电力生产安全知识和电力手拉手保护技术白皮书

DATE\@"yy-M-d"23-5-24 Allrightsreserved Page电力手拉手保护技术白皮书关键词：EPON，手拉手保护，TYPED,GOOSE摘要：本文基于华为电力EPON解决方案，全面系统描述电力手拉手保护相关的技术，包括基本原理，关键技术。通过对本文的阅读，读者可以了解电力手拉手保护的基本概念,实现原理和配置注意事项。 本文档基于OLT版本V8R10,ONU版本R310,U2000版本V1R6. 缩略语清单：缩略语英文全名中文解释BFDBidirectionalForwardingDetection双向转发检测CLVANCustomerVLAN用户VLANDIPDestinationIP目的IPEPONEthernetPassiveNetwork基于Ethernet的无源光网络FTUFeederTerminalUnit馈线终端单元GPONGigabitPON千兆比特无源光网络GOOSEGenericObjectOrientedSubstationEvent面向通用对象的变电站事件LLIDLogicalLinkIdentifier逻辑链路标识MACMediaAccessControlMAC地址MSTPMultipleSpanningTreeProtocol多生成树协议ODNOpticalDistributionNetwork光分配网络OLTOpticalLineTerminal光线路终端ONUOpticalNetworkUnit光网络单元SVLANServiceVLAN业务VLANSIPSourceIP源IPRTURemoteTerminalUnit远程终端单元TTUTransformerTerminalUnit配变终端单元VLANVirtualLocalAreaNetwork虚拟局域网总体概述概况电力应用场景中，核心的诉求是可靠性，因此电力配网的PON解决方案中，要求双配OLT，ONU两个上行口通过TYPED双归到两台OLT的组网称为”手拉手”保护。本文档详细解释了TYPED双归保护和”手拉手”保护的原理,以及ONU的自动倒回机制，描述单点故障的场景下，如何提高系统的可靠性。对于EPON线路TYPED保护倒换，在CTC2.1(中国电信标准2.1版)中给出了明确的规范：类型d（如图1）：OLT双PON口，ONU双PON口，主干光纤、光分路器和配线光纤均双路冗余）。具体实现方式包括OLT内同一PON板内不同PON口和不同PON板间的PON口保护等两种。OLT：主、备用的OLTPON端口均处于工作状态。OLT应保证主用PON端口的业务信息能够同步备份到备用PON端口，使得保护倒换过程中，备用PON端口能维持ONU的业务属性不变；光分路器：使用2个1:N光分路器；ONU：ONU采用双光模块。ONU应能保证主用PON端口的业务信息能够同步备份到备用PON端口，使得PON口保护倒换过程中，ONU能维持本地业务属性不变。SKIPIF1<0EPONONUTYPED保护倒换组网图CTC2.1标准中的TYPED保护属于同一OLT内的PON口保护，对不同OLT下的PON口保护并没涉及。在电力EPON企业规范中，定义了“手拉手”保护结构，其实就是TYPED的双归属保护(ONU分属两个OLT)。“手拉手”结构与电力配网输电线路结构类似，能在不改变原有光纤网络结构的情况下实现全光保护倒换。如图2所示:图2与图1的区别主要体现在以下两方面：OLT0、OLT1均处于工作状态，能对OLT设备的失效进行保护。ONU选择工作OLT，当工作OLT失效时，ONU倒换到备用OLT上。当工作OLT恢复正常后,ONU可以自动返回或人工返回.“手拉手”结构的全保护倒换示意图图3为华为电力解决方案的全景图,其中采用了”手拉手”保护.