华北电力大学硕士论文廊坊新一代电力通信网分层规划研究

分类号TN915学校代码10079密级z公开工华北电力大学程硕士学位论题目:廊坊新一代电力通信网分层规划研究文英文题目Theresearch of new generation hierarchical design about communication network in power in Langfang city 研究生:张宝华专业领域:电气工程指导教师(学校):祁兵指导教师(企业):檀跃亭论文提交日期2010.5.8华北电力大学职称:教授职称:高级工程师华北电力大学工程顿士学位论文声明本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文靡坊新一代电力通信网分层规划昕究).是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和l仅得的研咒成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:i1约会日期jAJ/口(山川出关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件:学校可以采用影印、缩印或其它复ill手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅:学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文:同意学校可以用不同方式在不同媒体七发表、传播学位论文的全部或部分内容。(捞密的学位论文在解密后遵守此规定)幽幽导师签名:刘主日期:切I. b.1 2-华北电力大学工程硕士学位论文摘要随着智能电网工作的开展和企业信息化工作的深化，电力通信新业务与日俱增，加上廊坊电网的蓬勃发展和通信技术的日新月异，现有的电力通信网络平台将很难满足未来电力通信业务及通信网络用户规模的需求。本文着重对廊坊电力通信网进行规划设计，首先对当前的电力通信网的各项技术与廊坊电力通信网的现状进行了深入的分析，通过分析找出当前电力通信网存在的问题:其次对电力通信网的业务需求进行了分析，并采用直观预测法与时间序列预测法相融合的方法对业务的带宽进行了预测，在此基础上，提出了廊坊市电力通信网的三层网络架构模型，分别对模型中的传输层、接入层和业务层进行了详细的说明:最后，对廊坊电力通信网的各个组成部分进行了系统的规划，分别在传输网、业务网和同步网方面进行了深入的研究，从而使得电力通信网能够为电网的安全、稳定的运行提供可靠的保障。关键词:电力通信网，传输网，带宽预测ABSTRACT As the development of the work about smart grid and the deepening of enterprise information work, the business of communication network in power is increasing day by day. Along with the vigorous development of grid in the Langfang city and communications technology, the existing communications network platform in power will be difficult to meet 由efuture power communication business and the size of users demand. The planning and designing of power communication network is focused on in Langfang city. Firstly, through deeply analyzing the current communication network technology and the status of power communication network in Langfang city, some problems in electric power communication network are searched. Secondly, through analyzing the needs of the business of ，mmunication network, bandwidth is forecasted by using the method of combining the intuitive prediction method and the time-series forecasting methods. The three-tier network of communication network architecture model in power is proposed. The model of the transport layer, access layer and business layer are detailed description respectvely. Finally, the various mponents of communication network in . power are designed. The transport network, business networks and synchronization network are researched in depth respectively, thus the ，mmunication network is able to provide security, stability and reliability for the safe operation of power grid. Zhang Baohua (Electrical Engineering) Directed by prof. Qi Bing KEY WORDS: communication network in power, transmission