某地區電力通信傳輸網優化設計分析

黃慶

北京中網華通設計咨詢有限公司，北京，100071

0 引言

中國經濟快速發展，社會發展迅速，電力需求日益增加，為了適應人類生產活動的用電需要，供電范圍也必將繼續拓展，與此同時供電構造及其工作方法將顯得日益復雜。從整個電力系統來看，要想組建一個“強大的智能電網”，提高智能化水平會顯得愈加重要。在這一背景下，電力通信網的安全性與可靠性顯得尤為關鍵。一旦其發生故障將會嚴重危及系統正常工作，甚至造成重大經濟損失。由此可見，加強對其的維護是至關重要的。也正因為如此，電力通信網絡作為智能化調度，控制系統中的承載通道的穩定性也變得日益重要起來，它直接關系到電網能否可靠地運行。

1 某地區電力傳輸網的現狀分析

1.1 某地區網絡的基本情況

當前江蘇某地區的主網結構較為單一化，局域市中心通信機房設在本縣電信局，調度室設在調度所，而核心交換機室設在南郊變電所。目前，該區域內已實現了同步傳輸系統（SDH）、波分復用（WDM）等多種業務接入方式的并存；同時還存在著一些問題：①局域網絡容量小，不能滿足客戶需求；②網管系統建設滯后。全縣供電公司擁有20個營業所，45個變電站，其中自架所采用的通信采用的是光電開關，通信速度在100M以下，經過幾次升級，傳送率得到了優化，但還是不夠用。自建變電站和電信服務的部分也采用PDH通信。在已有的網絡中，ZXMPS200、ZXMPS320、ZXMPS100、ZXMPS330等多業務傳送設備主要位于大樓內部。

在某地區引入SDH設備代替準同步數字系列（PDH）設備進行傳輸，更新了原有設備，不斷加強局域網可靠性和業務運營能力。

隨著我國社會經濟的發展和信息化進程的加快,SDH作為新一代數字微波傳輸系統已經成為主流。但由于其具有較高的價格，使許多用戶望而卻步。為了解決這一問題。同時，在網絡的靈活性、易于維護和管理、節約建設資金、加強網絡安全性、提高經濟效益和適應環境等方面，對網絡進行了優化。所以需要重新設計特定區域內通信網絡。為此提出了利用SDH技術與設備替代現有網絡架構來更新網絡，以提高某地區通信傳輸網絡的服務和健壯性[1]。

1.2 SDH光傳輸系統

SDH光傳輸網絡的組成單位是SDH的單個網格單元，因此整個網絡能夠擁有接觸、輸送和交換三種復合功能，能夠在不同載體上實現信息同步傳導。

1.2.1 SDH技術介紹

終端復用器和插入式復用器是SDH通信網絡中最重要的組成部分。終端復用器可以將低速分支信號和電信號復用到幀結構（STM-N）中，以使上述信號位置可見。分插復用器可以靈活地分割和插入支路信號，使SDH網絡在結構上具有很大的靈活性。典型的網絡形式有鏈、星、樹、環、網等，可以滿足不同組網條件的要求，易于管理。

復用器分為終端和插入式兩種形態，是SDH通信網絡的重要組成部件，其可以讓電信號和低俗分支信號這兩種信號在幀結構（STM-N）中復現位置。插入式復用器則更加靈活，對所在的支路信號進行插入或者分割，使得整個網絡的靈活度大大提高，通過插入式的復用器可以構建星狀、環狀、網狀、鏈狀及樹狀等不同形式，從而滿足這些網絡的操作要求，也極其便于維護和管理。

綜上述，SDH網絡大致有以下不同的特點：

（1）統一化的標準，適用于不同廠家；

（2）結構和技術靈活，便捷上下游業務；

（3）易于維護；

（4）可自愈；

（5）高度的傳輸性、可靠性；

（6）可兼容各種新型業務信號，容納程度好。

1.2.2 SDH網絡常見的拓撲結構

（1）鏈式結構。鏈式結構也稱為線性結構，在通常情況下不連接網絡的端口處，而是主要連接網格中的節點。鏈式結構實現起來非常簡便，是SDH的基本結構，也是最早的SDH結構。但是隨著SDH網格中的節點越來越多，分布面積不斷增多，這樣單一的結構無法滿足工作效率、可靠性，導致鏈式結構往往在實際的電力通信傳輸網絡建設中并不經常使用，而是大多作為過渡方案使用。

（2）樹狀結構。樹狀結構的網絡結構是樹枝狀結構，是鏈式結構和星形結構的結合。這種結構繼承上述兩種結構的優點，但不能解決中心節點瓶頸的問題，這種結構在電力通信傳輸網絡中逐漸被淘汰。

