光傳送網在電力系統通信中的應用研究

鄭惠文

（國網山西省電力公司經濟技術研究院， 山西太原 030002）

0 引言

電力通信網是電力網中負責通信業務的網絡系統，是電力網系統不可或缺的重要組成部分。 近年來，隨著電網業務種類不斷增長，電力生產對電力通信網的要求也越來越高，電力通信網不僅要服務于生產調度和指揮，而且還要服務于辦公自動化和信息互動化，滿足電網企業管理信息迅速增長的帶寬需求。目前，各級電力通信網主要以光纖為主，微波為輔，少數地區采用衛星通信的方式。 電力通信網現有的基礎網絡技術體制主要是同步數字體系SDH（synchronous digital hierarchy） 和波分復用WDM（wavelength division multiplexing）技術，它們都存在一定的局限性， 無法滿足現有的信息傳送需求。 因此，電力傳送網需要一種適合在電力中應用的性能較優良的傳輸技術來滿足智能電網建設及各種新業務的傳輸需求。

1 光傳送網技術

光傳送網 OTN（optical transport network）主要應用于網絡的骨干、匯聚層，實現大寬帶、超大帶寬及大顆粒度業務的靈活調度。 而傳統的MSTP/SDH更適合小顆粒業務的細化管理，實現對業務的高效傳送，并具備端到端的組網能力，主要應用于網絡的匯聚層及接入層。 OTN 是繼SDH、WDM 等技術之后出現的一種新型網絡傳送技術， 以波分復用WDM 技術為基礎，通過類似于SDH 的幀結構及開銷處理，保證了類似SDH 的保護和管理維護能力。OTN 繼承了SDH 和WDM 技術的主要優勢， 很好地彌補了兩者的缺陷， 克服了傳統SDH 容量受限和傳統波分系統組網能力弱、業務調度不靈活等缺點，既能完成業務在電域的處理，也能完成在光域的處理， 而且電域和光域均具有完整的體系結構。同時，OTN 采用了大寬帶顆粒調度、 多級串聯連接監視、光層組網等新型技術，不僅使原有的光纖資源成百倍地擴容， 還可以使IP 和其他任意業務方便有效地在骨干網上傳輸。

1.1 OTN 體系結構

OTN 的體系結構由光層和電層2 部分組成，光、電層網絡都具備各自的管理監控機制，且光層和電層網絡生存性都較好，OTN 技術具備完善的保護功能和良好的監測故障性能。

從縱向分層的角度看，OTN 網絡可劃分為光傳送段層 OTS（optical transport section）、光復用段層 OMS（optical multiplex section）和光通路層。 同時，光通路層又可以劃分為光信道數據單元層、光信道傳送單元層和光通道層3 個子層， 這一點和SDH 技術中的通道層和復用段層較相似。 本質上可將OTN 技術看成SDH 技術和 WDM 技術的一種結合，具備WDM 技術和SDH 技術的各自優勢，并對組網功能進行擴展， 進一步適應了業務的傳送需求[1]。

a） 光傳送段層。 光傳送段層是光信號在不同類型的光媒質上提供傳輸通道。OTS 定義了物理接口（包括頻率、功率及信噪比等參數）。 光傳送段開銷（OTS-OH） 用來確保光傳輸段適配信息的完整性， 同時實現光放大器或中繼器的檢測和控制功能。 整個OTN 由最下面的物理媒質層網絡所支持，即物理媒質層網絡是OTS 層的服務者。

b） 光復用段層。 光復用段層的作用是提供相鄰2 個波長的光傳輸設備間的光通信信號的傳輸，為光通信信號提供網絡連接。光復用段層可進行光復用的巡檢和調控，并提供復用段層的生存性。 同時，光復用層可調節波長路由的光復用功能，解決光復用開銷。

c） 光通路層。 光通路層是 SDH、Ethernet、IP、ATM 等電力系統相關格式的客戶層信號，光通路層能實現光纖通道的選擇、波道的合理劃分和連接，實現端點之間電力通信網的連接， 處理產生和插入光通道配置的開銷，以及提供波長保護能力等。

1.2 組網模式

基于OTN 的電力通信網的一般組網方式主要有3 種，分別是全光終端復用設備組網、光終端復用設備+光分叉復用設備混合組網、 全光分叉復用設備組網方式。 較為常見和使用最多的是全OTM 組網， 對于這種組網方式而言， 主要連接方式為點對點，同時可以兼容WDM 的網絡支持，中繼光轉換單元 OTU（optical transform unit）或背靠背 OTU 可以實現不同節點間的電中繼。 OTN 技術有很好的兼容性， 在電力通信網的組網方式中有著很大優勢。 同時，由于OTN 技術在光域中的信息處理能力強，可以實現大顆粒業務的傳輸與交換，因此通常作為電力通信網的中心節點來進行業務的處理[2]。