电力终端(RTU,FTU,TTU)出FE口或RS口与ONU相连,ONU出两个上行PON口双归属到互为主备的两个OLT，ONU的两个PON口都处于工作状态；这种组网方式下，当ONUPON口,OLT或者光纤任何单点故障时都会触发倒换机制,从而保障终端业务不受影响.华为电力解决方案组网图本方案应用的技术条件要实现手拉手保护组网，对网络设备有以下技术要求:1,两台OLT的软硬件版本必须一致,且软件版本必须是V8R10;2,OLT主控板必须是SCUN之后的版本;EPON单板要求为EPBC/EPBD以后版本;3,两个OLT的PON板的软硬件版本必须一致,且PON口配置数据必须保持一致;4,如果OLT是V8R8版本,则两个OLT之间必须有一个直连光纤,且倒换时间大于50ms;5,U2000网管的版本必须高于或等于V1R5;本方案的应用限制手拉手保护组网目前存在以下限制:OLTV8R8仅支持EPON手拉手，不支持GPON手拉手,OLTV8R10两个都支持;ONUR310两条上行链路都处于转发工作状态，即热备份方式;ONUR309只有主用链路处于工作状态,即冷备份方式；OLT上行到主站间光纤中断，本方案不会启动倒换,此时需要采用其他保护手段,如BFD.(BidirectionalForwardingDetection)手拉手保护实现原理不带路由器的组网场景物理拓扑图无路由器组网场景图4为一种手拉手保护应用场景,本场景中OLT和主站之间没有路由器.其中的交换机作汇聚作用,不是必须的,其存在对业务无影响.PTN为主干传输层设备.图中的ONU支持两条PON线路(兰色主用,红色备用)双归属到两个OLT，并且这两条线路同时处于working状态，两条线路能同时转发报文。图中的终端有主备两个FE口连到ONU,每个FE口有一个IP地址(手工配置,目前终端不支持DHCP).两个端口都处于工作状态.两个端口的业务全部送到主站,由主站来确定使用哪个FE端口的信息.正常情况下,业务流从IP1(IPa)-->ONU-->主用OLT-->主站;主站选用默认端口信息(IP1).当主用ONU链路故障时,业务流从IP1(IPa)-->ONU-->备用OLT-->主站;主站选用默认端口信息(IP1).当终端主用FE口(IP1)故障时,业务流从IPa-->ONU-->主用OLT-->主站;主站选用备用端口信息(IPa).业务配置如图3所示，终端、主站都分配两个IP地址，分属于两个网段：1、IP1、IP2、IP5属于网段1；2、IPa、IPb、IPe属于网段2；主站和终端依赖多IP，实现路由/网关分离，主站后台和终端的通信由后台和终端进行双发选收，双发报文的DIP/SIP都不相同，蓝色路径为工作路径，当工作路径故障时，主站系统切换接收红色路径上的报文，实现双发选收。1、对上行流量，终端不打CVLAN，所以要求ONU通过两个FE端口接入终端红色和蓝色流量，两端口通过建untag流支持；如果终端支持打cvlan，则可以只通过一个FE端口接入；2、ONU的两个PON口同时处于working状态，报文基于MAC+VLAN进行二层转发；3、对上行流量，蓝色报文的目的IP为IP5，此目的IP和终端的IP1同属网段1，所以直接通过ARP请求，获取IP5对应的MAC地址，终端将使用IP5的MAC封装蓝色业务报文，ONU使用此目的MAC进行报文转发；红色报文的目的IP为IPe，此目的IP和终端的IPa同属网段2，所以直接通过ARP请求，获取IPe对应的MAC地址，终端将使用IPe的MAC封装红色业务报文，ONU使用此目的MAC进行报文转发；4、二层环网可能在ONU1、OLT1、OLT2、ONU2、PTN之间出现，通过VLAN配置进行破环；一个网段采用一个VLAN是合理的，蓝色路径为VLAN1，红色路径为VLAN2；带路由器的组网场景物理拓扑图带路由器的组网场景图5为另外一种手拉手保护应用场景,本场景中OLT和主站之间有路由器.这个路由器作为网关设备,把OLT和主站隔离在两个网段.