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EPON技术在用电信息采集系统中的应用张浩，卜宪德，郭经红（国网电力科学研究院，南京市南瑞路8号，210003）摘要：本文结合了用电信息采集系统的应用需求以及EPON技术的特点，描述了EPON技术在用电信息采集系统中的应用方式。EPON技术是一种点到多点的光通信技术，非常适用于建设远程通信网络。随着光纤到户技术的发展，EPON技术也可以应用于本地通信，从而解决低压电力线载波通信存在的问题，实现用电信息采集系统“全覆盖、全采集”的技术目标，并在未来提供电力系统增值服务。关键词：EPON、用电信息采集、四网合一1 引言基于以太网的无源光网络（EPON）技术是一种新兴的光纤接入技术，其在电信部门的应用已经实现了商业化。EPON技术具有标准化程度高、互通性强、技术成熟、成本低廉等优势，成为目前应用最为广泛的光纤接入技术，在电信的应用中有逐步取代ADSL的趋势，“光进铜退”也越发不可阻挡。【1】用电信息采集系统通信架构分为两个层次。第一个层次是主站系统和集中器之间的通信，称之为远程通信；第二个层次是集中器和表计之间的通信，称之为本地通信。在用电信息采集系统中，由于采集点数量巨大，采集时间密度高，所以采集数据量巨大。在集中器和用电信息采集系统主站进行通信的时候，需要采用系统容量较大的通信方式。目前，光纤通信是最理想的选择。【2】【3】现有的光纤接入系统有光收发器、光Modem和光纤以太网交换机等几种方式。这几种方式都是有源光网络方式，可以实现双环网的保护结构实现可靠的数据传输。但是用电信息采集系统的接入点数据巨大，分布广泛。在采用有源光网络接入的时候存在成本高，维护量大，可靠性不高等问题。EPON技术是一种点到多点的无源光通信技术，它最大的优势在于其拓扑结构十分灵活，节省光纤资源，系统可靠性高。EPON设备不是串联在光线链路中的，并且在光信号向下延伸的时候不再需要通过光电光的转化过程实现中继传输。因此当一个接入点发生故障的时候不会影响其他接入点的正常工作，具有抗多点失效的能力，可靠性优于有源光网络。【4】2 EPON技术简介EPON 技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局侧的光线路终端（OLT: Optical line terminal）、用户侧的光网络单元（ONU: Optical network unit）以及光分配网络（ODN：Optical distribution network）组成，可以灵活组成树型、星型、总线型等拓扑结构。所谓“无源”指ODN中不含有任何有源电子器件。【5】OLT作为EPON网络的局侧设备，起着汇聚ONU数据的作用；ONU作为用户侧设备，为用户提供网口和各种其他接口；ODN是采用多种分路数和分路比的分光器件实现的各种拓扑结构的纯光网络，连接OLT和ONU，如图1所示。图1 EPON典型组网示意图EPON在物理层采用了无源光网络（PON）技术，光分配网络无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本，尤其适应于配网的拓扑结构，是远程通信中理想的光通信方式。EPON 的标准是 IEEE 的802.3ah，是基于以太网的 PON 技术，可提供上下行对称的高传输速率。这一带宽完全可以满足用电信息采集系统对网络数据传输容量的需要。 EPON系统能够与现有的以太网相兼容，支持最大传输距离为20公里，大于绝大部分的配电线路的长度。EPON系统支持分路比为1:16 或 1:32，可以接16 到32个用户单元。在容量不够时，EPON系统可以通过多芯方式扩展用户数量。 EPON组网的优势具体体现在以下几方面：1) 传输频带极宽，通信容量很大，具有很强的多业务接入能力。2) 无源光设备组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构，非常适合配电网的树形或总线型网络结构。【6】3) 光分支器为无源器件，设备的使用寿命长，安装后几乎不需要维护，网络中的任何一台 ONU故障都不会影响其它设备的正常工作。 4) 安装方便。OLT一般为机架型，可以上机架安装；ONU可以设计成工业级模块，便于安装到室外的设备箱里。 5) OLT和ONU提供以太网接入交换功能，并且可以支持SNMP 协议进行网络管理。6) 传输过程损耗小，无需中继设备，传输距离远，最大可达 20 公里左右。 7) 不容易被窃听，保密性好，安全性强，不易受电磁干扰和雷电影响，适合变电站或配电变压器附近电磁环境复杂场合。EPON光网络在建设的时候需要考虑一下问题。有效的解决这些问题后，EPON系统就可以很好的工作。1) 分光比需要综合考虑从 ONU 到 OLT 的距离、插入损耗等因素，安装前需要对光分配网络进行专门的设计。光分配网络的设计合理性直接决定的PON网络的利用效率和最大的覆盖范围。