network, bandwidth prediction II 华北电力大学工程硕士学位论文目录摘要. .1 ABSTRACT .11 第一章绪论.11.1课题背景及意义.11.2课题国内外发展动态.21.3本文主要工作和内容安排.3第二章电力通信网技术及现状分析.42.1通信网络技术分析.42.2语音交换技术分析.52.2.1程控交换技术.62.2.2软交换技术.62.2.3IMS技术.82.3数据网络技术分析.82.4骨干网络技术分析.92.4.1 MSTP传输技术.92.4.2 ASON传输技术.102.4.30TN传输技术.102.4.4 PTN传输技术.11 2.4.5弹性分组环技术.122.4.6多协议标签交换MPLS技术.122.5支撑网络技术分析.122.5.1同步网络技术分析.III 华北电力大学工程硕士学位论文4.1.2存在的主要问题.274.2廊坊城域网络架构的构建.284.3廊坊电力通信网整体设计思想.304.4小结.30第五章廊坊电力通信网详细规划方案设计.315.1光纤骨干网规划.315.1.1光纤骨干网规划原则.315.1.2光纤骨干网规划.315.1.3设备配置.355.1.4光缆规划.365.2电力业务网规划.365.2.1调度数据网络规划.365.2.2综合数据网络规划.385.2.3调度交换网络规划.395.2.4行政交换网络规划.405.2.5视频会议系统规划.415.3同步网规划.425.3.1总体方案.425.3.2网络结构.435.4应用案例分析.435.5小结.46第六章总结与展望.IV 华北电力大学工程硕士学位论文第一章绪论1.1课题背景及意义电力通信网是电力系统的重要组成部分，是实现电力生产调度自动化和管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段，电力通信在电力工业技术进步中占有相当重要的地位。电力通信主要为电网的自动化控制、商业化运营和实现现代化管理服务。通信网络是确保电网安全、优质、经济运行的重要手段，也是电网调度、自动化和管理现代化的基础。作为电网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础，电力通信网络的发展是电力市场运营商业化的保障，是实现电力系统现代化管理的重要前提。电力通信网作为电力系统运营的重要支撑网络之一，也为电网运营智能化、电网管理手段信息化和保障电力调度自动化方面提供重要的保障。为进一步加快电力通信网络的数字化、信息化建设，建设数字化电网、信息化企业具有先进性的通信网络应作为电力通信发展的主要目标，为电网信息化建设提供坚强的通信支撑。随着电网的迅速发展，电力系统信息化建设步伐加快，现代化电网的安全、经济、稳定运行对通信的要求越来越高，电力体制改革、市场化运营和现代化管理也对通信的传输容量和可靠性提出了更高的要求。为保证电网的安全稳定运行，现代城市电网的建设、调度、运行、管理越来越依赖于为其传送运行控制、生产管理信息的电力通信网，通信系统作为支撑电网先进的安全稳定控制系统、电网调度自动化的信息传输交换的重要基础设施，已成为电网安全稳定运行的三大支柱之一。为进一步加快电力数字化、信息化建设，很多电力企业依托现有通信光传输网络的MSTP技术，将SDH传输技术、以太网、ATM、POS、E等多种技术进行有机融合，以SDH技术为基础，将多种业务进行汇聚并进行有效的适配，实现多业务的综合接入和传送，从传统传送网到融合传送网和业务网一体化的多业务平台1。随着标准的日益完善，设备成熟度不断提高，ASON技术也得到了较快的发展，在电力系统实施通信骨干网络的ASON智能化建设。软交换引入电力通信网也能很好地实现电话网和计算机网之间的信令互通及不同网关的互操作问题，如开展视频调度组网，基于数字程控调度交换系统等川2。因此，如何规划一个现代综合业务通信网络，将先进通信与信息技术的引入其中，以提高电力通信网络的传输能力、业务接入能力，这对保障电网的安全可靠运行及信息化管理，提高电网的先进性来说具有非常重要的作用。华北电力大学工程硕士学位论文1.2课题国内外发展动态城域传输网可采用多业务传输平台CMSTP)、弹性分组环(RPR)技术，形成多业务传送平台3(4。光纤传输网的骨干层、边缘层链路带宽应满足电网发展需要，网络结构应层次化:骨干、汇聚、接入等:传输速率根据带宽需求从低到高相应为STM-lSTM-4STM-16STM-64。以将多种不同业务通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙，与两层分组设备在物理上集成为一个实体，构成业务层和传送层一体化的多业务节点即基于SDH技术的多业务传送平台MSTP(Multi-Service Transport Platfonn) 0 MSTP最核心的技术就是IP/ATMOVERSDH ，其中Ethemet映射入SDH可细分为ML-PPP、HDLC、LAPS、GFP等等。ML-PPP是对PPP的多链路捆绑，并试图在多条链路上做负载均衡。这种方式适宜在不同厂家的产品间实现互通。TF将PPP定义为盯C1661，由于PPP出现较早，大部分厂家均将PPP作为自己产品的主要映射技术。GFP是2001年10月在ITU-T上通过的新封装形式一-G.7041o随着数据业务的增长以及带宽的限制，将来GFP会取代ML-PPP，与虚级联和LCAS(链路容量调整方案，G.7042)一起形成一个完善的Ethemet OVER SDH的方案。弹性分组环(RPR，Resilient Packet Ring)技术是为优化数据包传输而提出的一种新的MAC层协议，是为优化数据包的传输而提出的。它既利用了SDH技术对延时和抖动性能严格保障、可靠的时钟以及SDH环网50ms快速保护的长处，又吸取了以太网技术的经济、灵活和可扩展好的优点。它不仅能有效地支持环形拓扑结构和在光纤断开或连接失败时实现快速恢复，同时具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。因此，基于RPT技术的设备可以承载具有突发性的E业务，同时支持传统语音传送，是适用于中小型城域网骨干到接入的技术。光网络作为电力通信网的底层传送网络，承载着上层多种类型的业务。随着用户业务需求的扩大和网络智能控制技术的发展，自动交换光网络(ASON)成为目前网络发展的必然趋势吼叫。