CESP技术在智能电网通信上的应用探讨

钟 谨，孙忠奎

武汉烽火网络有限责任公司

1 智能电网通信网络需求分析

现代通信技术在智能电网中的应用前景广阔，但要使之真正能够服务于智能电网并逐渐完善，还有很多问题需要解决。

首先，通信基础平台的规划建设要充分考虑未来资源及数据量的增加。随着接入站点的增加以及快速增长的采集数据量的不断汇聚，对传输网络带宽和网络传输可靠性都会提出更高的要求。因此，通信平台在建设初期就应充分考虑到这些因素，为未来的网络扩展和维护更新做好冗余配置。

其次，通信基础平台的建设不是独立的，还要兼顾考虑电网全公司管理业务的需求，所以数字化通信平台的发展应全面考虑未来生产、管理、安全等各方面需求，同时考虑技术发展和投资效益，选择合适的建设模型和方向。

另外，要形成集成的通信系统光有载体还不够，还需要发展和实施被使用者、供应商和其他主体广泛接受的通信标准。

在建设智能电网的业务需求方面，目前大部分省份的电力通信网络还无法实现管理信息系统横向数据的充分交互，这和目前选用的通信手段很有关系。以SDH或者ATM作为业务承载层，只能实现点到点的业务实现，面对点到多点、多点到多点的业务需求，实现起来就非常困难。在财务自动化系统内，也同样存在这样的问题。此外，在办公自动化方面还有信息发布、文档查询、公文流转批阅、会议管理、电子邮件以及信息采编等。数据业务的需求已超过了电力通信网络发展的速度，只有承载在分组化宽带网络上，充分利用万兆、吉比特、百兆高带宽优势，充分利用MPLS、电信级以太网等先进技术才能更好地承载这些重要业务。

在智能电网配套通信网建设的拓扑结构的选择上，由于电力通信网络光纤电路覆盖面大，节点多且分散，距离长，业务密度集中，电路分期呈链形建设，很难形成网状拓扑，也就无法发挥网状拓扑的多路由可选、可靠性高、生存性强的优势。而链形和星形拓扑虽然符合电力系统通信电路分段建设的特点，但是其可靠性差，瓶颈现象严重，成本较高。基于电信级以太网技术的环形网络有多样的环网类型（相交环、相切环、环与链），灵活的组网能力和成熟的自愈技术，更适合电力通信光网络的组网。

综上所述，智能电网的配套通信网需要建设一个可靠安全、高速高效的多业务承载网络，这个网络应该是具备高可靠性、高安全、高宽带、大容量、智能化的分组化网络。

2 CESP在智能电网通信系统的应用前景

基于电信级以太网的方案，是指将传统以太网应用到电信网的技术，具备网络和业务扩展性、运营级网管能力和QoS保障能力，从而解决IP/以太网/TDM等多业务的传送问题，并向城域乃至广域延伸，推动网络向分组化转型。

从技术上看，以太网是一种很简单的解决方案，只需要少量的规划、设计和测试工作，应用多年，为用户熟悉，业务指配时间可以减少到几个小时或几天。其次，以太网是标准技术，互换、互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。最后，以太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体接口。从结构上看，以太网正以前所未有的端到端解决方案面目出现，免去了其他解决方案必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。其次，以太网是具有很好扩展性的解决方案，其速率可以从10 Mbit/s、100 Mbit/s、1 Gbit/s一直扩展到10 Gbit/s。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，因此网络管理可以大大简化。此外，由于很多用户已经熟悉了以太网，因此培训工作简化，新业务可以拓展得更快。

以太网接口已经成为事实上的通用业务插座，各类高速以太网接口因经济规模带来的成本优势会加速使用。随着电信级以太网多业务平台在扩展性、业务保护、QoS保障、TDM支持和业务管理等电信级业务特征的持续改进和互操作性的完善，以太网将成为电信网的基础元素。当前正逐步在宽带接入网汇聚层面引入广义的运营级以太技术，提供高可用、高速率的业务汇聚能力和以太网互连业务。可以预计，随着网络中IP/以太网业务量的日益增加以及基于以太网技术的新型解决方案的不断出现，电信级以太网多业务平台在城域网中的应用将会越来越多，电信级以太网多业务技术将成为面向未来的主流解决方案。