图中交换机作汇聚作用,不是必须的,其存在对业务无影响.PTN为主干传输层设备.图中的ONU支持两条PON线路(兰色主用,红色备用)双归属到两个OLT，并且这两条线路同时处于working状态，两条线路能同时转发报文。图中的终端有主备两个FE口连到ONU,每个FE口有一个IP地址.两个端口都处于工作状态.两个端口的业务全部送到主站,由主站来确定使用哪个FE端口的信息.与图4不同的是,图5在路由器处要作一次IP地址转换,这样把OLT以下的网络和其他网络隔离,提高了网络的安全性.除此之外,图5的业务流程与图4相同.业务配置如图5所示，终端、主站都分配两个IP地址，分属于两个网段：1、IP1、IP2、IP3属于网段1；2、IP4、IP5属于网段2；3、IPa、IPb、IPc属于网段3；4、IPd、IPe属于网段4；对所有终端，网段2的路由网关为IP3，网段4的网关为IPc；对主站，网段1的路由网关为IP4；网段3的网关为IPd；主站和终端依赖多网段、多IP，实现路由/网关分离，主站后台和终端的通信由后台和终端进行双发选收，双发报文的DIP/SIP都不相同，蓝色路径为工作路径，当工作路径故障时，主站系统切换接收红色路径上的报文，实现双发选收。1、对上行流量，终端不打CVLAN，所以要求ONU通过两个FE端口接入终端红色和蓝色流量，两端口通过建untag流支持；如果终端支持打cvlan，则可以只通过一个FE端口接入；2、ONU的两个PON口同时处于working状态，报文基于MAC+VLAN进行二层转发；3、对上行流量，蓝色报文的目的IP为IP5，此IP所在网段路由网关为IP3，所以通过ARP请求，终端将使用IP3对应的MAC封装蓝色业务报文，ONU使用此目的MAC进行报文转发；红色报文的目的IP为IPe，此IP所在网段路由网关为IPc，所以通过ARP请求，终端将使用IPc对应的MAC封装红色色业务报文，ONU使用此目的MAC进行报文转发；4、二层环网可能在ONU1、OLT1、OLT2、ONU2之间出现，通过VLAN配置进行破环，对路由器以下的二层网络，一个网段采用一个VLAN是合理的，蓝色路径为VLAN1，红色路径为VLAN2；Goose通信组网场景Goose通信是电力通信的一种独特的场景.它要求相邻的两个ONU之间直接通信,而不用通过主站,以达到快速切换的目的.其时延要求达到5ms以下.物理拓扑图Goose通信组网场景电网Goose报文为一个组播报文，要求发送到相邻的一组电网终端上，例如图6中,ONU1下的终端和ONU2下的终端要实现Goose通信.ONU支持双归属到两个OLT，并且这两条线路同时处于working状态，两条线路能同时转发报文，利用这种热备份的PON线路，可以不需要通过主站，也不需要通过主干传输网，只要经过ONU和OLT,就能完成Goose业务的保护倒换。业务配置说明如图6所示，Goose通信报文采用的是二层多播MAC，为避免出现环，要求终端对goose报文也要进行双发选收；1、主备Goose报文规划到不同SVLAN；通过不同的VLAN规划配置避免ONU1、OLT1、ONU2、OLT2间出现环；2、终端双发的Goose报文如果两报文CVLAN不同，ONU可以通过一个FE端口接入；3、终端发送的蓝色和红色goose报文的源MAC可以相同或不同；物理接口分析用户接口ONU通过FE接口挂RTU/FTU/TTU，GOOSE报文由ONU下终端发起，以带tag的组播报文发送给其他ONU下的终端，GOOSE报文遵循IEC61850规范。要求RTU/TTU/FTU支持对GOOSE报文打上tag，到主站的报文为untagged.RTU/FTU/TTU同主站互通，遵循IEC60870-5-101或者IEC60870-5-104规约，报文为untagged单播报文。EPON接口ONU通过双EPON口上行，TYPED双归到两台手拉手的O