近几年，智能光网络在全球范围内的应用得到了迅猛发展，智能光网络的推出是光传送网由静态基础网向动态业务网转型的重要标志，是E技术思想在光通信中的应用和光通信为适应业务E化的必要选择。智能光网络代表了光传送网的发展方向，也将是新一代网络的重要组成部分，必将有广阔的发展前景。自动交换光网络(ASON)是具有自动路由、信令和发现功能的智能光网络(7)。它在路由协议与信令控制下自动完成光连接交换功能，在传统的光传输网中增加了一个控制平面，以实现资源自动发现、路由选择、动态资源分配、故障恢复等智能化功能，并提供多样化的新服务。ASON技术的一个突出特点是具备对网络的强大保护和故障恢复2 华北电力大学工程硕士学位论文能力，能明显地改善网络生存性。当网络出现故障时，控制平面根据网络拓扑信息、可用资源信息、配置信息等信息，智能地选择最佳恢复路由，实现快速的业务恢复。ASON是传送网的发展趋势，下一代传送网建设的重点是通过引入ASON技术，提高网络的智能化水平，提升网络的灵活调度能力，增强网络的可靠性，降低维护管理运营费用。ASON己经成为继SDH以后的又一新的光通信热点。高度灵活的、超大容量的ASON光网络不仅可以为下一带网络(NGN)奠定一个坚实的物理基础，而且也对未来的信息产业的腾飞以及国家的安全具有极其重要的战略意义。1.3本文主要工作和内容安排根据电网对通信专业提出的规范化运行要求，本课题主要研发内容着眼于应用新技术，开展科技创新，结合现状提出满足未来发展的网络规划设计原则和建设方案，以提高业务的安全可靠性、网络的生存性和智能化为目标，优化网络结构，建成坚强可靠灵活的传输网，发展完善业务网和支撑网，确定廊坊电力通信规划目标。本文主要结构安排如下:第一章阐述了本文的选题背景及意义、国内外的研究动态和本文的主要内容以及结构安排。第二章阐述了当前电力通信网的新的技术，对当前各种新技术进行了详细的分析，如多业务传输平台(MSTP)、弹性分组环(RPR)技术、MPLS技术等。另外通过对当前廊坊电力通信网络现状进行分析，找出其中存在的问题。第三章着重于对当前廊坊电力通信网中存在的各项业务进行研究，分析各种业务的需求，并对其带宽进行预测。廊坊电力系统内部业务按承载方式划分，包括时分复用。DM)业务、调度数据网业务、综合数据通信网业务，分别针对各业务的流量及特点，对电力系统内部业务带宽进行分析、预测，为建立办公自动化信息网络提供数据基础，以满足网络流量未来发展的需求。第四章对廊坊电力通信网络架构进行划分，提出了满足廊坊电力通信需求的网络架构。廊坊电力通信网络整体分为三个层面，分别为业务网层面，接入网层面和传输网层面，本章对各层面的功能进行了详细的阐述。第五章提出了廊坊电力通信网的规划方案，对覆盖35kV及以上变电站的光纤网络进行了深入的研究，分别在业务网、传输网、接入网和支撑网四个方面进行了规划，使得通信技术水平及服务保障能力不断提高间，为各种电力业务的可靠传输提供了根本保证。第六章对论文工作进行总结，明确下一步研究方向。3 华北电力大学工程硕士学位论文第二童电力通信网技术及现状分析为了实现在2020年前建设成具有世界领先水平的智能电网的总体目标，应明确通信网中信息流和控制流的特性以及节点之间的通信关系，坚持自主创新，建立大容量、高速实时、具有时间同步能力的下一代光传输网，满足坚强智能电网控制和管理信息的传输要求:建立坚强智能电网数据通信网以适应坚强智能电网对交换控制信息和管理信息的要求；建立多媒体通信网，满足骨干业务网对多媒体通信高清晰、低延时的需求:利用有线和无线通信技术建立下一代电力通信接入网，满足骨干传输网对通信的需求。2.1通信网络技术分析根据2008年电信网络新技术白皮书，下一代通信网体系架构的发展将呈现开放化、E化、宽带化、传送智能化、移动多媒体化等趋势，网络融合将成为通信网未来的发展方向，整个通信网络体系架构将从分立的局面逐步走向融合例。如图2-1所示。图2-1通信网络体系演变发展趋势(1) IP化电信网络E化是近年来电信技术发展的一大特点，IP化的网络有着传统电路交换网所不具备的优势，例如没有复杂的时分复用结构，有业务量才占用网络资源，效率高、成本低，尤其适合突发数据业务10。随着网络中数据业务量逐渐增大，从传统的电路交换逐步转向以E分组交换为基础的电信新框架成为大势所趋。目前E化的重点是严4 华北电力大学工程硕士学位论文心网承载层面的F化。目前核心网E化主要以固网和移动网的软交换部署为主，从长途到本地，以软交换设备替代传统TDM交换设备，提供VoIP业务，降低了网络运行成本；同时，能够支持固定移动融合(FMC)业务的下一代网络控制核心E多媒体子系统(ll证S)的试验和试商用也在不断推进，总之，构建一个能够支持多业务、高性能的统一E承载网，是未来网络的发展方向。(2)宽带化最近几年，高清晰度电视(HDTV)、在线存储和备份等新业务层出不穷，对带宽的需求迅速增长。(3)融合化融合是当前ICT技术最重要的特征之一。传统的电信网络建设思路基本上是一个网络支撑一种业务，但技术的融合已经改变了这种思路。以承载网为例，基于IPIMPLS的核心网可以支撑有线和无线，移动和固定，话音、数据和视频业务，现有的多个业务网都可以融合到统一的IPIMPLS承载网中，提供电信级服务。(4)移动化通信技术的移动化趋势主要体现在接入层面，用户越来越多地通过移动接入技术接入网络和业务，行业发展的重心逐渐从固定网向移动网转移，移动网的用户数、业务量和业务收入都远远超过固网并保持快速增长势头。总之，技术的发展导致网络不断发展演进，未来的网络将是基于IP的，承载、控制和业务相分离的，支持多种类型业务的融合网络。如图2-2所示。也周恩哺酶叹盒饭晶得叫控制j层他法庭图2-2未来通信网络(NGN)的基本架构2.2语音交换技术分析目前，语音交换技术主要有程控交换技术、软交换技术、IMS技术三种技术体制。5 华北电力大学工程硕士学位论文2.2.1程控交换技术程控交换技术是一种成熟的语音交换技术IIl，目前该技术正以VOIP和远端模块等两大技术为标志进行延伸如图2-3所示)，该技术基于电路交换技术，其缺陷在于开通智能增值业务不太方便，将逐渐被软交换或IMS技术取代，电信运营商目前对网络改造己不再使用该技术。