电力通信传输网中自动交换光网络技术的应用研究

聂正璞 张辉 万莹

(1.华北电力大学电气与电子工程学院， 北京 102206；2.华北电网有限公司通信管理中心， 北京 100053)

电力通信传输网中自动交换光网络技术的应用研究

聂正璞1张辉2万莹2

(1.华北电力大学电气与电子工程学院， 北京 102206；2.华北电网有限公司通信管理中心， 北京 100053)

本文针对当前我国电力传输系统中普遍存在的问题进行分析，并提出采用自动交换光网络(Automatically Switched Optical Network：ASON))技术对电力传输网进行优化，在现有光纤加同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy：SDH)网络的基础上引进ASON控制层面，并承载ASON业务，在此基础上逐渐使用ASON替换现有的SDH。

自动交换光网络；电力通信传输网；同步数字体系

随着我国国内经济的快速发展，对电力事业提出了更高的要求。作为电网安全运营的重要支持网络，电力通信网也需要变得更加安全可靠和高效。当前，光纤通信技术已经在我国电力通信系统中得到广泛应用，光纤通信技术不仅传输数据、语音和视频等常规业务，还有电力生产专用业务如电力保护、安全装置等。因此，电力通信网络不仅要有强大的控制能力和接入能力，还应具有高效的带宽利用率和完备的安全保护功能[1]。尤其是当前电网正在建设数字化电网，这给电力通信传输网提出了更高的要求，实际需求迫使传统网络向下一代能支持多信道、高容量、可配置、智能型的现代通信网络演进。自动交换光网络ASON是一种动态、自动交换传输网，是帮助实现电力通信传输技术更好的向数字化演进的先进技术。

1.我国电力通信传输网中存在的问题

经过多年建设，我国电力通信传输网已具备一定的规模，基本满足电力系统的通信需要。但随着近年来电网事业的快速发展，现有电力通信传输网在应对种类繁多的业务时已颇感吃力，存在着较多的问题[2]。当前我国电力通信传输网中存在的问题主要有：

1.1 部分电力通信网络结构复杂，使得工作人员维护困难。由于光缆网络资源的限制，在部分变电站只能以单链接入；而有的传输网中同时使用不同设备厂商的设备，造成设备的故障难以鉴别，导致电力通信系统故障后难以尽快修复；另外，不同的设备也导致在同一网管上实现端到端的电路调度变得难以实现。

1.2 电力通信网中节点较多，系统安全性能有待提升。电力通信网中任何一段光缆的更换或维修都会影响系统的可靠性和稳定性。并且有些节点不在环网上，无法对业务进行自愈保护。若其中任何一个站点出现设备故障时，将会导致所有通信业务的丢失。

1.3 电力通信系统的接入层网络结构繁杂，难以满足业务发展的需求。我国部门电力通信系统的接入层传输网络结构复杂，并且有环带环、环带链的现象存在，导致现有电力通信网络的难以扩容。另外，部分环网的时隙占用率过高，有的通道利用率甚至超过70%，并且这些通道也大都难以扩容[3]。这都使得电力通信系统难以实现可持续发展。

1.4 电力通信系统中部分设备技术落后，且老化严重，已经难以适应电力系统快速发展的需求。部分通信设备技术落后，不支持多业务传输系统，需要通过协议转换器才能满足以太网业务通道需求。且在长期使用过程中逐渐老化，不仅容易产生故障，增大维护负担。

2.自动交换光网络技术概述

自动交换光网络以SDH和光传送网(Optical Transport Network：OTN)为基础，通过控制平面来完成自动交换和连接控制的光传送网。ASON可由用户动态发起业务请求，自动计算并选择路径，通过信令控制实现连接的建立、恢复、拆除，融合交换和传输为一体的新一代光网络[4]。ASON能实现动态、自动实现传输、交换和建立连接的功能；为了满足目前电路交换和分组交换业务的需求，ASON同时引入了信令和路由的概念，既吸取两类网络的优点，又避免各自的缺点；此外，ASON支持多种客户信号，是一种独立于客户的网络技术。

2.1 ASON的体系结构模型

图1为ITU-T提出的ASON体系结构图。如图所示，ASON网络主要由控制平面（CP）、传送平面（TP）、管理平面（MP）三个平面和数据通信网(DCN)组成。通过数据通信网(DCN)来实现三个平面之间的通信需求，是负责实现控制信令消息和管理信息传送的信令网络[5]。

