楊一鳴，胡蓉，李曉靜，李炳林

(1 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，南京 210019；2 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，北京 100192)

電力調(diào)度交換網(wǎng)演進設(shè)想*

楊一鳴1，胡蓉1，李曉靜1，李炳林2

(1 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，南京 210019；2 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，北京 100192)

本文通過對國家電網(wǎng)公司各級電力調(diào)度單位的調(diào)研分析，提出了目前電力調(diào)度交換網(wǎng)面臨的問題；結(jié)合電力調(diào)度交換網(wǎng)實際情況，進行了技術(shù)體制論證分析；根據(jù)調(diào)度交換網(wǎng)實際需求，研究并提出了基于軟交換技術(shù)的電力調(diào)度交換網(wǎng)總體演進方案設(shè)想。

電力調(diào)度；電路交換；軟交換；IMS Qsig信令； SIP

1 引言

電力調(diào)度交換網(wǎng)作為我國電力調(diào)度運行指揮專用電話網(wǎng)，按照電力調(diào)度關(guān)系分層分區(qū)建設(shè)，覆蓋各級單位調(diào)度范圍內(nèi)的變電站、換流站、發(fā)電廠等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和近幾年的全國2M組網(wǎng)，已經(jīng)形成了覆蓋全部地市級以上調(diào)度機構(gòu)以及所轄縣調(diào)、廠站的調(diào)度交換網(wǎng)絡(luò)，為國家電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)和電網(wǎng)安全運行提供了安全可靠的語音電話保障。

電力調(diào)度交換網(wǎng)目前技術(shù)體制以電路交換為主，以Qsig信令為主要信令方式，全網(wǎng)用戶按照標準統(tǒng)一編號。隨著IP等分組技術(shù)的發(fā)展，語音交換網(wǎng)絡(luò)以及業(yè)務(wù)的IP化已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)演進的趨勢?；陔娐方粨Q技術(shù)的電力調(diào)度交換網(wǎng)也面臨是否向IP技術(shù)演進的問題。

電力調(diào)度交換網(wǎng)覆蓋國家電網(wǎng)公司地市級以上調(diào)度機構(gòu)，以及縣調(diào)、各廠站等終端節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作為調(diào)度系統(tǒng)的一部分為電力生產(chǎn)提供保障。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)對于安全性和可靠性要求更高，因此在技術(shù)轉(zhuǎn)型時，必須充分結(jié)合公司實際情況，進行全面合理的技術(shù)體制和組網(wǎng)架構(gòu)演進方向的研究和論證。

2 現(xiàn)狀分析

電力調(diào)度交換網(wǎng)覆蓋了國調(diào)及33個分調(diào)、省（區(qū)、市）調(diào)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、容量較大，屬于大型行業(yè)專網(wǎng)。對于電力調(diào)度交換網(wǎng)現(xiàn)狀情況，本研究項目主要采用了現(xiàn)場調(diào)研、調(diào)查表調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計挖掘等方法，進行了多輪調(diào)研，然后從多個維度對國網(wǎng)公司調(diào)度網(wǎng)現(xiàn)狀進行了統(tǒng)計分析。參照公司電力調(diào)度機構(gòu)層級關(guān)系，分別從國調(diào)、分調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)（T調(diào)）等層面對現(xiàn)網(wǎng)進行了分析；根據(jù)全網(wǎng)設(shè)備資源情況，分別從設(shè)備類型、廠家、投產(chǎn)年限、網(wǎng)管系統(tǒng)、終端等方面進行了分析；此外，還分析了現(xiàn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)、話務(wù)路由、碼號資源、數(shù)據(jù)承載網(wǎng)等現(xiàn)狀。

經(jīng)過研究分析，目前調(diào)度網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問題可概括為：

（1）電力調(diào)度交換網(wǎng)主要采用電路交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層級較多，整體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)遵循五級調(diào)度指揮管理關(guān)系進行部署；調(diào)度交換網(wǎng)覆蓋包括變電站、電廠在內(nèi)的各級通信節(jié)點，節(jié)點數(shù)量多但用戶規(guī)模小、覆蓋范圍廣且位置分散，以小容量獨立交換設(shè)備為主，維護壓力大。