（3）環形結構。環形結構是由鏈式結構發展而來的。一般來說，鏈條結構是端對端連接的。這種結構可以考慮網絡中的所有節點，是電力通信傳輸網絡中最常見、應用最廣泛的網絡結構。與上述結構相比，環形結構具有自愈功能和較強的生存能力，能夠滿足日益增長的電力通信可靠性要求。因此，它被廣泛應用于電力通信傳輸網和城域網的主網架構中[2]。

1.2.3 某地區電力通信通信SDH網絡容災系統

某地區的電力通信網絡保障了當地的正常電網電路運行，是非常重要的基礎性設施，是當地非常可靠的信息運行載體。某地區的電力資源保障離不開整個電力通信網絡的支持和維護。因此，需要大力建設當地的容災系統，提升電力通信網絡面對災情時的抵抗及自愈能力。當地電力通信網絡的容災重點就是呈現網絡狀的保障和維護，其整體上根據SDH自愈環的基本原理，采取雙通道的對策，確保每一個節點周圍都有兩個或者兩個以上的物理通道，其中一個作為主要傳輸通道，另一個是備用，確保如果發生了意外情況導致主要傳輸通道發生故障無法工作時，備用通道可以自動進行工作，運行活動業務數據。這樣，業務系統的運行不會受到影響。

1.3 某地區電力通信網存在的問題分析

某地區的電網公司早在2006年開始就進行了SDH網絡的運營和維護，到現在已經有了很多年的歷史，在這些年間，當地的SDH通信網絡的大調整一共有三次，從一開始的線狀發展到現在非常成熟的環狀網架結構，并且采用相切環的設計使得結構更加穩定，大大增強了當地電力的發展。但是盡管SDH非常靈活可靠，有自愈性能，但是隨著業務的不斷發展和增多，MSTP（multi-service transfer platform）技術本身IP化程度不高，導致在大數據運行過程中難以非常穩妥地控制業務，這是一個致命的缺陷。

隨著企業的自動化辦公系統、ERP系統、財務管理系統等業務系統不斷出現和發展，某地區的電力公司必須在較短的時間內建設新型PTN網絡，分載IP化的業務需求[3]。

2 某地區電力傳輸網的優化方案設計

2.1 某地區本地網網絡站點規劃

本地傳輸網是城市數據傳輸網絡中最關鍵的組成部分，擔負信息傳送和用戶接入的服務要求。本地傳送網完成了本地城市與所屬轄區城域網的連接，以及城市和周邊地區的通信。考慮到城市的長期發展，為了便于分層、分批建立當地的傳送網，并進行保護與管理，本地傳送網采用了三級架構進行設計，分別是核心層，匯聚層與接入層。

A區共設23站，三個核心站（101、102、103）負責大型業務的調度，五個站（104、105、106、107、108）為業務匯聚點，承載著更大的業務，而另一些站則位于邊緣區域，承載著更小的業務。

B區共設20座車站，以3座核心車站（201、202、203）為主樞紐負責大型業務調度，以4座匯聚車站（204、205、206、207）為主辦理大型業務，由其他車站承辦邊緣小型業務。

C區共設24座車站，以3座核心車站（301、302、303）為樞紐負責大范圍業務調度工作，以6座車站（304、305、306、307、308、309）為匯聚樞紐負責大范圍樞紐內的大業務調度工作，而其他節點則負責周邊范圍內的小業務調度工作。在對C區及相鄰區域內各主要城市通信網絡現狀分析后發現,C區中大部分為同軸電纜傳輸系統，而其覆蓋范圍與承載用戶數量均無法滿足未來大規模應用場景下的業務發展要求。綜合現有光纖和服務流向，可以采用環形結構，針對核心層、匯聚層和接入層的不同服務需求，選用不同的設備，以適應傳輸速度和服務需求[4]。

2.2 某地區 SDH 傳輸網結構圖

從具體的區域布局和現有的網絡端口來看，匯集站在整個網絡中占有較為突出的位置。從特定區域站站規劃和本地網絡規劃中可以看出，全網應該使用SDH自愈環，自愈環個數在12條。為了確保各節點之間能夠進行正常通信,SDH傳輸線路需要按照一定比例鋪設于各個環上，從而保證環內鏈路可以得到有效利用。從業務承接來看，每一個環都可以通過匯聚站點在環消化業務。在 SDH傳輸網絡中，對網絡的配置進行了優化，實現了網絡的局部傳輸。

2.3 某地區的各局站間中繼電路需求的計算

SDH網絡所考慮的傳輸指標包括衰減與色散兩方面。因為G.652光纖中，采用1310nm的工作波長，通常是衰減受限，而工作于1550nm視窗內，常用的設計辦法是，首先對衰減進行計算。本文提出一種新的評估標準來判斷傳輸性能。這種評價方法簡單、實用，可應用于任何類型的光纖通信系統中。它能準確地反映出實際的光傳輸速率與損耗之間的關系。就PDH而言，