烽火网络基于F-engineM8000系列电信级以太网多业务平台 （CESP）来提供分组化多业务承载解决方案。F-engineM8000系列电信级以太网多业务平台可以提供大管道的业务承载和电信级50 ms业务保护功能，具备灵活的业务控制能力和安全性保证，可以基于用户、业务和应用来分配相应带宽和QoS等级。该平台支持数据、语音和视频等多业务的电信级高可靠承载，同时满足客户对网络业务管理和应用的差异化需求。烽火网络电力通信承载网解决方案如图1所示，主要有以下两种应用场景。

（1）CESP用于构建地市到县电力数据承载网

电力基层调度网和数据通信网由于经济的原因，在建网的时候大多没有分离，随着电力各项事业的发展，目前的地市（县）级供电公司数据通信网在带宽、服务质量、多业务承载、安全性等方面，都难以满足未来的发展需求。CESP能够提供高带宽、低成本解决方案，应用于电力地市到县数据通信网，提供OA、MIS系统、电力市场和营销系统、语音/视频等业务的综合接入。

目前CESP可应用于以下两种情况：

·原有SDH网络的扩容，以适应业务发展的需要；

·作为新建基层信息网的承载平台，与原有SDH组建的调度网平行，提供信息网多业务的综合接入。

目前将CESP作为原有SDH网络的补充，将原有的SDH接入层仍然保留，作为A平面。为适应业务发展的需要，新建CESP网络作为B平面，主要完成对原有网络业务分流和新业务的综合接入。

CESP环网可考虑单环架构或吉比特接入环跨接万兆汇聚环的分级环网结构。不论何种模式，CESP环网都可以提供快速保护倒换的业务高可靠性。基于环网架构还可以较好支持组播业务，在环路中无需复制多份内容，节省带宽。同时，通过环网汇聚，增大了端口扇出能力，大量节省了业务控制点的光纤资源和光端口资源。

汇聚层可利用CESP组成10 Gbit/s或10GE环网，从而完成TDM业务、数据业务和视频业务的接入、承载和调度，使网络支持的业务从64 kbit/s、2 Mbit/s电路到以太网专线可以平滑过渡，保证业务网络和业务的发展。

随着业务的不断增长，后期还可通过下放吉比特CESP环网、上拉万兆CESP环网等方式将多业务分组承载网络进一步向地市、县和城域延伸，最终形成提供覆盖完善的多业务分组化大客户承载网。

用户末端覆盖和业务接入方面的实现方式多种多样，既可在业务种类单一时采用光纤连接方案，也可如图1中所示的在业务种类复杂时采用N×E1、以太网交换机、路由器、EPON等技术作为末端接入。业务接入点的不确定性，决定了多种网络拓扑形式并存的现状。

采用CESP组建的网络在结构、容量、管理和发展上均以满足大客户业务的开展为基准，提供丰富的业务种类和可定制服务，并构成“业务发展—网络完善—业务发展”的良性循环。

（2）CESP配合EPON应用于配网通信网络建设

随着配网通信网络规模的不断扩大，CESP可作为EPON的承载汇聚层汇聚配网通信业务，减轻骨干网的压力。

3 CESP建设电力通信网络的优势

（1）电信级的高可靠性

CESP设备采用电信级高可靠设备，关键部件如主控板、管理总线、电源、风扇等为冗余备份，提供系统的自动恢复能力，并且主备用部件实现了实时热备份，保证系统恢复的过程中业务运行不中断。另外，业务处理板支持热插拔特性，可实现在线维护和升级。

网络结构也采用高可靠结构设计，环形拓扑结构网络生存性高，运行灵活可靠、高效，可使电力通信网络更加优质健壮。环网自愈技术可在无需人为干预的情况下，在极短时间内从故障中恢复所承载业务。

