面向電力雙向互動業(yè)務的數(shù)據(jù)匯集策略研究

趙輝 汪梁 王曉東 楊永標 王金明

摘 要：為了提高電力主干網(wǎng)和運營商公網(wǎng)及其他異構網(wǎng)絡的聯(lián)通能力，文章在調研大量電力工程應用的基礎上，研究了電力互動業(yè)務的數(shù)據(jù)匯集策略。首先，分析了電力骨干通信網(wǎng)直接接入電力業(yè)務的不足，需輔之以運營商通信網(wǎng)。在通信技術數(shù)據(jù)匯集層面上，分別介紹了同步數(shù)字體系（SDH）、基于SDH的多業(yè)務傳送平臺（MSTP）和分組傳輸網(wǎng)（PTN）及其在運營商通信網(wǎng)和電力通信網(wǎng)上的應用。SDH在處理TDM業(yè)務上、MSTP在處理電力多業(yè)務上、PTN在處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務上各自有著顯著優(yōu)勢，且指出了分組傳輸網(wǎng)為未來電力建設的趨勢。在通信協(xié)議數(shù)據(jù)匯集層面上，分析了IPv6的優(yōu)勢以及在原有IPv4基礎上的部署策略。最后，文章給出了基于IPv6的電力雙向互動業(yè)務數(shù)據(jù)匯集的部署方案，具有較大的實際意義。

關鍵詞：數(shù)據(jù)匯集；SDH；MSTP；PTN；IPv6

電力系統(tǒng)是一個由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)構成的一個復雜的能量交換系統(tǒng)，電力通信網(wǎng)則是服務于這個能量交換交換系統(tǒng)的一個通信網(wǎng)絡。電力雙向互動業(yè)務主要包括居民用戶業(yè)務、大用戶業(yè)務、電動汽車充換電業(yè)務以及分布式儲能/發(fā)電業(yè)務等，這些業(yè)務涉及海量數(shù)據(jù)和大量網(wǎng)絡孤島，需接至電力骨干通信網(wǎng)，進而上傳至電力公司數(shù)據(jù)中心。但電力接入通信網(wǎng)絡基礎薄弱，不足以提供雙向互動服務終端節(jié)點數(shù)量多、分布廣泛的拓撲特點，需輔以移動通信網(wǎng)、IP公網(wǎng)等其他通信資源，以提供安全、可靠、靈活的通信能力。

現(xiàn)階段電力通信數(shù)據(jù)匯集組網(wǎng)技術大都以同步數(shù)字體系（SDH）和基于SDH的多業(yè)務傳送平臺（MSTP）為主，隨著以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的比重不斷擴大，分組傳送網(wǎng)（PTN）的發(fā)展越來越快。此外，在通信協(xié)議層面上，隨著IP網(wǎng)絡的不斷普及，其有限IP地址將反過來制約IP網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，新一代IPv6協(xié)議將是數(shù)據(jù)匯集技術在通信協(xié)議層面上的發(fā)展方向。

1 基于SDH的數(shù)據(jù)匯集

同步數(shù)字體系（SDH）將復接、線路傳輸及交換功能融為一體，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡保護、業(yè)務監(jiān)控等功能。為滿足不同的數(shù)據(jù)業(yè)務的傳播速率要求，SDH采用同步復接方式，以同步傳輸模塊STM為基礎，其中STM-1的傳播速率為155.520Mb/s，STM-4的傳播速率為622.080Mb/s，STM-16的傳播速率為2488.320Mb/s[1]。只需利用軟件，即可實現(xiàn)不同傳送速率的數(shù)字信號的復接和分接，操作簡單且便于通信系統(tǒng)的擴容。在現(xiàn)階段電力專網(wǎng)和運營商通信網(wǎng)中，基于SDH的組網(wǎng)方式占據(jù)較大比重，在處理TDM業(yè)務上，其優(yōu)勢地位更加明顯。