SIP危王323L心4PR1lQSIGlSS 既有洞庭机LAN 多媒体终格监控终将满度也话札图2-3VOIP多媒体调度2.2.2软交换技术软交换川作为一个新兴的技术领域已从试验阶段发展到商用阶段，目前已经在国内外得到广泛应用。我国的电信运营商开始全面使用软交换替代原有的程控交换系统，在许多城市开通了商用NGN网络，国内一些企业用户也已规模采用软交换技术解决内部语音通信需求。其体系结构如图2-4所示。6 华北电力大学工程顿士学位论文 业务层控制层传输层接入层图2-4软交换技术体系示意图其采用分层体系架构，分为接入层、传输层、控制层、业务层2。各层功能与设备分别如下:(1)接入层:利用各种接入设备实现不同用户的接入及不同信息格式的转换，其功能类似于传统程控交换机的用户模块或中继模块。主要设备包括信令网关(SG)，中继网关(TG)、接入网关(AG)、综合接入设备(IAD)、无线接入网关(WAG)以及各种智能终端设备。(2)传输层:用于承载软交换所需的具备高带宽、有-定服务质量(QOS)保障的F分组网络。(3)控制层:是软交换网络的呼叫控制中心，该层设备称为软交换设备，其主要作用包括呼叫控制、业务提供、业务交换、资源管理当用户认证、会话初始协议代理等。(4)业务层:利用各种设备为整个软交换网络体系提供业务上的支持，该层设备包括应用服务器(向业务开发者提供应用程序接口(API)以及授权和管理(AAA)服务器。控制层设备之间互通采用SIP或SIP-T协议:控制层设备与接入层网关设备之间互通采用H.248或媒体网关控制协议:控制层设备与智能终端互通采用H.323或SIP；信令网关与控制层设备之间采用信令传送协议(SIGTRAN)。软交换技术的主要特点是业务承载与呼叫控制分离12。其缺陷在于P承载网络的可靠性和安全性问题。程控交换技术将逐步淘汰，NGN网络是通信网络发展的趋势l41:在演变过程中，软交换系统与原有程控交换系统将在一段时间内长期共存1315。软交换技术可有效解决远端供电所的语音用户接入需求，对比传统程控方式，可节省了配置相关光传输、PCM设备的成本；可实现远程移动办公，解决员工出差随时使用办公电话的需求；用户开通方便，便于业务割接工作实施:采用分层模块化设计，减小了设备体积，有效节省机房空间。7 华北电力大学工程硕士学位论文-2.2.3 IMS技术软交换技术虽然比较成熟井已大规模商用，但该技术主要是为了在分组网中传送话音业务而设计的，在支持多媒体业务及融合业务方面仍存在不足。为了更好地支持多媒体业务，3GPP在Release5中提出了E多媒体子系统(血，fS)oIMS的主要特点是采用SIP协议，并且实现了业务与接入的无关性，可以更好地支持多媒体业务，实现固定移动融合。u、3GPP、TISPAN都已经确定将IMS作为NGN的基础框架。IMS被许多运营商看作是传统电话交换网(PSTN)向NGN过渡的关键。一些大型运营商在部署软交换的同时，也进行肌S的部署和试验。但IMS的相关技术仍不够成熟，很多网元和接口的功能还需要完善或修改。同时，相当多运营商现在面临的问题是如何将基于电路交换的PSTN演进到基于分组的NGN，但肌S在支持话音业务方面存在不足，目前也不具备大规模商用部署的条件。另外，由于移动网络和固定网络的差异，对IMS的推广也造成了-些不确定的影响。IMS的体系架构如图2-5所示。IMS采用分层网络结构，由一系列的接口、SIP代理、服务器(比如媒体服务器)和媒体网关组成。这种网络结构的一个最主要的特点就是使得IMS内的呼叫和会话控制与业务层和接入网络相分离。图2-5IMS体系架构示意图2.3数据网络技术分析目前，数据网技术发展比较缓慢，依旧采用ATM、以太网、路由器等技术。ATM技术由于带宽瓶紧，导致技术发展停滞，且ATM技术价格贵，性价比不高，该技术即将退出历史舞台。以太网技术目前已发展到万兆以太网，比较成熟可靠，但保护机制不如其它组网技术。路由器技术成熟稳定，能够对数据包进行高速转发，并且能够做流量工程，依旧大规模使用。8 华北电力大学工程硕士学位论文2.4骨干网络技术分析光纤传输网络技术发展历程如图2-6所示间，目前F化和智能化已成为传输网络技术发展的方向。90 95 98 2 04 oa 图2-6传输网技术发展历程为应对传输技术IP化发展，目前传送网在各个层面技术的发展图2-7所示，即在骨干层采用基于波分的OTN技术，在汇聚接入层面采用PTN技术，在用户接入层面采用PON技术17。.千份法.狼lU盛MilJ)；.入&.图2-7传送网应对lP化的技术发展路线2.4.1 MSTP传输技术以将多种不同业务通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙，与2层分组设备在物理上集成为一个实体，构成业务层和传送层一体化的多业务节点即基于SDH技术的多业务传送平台MSTP(Multi-Service Transport Platfonn) 3。MSTP最核心的技术4就是IP/ATMOVER SDH ，其中Ethemet映射入SDH可细分为ML-PPP、HDLC、LAPS、GFP等等。ML-PPP是对ppp的多链路捆绑，并试图在多条链路上做负载均衡。这种方式适宣在不同厂家的产品问实现互通。IETF将PPP定义为盯C1661.由于PPP出现较早，大部分厂家均将PPP作为自己产品的主要映射技术。GFP是2001年10月在ITU-T上通过的新封装形式一-G.70410随着数据业务的增长以及带宽的限制，将来GFP会取代ML-PPP，与虚级联和LCAS(链路容量调整方案，G.7042)-起形成一个完善的EthemetOVER SDH的方案。9 华北电力大学工程硕士学位论文2.4.2 ASON传输技术该技术是对MSTP技术的一种革新与改进，其增加了控制层面，使网络更趋智能化，采用该技术可实现网络拓扑自动发现、业务带宽动态分配、在线业务优化调整、端到端业务的智能开通等功能，而且网络保护与恢复会更加灵活可靠，该技术已成为目前技术选择的趋势。ASON是具有自动路由、信令和发现功能的智能光网络70ASON的概念从1998年提出，2000年U-T正式确定开展ASON的标准化工作，ASON的相关技术研究和标准工作取得了很大进展。ASON体系结构包括控制平面、传送平面和管理平面三个部分6分别负责网络控制、数据传送和网络管理，此外还包括用于传送控制和管理信息的数据通信网(DCN)。传送平面由包括交换实体的传送网网元组成，是实现连接的建立/拆除、交换和传送的物理平面。