（2）全網(wǎng)交換設(shè)備廠家型號眾多（全網(wǎng)電路交換設(shè)備廠家約45家，軟交換設(shè)備約8家），不利于接入上層統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)，不利于統(tǒng)一運行維護，且部分交換設(shè)備運行時間過長，后續(xù)受設(shè)備老化和備品備件缺乏的影響，將進一步增加設(shè)備運行風(fēng)險和運維難度。PCM設(shè)備故障和資源浪費等問題突出。

（3）傳統(tǒng)電路交換機因其較高的可靠性在電力調(diào)度領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。但基于TDM的電力調(diào)度交換網(wǎng)絡(luò)無法滿足開展綜合、多樣、高帶寬多媒體業(yè)務(wù)的需求，如視頻調(diào)度等多媒體融合新業(yè)務(wù)無法開展。

（4）目前調(diào)度交換網(wǎng)各級匯接中心的組網(wǎng)方式不統(tǒng)一，同時存在三機同組、雙機同組、單機組網(wǎng)等組網(wǎng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接情況復(fù)雜，后續(xù)演進需要統(tǒng)一規(guī)劃組網(wǎng)架構(gòu)。

（5）國網(wǎng)公司部分單位開展了軟交換網(wǎng)建設(shè)試點，設(shè)備維護及新業(yè)務(wù)應(yīng)用等方面取得了一定的經(jīng)驗。但建設(shè)缺少統(tǒng)一規(guī)劃，不利于調(diào)度交換網(wǎng)未來統(tǒng)一組網(wǎng)和整體演進。

（6）電力調(diào)度軟交換系統(tǒng)及接口技術(shù)規(guī)范目前尚在制定中，因此調(diào)度交換網(wǎng)設(shè)備廠家開發(fā)尚沒有統(tǒng)一的IP信令協(xié)議標準可依，語音調(diào)度部分協(xié)議各廠家均使用私有協(xié)議；異廠家軟交換設(shè)備互聯(lián)互通的測試還不充分。異廠家設(shè)備的IP互通存在很大的不確定因素，全網(wǎng)IP化的難度很大。

（7）現(xiàn)網(wǎng)調(diào)度軟交換系統(tǒng)缺乏對IP承載網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一規(guī)劃。

3 技術(shù)體制論證

在電力調(diào)度交換網(wǎng)中，電路交換設(shè)備依然占主導(dǎo)地位，目前運行穩(wěn)定。以電路交換為主要技術(shù)體制的電力調(diào)度交換網(wǎng)當(dāng)前所面臨的問題主要包括：一方面設(shè)備老化、部分設(shè)備型號停產(chǎn)，對運行維護工作造成隱患，對電網(wǎng)安全生產(chǎn)構(gòu)成一定威脅；一方面電路交換設(shè)備業(yè)務(wù)提供能力不足，不能與“大運行”體系下的調(diào)度業(yè)務(wù)有機融合，無法滿足新的調(diào)度需求；因此現(xiàn)有電路調(diào)度交換網(wǎng)客觀存在技術(shù)演進的需求。隨著核心層新交換技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)IP化、扁平化是下一代交換網(wǎng)的發(fā)展趨勢，而軟交換與IMS（IP Multimedia Subsystem）技術(shù)都是調(diào)度交換網(wǎng)在向下一代交換網(wǎng)絡(luò)演進過程中可以選擇的方向。

目前，軟交換和IMS技術(shù)在公網(wǎng)運營商中已有大規(guī)模應(yīng)用，在各行業(yè)專網(wǎng)中也有不同程度的應(yīng)用，適時地在調(diào)度交換網(wǎng)中引入下一代交換技術(shù)，發(fā)揮規(guī)?；瘍?yōu)勢，對解決現(xiàn)網(wǎng)存在問題，跟進交換技術(shù)發(fā)展趨勢，繼承和創(chuàng)新電力調(diào)度業(yè)務(wù)是很有必要的。對于軟交換和IMS兩種技術(shù)體制的選擇，主要通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)成熟度、網(wǎng)絡(luò)演進、設(shè)備網(wǎng)元、接口協(xié)議、業(yè)務(wù)能力、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀、安全與QoS（Quality of Service）、管理與維護、建設(shè)成本等多個方面進行了對比論證。主要結(jié)論如表1所示。

