分組傳輸網(wǎng)(PTN)在電力系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的應(yīng)用分析

董正坤,胡立章,孫翠英,劉 芳

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司信息通信分公司,石家莊 050021;2.國(guó)網(wǎng)河北電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021)

分組傳輸網(wǎng)(PTN)在電力系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的應(yīng)用分析

董正坤1,胡立章1,孫翠英2,劉 芳1

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司信息通信分公司,石家莊 050021;2.國(guó)網(wǎng)河北電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021)

由于電力通信傳輸網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)類(lèi)型開(kāi)始由低速率、小顆粒的TDM業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向高速率、大顆粒的IP業(yè)務(wù),傳統(tǒng)的SDH/ MSTP技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需求,提出PTN技術(shù),在介紹PTN技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,分析PTN的優(yōu)勢(shì),結(jié)合PTN關(guān)鍵技術(shù)機(jī)制重點(diǎn)闡述PTN網(wǎng)絡(luò)上承載的電力系統(tǒng)中各項(xiàng)關(guān)鍵業(yè)務(wù),并介紹了應(yīng)用情況及效果。

電力信息通信傳輸平臺(tái);PTN;TDM;多業(yè)務(wù)承載

電力通信系統(tǒng)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和企業(yè)高效經(jīng)營(yíng)管理的重要支柱之一。電力通信網(wǎng)承載著繼電保護(hù)通道、調(diào)度自動(dòng)化、調(diào)度電話(huà)等重要生產(chǎn)業(yè)務(wù),以及辦公自動(dòng)化、信息系統(tǒng)、多媒體、視頻會(huì)議等管理類(lèi)業(yè)務(wù)。隨著公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)不斷深入,為滿(mǎn)足信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的需求,基于PTN技術(shù)構(gòu)建安全、可靠、統(tǒng)一、高效的電力信息通信傳輸平臺(tái)成為當(dāng)務(wù)之急。

1 電力通信傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1.1 電力通信傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀

當(dāng)前,電力通信系統(tǒng)普遍采用基于電路交換內(nèi)核的SDH/MSTP技術(shù)構(gòu)建光傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH/MSTP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)TDM業(yè)務(wù)(Time Division Multiplex,時(shí)分復(fù)用)承載效率高,傳輸時(shí)延低、可靠性高、支持端到端的管理,技術(shù)穩(wěn)定成熟。在過(guò)去較長(zhǎng)的一段時(shí)間中,電力光傳輸網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)“時(shí)分復(fù)用為主,分組業(yè)務(wù)為輔”的特點(diǎn)。

隨著視頻監(jiān)控、可視化調(diào)度等多媒體業(yè)務(wù)的開(kāi)展,在業(yè)務(wù)全I(xiàn)P化的發(fā)展趨勢(shì)下,電力通信傳輸網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)類(lèi)型也由64 K、2 M等低速率、小顆粒的TDM業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向以GE、10GE等高速率、大顆粒的IP業(yè)務(wù)。SDH/MSTP技術(shù)為保證服務(wù)質(zhì)量而提供剛性傳輸通道的特點(diǎn),在承載IP業(yè)務(wù)時(shí),出現(xiàn)帶寬利用率低、靈活性差等不足。

1.2 PTN技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)

為彌補(bǔ)SDH/MSTP在業(yè)務(wù)承載上的不足, PTN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。PTN技術(shù)針對(duì)IP業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳輸要求設(shè)計(jì),以分組交換技術(shù)為核心,支持多業(yè)務(wù)傳送[1],同時(shí)還兼具SDH/MSTP設(shè)備所具有的電信級(jí)OAM機(jī)制[2],

具有高效的業(yè)務(wù)調(diào)度機(jī)制,采用面向連接的業(yè)務(wù)適配方法實(shí)現(xiàn)面向連接的彈性傳輸通道,支持多種保護(hù)機(jī)制,業(yè)務(wù)隔離度高,具有較好的安全性。

PTN以分組交換為內(nèi)核,建立面向連接的彈性傳輸通道,有效降低了分組傳輸延遲和丟包率[3],滿(mǎn)足了以FE、GE、10GE接口形式呈現(xiàn)的IP分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信需求,符合了未來(lái)全業(yè)務(wù)IP化的發(fā)展趨勢(shì),如圖1所示。