控制平面的引入是ASON不同于传统传送网的一个根本点，它包括了一系列实时的信令及协议系统，实现对连接的建立、释放进行控制以及监控、维护等功能，控制平面由信令网络支持。管理平面是对控制平面和传送平面进行管理。2.4.30TN传输技术OTN即光传送网，OTN可以面向多种业务(语音、数据等)，提供对客户信号的透明传送和光通道的管理，具有大容量交换(交叉或路由能力。从本质上讲，OTN=SDH+WDM。其吸取了SDH和WDM等两种技术的优点。OTN是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。OTN是目前光网络发展和应用的一个重要趋势，它将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题，它将取代SDH+WDM和E结合。目.前传送网的主流技术还是SDH和波分复用(WDM , Wavelength Division Multiplexing) 0 SDH在容量、效率、灵活性等方面暴露出很多不足，难以发挥WDM传输的带宽优势。因此，OTN的应用受到越来越多的重视。OTN关键技术的发展现状如下。大容量、多粒度的OTN交叉连接技术:包括电交叉连接、光交叉连接、光电混合交叉连接3种实现方案。由于采用光电光的处理方式，电交叉连接方案支持子波粒度的带宽调用，便于实现对光信号的监视与再生。光交叉连接方案引入透明的全光交换矩阵，可以节约大量光电转换接口，但是不如电交叉连接方案应用灵活。光电混合方案结合了二者的特点，适合构造超大容量的交叉连接网络。多业务透明映射技术ITU-TG.709建议给出了CBR2G5/CBRI0G/CBR40G、ATM(Asynchronous Transfer Mode)信元、GFP(Generic Frame Protocol)帧等客户信号的10 华北电力大学工程硕士学位论文映射过程，但对如STM-1/4、GE/lOGE等接口仍需要采用特殊的方法来实现。目前已有商业芯片用于实现10GE信号的映射功能。智能控制平面技术:OTN设备具有波长和子波长级的交叉连接能力，加载控制平面是实现光传送网智能化的最佳方案。控制平面的引入，使得OTN对P业务的传送更为灵活。目前自动交换光网络(ASON，Automatically Switched Optical Network)的系列标准已基本完善，架构于OTN之上的控制平面实现脉络已十分清晰。2.4.4 PJ传输技术分组传送网PTN(PacketTransport Network)是NGN的传输基础，是下一代的宽带传输网络，适合于电信移动/固网)、电视和数据业务统一的传输网络。其采用成熟和廉价的数据技术，解决了设备商应对未来业务突发和E化的需求:解决了运营商多种网络重复建设和运维的麻烦。基本原来如图2-8所示。分组传送网(PTN)保留了传送网的功能特征:通过分层和分域提供了良好的可扩展性；快速的故障定位、故障管理和性能管理等丰富的操作管理维护(OAM)；可靠的网络生存性，即支持快速的保护倒换:不仅可以利用网络管理系统配置业务，还可以通过智能控制面灵活的提供业务。分组传送网(PTN)在传送网中引入了分组特性:分组业务的突发性要求支持高效的统计复用，因此PTN必须支持统计复用功能:分组业务的QoS更加丰富，因此分组传送网必须提供面向分组业务的QoS机制，同时利用面向连接的网络提供可靠的QoS保障II91:分组传送网的业务提供更加灵活:支持电信级以太网业务，通过电路仿真机制支持TDM、ATM等传统业务；通过分组网络的时钟同步技术提供频率同步和时间同步。_5冒曲曲ho:ir . 图2-8PTN体系架构原理示意图11 华北电力大学工程硕士学位论文2.4.5弹性分组环技术弹性分组环CRPR，Resilient Packet Ring)技术是为优化数据包传输而提出的一种新的MAC层协议，是为优化数据包的传输而提出的。它既利用了SDH技术对延时和抖动性能严格保障、可靠的时钟以及SDH环网50ms快速保护的长处，又吸取了以太网技术的经济、灵活和可扩展好的优点。它不仅能有效地支持环形拓扑结构和在光纤断开或连接失败时实现快速恢复，同时具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。因此，基于RPR技术的设备可以承载具有突发性的E业务，同时支持传统语音传送，是适用于中小型城域网骨干到接入的技术。2.4.6多协议标签交换MPLS技术MPLS的概念最早是在数据网中引入的，主要是为了解决路由转发速度问题。传统的E数据网是无连接的网络，每台路由器根据所收到的每个包的地址查找匹配的下一跳，并做相应的转发。但由于路由器使用的是最长前缀匹配地址搜索，无法实现高速转发。MPLS是一种介于第2层和第3层之间的2.5层协议，是一种可在多种第2层媒质上进行标签交换的网络技术。这种技术兼有基于第2层交换的分组转发技术和第3层路由技术的优点，将第2层的基础设施和第3层的路由有机的结合起来。它吸取了ATM高速交换的优点，把面向连接引入控制。第3层的路由在网络的边缘实施，而在MPLS的网络核心采用第2层交换。与第2层网络(如帧中继或ATM)相似，MPLS给分组分配标签，以便分组能够在基于分组或信元的网络中传输。贯穿整个网络的转发机制是标记交换，在这种技术中，数据单元携带一个长度固定的短小标签，该标签告诉分组路径上的交换节点如何处理和转发数据20。正是因为MPLS技术能够根据固定长度的标签搜索目的地址，所以其能够实现高速转发。2.5支撑网络技术分析2.5.1同步网络技术分析同步网包括时间同步网和频率同步网，目前同步设备既能提供时间信号C1PPS、DCLS、IRIG-B)，又能提供频率同步信号。Mb/s、2MHz)，且提供时间信号精度能够达到us级别，可以满足电力生产业务对时间同步的需求，此外，时间同步组网技术也在发展，目前存在的组网技术如下图所示。主要有三种，即DCLS+El方式、NTP方式、lPPS+STM-N方式。(1) DCLS+El:该方式为目前比较成熟的时间同步组网技术，即采用同步设备的DCLS接口，通过SDH网络的El通道将该时间信号传输到各需要同步的节点，并通过手工或自动方式消除传输时延，该方案的理论精度为us级别，示意图如图2-9所示华北电力大学工程硕士学位论文图2-9DCLS+El组网方案(2) lPPS+STM-N:该方式目前尚处于研究开发阶段，其基本原理是采用STM-N中的频率信号输出作为其时刻校正标准，该方案充分将频率同步与时间同步有机的结合在一起，避免了传输时延的产生。