F5G全光變電站網絡配置與規劃建議思考

中圖分類號：TM4;TN253;TN 91

文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）04-0093-04

Abstract： This paper focuses on the consideration and analysis ofF5G al-optical substation network configuration and planning suggestions.Starting from the general rules of system configuration，the importance of equipment scalability，bandwidthrequirements andoptical link lossbudget is emphasized.Inthepartofdesignand selectionof network management equipment， theconfigurationprinciples based on serviceflow，servicequalityand network structure are proposed，and thecore functions of the management equipment are defined.The configuration requirements of OLTand ONU devices are detailed，including device specifications，working environment and functional interfaces， toensurehighbandwidth，high densityandhigh forwardingperformanceofthe network.Inaddition，the document alsoinvolvesaumberofkeyspectssuchasspectralratiodesign，integratedcablingdesign，VANplanning，layer2 interworking planning，QoS configuration plannng，bandwidth configuration planning and loop detection function，which provides a comprehensive reference for the optimization and construction ofF5G all-optical substation network.

Keywords： F5G;all-optical substation; network; configure; project

0 引言

隨著電力行業的快速發展與智能電網建設水平的提高，變電站作為電網的核心組成部分，其網絡配置的先進性與可靠性日益受到重視。F5G技術作為新一代固定寬帶接入技術，以其超高速率、超大帶寬、超低時延等特性，為變電站網絡提供了更為強大的支撐。

F5G全光變電站網絡配置

1.1一般規定

一方面，系統配置以近期需求為基礎，兼顧中遠期發展需求；選用的設備應具有良好的擴展性和升級能力。另一方面，根據帶寬需求和全程光鏈路損耗預算合理選擇系統的光接口類型和光分路器的光分路比。

1.2網絡管理設備設計及選型

系統管理設備設計及選型應根據網絡運行的業務信息流量、服務質量要求和網絡結構等配置相應的管理設備。同時，系統管理設備應具備提供用戶認證、告警管理、性能管理、拓撲管理、報表管理、PON網絡部署、PON資源管理等管理功能。

1.3OLT設備配置

OLT部署在變電站中心機房。OLT需具備提供高帶寬、高密度、高轉發性能，用于匯聚大量用戶并將其接入到互聯的網絡中，其類型應符合相關規定（見表1）[1]。

1.4ONU設備配置

1.4.1工作環境要求

授時物聯網關ONU部署在變電站的室外或室內機柜中，需滿足以下工作環境要求：

（1）工作環境溫度范圍： ?40^°C～70^°C 。

（2）工作濕度范圍： 0%RH～95% RH（非凝結）。

（3防雷能力：網口共模 6kV ，差模 1.5kV

（4）防護等級：IP40。

（5）EMC等級：ClassA。

（6）安裝方式：平鋪式安裝。

一般情況下，視頻接入ONU1同樣部署在變電站的室外或室內機柜中，其工作環境要求與授時物聯網關ONU相同，包括溫度、濕度、防雷能力、防護等級、EMC等級和安裝方式。值得注意的是，視頻接入ONU2部署要求略有不同，其工作環境溫度范圍為- 40^°C～55^°C ，工作濕度、防雷能力等其他要求與上述相同，采用機架式安裝方式。而視頻接入ONU3則與視頻接入ONU2的部署要求相同，工作環境溫度范圍為- .40^°C～55^°C ，工作濕度、防雷能力等一致，同樣采用機架式安裝。

1.4.2功能接口要求

根據支持的業務類型和功能要求確定配置和選型。其主要功能為物聯感知終端數據接入，應支持標準以太網業務傳輸，符合IEEE802.3標準。網絡側接口要求包括XGS-PON接口2個（接口類型：SC/UPC；光模塊類型：SFP）。用戶側接口要求GE電接口不小于8個（接口類型：RJ-45，支持PoE功能，10/100/1000Mbps自適應），同時可選配RS-485串口和RS-232串口。在邊緣計算方面，最大可開放存儲 256MB ，最大可開放內存1.5GB，并支持App的安裝、卸載、啟動、停止及升級。