2) EPON 网络建成后，如果需要在中间新增一个节点，需要重新计算网络中其它分光器以及 ONU的关系。3 用电信息采集系统的通信架构用电信息采集系统的通信架构一般分为两个层次，如图2所示。第一个层次是主站系统和集中器之间的通信，称之为远程通信，一般采用光纤通信、无线公网、无线专网和载波通信等技术。第二个层次是集中器和表计之间的通信，称之为本地通信，一般采用低压电力线载波，微功率无线和现场总线等技术。【2】【3】图2 用电信息采集系统的通信架构示意图3.1 远程通信典型组网利用EPON技术组网，可以在远程通信网中构建光纤通信的电力专网。这个光纤网大致由两个部分组成：一个是光纤骨干网，另一个是光纤接入网。光纤骨干网由SDH设备组网构成，光纤接入网设备则由EPON设备构成，其连接方式如图3所示。图3 远程通信光纤专网典型组网示意图主站系统和变电站、开关站等站点之间都已建成SDH光纤骨干网。用电信息采集系统远程通信光纤专网的建设重点就是建设EPON光纤接入网，将光纤专网从变电站、开关站等重要站点向下延伸至开闭所、环网柜、开关柜和台区变压器等处，这些地方也是放置集中器和ONU的地方。OLT的放置方式比较灵活，可以根据情况选择放置在变电站，也可以向下延伸放置在开闭所，这样可以进一步拓展EPON网络的覆盖范围。OLT和SDH设备之间采用光纤千兆以太网口连接，传输距离一般可达100km。3.2 本地通信典型组网本地通信一般采用图2所示的方式，即低压电力线载波、微功率无线、RS-232和RS-485等方式的组合。由于集中器和采集器以及表计之间的距离较远，微功率无线、RS-232和RS-485等方式都不能很好得解决通信的问题。所以低压电力线载波是现在比较推荐的方式，也是成本最低，最具有诱惑力的方式。但是载波方式始终没有解决的问题的是全采集的问题，因为低压电力线载波通信受信道质量的影响非常大。在低压电力线路上除了存在大的衰减和畸变之外，还存在各种样的有色噪声，对于通信系统将产生极大的干扰。受限于低压电力线载波通信的成本，其通信速率一般都很低，通信可靠性也不高，无法满足将来的应用需求，技术成熟度大大落后于EPON技术。随着光通信成本的降低，光纤复合相线技术的发展，四网合一的推进，光纤到户的开展，在本地通信网使用EPON技术实现光通信是一种理想的方式。【7】虽然目前成本较高，但完全可以应用于城市新建小区，实现自动抄表。EPON网络的高带宽、高可靠性以及网络化的应用将使得用电信息采集系统的物理网络具有极高的容量，可以很容易的拓展业务范围和内容，提供增值服务。将EPON技术应用于本地通信，其典型的组网方式如图4所示。图4本地通信光纤专网典型组网示意图集中器通过网口或者串口连接OLT设备，采集器通过网口或者串口连接ONU设备，集中器和采集器之间通过EPON网络通信。一个ONU可以通过多个网口和串口接多个采集器，这样在一个局域网可以覆盖的范围内，可以使用以太网实现覆盖，例如在一栋居民楼放置一个ONU设备，然后通过以太网方式和各个单元楼道的采集器通信，每个采集器采集一个单元楼道内所有住户的电表（假设每个楼道电表是集中放置的）。4 总结在新建小区铺设光纤建立本地通信网络的成本并不高。随着光电复合缆的研究和应用，其便利性，经济性和规范性将得到进一步提高，成为一种趋势。四网合一的发展也将更紧密的联系信息服务供应商和电力企业之间的关系，在工程建设的时候相互合作，节约投资成本。【7】因此，采用EPON方式实现用电信息采集系统的本地通信是可行的，也将是未来的一种趋势。参考文献 1EPON技术在电信接入网演进中的应用，郦清，管瓅莉，中国电信股份有限公司上海分公司，中国上海，200070；2用电信息采集与管理平台，黄磊，李淑静，北京市电力公司，2009年第3期，农村电气化；3湖北电力用户用电信息采集系统建设的思考，傅士冀，夏水斌，李帆，湖北省电力试验研究院，湖北武汉，430077，湖北电力，2008年，12月，第32卷增刊；4EPON技术在现代接入网中的应用，李贵友，中国联合网络通信有限公司厦门市分公司，福建厦，361004；5基于PON的宽带接入网络建设，马刚，河南省信息咨询设计研究有限公司，郑州450008，雷宇，中国联合网络通信有限公司河南省分公司，郑州，450008；6FTTx配线光缆段室外解决方案，施洁明，美国ADC公司，100006，网络电信，2009年9月；7光电复合缆在“光纤到户（FTTH）四网合一”中的应用与市场前景分析，马军，赵建波，中国电子科技集团公司第八研究所，淮南，232001。作者简介张浩 工程师，男，1981年3月出生于江苏盐城，2003年于东南大学获得学士学位。同年7月于国家电力公司南京自动化研究院攻读硕士，2006年获得硕士学位。研究方向为电力系统通信。电子邮件：；通讯地址：南京市南瑞路8号；邮编：210003；联系电话卜宪德 工程师，男，1978年7月出生于江苏徐州，2001年于哈尔滨理工大学获得学士学位。同年7月于国家电力公司南京自动化研究院攻读硕士，2004年获得硕士学位。研究方向为电力系统通信。电子邮件：；通信