示意图如图2-10所示。IIM I ST协有图2-10IPPS+STM-N组网方案(3) NTP+IP:该方式为目前比较成熟的时间同步组网技术，其采用了过滤延时的NTP协议，在电信领域己得到广泛应用。其同步性能理论上可达到10ms的精度要求。其基本原理如图2-11所示。T2 T3 Server Tl T4 13 华北电力大学工程硕士学位论文图2-11NTP+IP基本原理图网元客户端首先向时间服务器发送一个NTP数据包，这个数据包被打上发送时的客户端本机时间标签Tl.服务器接收到这个数据包后也向客户端发送一个NTP数据包，这个数据包中含有3个时间标签:服务器接收到客户端NTP数据包时的时间标签T2，服务器发出NTP数据包时的时间标签T3、客户端NTP数据包中原有的时间标签Tl，客户端接收到这个数据包后也打上一个本机时间标签T4(见图2-11)。根据这4个时间标签就可以算出服务器一客户间的传输时延和时钟偏差:Q彻=兀(T2-Tl)+ (T3-T4) Delay = (T4-Tl)-(T3-T2) 通过这两个公式得出的网元时钟与时间服务器的时钟偏差，再将两端时延进行补偿，客户端就得到了时间服务器中的标准时间。NTP组网方案图2-12所示。工皿时翩良品.图2-12NTP+IP组网方案示意图从上述技术分析可以看出，目前时间同步与频率同步一体化技术已经成熟，且精度也能满足电力需求，因此建议廊坊供电局采用同步一体化技术组建时间同步网和频率同步网。2.5.2网管系统技术分析-网管系统技术目前己突破传统厂家设备网管的意义，正在向BOSS系统全面演进，如图2-13所示。14 华北电力大学工程硕士学位论文5翌t-DWDMllt 11 IP4tt i &；IIJi-11 Fl!Il4ri二ii豆豆豆i匹豆豆EEE 图2-13智能管控系统架构示意图2.6电力通信网技术现状分析2.6.1语音交换网技术现状分析当前电力通信网中，语音交换网络多采用程控交换技术。从技术分析中可以看出，程控交换技术在可靠性和安全性上要优于软交换技术，出于对调度交换网可靠性和安全性的考虑，在电力通信中调度交换网应继续使用程控交换技术，考虑到软交换的技术优点和技术发展趋势，在行政交换网中应逐步使用软交换技术来代替程控交换技术。2.6.2数据网络技术现状分析电力通信网中，数据交换网多采用以太网组网，组网结构单一，承载业务单一。鉴于技术发展现状及业务流量需求，考虑到可靠性与性价比，调度数据网应采用路由器技术，而综合数据网应采用GE技术.。2.6.3传输网技术现状分析OTN和PTN两种技术目前均处于试点建设阶段，其产品成熟度有待验证，对于该技术，三大运营商态度有别，中国移动己明确切传输网的接入层将全部采用PTN技术，核心层则采用OTN技术，而中国电信和中国联通都只是抱观望态度。在电力通信网中，出于对投资的保护，现阶段传输网的建设应继续采用MSTP的技术体制。对于MSTP和ASON技术而言，后者在电信领域已开始规模应用，但对于电力系统而言，其应用还存在如下问题:(1)光纤差动保护依旧不能采用第一等级的保护恢复策略2l，因为该保护方式要求收发路由完全-一致，而ASON永久性的1+1保护恢复机制可能导致收发路由不一致。华北电力大学工程硕士学位论文(2)目前ASON保护颗粒尽管能做到2Mb/s保护，但其实现是通过155Mb/s隧道方式实现的，即一旦该2Mb/s故障，整个155Mb/s将进行倒换，这种保护方式不适合电力系统小颗粒业务的特性。(3)从倒换时间上看，由于ASON网络保护倒换原理与MSTP倒换原理一致，只是多了恢复机制，因此倒换时间相对于MSTP而言没有改进。(4)从网络结构上看，ASON技术比较适合在网络核心层部署，以传输大颗粒业务，增强可靠性。因此，在传输网络A、B双平面在核IL层采用ASON的技术体制，在接入层依旧采用MSTP的技术体制32。2.6.4支撑网技术现状分析在电力系统中，当前支撑网站网管系统较为复杂，不同厂家的设备网管系统都不相同，所以应建立综合网管，从而能够使电网稳定、安全的运行。随着廊坊智能电网和企业信息化建设工作的相继开展，电力通信业务也将会同电信业务一样发生深刻的变化，未来电力通信业务将在现有电网控制业务的基础上，逐步迈向E化和宽带化，如智能电网视频中心业务、集中式信息容灾中心业务、配网自动化通信业务等业务部将体现为大颗粒的宽带化IP业务，所以相应的电力通信网络建设思路也将发生巨大变化，以满足电力通信业务需求为基础，以通信网络可靠性为目标将是电力通信网的建设发展方向。2.7小结本章对电力通信网的技术与现状进行分析，技术分析主要包括通信网络技术方面、语音交换技术方面、数据网络技术方面、传输网络技术方面和支撑网络技术方面，本章对这些方面的技术进行了详细的阐述。通过对各种技术进行分析，与当前廊坊电力通信网现存技术进行比较，找出当前电力通信网中所使用技术的优缺点，并在技术方面对当前廊坊电力通信网提出合理的建议。16 .华北电力大学工程硕士学位论文第三童电力通信网业务需求及带宽分析3.1电力通信网业务分类电力通信业务按照业务属性划分大致可以分为两大类，即生产业务和管理业务；按照业务流类型划分，又可以分为语音、数据、视频及多媒体业务:按照时延划分，又可以划分为实时业务和非实时业务:按照业务分布划分，又可以划分为集中性业务、相邻性业务和均匀性业务:按照用户对象划分，又可以分为变电站业务、线路业务和电网公司、供电局、供电所、营业所等几大类；按照电力二次系统安全防护管理体系划分，又可以划分为I、II、III、IV等四大安全区域业务。3.2电力通信网业务特征及需求分析目前，厂站通信业务主要有:线路保护、安稳系统、调度自动化、调度电话、电能计量、保护信息管理系统、安稳控制管理系统、广域相量测量系统、故障测距系统、电能质量监测系统、变电站视频监视系统等业务；随着智能电网的发展，变电站一次设备在线监测和状态检测系统、光缆监测系统等新业务将会逐渐出现。电网公司、供电局、三级单位等用户通信业务主要有:财务系统、营销系统等管理信息系统业务，且随着企业信息化步伐的加快，与电信运营商合作开展的业务也将会逐渐增多。