圖1 PTN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載圖

PTN采用IEEE1588v2時(shí)鐘同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間同步,以兼容TDM業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)與電路交換網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通[4],同時(shí)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的同步需求。PTN采用PWE3技術(shù)[5]將TDM業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組以進(jìn)行承載。在統(tǒng)一的時(shí)鐘基準(zhǔn)下,TDM業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)出口處重建TDM碼流定時(shí)信息。

此外,PTN網(wǎng)絡(luò)采用區(qū)分服務(wù)和流量工程的方式來(lái)保證不同業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量要求。利用PTN所提供的區(qū)分服務(wù)機(jī)制,為不同業(yè)務(wù)設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)[6],保證高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中得到優(yōu)先處理;利用PTN所提供的流量工程機(jī)制,根據(jù)業(yè)務(wù)的流量需求和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),規(guī)劃并分配網(wǎng)絡(luò)資源,為每一條業(yè)務(wù)及管道定義承諾帶寬(CIR)和超額帶寬(EIR)[7],減少網(wǎng)絡(luò)擁塞、網(wǎng)絡(luò)延遲等影響。同時(shí),PTN提供了一系列的保護(hù)機(jī)制:線(xiàn)性保護(hù)技術(shù)和環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù),支持網(wǎng)絡(luò)級(jí)的保護(hù)和設(shè)備級(jí)的保護(hù),防止關(guān)鍵業(yè)務(wù)因鏈路或者故障而造成業(yè)務(wù)中斷。

PTN技術(shù)順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)“IP化、智能化、寬帶化、扁平化”的發(fā)展趨勢(shì),采用基于分組交換內(nèi)核PTN網(wǎng)絡(luò)組建下一代的電力信息通信傳輸平臺(tái)已成為必然選擇。

2 電力系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)上的承載

2.1 PTN承載的電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)

PTN網(wǎng)絡(luò)支持業(yè)務(wù)接入類(lèi)型豐富,完全滿(mǎn)足了電力通信業(yè)務(wù)需求,而且對(duì)以太網(wǎng)IP業(yè)務(wù)更能提供良好支撐能力。電力通信業(yè)務(wù)中調(diào)度生產(chǎn)類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延和保護(hù)的要求最為苛刻,目前,要求調(diào)度生產(chǎn)類(lèi)業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)延在10ms以下,保護(hù)倒換時(shí)延在50ms以下。PTN設(shè)業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延已可以控制在10ms以下,并且支持業(yè)務(wù)級(jí)、設(shè)備級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù),由于采用了硬件收發(fā)OAM報(bào)文與APS保護(hù)倒換機(jī)制,因此倒換時(shí)間也可控制在50ms以?xún)?nèi)。滿(mǎn)足了調(diào)度生產(chǎn)業(yè)務(wù)對(duì)通信通道的技術(shù)要求。但是其基于IP的傳輸方式可能會(huì)給電力生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)的承載帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn),是否可以承載此類(lèi)業(yè)務(wù),需時(shí)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2 繼電保護(hù)業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)上的承載

繼電保護(hù)業(yè)務(wù)關(guān)系著電網(wǎng)安全,是電力通信系統(tǒng)承載的關(guān)鍵業(yè)務(wù),以E1通道進(jìn)行承載,屬于TDM業(yè)務(wù),以其為例進(jìn)行分析。在PTN網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行承載這些關(guān)鍵的TDM業(yè)務(wù)時(shí),設(shè)置業(yè)務(wù)為高優(yōu)先級(jí)并預(yù)先分配足夠的業(yè)務(wù)帶寬,以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)對(duì)傳輸時(shí)延和可靠性的要求。在實(shí)驗(yàn)條件下,構(gòu)建TDM業(yè)務(wù)時(shí)延測(cè)試電路如圖2所示。在NE1-NE3之間配置LSP,并在節(jié)點(diǎn)NE1輸入E1業(yè)務(wù)信號(hào)。E1業(yè)務(wù)在節(jié)點(diǎn)NE3自環(huán),進(jìn)行環(huán)回實(shí)驗(yàn)。NE1節(jié)點(diǎn)側(cè)的SDH分析儀可以測(cè)量E1業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)環(huán)回傳輸后的時(shí)延,測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖2 TDM業(yè)務(wù)時(shí)延測(cè)試電路