居民用戶業(yè)務、大用戶業(yè)務、電動汽車充換電業(yè)務、分布式儲能/發(fā)電業(yè)務等所需的不同傳輸速率的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)集中器分類、儲存和轉發(fā)，在數(shù)據(jù)集中器側配置SDH光端機接入運營商的SDH傳輸網(wǎng)。為增強網(wǎng)管的有效監(jiān)控和SDH自愈能力，采用環(huán)形拓撲結構。運營商SDH傳輸網(wǎng)就近接入電力通信骨干網(wǎng)，其接入層也采用SDH組網(wǎng)方式，一般為155Mbit/s或622Mbit/s環(huán)網(wǎng)。最后量測數(shù)據(jù)傳輸至電力公司數(shù)據(jù)中心。

由于運營商公網(wǎng)普遍采用SDH組網(wǎng)方式，因此，電力專網(wǎng)與公網(wǎng)SDH專線數(shù)據(jù)匯集的方案性價比非常高，但是，SDH對于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務和ATM業(yè)務處理能力非常有限，其局限性也非常明顯。

2 基于MSTP的數(shù)據(jù)匯集

基于SDH的多業(yè)務傳動平臺（MSTP）在SDH的基礎上，通過對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀和ATM信元的封裝，實現(xiàn)基于SDH的多業(yè)務傳送。綜上，MSTP具有TDM業(yè)務、ATM業(yè)務和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的接入能力，是SDH技術的強化，但是對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入能力仍不夠完善。

現(xiàn)階段，電力公司專網(wǎng)和運營商通信網(wǎng)都大量采用MSTP技術通信組網(wǎng)。MSTP提供了多種業(yè)務和多種速率的組網(wǎng)選擇、支持動態(tài)帶寬分配以及MSTP設備彼此兼容和相互無縫傳輸能力[2]。

電力通信網(wǎng)和運營商通信網(wǎng)基于MSTP方案部署策略同SDH方案部署策略一致。居民用戶業(yè)務、大用戶業(yè)務、電動汽車充換電業(yè)務和分布式儲能/發(fā)電等電力雙向互動業(yè)務采集到的電量和非電量數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)集中器分類、集中、轉發(fā)，將TDM數(shù)據(jù)、ATM數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務分別通過語音交換機、ATM交換機和以太網(wǎng)交換機接入運營商MSTP傳輸網(wǎng)。同樣MSTP在實際部署中，一般采用環(huán)網(wǎng)形式以增強其適應性和自愈能力，也便于SDH網(wǎng)絡、ATM網(wǎng)絡和以太網(wǎng)等網(wǎng)絡孤島接入。運營商MSTP傳輸網(wǎng)就近接入電力通信骨干網(wǎng)，其接入層也采用MSTP組網(wǎng)方式，一般為155Mbit/s的環(huán)網(wǎng)，接至電力公司數(shù)據(jù)中心。

雖然，MSTP在處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的能力上差強人意，但是其用戶側設備非常便宜，只需接入交換機，且運營商也大量采用MSTP組網(wǎng)方式，所以，MSTP技術可視為從SDH技術到PTN技術的過渡方案。

3 基于PTN的數(shù)據(jù)匯集

電力雙向互動業(yè)務正以語音業(yè)務為主向以太網(wǎng)數(shù)據(jù)為主轉變，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的帶寬需求也占據(jù)電力通信總帶寬的絕大部分。分組傳輸網(wǎng)（PTN）體現(xiàn)出了處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的強大能力。PTN采用靈活的動態(tài)帶寬分配策略和統(tǒng)計時分復用技術，可高效承擔IP數(shù)據(jù)業(yè)務[3]。根據(jù)電力雙向互動業(yè)務運營商通信網(wǎng)和電力通信專網(wǎng)數(shù)據(jù)匯集的實際需要，將PTN細化為三層：接入層、匯聚層和核心層。

（1）PTN接入層。接入層直接面向用戶終端設備，設置用戶訪問權限和VLAN隔離域，確?；訑?shù)據(jù)能夠正常傳輸且不會相互干擾。

（2）PTN匯聚層。核心層主要是對接入層接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行匯聚、優(yōu)化和轉發(fā)，提高傳輸速率和服務質量。

（3）PTN核心層。核心層實現(xiàn)雙向互動以太網(wǎng)數(shù)據(jù)集中調度和快速轉發(fā)，充當網(wǎng)絡樞紐，要求好可靠性、快速性和安全性。