具体业务描述如下:(1)线路保护:电力系统继电保护是电力系统安全、稳定运行的可靠保证。继电保护信号是指高压输电线路继电保护装置间和电网安全自动装置间传递的远方信号，是电网安全运行所必需的信号，电力系统由于受自然的(雷击、风灾等)、人为的(设备缺陆、误操作等)因素影响，不可避免地会发生各种形式的短路故障和不正常状态，短路故障和不正常状态都可能在电力系统中引起事故。为了减轻短路故障和不正常状态造成的影响，继电保护的任务就是当电力系统出现故障时，给控制设备(如输电线路、发电机、变压器等)的断路器发出跳闸信号，将发生故障的主设备从系统中切除，保证无故障部分继续运行。在电力系统中，对通信有要求的继电保护主要是线路保护。线路保护应用在输电线路上，包括500kV、220kV和部分110kV线路。线路继电保护方式按原理分类主要有微机高频方向保护、微机高频距离保护、光纤电流差动保护等几种方式。光纤分相电流差动保护原理简单、动作可靠性高、速度快，所以很快得到了大范围的应用。目前新建的线路，只要具备光纤通道，则至少有一套主保护会采用光纤分相电流差动保护:如果线路长度较短，且有两路不同物理路由的光纤通道，则还会同时采用两套光纤分相电流差动保护作为主保护。线路保护业务其信息流向是从输电线路的一端送到另一端，如图3-1所示，通道内一直有保护信号在传送，通信频度高，属于实时通信。17 华北电力大学工程硕士学位论文线路保护的信息流量比较小，小于64kb/s.但对通道的可靠性和时延要求高。500kV线路的保护动作时间一般要求小于O.1s.220kV线路的保护动作时间要求一般小于0.2s.除去保护装置的处理时间，信号的传输时间应该在10ms以内。站，11= (t 图3-1线路保护业务模型基点1府21常(2)安稳系统:安稳系统是指由两个及以上厂站的安全稳定控制装置通过通信设备联络构成的系统，其主要功能是切机、切负荷，实现区域或更大范围的电力系统的稳定控制。是确保电力系统安全稳定运行的第二道防线，其一般分为控制主站、子站、执行站。该业务系统信息流向为主站、控制子站、执行子站逐层传送，属于树型业务，如图3-2所示。蟹主鲸e 却由k耳白由.t打蜻.-. ；) -跄曹哥/-站-,-卢.t，_M- ._-一接运二工飞f删喇己飞飞飞I3jn蚀部主、3图3-2安稳系统业务模型(3)调度自动化:该系统主要提供用于电网运行状态实时监视和控制的数据信息，实现电网控制、数据采集(SCADA)和调度员在线潮流、开断仿真和校正控制等电网高级应用软件(PAS)的一系列功能。一般由自动切换的双前置机及多台服务器和微机工作站组成分布式双总线结构。其信息类型包括两部分，一部分为调度中心EMS系统与厂站R四交换的远动信息(包括遥测、遥信、遥控、遥调信息)；另一部分为调度中心EMS系统之间交换的数据信息。该业务带宽要求为64kb/s-2Mb/s.通道传输时延三30ms.基于光纤SDH通道误码率不大于10-90其信息流向为各地调(EMS)或厂、站(RTU)一一调度中心(EMS)，属于集中型业务，如图3-3所示。尸姑图3-3调度自动化业务分布(4)调度电话:指各级电力调度中心之间、电力调度中心与发电厂站、变电所之间的电力调度、水库调度用电话，它对电网的安全运行至关重要，要求极高的业务保障。其主要功能是为调度员提供调度电话联络，信息流向为各厂站与调度中心之间相互格18 华北电力大学工程研士学位论文送。要求极高的可靠性和强插强拆功能。目前主要采用带备份的专线电路和具有最高优先级别的电路交换方式来承载。(5)电能计量系统:电能计量系统是对整个电网众多计量点的数据进行自动采集，自动传输、存储和处理，用于监控整个电网的负荷需求。为用电营销系统、EMS系统、PAS系统、MIS系统等相关系统提供准确、可靠的电量等基础数据。此系统的主站系统设置在省调度中心，计量对象包括各厂站的电量结算关口计量点和网损、线损管理关口计量点以及根据管理需要所需采集的用户电量结算关口计量点等。其信息流向为各厂、站(ERJ)一一中调(EAS)，传送方式采用定时传送和随机召唤传送两种方式。各厂站传输速率为64kbit/s，传输延时也不直过大，要求传输误码率必须不大于10毡，可用性要求为99.99%。(6)保护管理信息系统z保护管理信息系统由主站、分站与子站三层结构构成，其主要功能是通过实时收集变电站的运行和故障信息，为分析事故、故障定位及整定计算工作提供科学依据，以便调度管理部门做出正确的分析和决策，来保证电网的安全稳定运行。其信息流向为主站/分站与子站之间双向传送，其中绝大部分信息流是从子站向主站/分站传送，主站只有少量轮询信息向子站发送。子站向主站/分站系统上传信息的方式分为主动和被动两种。(7)安稳管理信息系统z主要指管理主站对控制主站、控制子站检测和收集到的信息、子站对有关指令的执行情况和执行结果、子站及其执行站的装置及通信通道的正常、异常和故障情况进行分析的系统。其信息流向为执行子站、控制子站、控制主站到管理主站。(8) PMU系统PMU系统的主要功能是利用GPS同步时钟技术，进行集中相角的监视和稳定控制，即将电压相角信息上送到调度中心，由调度中心对相角信息进行处理后进行相角的监视；以及在已知相角信息的条件下，应用相角信息进行暂态稳定的分析和控制，为电网稳定运行服务。其信息流向为各厂站向调度中心传送。)变电站视频监视系统:主要对变电站设备进行24小时视频图像监视，监视变电站设备、环境等参数，实现无人值守。其业务流向是集中型业务系统，各个变电站以2Mb/s通道汇聚到调度中心。业务流是24小时的均流业务。(10)电能质量监测系统:其信息流向为变电站调度中心。(11)光缆监测系统:光缆自动监测系统是集成了目前成熟的计算机、通信、地理信息系统(GIS)及光纤测量技术而成的一个光纤网络测量系统。该系统采用先进的光时域反射仪(OTDR)分析光纤的回拨信号，并结合地理信息系统(GIS)，在计算机屏幕上以图形化的方式显示光缆的路由和故障位置并发出报警。其信息流向为监测站一一监测中心。19 华北电力大学工程硕士学位论文(12)变电站一次设备在线监测和状态检测系统:主要对线路情况进行监视，分布于铁塔与铁塔之间，其信息流向及业务传输通道与光缆监测系统类似。(13)电力市场的运营要求建立一整套信息交换、查询和发布系统，以支持电力市场的交易和结算。其覆盖面广、信息量大、对可靠性和安全性有很高的要求。电力市场数据主要包括电能量计量数据、现货交易数据、期货交易数据、市场其它信息等。