董正坤,胡立章,孫翠英,劉 芳

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

分組傳輸網(wǎng)(PTN)在電力系統(tǒng)關鍵業(yè)務的應用分析

董正坤1,胡立章1,孫翠英2,劉 芳1

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

由于電力通信傳輸網(wǎng)承載的業(yè)務類型開始由低速率、小顆粒的TDM業(yè)務轉(zhuǎn)向高速率、大顆粒的IP業(yè)務,傳統(tǒng)的SDH/ MSTP技術已經(jīng)無法滿足需求,提出PTN技術,在介紹PTN技術原理的基礎上,分析PTN的優(yōu)勢,結(jié)合PTN關鍵技術機制重點闡述PTN網(wǎng)絡上承載的電力系統(tǒng)中各項關鍵業(yè)務,并介紹了應用情況及效果。

電力信息通信傳輸平臺;PTN;TDM;多業(yè)務承載

電力通信系統(tǒng)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和企業(yè)高效經(jīng)營管理的重要支柱之一。電力通信網(wǎng)承載著繼電保護通道、調(diào)度自動化、調(diào)度電話等重要生產(chǎn)業(yè)務,以及辦公自動化、信息系統(tǒng)、多媒體、視頻會議等管理類業(yè)務。隨著公司堅強智能電網(wǎng)建設不斷深入,為滿足信息化、自動化、互動化的需求,基于PTN技術構(gòu)建安全、可靠、統(tǒng)一、高效的電力信息通信傳輸平臺成為當務之急。

1 電力通信傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.1 電力通信傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀

當前,電力通信系統(tǒng)普遍采用基于電路交換內(nèi)核的SDH/MSTP技術構(gòu)建光傳輸網(wǎng)絡。SDH/MSTP技術的優(yōu)勢在于對TDM業(yè)務(Time Division Multiplex,時分復用)承載效率高,傳輸時延低、可靠性高、支持端到端的管理,技術穩(wěn)定成熟。在過去較長的一段時間中,電力光傳輸網(wǎng)絡承載的業(yè)務呈現(xiàn)“時分復用為主,分組業(yè)務為輔”的特點。

隨著視頻監(jiān)控、可視化調(diào)度等多媒體業(yè)務的開展,在業(yè)務全IP化的發(fā)展趨勢下,電力通信傳輸網(wǎng)承載的業(yè)務類型也由64 K、2 M等低速率、小顆粒的TDM業(yè)務轉(zhuǎn)向以GE、10GE等高速率、大顆粒的IP業(yè)務。SDH/MSTP技術為保證服務質(zhì)量而提供剛性傳輸通道的特點,在承載IP業(yè)務時,出現(xiàn)帶寬利用率低、靈活性差等不足。

1.2 PTN技術原理及優(yōu)勢

為彌補SDH/MSTP在業(yè)務承載上的不足, PTN技術應運而生。PTN技術針對IP業(yè)務流量的突發(fā)性和統(tǒng)計復用傳輸要求設計,以分組交換技術為核心,支持多業(yè)務傳送[1],同時還兼具SDH/MSTP設備所具有的電信級OAM機制[2],

具有高效的業(yè)務調(diào)度機制,采用面向連接的業(yè)務適配方法實現(xiàn)面向連接的彈性傳輸通道,支持多種保護機制,業(yè)務隔離度高,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)務通信需求,符合了未來全業(yè)務IP化的發(fā)展趨勢,如圖1所示。

圖1 PTN網(wǎng)絡業(yè)務承載圖

PTN采用IEEE1588v2時鐘同步機制實現(xiàn)全網(wǎng)時間同步,以兼容TDM業(yè)務實現(xiàn)與電路交換網(wǎng)絡的互聯(lián)互通[4],同時滿足網(wǎng)絡節(jié)點的同步需求。PTN采用PWE3技術[5]將TDM業(yè)務轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)分組以進行承載。在統(tǒng)一的時鐘基準下,TDM業(yè)務在PTN網(wǎng)絡出口處重建TDM碼流定時信息。

此外,PTN網(wǎng)絡采用區(qū)分服務和流量工程的方式來保證不同業(yè)務流的服務質(zhì)量要求。利用PTN所提供的區(qū)分服務機制,為不同業(yè)務設置不同的優(yōu)先級[6],保證高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)在傳輸過程中得到優(yōu)先處理;利用PTN所提供的流量工程機制,根據(jù)業(yè)務的流量需求和網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),規(guī)劃并分配網(wǎng)絡資源,為每一條業(yè)務及管道定義承諾帶寬(CIR)和超額帶寬(EIR)[7],減少網(wǎng)絡擁塞、網(wǎng)絡延遲等影響。同時,PTN提供了一系列的保護機制:線性保護技術和環(huán)網(wǎng)保護技術,支持網(wǎng)絡級的保護和設備級的保護,防止關鍵業(yè)務因鏈路或者故障而造成業(yè)務中斷。