通過上述對比論證可以看出，軟交換和IMS兩種技術(shù)體制各有所長，其中：軟交換技術(shù)成熟度高、商用規(guī)模較大、網(wǎng)元設(shè)備少、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)清晰、運行維護難度低、部署靈活、對于Qsig信令兼容性較好，對電力語音調(diào)度業(yè)務(wù)支持較好，獲得主流調(diào)度交換網(wǎng)設(shè)備廠商的支持，已在調(diào)度交換網(wǎng)中有試點應(yīng)用；IMS雖然結(jié)構(gòu)比軟交換復(fù)雜，但是其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更先進、業(yè)務(wù)提供能力更強大、接口開放、標準協(xié)議統(tǒng)一、有更開放的開發(fā)環(huán)境，提供傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的同時，更適合提供多媒體融合業(yè)務(wù)，在安全和QoS保障方面也更進一步，但目前只有主流電信級設(shè)備廠商有能力生產(chǎn)開發(fā)，傳統(tǒng)電力調(diào)度交換設(shè)備廠商暫無IMS產(chǎn)品線，目前在電力調(diào)度交換網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈中還沒有成熟IMS產(chǎn)品，對于電力語音調(diào)度業(yè)務(wù)的支持能力有待驗證。同時現(xiàn)有的IMS設(shè)備均是提供給運營商網(wǎng)絡(luò)的標準產(chǎn)品，投資相對較高，更適合于集中部署的、大容量的網(wǎng)絡(luò)，對于調(diào)度交換網(wǎng)分級的調(diào)度管理關(guān)系不是非常適合。

表1 軟交換和IMS技術(shù)體制論證對比表

總體而言，軟交換和IMS兩種技術(shù)體制各有優(yōu)勢，但考慮到電力調(diào)度交換網(wǎng)以及產(chǎn)業(yè)鏈的實際情況，軟交換技術(shù)目前更適合于作為電力調(diào)度交換網(wǎng)下一步演進的方向。但無論選擇哪種技術(shù)體制，都需要關(guān)注如“統(tǒng)一制定語音調(diào)度業(yè)務(wù)相關(guān)IP信令協(xié)議標準”等前提問題。

4 演進設(shè)想

電力調(diào)度交換網(wǎng)當(dāng)前主要采用主、備調(diào)雙機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。對于調(diào)度交換網(wǎng)的演進，建議采用保留原有網(wǎng)絡(luò)不變，新建軟交換并結(jié)合原有軟交換設(shè)備利舊的改造方式。中遠期新網(wǎng)絡(luò)和原有網(wǎng)絡(luò)之間采用互通的方式，調(diào)度交換網(wǎng)同時在電路交換和軟交換兩種技術(shù)體制下運行；遠期在語音調(diào)度業(yè)務(wù)完全遷移到新網(wǎng)絡(luò)后，自然地完成舊網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)，演進至完全IP化的網(wǎng)絡(luò)。這種改造方式，可以盡可能地保護現(xiàn)有投資、保證電力調(diào)度業(yè)務(wù)正常運行，使得整張網(wǎng)絡(luò)后續(xù)能在電路和IP兩種技術(shù)體制下同時運行，進一步提升網(wǎng)絡(luò)可靠性。在IP化的網(wǎng)絡(luò)平面上，后續(xù)可以進行各種調(diào)度新業(yè)務(wù)的部署和應(yīng)用，豐富電力調(diào)度業(yè)務(wù)方式，提高網(wǎng)絡(luò)智能化程度，從而更好地服務(wù)于電力調(diào)度生產(chǎn)。遠期依據(jù)IP化網(wǎng)絡(luò)的運行情況和對調(diào)度業(yè)務(wù)的應(yīng)用情況，在原有語音調(diào)度業(yè)務(wù)完全遷移到新網(wǎng)絡(luò)后，自然地就能完成舊網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)，從而完成整張網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體制演進。

具體地說，本方案設(shè)想在C1～C4（國調(diào)、分調(diào)、省調(diào)、地調(diào)）層面部署軟交換設(shè)備，新建一個軟交換網(wǎng)絡(luò)。T層面的廠站、縣調(diào)等末端站點不再建設(shè)獨立交換設(shè)備，僅部署接入和終端設(shè)備。新建的軟交換網(wǎng)絡(luò)與原有電路調(diào)度交換網(wǎng)之間進行互通，各調(diào)度層面的軟交換設(shè)備和電路交換設(shè)備間分別互聯(lián)互通。