視頻接入ONU的主要功能為監控攝像頭接入，同樣支持標準以太網業務傳輸，符合IEEE802.3標準。其網絡側接口和用戶側接口要求與授時物聯網關ONU相似，包括XGS-PON接口2個和GE電接口不少于8個，且支持PoE功能。而視頻接入ONU2專注于監控攝像頭接入，其網絡側接口要求與上述相同，但用戶側接口要求GE電接口不少于24個，且均支持10/100/1000Mbps自適應。對于視頻接入ONU3來講，與視頻接入ONU2類似，但其GE電接口在支持

10/100/1000Mbps自適應的基礎上，每個電口還支持PoE⁺⁺. 功能，最大支持60W輸出功率，整機輸出總功率最大支持840 W[2]。

1.5分光比設計

分光比是指單個OLTPON端口下規劃接入ONU的最大數量。由于XGS-PON端口的下行帶寬為10Gbps，上行為10Gbps，1個XGS-PON端口下覆蓋的所有用戶共享10Gbps帶寬分光比設計原則推薦如下：

（1）8端口ONU推薦采用1：16分光比，在ONU采用8端口的情況下，ONU單ETH端口保證帶寬為10000/16/8=80 Mbps，峰值帶寬1000Mbps。

（2）24端口0NU推薦采用 1：16 分光比，在ONU采用24端口的情況下，ONU單ETH端口保證帶寬為 10000/16/24=26 Mbps，峰值帶寬1000Mbps。

1.6綜合布線設計

網絡架構配置應根據應用場景確定，建議如下：

（1）場景一：OLT部署在變電站機房或主控室，分光器部署在室外機柜，ONU部署在室外柜，分光器和ONU也可共柜部署

（2）場景二：OLT和分光器部署在變電站機房或主控室，ONU部署在室外柜。

2 F5G全光變電站業務功能配置規劃建議

2.1VLAN規劃

全光變電站網絡方案分為以下兩部分網絡。

（1）IP網絡：核心交換機、防火墻、路由器基于三層IP路由轉發，三層網關設置在核心交換機上，業務之間的互訪通過路由策略、防火墻策略進行控制。

（2）POL網絡：OLT和ONU基于二層VLAN轉發。基于業務進行VLAN劃分，嚴格限制不同業務間的互訪。

POL網絡是一個二層轉發網絡，各類型業務的區分與隔離主要通過VLAN來實現，VLAN規劃設計建議遵循以下原則。

（1）按照不同業務區域劃分為不同的VLAN。

（2）同一業務區域按照具體的業務類型劃分不同的VLAN。

（3）VLAN編號建議連續分配，以保證VLAN資源合理利用。

（4）建議預留一定數目VLAN以方便后續擴展。

VLAN是虛擬局域網，采用VLANID來區分不同的局域網，相同VLAN的用戶/終端設備處于同一個轉發廣播域中，流量可互通也可隔離（可配置）。不同VLAN的用戶/終端設備，流量是互相隔離的，不能直接互訪。如果需要互通，需要在路由器上做三層互通設置。VLAN規劃要基于業務功能來劃分，每種業務均采用不同的業務VLAN，可進行業務的邏輯隔離，保證業務流量之間在OLT不能直接進行二層訪問，避免不同業務的業務流量互相影響[3]。

2.2二層互通規劃

對于需要二層互通的業務，只要加入相同的業務VLAN，可以在OLT上面基于VLAN開啟二層互通功能，以實現OLT下相同VLAN業務之間二層互通。默認OLT二層互通的功能是關閉的，即禁止OLT下相同VLAN業務之間二層互通。

（1）不同ONU的二層互通，需要在OLT上實現。

（2）相同ONU不同端口的二層互通可以在ONU本地實現，不同端口配置相同VLAN即可互通。

$2 . 3 ＼textcircled { ＼times } ＼mathsf { o s }$ 配置規劃

良好的QoS規劃是保障變電站網絡業務平穩運行的關鍵，可以有效降低網絡時延，減少抖動，避免核心業務丟包導致的業務受損。

2.3.1QoS優先級規劃

全光網絡設備中所有的物理端口都具備8個優先級隊列，優先級隊列的調度方式默認為嚴格優先級調度（PQ），只要高優先級隊列有業務，在端口擁塞時會嚴格保障高優先級業務，調度效果如圖1所示，高優先級隊列的報文可以優先出隊。