1.3 應用方式

OTN 綜合了 SDH 和 WDM 的優點。 一方面，它處理的基本對象是波長級業務，提供對更大顆粒的透明傳送支持；另一方面，它解決了傳統WDM 網絡無波長和子波長業務調度能力、組網能力強但保護能力弱等問題。

由于目前以太業務容量的擴展，IP 的網絡規模越來越大，中轉業務量也越來越大，而電力通信網承載了種類繁多、 數量龐大的IP 業務， 基于OTN的網絡技術可以降低系統的處理壓力，減少對路由器堆簇的需求。 基于OTN 的網絡需匯集上級通信網， 因此必須實現通信傳輸網的分級應用和構建。總體來說，OTN 技術的應用， 就是業務模式由電方向向光方向的拓展與延伸，提高電力通信網光纖利用效率，提升傳輸速率和提高通信傳輸網可靠性和調度靈活性。 具有靈活多樣性的OTN 技術應用在電力通信網中，能夠有效避免因單一性對通信網造成的不利影響。

1.4 波道配置

電力通信系統中，OTN 業務需求相對固定，業務增長幅度較為平緩， 適合采用波道復用的方式。波道復用的原則如下。

a） 按需配置。 省際與省級電力通信OTN 系統均需要根據業務帶寬需求按需進行配置，將數據通信網業務及通信容災業務作為主要承載對象，預留冗余測試波道，并預留發展余量。

b） 波道復用。 電力通信OTN 系統中宜采用電交叉形態的OTN 設備組建網絡，OTN 系統的映射是其最為顯著的特點之一， 在進行網絡建設時，應充分利用其這一特點， 按照業務在OTN 網絡拓撲結構上流經的路徑，按照每個波道最大帶寬10 GB進行復用，最終確定網絡波道需求數量[3]。

2 OTN 在電力傳輸中的應用

2.1 電力通信系統業務分析

電力系統運行過程中主要依靠電力通信進行數據傳輸， 電力通信業務主要包括電力生產控制業務和企業信息化相關業務兩大類。 以某省電力通信骨干網發展規劃為例， 省級骨干通信網流量包括省公司到其直調廠站、省公司到其直屬單位、省公司到各個地市公司的業務流量，以及地市公司到直屬單位、地市公司到直屬變電站、地市公司到直調電廠、地市公司到縣公司以及縣公司之間的業務流量等。

2.2 斷面業務類型以及流量分析

對于省內的骨干通信網，數據通信網將承載省內各市電力絕大部分的信息化智能化業務，包括調度電話、調度數據網業務、視頻監控、通信管理信息、企業資源規劃業務以及行政電話等業務，具體某省的斷面流量如表1 所示。

表1 某省電力通信斷面流量表

2.3 系統容量

隨著光傳送網技術的發展，目前光傳輸系統的單波容量可達100 Gbit/s，通路間隔可做到25 GHz，即160 波×100 Gbit/s 系統。

根據電力通信網的業務發展需求、 性價比等，在電力通信網中采用單波10 Gbit/s 的系統。系統的波道數量則需要根據網絡規模和電路數量確定。在OTN 網絡建設中采用80 波×10 Gbit/s 作為OTN網絡傳輸系統。規模小一些的省公司干線通信網建設初期可采用40 波系統，即使遠期發展容量不足，適當增配板卡也可平滑升級為80 波， 前提是網架不發生大規模的變化。對于光纖資源逐漸豐富的干線網絡， 向Mesh 型拓撲結構演進也是一種在邏輯上提升系統容量的有效辦法。 因此，電力OTN 通信網80 波×10 Gbit/s 的系統容量可以滿足未來5～10 年的業務增長需求。

3 結論

通過對相關業務的測算分析，以某省電力通信骨干網為例，省級網流量達到2 740 Mb/s。 在所有的業務中，除了企業信息管理一些業務相對顆粒較小，其他的項如配用電信息等業務都占用較大的空間，因此得出市級骨干網適用于傳輸容量較大而且有子波長調度功能的電交叉型OTN 設備的結論。

OTN 技術作為全新的光傳送網技術，繼承并拓展了已有傳送網絡的眾多優勢特征，是目前電力通信網升級改造的最佳傳送技術。 從OTN 技術應用定位上看，OTN 技術及設備已基本成熟， 可廣泛應用于省級以上干線傳送層面， 而對于OTN 設備組網選擇，則應根據業務傳送顆粒、調度需求、組網規模和成本等因素綜合選擇。 通過引入OTN，可提升電力通信專網對高帶寬IP 業務的承載、 調度和管理能力，簡化網絡層次，實現業務恢復迅速、電路調度方便，提高帶寬利用率，滿足電力通信多元化、寬帶化特點的需求。