4.1 整體組網(wǎng)架構(gòu)

考慮到電力調(diào)度交換網(wǎng)嚴格的調(diào)度管理關(guān)系以及主備調(diào)組網(wǎng)的特點，建議在國調(diào)、分調(diào)、省調(diào)3個層面的主備調(diào)節(jié)點單位中分別建設(shè)1套軟交換設(shè)備，采取主備調(diào)互備的方式，在備調(diào)節(jié)點也建設(shè)1套軟交換設(shè)備，兩者互為備份。在C4地調(diào)層面，一方面考慮到C4節(jié)點數(shù)量較多；另一方面考慮到地調(diào)層面相鄰的兩個節(jié)點間地理位置相對更近，承載網(wǎng)條件具備兩套軟交換設(shè)備互備切換的要求；另外考慮到軟交換設(shè)備能支持的容量遠大于調(diào)度交換網(wǎng)現(xiàn)有需求，為避免重復(fù)建設(shè)和浪費，建議在地調(diào)層面采取單節(jié)點建設(shè)1套軟交換設(shè)備，相鄰節(jié)點兩兩互為備份的部署方式。對于作為省調(diào)備調(diào)的某地市，建議省調(diào)備調(diào)軟交換和該地調(diào)軟交換設(shè)備進行合設(shè)；對于分調(diào)備調(diào)軟交換和省調(diào)軟交換所在站點重迭的情況，考慮到兩套設(shè)備的建設(shè)單位不同（互備的兩套設(shè)備須為同廠家設(shè)備，對于建設(shè)單位不同的情況，不能保證上述要求），并且涉及站點數(shù)量較少，不建議進行軟交換設(shè)備的合設(shè)。

軟交換網(wǎng)絡(luò)改造整體組織架構(gòu)設(shè)想如圖1所示。

上述軟交換網(wǎng)絡(luò)改造設(shè)想充分考慮了與現(xiàn)有電路交換網(wǎng)絡(luò)的共存，以及調(diào)度交換網(wǎng)當(dāng)前的運維管理模式。綜合考慮軟交換技術(shù)特點和電力調(diào)度業(yè)務(wù)的特點，以及系統(tǒng)管理運行效率，投資合理性等因素，最終將形成“兩層四級”的軟交換網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)設(shè)想。“兩層”分別為國分調(diào)一體化軟交換網(wǎng)絡(luò)和省地調(diào)一體化軟交換網(wǎng)絡(luò)；“四級”分別為國調(diào)、分調(diào)、省調(diào)、地調(diào)。具體示意圖如圖2所示。

4.2 各節(jié)點軟交換組網(wǎng)

在部署軟交換核心設(shè)備的各節(jié)點，調(diào)度軟交換網(wǎng)絡(luò)基本可分為四層：業(yè)務(wù)層、控制層、承載層、接入層。如圖3所示。

圖1 電力調(diào)度交換網(wǎng)軟交換改造設(shè)想

圖2 “兩層四級”的軟交換網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

在業(yè)務(wù)層，應(yīng)用服務(wù)器可包括調(diào)度業(yè)務(wù)相關(guān)的錄音錄像、多媒體控制、其他調(diào)度應(yīng)用等應(yīng)用服務(wù)器，以及網(wǎng)絡(luò)管理等服務(wù)器。還可以部署業(yè)務(wù)能力網(wǎng)關(guān)提供API，第三方業(yè)務(wù)開發(fā)商、用戶可以通過標準化的接口，開發(fā)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，而不用考慮承載業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)形式、終端類型，以及所采用的協(xié)議細節(jié)。

在控制層，主要通過軟交換核心設(shè)備實現(xiàn)呼叫控制，并負責(zé)相應(yīng)業(yè)務(wù)處理信息的傳送。完成基本的實時呼叫控制和連接功能，支配網(wǎng)絡(luò)資源，進行業(yè)務(wù)流的處理，并能夠提供開放的、標準的接口和協(xié)議。

在承載層，軟交換通過IP承載網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)傳送。承載層要滿足語音、視頻和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求，既要保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，又要向語音、視頻等實時業(yè)務(wù)提供QoS保障。