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

2 電力系統(tǒng)關鍵業(yè)務在PTN網(wǎng)絡上的承載

2.1 PTN承載的電力系統(tǒng)業(yè)務

PTN網(wǎng)絡支持業(yè)務接入類型豐富,完全滿足了電力通信業(yè)務需求,而且對以太網(wǎng)IP業(yè)務更能提供良好支撐能力。電力通信業(yè)務中調(diào)度生產(chǎn)類業(yè)務對時延和保護的要求最為苛刻,目前,要求調(diào)度生產(chǎn)類業(yè)務的傳輸時延在10ms以下,保護倒換時延在50ms以下。PTN設業(yè)務傳輸時延已可以控制在10ms以下,并且支持業(yè)務級、設備級和網(wǎng)絡級保護,由于采用了硬件收發(fā)OAM報文與APS保護倒換機制,因此倒換時間也可控制在50ms以內(nèi)。滿足了調(diào)度生產(chǎn)業(yè)務對通信通道的技術要求。但是其基于IP的傳輸方式可能會給電力生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務的承載帶來一定的風險,是否可以承載此類業(yè)務,需時一步實驗驗證。

2.2 繼電保護業(yè)務在PTN網(wǎng)絡上的承載

繼電保護業(yè)務關系著電網(wǎng)安全,是電力通信系統(tǒng)承載的關鍵業(yè)務,以E1通道進行承載,屬于TDM業(yè)務,以其為例進行分析。在PTN網(wǎng)絡上進行承載這些關鍵的TDM業(yè)務時,設置業(yè)務為高優(yōu)先級并預先分配足夠的業(yè)務帶寬,以滿足業(yè)務對傳輸時延和可靠性的要求。在實驗條件下,構(gòu)建TDM業(yè)務時延測試電路如圖2所示。在NE1-NE3之間配置LSP,并在節(jié)點NE1輸入E1業(yè)務信號。E1業(yè)務在節(jié)點NE3自環(huán),進行環(huán)回實驗。NE1節(jié)點側(cè)的SDH分析儀可以測量E1業(yè)務經(jīng)過環(huán)回傳輸后的時延,測試結(jié)果如圖3所示。

圖2 TDM業(yè)務時延測試電路

圖3 TDM業(yè)務時延測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果,經(jīng)PTN對E1進行電路仿真后,通道的傳輸時延為5.3 ms。表1給出了實驗室場景下的保護倒換時間和恢復時間。測試過程主要針對TDM業(yè)務的保護倒換進行。保護方式分為LSP 1:1保護和環(huán)網(wǎng)Wrapping保護等2種形式,倒換觸發(fā)方式有斷纖和網(wǎng)管觸發(fā)。

表1 路徑保護倒換時間測試結(jié)果

測試結(jié)果顯示,斷纖觸發(fā)的保護倒換時間略長于網(wǎng)管觸發(fā),但是,2種觸發(fā)方式的保護恢復時間相差不多,業(yè)務保護的倒換和恢復時間均小于50 ms。以上測試結(jié)果滿足文獻[8-9]中繼電保護設備對傳輸通道的要求。測試數(shù)據(jù)顯示,PTN網(wǎng)絡在理論上具備承載繼電保護業(yè)務的能力。

2.3 管理信息業(yè)務在PTN網(wǎng)絡承載

管理信息業(yè)務是電力生產(chǎn)業(yè)務的輔助方式,是電力信息化管理的基本手段,為IP數(shù)據(jù)業(yè)務。根據(jù)圖4測試結(jié)果表明PTN設備在端口總?cè)萘坎淮笥诮粨Q容量時支持所有端口線速轉(zhuǎn)發(fā)能力,設備滿足在擁塞情況下高優(yōu)先級業(yè)務(如視頻、同步報文、話音等)的24 h無丟包。

圖4 以太網(wǎng)業(yè)務的誤碼性能測試

端到端業(yè)務在擁塞情況下無丟包的高優(yōu)先級業(yè)務各種幀長的單向時延沒有超過1 ms。與傳統(tǒng)IP網(wǎng)相比,在數(shù)據(jù)封裝的開銷差別上不是很大,一個基于IP封裝,一個基于MPLS封裝,效率沒有明顯差距。PTN的優(yōu)勢在于LSP靜態(tài)指定,而IP網(wǎng)是通過動態(tài)路由的方式。測試數(shù)據(jù)顯示,IP數(shù)據(jù)業(yè)務在轉(zhuǎn)發(fā)效率和時延上,PTN有明顯優(yōu)勢。

3 PTN承載關鍵業(yè)務應用效果

根據(jù)上述分析結(jié)果,PTN支持TDM、以太網(wǎng)業(yè)務接入,從技術參數(shù)上可以滿足繼電保護、管理信息等業(yè)務的傳輸需求。但是其基于IP的傳輸方式可能會給電力生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務的承載帶來一定的風險,其適用性需進一步驗證。

4 結(jié)束語

以上結(jié)合PTN的主要技術機制,分析了TDM業(yè)務和IP分組業(yè)務在PTN網(wǎng)絡上的承載。

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)關鍵業(yè)務的傳輸需求,借鑒PTN在電信網(wǎng)絡中的運維與管理經(jīng)驗,實際測試PTN網(wǎng)絡的服務質(zhì)量,研究如何利用PTN網(wǎng)絡為智能電網(wǎng)提供多業(yè)務支撐,將成為下一階段的重點工作。

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本文責任編輯: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。