對PDH系統中繼段長的計算公式如下：

SDH的傳輸指標是利用衰減限制公式計算中繼段的長度，然后計算色散是否受到限制。Itu-t規定了光接口參數之間的最大光信道色散，僅為L-4.2，S-16.2；當L-16.3未標準化時，最常見和有效的重新計算方法是要求設備制造商提供sr之間信道的最大總色散值Dmax（ps/nm）和制造商提供的光纖色散系數D[ps/(nm· km）]，然后使用以下公式進行計算：

式中，Dmax為s和r點之間允許的最大色散值（ps/nm）；D為系統壽命終了時光纖色散系數[ps/(nm·km）]，1310nm取3.5ps/nm·km，1550nm取20ps/nm·km。

對衰減極限與色散極限進行了對比，得出了最小值L的中繼距離。

按照以上的計算，SDH傳輸速率的設計，應該按照上面所說的方式來設定短程中繼，而遠端中繼站則要根據實際情況來確定，并將光介面參數與放大電路相結合，以提高網絡的魯棒性和傳輸效率[5]。

3 某地區電力傳輸網優化項目的實踐

3.1 項目實施過程

某區網絡優化工程從方案設計到工程投標再到最后工程竣工驗收歷時2年有余。由于該項目涉及多個專業領域，所以其工期非常長。因此，如何提高項目管理水平、縮短項目建設周期成為一個重要問題。本文介紹了某地區網絡優化工程項目建設管理經驗，并加強了組織領導。為保證工程如期優質竣工，成立了項目部，與項目經理共同規劃，進行狀態分析、方案設計、實施評價和驗收。為保證工程質量，各階段均開展了工程監理與驗收工作，保證了設計圖紙精度，現場施工質量及系統集成過程完整高效。

3.2 項目組織實施情況

此次網絡優化項目共架光纜700余公里，增加設備19臺，總計投入資金400余萬。本方案在原有基礎上進行了擴容改造。在充分考慮其業務大小的基礎上，使用了三層網絡設計模式以確保網絡業務能力和易于拓展。該內核采用環型結構并在核心層設計了10Gbit/s的傳輸速率。鑒于接入層比較偏僻，采用鏈式和單環結構，具有較低的經濟性，接入層的傳輸速率為622Mbit/s[6]。

3.3 設備選擇

3.3.1 匯聚層設備選擇

把一個區域匯聚層劃分成A、B、C三部分,A區域匯聚站有五個：104、105、106、107、108;B區域匯聚站有204、205、206、207；C區域匯聚站有：304、305、306、307、308、309。

匯聚層選用中興公司ZXMP S385多業務傳送設備。在進行數據融合時首先對每個站采集到的原始信號采用不同的方法進行處理，然后再把處理結果與其他站的數據合并后得到最終融合結果，最后通過比較得出最優方案。ZXMP S385多業務傳送設備的特征是：

（1）可提供高速率業務調度和多業務接入能力；

（2）網絡自愈保護能力強；

（3）為SDH層的通道保護、復用段的保護和子網連接網絡的保護提供了多種手段。

3.3.2 接入層設備選擇

在一定區域內接入層站點主要有以下幾個特點：接入層節點數量大，分布不集中，接入點業務具有很強的隨機性，配置靈活，但是業務規模相對較小。考慮到經濟上的靈活性， ZXMP S320在指定的接入層被選擇。在此基礎上，提出了一種基于MPLS VPN技術的多區域綜合網管系統設計方案。該方案可以實現對多個不同區域內的設備進行集中管理，提高網絡運行效率和可靠性。ZXMP S320有如下功能：

（1）擁有帶多路接口的保護能力和可靠性；

（2）組網靈活、升級容易。

3.4 創建網元

根據任務要求，需要創建A、B、C、D、E這5個網元，且SJJ A、SJJ B、SJJ C、SJJ D環速率為STM-4，網元SJJE鏈速率為STM-1[7]。

4 結語

要想智能電網實現穩定的遠程、實時以及數據獲得等多種功能，就必須注重安全穩定、集成雙向和高速實時的通信網絡基礎系統的建設，從而構建一個效率高、安全性能強的安全智能電網。本文根據電力通信技術的理論基礎，主要研究了某地區通信網絡的現存問題和當下情況，然后根據研究結果進行網絡設計和優化，對整體通信電力網絡的目標、原則以及傳輸網絡、業務網絡實行更優的性能設計，并對最終的整體系統優化結果進行了復盤分析。