CESP基于ITU-TX.87标准提供环网拓扑下的电信级50 ms业务保护。它在以太网的环形拓扑中采用分布式环保护算法，对于故障通告和恢复均采用分布式处理，具有较低的时间和空间复杂度，从而降低了对系统的要求。该平台还能够实现环路之间完全独立，从而确保不会因为某点故障而导致整个网络的瘫痪。因此，采用合理的自愈技术，实现环内自愈、环间互通，将建成高可靠性的、强大的通信网络为电力生产、管理服务。

与骨干网相连时可采用R-Link技术用双上联方式，用独立链路分别接入主、备系统，形成链路备份，提供拓扑可靠性。配合链路捆绑技术，日常还可以分担负载。类似的，厂站节点也采用R-Link技术用双归方式就近接入两个CESP节点。

（2）可信的安全保障

在业务安全性方面，CESP通过对转发数据的分析，针对可疑IP、病毒数据包、广播风暴等攻击进行限制，保证网络的安全和可靠。用户可以根据需要定制过滤规则，可以避免恶意攻击和进行病毒防范。

通过使用灵活的QinQ技术，有效实现业务的区分和隔离。通过两层VLAN标签，实现了最多4K×4K个业务的隔离和区分。当需要进一步区分业务的时侯，CESP可根据端口和内层标签的综合信息来加不同的外层VLAN标签，即除了对报文进行简单二次封装外，还规定了选择外层封装的标准。

（3）良好的可扩展性

采用基于以太网的分组化平台，提供高QoS保障的网络。环路带宽可从10 Mbit/s平滑升级至N×10GE；设备多采用模块化设计，可灵活扩展；在拓扑上支持链型、星形和多环的类网状拓扑结构；环网的尺寸、多环拓扑可根据业务需要及时调整，从而在满足当前带宽需求的情况下为未来可预见阶段内的通信增长提供网络保障，同时保护了用户的已有投资和设备的兼容性。

（4）有效保证用户服务质量

电力通信承载网对保护控制信息传送的实时性和准确性具有严格的要求。

CESP由于采用分组化内核的平台承载多业务，特别对于占较大比重的数据业务的承载，在带宽利用率、转发效率、时延、组播业务的支持等方面都有较大的优势。CESP可提供业界领先的高转发性能，端到端转发时延居业界领先水平，配合QoS技术，保证关键业务实时传送。

通过对转发报文的深度分析，可以动态智能地标识业务流，从而为后续的业务控制和QoS调度操作打下基础。在承载网络中根据业务报文中的QoS标记进行有差别的调度处理。通过多种QoS算法和调度策略，包括RED和WRED等丢弃算法，WFQ和PQ等多种队列调度策略，为不同业务提供不同的带宽保证。

（5）快速的业务生成

CESP可以组成1/10 Gbit/s的环网，能够提供以太网和64 kbit/s、RS-232、E1等多种业务接口，可以在多业务分组承载平台上同时提供语音、宽带、VoIP、VPN业务，满足电力行业各种业务的接入需求等。

CESP设备可通过灵活的QinQ方式实现二层VPN业务，也可以透传基于MPLS的二、三层VPN业务。对于VoIP业务可以基于标准的以太网业务接口接入，并配置相应的优先级保证服务质量，同时基于环网的快速保护倒换机制提供业务保护。

通道带宽灵活可调，基于64 kbit/s的带宽粒度，能够保证在用户需求发生变化时，动态地进行带宽调整。

（6）灵活方便的运营维护与业务管理

设备即插即用，无需复杂配置，便于快速部署。

灵活的升级方式，当部分节点所涉及的业务出现新的功能和带宽需求时，可以只升级局部设备和网络中局部环路带宽，而不影响整个网络的使用，这样极大地减轻了扩容和维护的压力和负担。通过CESP的即插即用特性和特色的图形化网管平台，不仅提高了对于网络和业务的管理能力，同时也提高了电力通信网络自身在管理和维护等方面的体验质量（QoE）。