報文進入優先級隊列主要根據報文中VLAN的IEEE802.1p優先級，也可以設置根據報文中IP優先級進入隊列，業務優先級規劃的原則是：一方面考慮業務的重要程度，越重要的業務規劃相對高的優先級。另外一方面對丟包敏感和時延更敏感的業務，盡量規劃相對高的優先級[4]。

2.4帶寬配置規劃

帶寬配置規劃的前提是明確PON技術選擇（XGS-PON）和明確分光比（1：4或1：8或1：16）。對

PON的動態帶寬分配機制做如下解釋。

（1）分光對帶寬的影響：分光器的分光只是對光功率進行分配，并不會對XGS-PON（下行10Gbps/上行10Gbps）端口帶寬進行平均劃分，每個ONU上下行的帶寬都可以靈活配置，均可以達到PON端口的最大速率。

（2）可選的帶寬類型包括固定帶寬、保證帶寬、最大帶寬。可根據對用戶業務數據轉發性能的具體要求，選擇合適的帶寬類型。

（3）固定帶寬：固定占用所配置的PON口的帶寬資源，可以最大限度地降低轉發時延，保障用戶的業務體驗。采用固定帶寬，即使在網絡擁塞時，業務的帶寬和時延性能均不受影響。

（4）保證帶寬：保證分配所配置的PON端口帶寬資源，在所配置保證帶寬大于業務實際所占用帶寬時，多余的帶寬可共享給其他業務。保證帶寬可以保障用戶的基本業務體驗，即使在網絡擁塞時，保證帶寬也不會受影響，可以保證用戶一定可以獲得此帶寬。一個PON端口下所有用戶的保證帶寬之和不能超過物理端口帶寬。

（5）最大帶寬：當所有用戶不是一起并發時，物理端口的帶寬有空閑，此部分帶寬可以充分地在用戶間共享，最大帶寬就是用戶可以在空閑帶寬里面獲取到的帶寬上限。最大帶寬可以極大地增強用戶的業務體驗。

保證帶寬和最大帶寬可基于ONU配置，也可基于ONU端口配置。基于ONU配置，配置比較簡單。如果需要更精細化地管理帶寬，可基于ONU端口配置，配置相對復雜。在實際網絡中，由于用戶的并發率并不會達到 100% ，PON的P2MP點到多點架構，加上動態帶寬分配機制，天然就是最優的共享帶寬的架構，可大大提高帶寬利用率。

2.5環路檢測功能

OLT和ONU均具備用戶側環網檢測功能，建議系統開啟OLT和ONU的環網檢測功能。OLT的用戶側環網檢測功能開啟后，OLT定時向其下所有ONU的用戶側端口發Ringcheck報文。若OLT用戶側端口存在環路，OLT會收到環回的報文。隨后，OLT會自動去激活該端口下的存在環路的ONT，消除環路對網絡的影響，并發送相應的告警提示。ONU的用戶側環網檢測功能開啟后，ONU會定時探測其用戶側端口是否存在環路，若檢測存在環路，ONU會主動關閉其存在環路的用戶側端口，消除環路對網絡的影響，并發送相應的告警提示[5]。

3 結束語

F5G全光變電站網絡配置與規劃是一個復雜而細致的過程，需要綜合考慮系統需求、設備性能、網絡環境等多個因素。上述建議不僅有助于提升變電站網絡的性能與可靠性，還為實現智能電網的愿景奠定了堅實的基礎。未來，隨著F5G技術的不斷成熟與應用場景的拓展，有理由相信，F5G全光變電站網絡將在電力行業中發揮更加重要的作用。

參考文獻

[1]牛元泰，尚明紀，張永暉，等.基于5G通信的智能變電站設備在線監測數據處理方法[J].自動化與儀器儀表，2023（09）：69-73.

[2]呂小浩，陳東升，景國明，等.基于5G空口授時的智能變電站一體化測試技術研究[J].自動化與儀器儀表，2023（08）：135-138，143.

[3]劉韻韜，張洪濤，張子健，等.智能變電站過程層網絡配置研究[J].科技風，2023（12）：68-71.

[4]劉景霞，田立猛.基于VLAN劃分的智能變電站通信網絡方案研究[J].現代電子技術，2017，40（20）：173-177.

[5]王小立，劉海濤，張旭豐，等.基于網絡分析儀的智能變電站配置文件在線管控研究與應用[J].中國電力，2017，50（08）：141-145.