管道，將面向無連接的數據網改造成面向連接的網絡。該管道可以通過網絡管理系統或智能的控制面建立，該分組的傳送通道具有良好的操作維護性和保護恢復。

當前ITU-T最先進以及標準相對成熟的分組傳送網技術是T-MPLS技術。選擇了T-MPLS技術來構造下一代IP業務承載網絡。T-MPLS是國際電信聯盟（ITU-T）標準化的一種分組傳送網技術，其解決傳統SDH在以分組交換為主的網絡環境中暴露出效率低下的缺點，是得到業界認可的主流的分組傳送技術。T-MPLS技術的特征為：

T-MPLS是MPLS的一個子集，數據是基于MPLS標簽進行轉發的，是面向連接的分組傳送技術。T-MPLS技術利用MPLS偽線技術實現‘任何業務over MPLS/偽線over傳送’。T-MPLS作為分組傳送技術，可以承載以太網業務，提供Carrier Ethernet業務，也可以承載IP/MPLS業務，作為IP/MPLS路由器的核心承載網。同時T-MPLS可以承載在TDM網絡（SDH/OTH）、光網絡（波長）和以太網物理層上，設備形態非常靈活，可以應用于以太網和全分組承載網。

選擇的設備要繼承傳統SDH網絡在的面向連接的OAM和保護恢復上的優良性能，以及PTN的大顆粒IP傳輸能力。畢節供電局在選用PTN和MSTP設備，采用了愛立信SPO1460設備，既可實現MSTP平臺，在增加控制板時又可實現PTN平臺，PTN網絡選用了中興通信的ZXCTN 6000系列產品（6500和6300），在核心層及匯聚層節點，采用雙設備配置，并且根據需要進行設備的引擎、電源、風扇等冗余設計，以及熱插撥等高穩定性設備，保證網絡的可靠性和可擴展性。

5 電網業務選用平臺實施策略分析

畢節電網供電區域為七星關區、大方、黔西、赫章、金沙、威寧、織金、納雍等1區7縣，現有35千伏及以上變電站共計200座，其中500kV變電站1座、220kV變電站7座。110kV變電69座。

畢節電網通信網基本情況：光纜已覆蓋35kV及以上變電站及52個農村供電所，全長約2800公里，其中ADSS約1060公里，OPGW約1140公里，OPPC約600公里。已建成的SDH光傳輸A網骨干層為10G，已覆蓋全區35kV及以上所有變電站。已建成綜合數據網和調度數據網絡覆蓋全區35kV及以上所有變電站及各供電所。

目前主要承載以下業務：安全I區業務——線路保護、安穩系統、調度自動化；安全Ⅱ區業務——調度電話、保護管理信息系統、安穩管理信息系統、廣域相量測量系統、電量計量遙測系統、故障錄波與雙端測距、行波測距；安全III區業務——變電站視頻監視系統、通信機房監控系統、電能質量監測系統、一次設備在線監測系統；安全Ⅳ區業務——視頻會議系統、行政電話、行政辦公信息系統、財務管理信息系統、營銷管理信息系統、工程管理信息系統、生產管理信息系統、人力資源管理系統、物資管理信息系統、INTERNET。

本方案主要關注了以下焦點：

（1）關鍵業務的不中斷傳送：網絡設備達到電信級指標要求，具有5個9可靠性；網絡設計考慮關鍵設備和關鍵鏈路的冗余；網絡具有電信級故障自愈能力。

（2）業務系統隔離和互訪：實現業務系統安全隔離和受控互訪；實現業務系統內部細分子系統的相互隔離；抵御來自外界的威脅與攻擊；終端合法接入業務系統。

（3）關鍵業務系統的QoS保證：端到端的QoS部署需要整網規劃和設計；QoS涉及到諸多復雜的技術，對網絡設備要求很高；業務的服務質量分級策略對可靠傳送具有重要意義。

（4）降低管理和維護成本：實現PTN分組傳輸設備的統一管理，避免多個廠家及軟件共存帶來的維護復雜，成本高的問題；實現對網絡流量的精細化統計和分析，減小網絡故障風險，為網絡優化提供科學的量化依據；實現安全接入、告警協調聯動。

對安全III區業務和安全Ⅳ區業務等需要大顆粒IP傳輸的業務一般選擇在PTN網絡上傳送，在MSTP傳輸平臺作為備份，對安全I區業務和安全Ⅱ區業務等需要2M傳輸，實時性強的業務盡量選擇MSTP傳輸平臺傳送，PTN平臺作為備份或應急選擇，因電力網絡多為星型結構，各變電站和變電所需要傳送到調度中心，這樣造成35kV等末端節點纖芯緊張，適當考慮CWDM等設備節省光纖資源。電力通信網絡的設計遠遠要高于設備選型的重要性，在網絡設計中，主要應該注重網絡的可靠、安全、QoS、管理方面等等。

6 結束語

在電力信息化建設和智能電網發展的大背景下，通信業務發展已經明確地呈現出IP大顆粒化的趨勢。結合畢節電網現有網絡結構實現MSTP光通信平臺和基于分組交換的PTN傳輸平臺的雙平面網絡，建設適合自己的有效通信網絡，要求PTN廠家能提供類似SDH的性能和可靠性，提供標準的面向連接的隧道，區別主要體現在數據轉發、保護、OAM的實現方式。與原有SDH網絡相對獨立形成A、B兩網雙平面結構進行建設，實現各級業務的獨立雙通道，對不同應用數據采用不同平臺傳送可以有效提高信息利用率，顯著提高通信在電網中的信息應用效率，對電網通信建設具有指導意義。