在接入層，整個軟交換體系通過接入層屏蔽了用戶接入設(shè)備的差異性，可以在此之上靈活地開發(fā)和生成適用于各種用戶的業(yè)務(wù)。接入層的設(shè)備作為分立的網(wǎng)元設(shè)備獨立發(fā)展，它的功能、性能、容量都可以靈活設(shè)置，以滿足不同用戶和環(huán)境的需求。

軟交換各層面的網(wǎng)元構(gòu)成如圖4所示。

在業(yè)務(wù)層，主要是應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器等網(wǎng)元。包括媒體控制服務(wù)器、錄音錄像服務(wù)器、調(diào)度相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器等。

在控制層，主要是軟交換核心設(shè)備網(wǎng)元，它獨立于底層承載業(yè)務(wù)，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，并可以向用戶提供基本語音和語音調(diào)度等業(yè)務(wù)。

在承載層，主要是IP承載網(wǎng)的相關(guān)網(wǎng)元。包括二三四層交換機、路由器、防火墻等。全程提供IP承載并提供QoS保障。

在接入層，包括軟交換設(shè)備的信令網(wǎng)關(guān)（SG）、中繼網(wǎng)關(guān)（TG）等網(wǎng)元，還包括AG、IAD等接入設(shè)備，以及各類終端。信令網(wǎng)關(guān)完成電路交換網(wǎng)（基于MTP）和包交換網(wǎng)（基于IP）之間的SS7信令的轉(zhuǎn)換功能。中繼網(wǎng)關(guān)在軟交換核心的控制下，完成媒體流轉(zhuǎn)換等功能，主要用于中繼（SS7信令、Qsig信令等）接入。各類終端可包括提供傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)的POTS、ISDN終端，以及可提供語音、信息和視頻業(yè)務(wù)的智能終端，這些終端可以是基于SIP、H.323、H.248協(xié)議的硬終端和軟終端。

圖3 軟交換網(wǎng)絡(luò)層級架構(gòu)

圖4 調(diào)度軟交換設(shè)備網(wǎng)元構(gòu)成

5 結(jié)束語

未來通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是IP化、扁平化、網(wǎng)絡(luò)融合以及多業(yè)務(wù)提供，在電力系統(tǒng)適時引入新一代交換網(wǎng)技術(shù)有利于促進電力通信專網(wǎng)朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供堅實可靠的通信保障。國家電網(wǎng)公司前期已完成了對公司行政電話交換網(wǎng)的技術(shù)體制論證、設(shè)備測試、總體規(guī)劃設(shè)計等工作，確定了公司行政交換網(wǎng)的技術(shù)演進方向。對于電力調(diào)度交換網(wǎng)，也面臨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進等相關(guān)問題，需要積極跟蹤業(yè)界新技術(shù)，研究網(wǎng)絡(luò)演進的方向。隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的部署，帶來新業(yè)務(wù)的開展，將進一步切合國家電網(wǎng)公司對于電力保障和信息通信的多樣化需求，也將使國家電網(wǎng)公司走在工業(yè)化和信息化融合發(fā)展大浪潮的前端。

[1] 周晴，戴源，朱晨鳴，等． 面向全業(yè)務(wù)運營的網(wǎng)絡(luò)演進[M]．北京：人民郵電出版社，2009．

[2] 楊放春、孫其博． 軟交換與IMS技術(shù)[M]． 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007．

Plan on evolution of dispatching exchange network of SGCC

YANG Yi-ming1, HU Rong1, LI Xiao-jing1, LI Bing-lin2
(1 Jiangsu Post & Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China; 2 State Grid Smart Grid Research Institute, Nanjing 210003, China)

Through the investigation and study of the electric power dispatching companies at all levels of SGCC, this paper proposed the current problems of the dispatching exchange network; according to the actual situation of the dispatching exchange network, this paper do the analysis to the technical systems for evolution of dispatching exchange network; according to the actual demand of dispatching exchange network, the overall evolution scheme of the electric power dispatching exchange network based on soft switch technology is studied and proposed.

electric power dispatching; circuit switch; soft switch; IMS; Qsig signaling; SIP

TN915.853

A

1008-5599（2016）11-0050-06

2016-06-03

國家電網(wǎng)公司科技項目（下一代行政調(diào)度交換網(wǎng)技術(shù)體制及演進技術(shù)研究）。