面向智能電網(wǎng)IP化的分組傳送網(wǎng)（PTN）建設(shè)

作為智能電網(wǎng)“中樞神經(jīng)”的通信網(wǎng)建設(shè)將面臨IP化的挑戰(zhàn)，本文將著重論述電力傳輸網(wǎng)從MSTP向PTN的平滑演進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)中基于分組業(yè)務(wù)為主的多業(yè)務(wù)承載。

1. 智能電網(wǎng)背景

2009年5月21日，國(guó)家電網(wǎng)公司首次向社會(huì)公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計(jì)劃，并初步披露了其三階段建設(shè)時(shí)間表，并將于2020年全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。

圖1 國(guó)家電網(wǎng)三階段推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)

智能電網(wǎng)就是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。涵蓋所有電壓等級(jí)，由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)有機(jī)組成。整個(gè)建設(shè)中，“統(tǒng)一”是前提，“堅(jiān)強(qiáng)”是基礎(chǔ)，“智能”是關(guān)鍵。最終實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，具有堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放和友好互動(dòng)內(nèi)涵的現(xiàn)代電網(wǎng)[4]。，圖2為國(guó)家電網(wǎng)智能電網(wǎng)內(nèi)涵。

圖2 國(guó)家電網(wǎng)智能電網(wǎng)內(nèi)涵

2. 電力網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與智能電網(wǎng)需求分析

電力通信作為行業(yè)性的專(zhuān)用通信網(wǎng)，是隨電力系統(tǒng)的發(fā)展需要而逐步形成和發(fā)展的。它主要用來(lái)緩解公網(wǎng)發(fā)展緩慢而造成的通信能力不足并填補(bǔ)公網(wǎng)難以滿(mǎn)足一些電力部門(mén)特殊通信需求的矛盾，以保證電力專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)正常高效地進(jìn)行。

當(dāng)前，電力通信網(wǎng)是由光纖、微波及衛(wèi)星電路構(gòu)成主干線(xiàn)，各支路充分利用電力線(xiàn)載波、特種光纜等電力系統(tǒng)特有的通信方式，并采用明線(xiàn)、電纜、無(wú)線(xiàn)等多種通信手段及程控交換機(jī)、調(diào)度總機(jī)等設(shè)備組成的多用戶(hù)、多功能的綜合通信網(wǎng)。

從智能電網(wǎng)的通信支撐需求來(lái)看，電力傳送網(wǎng)需求的主要特征是：

2.1 越來(lái)越高的寬帶業(yè)務(wù)要求

要求電力通信不僅包括傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)，如：自動(dòng)號(hào)、行政電話(huà)、調(diào)度電話(huà)、遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)、熱線(xiàn)電話(huà)、計(jì)算機(jī)MIS業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、圖象等，還需要各種多媒體寬帶業(yè)務(wù)，如：高速上網(wǎng)、視頻點(diǎn)播、專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)等等,所有這些寬帶業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)的帶寬的要求也越來(lái)越大。

2.2 越來(lái)越高的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)傳輸要求

傳統(tǒng)電力通信系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)內(nèi)部的信息交換，窄帶和獨(dú)立通信的TDM技術(shù)限制了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。作為基礎(chǔ)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)信息技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素，并且已經(jīng)成為電力系統(tǒng)信息化的主要組成部份。大多數(shù)電力生產(chǎn)信息、管理信息及調(diào)度信息均可通過(guò)電力通信及調(diào)度網(wǎng)絡(luò)傳輸。并且，理想的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不僅可以給電力生產(chǎn)和管理提供優(yōu)勢(shì)，而且可以為電力行業(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)來(lái)增加收入提供商機(jī)。因此，電力行業(yè)需要良好的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.3 嚴(yán)格的多業(yè)務(wù)QoS能力要求