電力以太網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過上述電力PTN環(huán)三層處理后，接入運營商PTN專線，實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中調度和快速轉發(fā)，一般采用環(huán)網(wǎng)形式部署，并就近接入電力通信骨干網(wǎng)。

4 基于IPv6的數(shù)據(jù)匯集

IP網(wǎng)絡不斷普及，但其地址空間有限，不足以支撐日益龐大的IP數(shù)據(jù)業(yè)務。IPv6作為下一代版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，較之當前的IPv4協(xié)議，其優(yōu)勢表現(xiàn)在：地址空間更大、開銷更低、高效的層次尋址和路由結構、高可擴展性、更好的QoS等[4]。但是，當前運營商骨干網(wǎng)和電力通信專網(wǎng)大都采用IPv4協(xié)議，短期內(nèi)用IPv6取代IPv4，成本巨大，也不易實現(xiàn)。

電力IPv6的部署中，可在電力用戶側部署IPv6網(wǎng)絡，采集互動數(shù)據(jù)，形成大量IPv6孤島，利用MPLS L2VPN 技術、6PE 技術將IPv6孤島連接至IPv4主干線上。形成IPv4骨干+IPv6孤島的部署策略。

圖1給出了電力雙向互動業(yè)務中的IPv6部署策略。為滿足雙向互動居民用戶、大用戶、分布式發(fā)電/儲能和電動汽車等業(yè)務的QoS等需求，對各終端實行規(guī)約轉化，將用戶側多種通信協(xié)議統(tǒng)一轉化成IPv6通信協(xié)議，并分配相應的IPv6地址，這樣，形成了多個IPv6孤島。運營商和電力專網(wǎng)的主干網(wǎng)絡大都采用IPv4網(wǎng)絡，采用上述的MPLS L2 VPN技術部署或6PE技術部署策略，借助運營商IPv4網(wǎng)絡就近接入電力IPv4主干網(wǎng)。只需將MPLS網(wǎng)絡中的PE設備（服務提供商邊緣路由）升級或更換為支持6PE的設備即可。在MPLS VPN中繼續(xù)運行MPLS VPN，網(wǎng)絡中傳送的是IPv4數(shù)據(jù)報。然后通過IPv4的標簽分發(fā)協(xié)議建立6PE路由器之間的LSP，即建立6PE路由器之間的MPLS隧道。運營商骨干網(wǎng)就近接入電力通信專網(wǎng)，電力專網(wǎng)IPv6部署策略同運營商骨干網(wǎng)一致。最后，從電力專網(wǎng)終端接入為IPv6數(shù)據(jù)經(jīng)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至電力公司數(shù)據(jù)中心。

5 結束語

為提高電力公司的服務質量和用戶的滿意度，文章在大量調研的基礎上，一方面，在通信技術層面上，通過SDH技術、MSTP技術和PTN技術實現(xiàn)電力專網(wǎng)和異構網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)匯集。另一方面，在通信協(xié)議層面上，以新一代IPv6為核心，研究在原有IPv4為骨干網(wǎng)的基礎上部署IPv6孤島，并實現(xiàn)無縫連接，以提高海量數(shù)據(jù)的接入能力。這兩個層面上的研究為電力公司數(shù)據(jù)匯集部署提供了可行方案，也為智能用電提供了組網(wǎng)支撐。未來電力建設將以PTN和IPv6為方向，進一步完善智能電網(wǎng)。

參考文獻

[1]郭任重.SDH常用組網(wǎng)方式在電力通信傳輸網(wǎng)中的運用[J].江西電力，2009，33（6）：55-59.

[2]王偉勇.電力系統(tǒng)通信城域MSTP骨干網(wǎng)方式探討[J].電力系統(tǒng)通信，2006，27（166）：48-50.

[3]加小鐵，雷學義，等.PTN為智能電網(wǎng)提供理想的信息通信平臺[J].電力系統(tǒng)通信，2010，31（213）：20-23.

[4]許昌俊.基于IPv6的MPLS VPN研究[D].貴州大學，2009.