圖3 TDM業(yè)務(wù)時(shí)延測(cè)試結(jié)果

根據(jù)測(cè)試結(jié)果,經(jīng)PTN對(duì)E1進(jìn)行電路仿真后,通道的傳輸時(shí)延為5.3 ms。表1給出了實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景下的保護(hù)倒換時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。測(cè)試過(guò)程主要針對(duì)TDM業(yè)務(wù)的保護(hù)倒換進(jìn)行。保護(hù)方式分為L(zhǎng)SP 1:1保護(hù)和環(huán)網(wǎng)Wrapping保護(hù)等2種形式,倒換觸發(fā)方式有斷纖和網(wǎng)管觸發(fā)。

表1 路徑保護(hù)倒換時(shí)間測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果顯示,斷纖觸發(fā)的保護(hù)倒換時(shí)間略長(zhǎng)于網(wǎng)管觸發(fā),但是,2種觸發(fā)方式的保護(hù)恢復(fù)時(shí)間相差不多,業(yè)務(wù)保護(hù)的倒換和恢復(fù)時(shí)間均小于50 ms。以上測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足文獻(xiàn)[8-9]中繼電保護(hù)設(shè)備對(duì)傳輸通道的要求。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,PTN網(wǎng)絡(luò)在理論上具備承載繼電保護(hù)業(yè)務(wù)的能力。

2.3 管理信息業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)承載

管理信息業(yè)務(wù)是電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的輔助方式,是電力信息化管理的基本手段,為IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。根據(jù)圖4測(cè)試結(jié)果表明PTN設(shè)備在端口總?cè)萘坎淮笥诮粨Q容量時(shí)支持所有端口線(xiàn)速轉(zhuǎn)發(fā)能力,設(shè)備滿(mǎn)足在擁塞情況下高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)(如視頻、同步報(bào)文、話(huà)音等)的24 h無(wú)丟包。

圖4 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的誤碼性能測(cè)試

端到端業(yè)務(wù)在擁塞情況下無(wú)丟包的高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)各種幀長(zhǎng)的單向時(shí)延沒(méi)有超過(guò)1 ms。與傳統(tǒng)IP網(wǎng)相比,在數(shù)據(jù)封裝的開(kāi)銷(xiāo)差別上不是很大,一個(gè)基于IP封裝,一個(gè)基于MPLS封裝,效率沒(méi)有明顯差距。PTN的優(yōu)勢(shì)在于LSP靜態(tài)指定,而IP網(wǎng)是通過(guò)動(dòng)態(tài)路由的方式。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在轉(zhuǎn)發(fā)效率和時(shí)延上,PTN有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 PTN承載關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用效果

根據(jù)上述分析結(jié)果,PTN支持TDM、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接入,從技術(shù)參數(shù)上可以滿(mǎn)足繼電保護(hù)、管理信息等業(yè)務(wù)的傳輸需求。但是其基于IP的傳輸方式可能會(huì)給電力生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)的承載帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn),其適用性需進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上結(jié)合PTN的主要技術(shù)機(jī)制,分析了TDM業(yè)務(wù)和IP分組業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)上的承載。

隨著河北南部電網(wǎng)基于PTN的電力通信光傳輸網(wǎng)的建成,結(jié)合電力系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的傳輸需求,借鑒PTN在電信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)維與管理經(jīng)驗(yàn),實(shí)際測(cè)試PTN網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量,研究如何利用PTN網(wǎng)絡(luò)為智能電網(wǎng)提供多業(yè)務(wù)支撐,將成為下一階段的重點(diǎn)工作。

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本文責(zé)任編輯:丁 力

Application Analysis of Key Business of Power System Based on Packet Transmission Network(PTN)

Dong Zhengkun1,Hu Lizhang1,Sun Cuiying2,Liu Fang1
(1.State Grid Hebei Information&Telecommunicaion Branch,Shijiazhuang 050021,China; 2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Currently the business type of power communication transmission network is transmitting from low rate TDM business with small particles to high speed IP business with large particles.Traditional SDH/MSTP technology can not satisfy the practical requirement anymore.The PTN technology Is proposed to satisfy such practical requirement,through introducing the principle of PTN,the advantages of PTN are analyzed.This paper focuses on the key business of power system on PTN according to critical mechanism of PTN.The application of this technology is represented and the performance is also discussed.

electricity transmission of information and communication platform;PTN;TDM;multi-service bearer

TN929

B

1001-9898(2016)04-0030-03

2016-01-15

董正坤(1982-),男,工程師,主要從事電力系統(tǒng)信息通信的工作。