電力通信的業(yè)務(wù)可劃分為關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)和事務(wù)管理業(yè)務(wù)兩大類(lèi)。關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)包括遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)信號(hào)和調(diào)度電話(huà)等,事務(wù)管理業(yè)務(wù)包括行政電話(huà)、會(huì)議電話(huà)和會(huì)議電視、管理信息數(shù)據(jù)等。不同的電力通信業(yè)務(wù)，要求也不同。關(guān)鍵運(yùn)行業(yè)務(wù)信息量不大。但對(duì)通信的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性要求很高;事務(wù)管理性業(yè)務(wù)則是業(yè)務(wù)種類(lèi)多、變化快、通信流量大。

圖3 電力業(yè)務(wù)分類(lèi)及相關(guān)采用技術(shù)

所以，面向堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)一方面需要繼承傳統(tǒng)SDH/MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)的電信級(jí)傳輸能力，另一方面也要具備電力業(yè)務(wù)日益IP化、寬帶化的發(fā)展趨勢(shì)。目前，智能電網(wǎng)在接入側(cè)正在進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化、基于EPON的遠(yuǎn)程抄表以及電力智能小區(qū)建設(shè)，電力綜合傳送網(wǎng)需要面向電力智能化、IP化的傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

3. 電力城域傳送網(wǎng)的優(yōu)化與演進(jìn)

3.1 從MSTP到PTN的演進(jìn)

作為傳送技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)融合(某種意義上的妥協(xié))，MSTP傳送技術(shù)及設(shè)備在傳送網(wǎng)向分組傳送(交換)方向前進(jìn)了一步。MSTP中通過(guò)使用GFP封裝、VC虛級(jí)聯(lián)、LCAS(鏈路容量調(diào)整)等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)新業(yè)務(wù)提供延伸的接口。引入MSTP以后，對(duì)于現(xiàn)有的IP城域網(wǎng)和ATM網(wǎng)，MSTP可以為其提供接入和匯聚，擴(kuò)大以太網(wǎng)業(yè)務(wù)與ATM業(yè)務(wù)的覆蓋范圍，確保各網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)發(fā)展和相互配合，因而MSTP上通過(guò)數(shù)據(jù)接口功能的增加，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有效補(bǔ)充，保護(hù)了現(xiàn)有投資。

但是MSTP傳送技術(shù)及設(shè)備也碰到一些制約因素(障礙)。首先，利用MSTP實(shí)現(xiàn)各類(lèi)業(yè)務(wù)網(wǎng)在匯聚層和接入層的合網(wǎng)建設(shè)，必然會(huì)帶來(lái)如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)管理等問(wèn)題，因此在引入MSTP的同時(shí)，還要注意適當(dāng)重組業(yè)務(wù)流程和網(wǎng)絡(luò)管理流程，以適應(yīng)業(yè)務(wù)綜合和網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢(shì)。其次是MSTP處理顆粒(接口速度)的不匹配：MSTP以2Mbit/s速率及其虛級(jí)鏈來(lái)轉(zhuǎn)送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，就如同拿一把尺子來(lái)稱(chēng)蘋(píng)果的重量一樣不太合適。事實(shí)上，MSTP的內(nèi)核是通過(guò)VC-12或者VC-4的交叉粒度來(lái)完成以太網(wǎng)的分組傳送的。面向群路側(cè)的處理對(duì)象是VC-4，不清楚也不能適應(yīng)VC-4內(nèi)包的傳送。對(duì)于以太網(wǎng)而言，包長(zhǎng)是變化的，流量是突發(fā)的。傳統(tǒng)的SDH傳送網(wǎng)對(duì)于基于分組化的業(yè)務(wù)和新的業(yè)務(wù)提供方式，存在著諸如業(yè)務(wù)指配處理復(fù)雜，帶寬效率低，成本高，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。由于MSTP交換平臺(tái)的核心結(jié)構(gòu)為交叉式電路方式的時(shí)隙交換，所以MSTP不能有效利用分組業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性。