电能量计量信息可采用调度数据专网、程控电话拨号、专线等方式传输，目前各厂站传输速率一般为3001200bps，传输时延也不宜过大，可用性要求为99.9%。现货交易数据传输包括短期/超短期负荷预计数据发布、现货交易买卖电申报/确认/成交数据、日发电计划数据发布等。该类信息为小时级批量传输信息，每次应在数分钟内传送完毕，该类数据要求有较高的传输准确率及可靠性。期货交易数据传输包括年度/月度负荷/电度预计数据发布、期货交易数据、典型负荷曲线数据等。该类信息信息量大，具有随机性和突发性，对传输速率没有太大要求。该类数据要求有较高的传输准确率及可靠性。电力市场其他信息发布指市场运行部门会定时发布前一交易日的市场信息，如实际负荷曲线、交易价格、电能量/结算信息等:市场运行部门还将向公众发布各类其它信息，如l各类调度报表、市场分析报告、市场规则等等。这些信息可供电力市场参与者通过因特网技术随时调用查询。该类数据要求有较高的传输准确率及可靠性。(14)调度管理信息系统(DMIS)覆盖调度中心和各变电站，是各生产相关人员在各调度系统中查找数据、收发文件的信息系统。DMIS业务承载在综合数据网上，与企业管理业务VPN隔离，变电站可采用MSTP数据通道实现综合数据网覆盖。(15)雷电定位监测系统是以计算机网络系统为通信媒介，采用先进的网络技术、GIS.和数据库技术，能方便广大用户在网上查询和分析雷电以及雷击事故的专家系统。其信息传输速率为64kbitls-2Mbi饨，传输延时三250ms，误码率不大于10气可用性要求为99.9%。其信息流向为雷电定位监测探测站一一雷电定位监测控制中心站。(16)管理信息业务主要包括两大类，即日常办公业务和信息化管理业务。日常办公业务主要包括行政电话(系统电话、行政电话(移动电话)、OA、移动办公、INTERNET、WLAN、会议电视等业务。日常办公业务从业务流类型来看，既有语音业务、又有数据业务和多媒体业务。从业务承载网络来看，既有移动业务，又有固定业务；既有有线业务，又有无线业务。对于移动无线业务，目前只能借助电信运营商。信息化管理业务主要包括各种信息管理系统，如OA、财务等系统等GD248信息化支持体系。该业务主要在电力系统各部门之间流通，包括省公司与各地区供电局、地区三级单位及营业所、变电站之间流通，节点数量多，覆盖范围广。(17)视频业务主要包括两大类，即电视会议及视频监控业务。电视会议网既有基于H.320协议承载在时分复用的数字传输上，采用nx2Mbps连接的会议电视系统，又有基于H.323协议，承载在数据信息网(SPTnet)上，采用E协议的系统。3-华北电力大学工程硕士学位论文站视频信息是变电站集中控制中心对无本值班变电站一定区域场景实施监视所必需的信息，是一种实时的视频信息。其传输速率为64kbps-2Mbps，传输延时三250ms，可用性要求99.9%。以上所述按种类和承载方式见表3-1:表3-1业务种类及承载方式表业务类别业务名称业务类型承载方式语音业务调度电话话音及低速数据SDH 会议及生产管理电话话音及低速数据SDH 线路继电保护数据SDH 安全自动装置数据SDH 电力市场运营系统数据调度数据网雷电监测系统数据调度数据网+SDH数据业务调度培训系统(DTS)数据调度数据网调度自动化系统实时数据调度数据网+SDH功角测量系统数据调度数据网+SDH保护故障录波信息数据调度数据网+SDH电能量计量系统数据调度数据网+SDfl通信监控/网管信息数据SDH 视频业务电视会议系统图像及数据SDHI综合业务数据网变电站视频监控图像及数据SDH/综合业务数据网调度生产管理系统数据综合业务数据网调度业务统计报表系统数据综合业务数据网管理信息系统(MIS)数据综合业务数据网办公自动化系统(OA)数据综合业务数据网综合查询系统数据综合业务数据网计划统计数据综合业务数据网人事劳资数据综合业务数据网公司财务数据综合业务数据网电网实时数据发布数据综合业务数据网信息化业务安全监察数据综合业务数据网生产和设备管理数据综合业务数据网国际合作数据综合业务数据网计划与投融资数据综合业务数据网.财务系统数据.综合业务数据网审计系统数据综合业务数据网法律事务数据综合业务数据网通用网络服务及广域接入数据综合业务数据网其他电网地理信息系统数据综合业务数据网远程教育培训系统数据综合业务数据网21 华北电力大学工程硕士学位论文3.3网络带宽预测3.3.1网络带宽预测方法在实际的网络规划之中，不仅要考虑到当前网络的需求，通常还要根据过去网络的具体情况结合未来宏观环境的发展趋势，预测未来5-10年网络带宽需求的总体趋势，在此基础上进行网络规划。电信行业中常见的关于带宽等业务指标的预测技术主要有:直观预测技术、时间序列预测技术、相关分析预测技术以及其他预测技术。(1)直观预测技术直观预测技术(亦称专家预测法)主要通过熟悉情况的有关人员或专家只管进行预测，其中的综合推断法是最为常用的一种。在综合推断法中，每个专家i给出3个带宽预测值:最低估计值aj、最高估计值鸟、a, +b, +4c 最可能估计值c，对每个专家预测结果的平均值计算为几=-ji 1.赋予各专家权6 数Wi，则预测结果x=兰兰, W (2)时间序列预测技术时间序列就是将历史数据按时间顺序排列的-组数字序列，时间序列分析法就是综合带宽需求的这些历史数据加以总结，用过去的规律预测带宽需求的发展趋势，但该技术对中远期预测准确性较差，并且需要有较多的显示统计数据。时间序列预测技术主要分为趋势外推法、平滑预测法和成长曲线预测法。1)趋势外推法应用该预测法时应满足两个假设条件:假定事物发展过程没有跳跃式变化，一般趋于渐进变化:假定事物的过去和现在的发展也决定事物未来的发展，其条件是不变的或变化不大。此外，应用趋势外推法时，要结合历史数据序列的趋势与带宽需求发展的规律，选择合适的模型。当时间序列的趋势接近于二次曲线时，可以考虑建立二次曲线的模型。几=+bt+ct2(3-I) (汇伊t-nEXZf-nf)-(汇巾_n/2 y，)(2:ntt2) 其中的参数估计式b=L-J -, ., f.-. (2:t2 -n(2)(2: t4 -nt勺-(2:t3寸的2c-(艺句_n12五)(:2-n(2)尹凯-nt:Y，)(2:，3-nt2) -(艺nt2)()4-nt2-)_(2:t3-n的2a=凡-bt-ct222 华北电力大学王程硕