图1 自动交换光网络体系结构

相比于传统光网络，控制平面是ASON中的关键设计和核心部分，主要由分布于ASON节点设备中的控制网元组成。控制网元主要由信令转发、资源管理和路由选择等模块组成。众多的控制网元相互联系并形成信令网络，在此基础上传送信令信息。在ASON信令系统调度下，控制网元形成一个统一的整体，可以实现连接的自动控制和出现故障时的快速有效修复[6]。通过控制平面，可以使得传送网络连接变得更加快速和高效，使得网络变得更加具有可操控性。不仅支持交换式连接而且可以支持软永久连接。控制平面的关键技术主要包括信令协议、功能模块和网络接口三个方面。这些关键技术可以帮助ASON更好的使用信令、协议和接口，光网络的路由信息、拓扑信息和其他控制信息可以实时的、动态的进行交换，可以实现网络资源的动态分配以及光通道的动态建立和释放。

传送平面主要由DWDM设备和SDH设备等传统的光传送实体组成，具有分层结构，是业务传送的通道，主要传送一些端到端的信息以及一些控制信息和管理信息。

管理平面的主要功能是实现分布式和智能化的管理功能，与控制平面技术互为补充，可以实现对网络资源的动态配置、性能检测、故障管理以及路由规划等功能。

2.2 ASON的接口

ASON的接口是指ASON网络中不同功能实体间的连接通道。ASON的接口的主要功能是规范化了不同功能实体间的通信原则。ASON中三大平面之间通过不同的接口标准进行连接，某个平面内部的不同功能模块也使用不同类型的接口进行连接。

连接控制接口(CCI)是负责控制平面和传送平面之间通信的接口，CCI将交换控制指令从控制平面发送到传送平面网元以及将资源状态信息从传送平面网元发送到控制平面。

NMI-A和NMI-T分别是管理平面与控制平面、传送平面进行通信的接口标准。其中NMI-A主要负责对控制平面的路由、链路和信令等功能模块进行监视管理和配置；NMI-T主要负责对传送平面的网络资源的进行配置，以及日常维护过程中的故障分析和性能检测。

此外，ASON还有用户网络接口(UNI)、外部网络接口(E-NNI)和内部网络接口(I-NNI)三种网络接口。其中UNI是负责用户和运营商网络间的通信接口。ENNI是毫无关系且并未建立认证体系的不同控制实体间的连接接口，一般位于同一运营商内不同的子网中或不同的运营商网络间。I-NNI是指属于同一个管理系统内或多个已建立信任关系的管理域的控制平面实体间的接口，支持连接控制和资源发现。

2.3 ASON的关键技术

ASON的关键技术主要包括呼叫和连接控制、保护和恢复机制、自动发现功能、路由和信令等[7]。

2.3.1 呼叫和连接控制。在ASON体系结构中，呼叫和连接控制具有其独立性。这使得ASON能够支持多链路传输、多重连接和动态的带宽需求等。

2.3.2 保护和恢复机制。保护和恢复机制可以使得ASON网络具有较高的可靠性。ASON保护和恢复机制主要包含故障管理、保护和恢复、复原等三个步骤，主要通过传送平面和控制平面来区分：保护一般是由传送平面单独完成，而恢复是传送平面和控制平面共同协调完成的。

2.3.3 自动发现功能。自动发现功能包括邻居发现、服务发现和资源发现三种。邻居发现主要是负责监控本地节点同所有相邻节点的链路连接状态，用于自动发现和维护相邻设备。

2.3.4 路由协议和信令协议。ASON路由协议为连接的建立提供路径服务，并支持源路由、逐跳路由和分级路由。ASON信令协议用于分布式连接的建立、释放和维护等，主要传送连接选路、资源发现、呼叫控制和连接控制等信息。此外，ASON还可以对现有信令和路由协议进行修改和扩展。

此外，ASON提供的连接方式有永久连接、软永久连接和交换连接三种。永久连接又叫供给式连接，由人工或网管系统完成。软永久连接是客户到客户之间的连接。交换连接是根据终端客户的要求而建立的连接。

ASON在组网上实现了网元的智能化，支持网格、环状、星型网、链状网及其组合等多种组网方式。并能借助于网元实现ASON网络的路由计算、业务的保护和恢复、链路自动配置、路径的管理控制等功能。

2.4 ASON的优点

2000年3月国际电信联盟电信标准化部门的Q19/13研究组最早正式提出自动交换光网络的概念[8]。智能光网络的标准制定也在推动下进展迅速，目前在商业领域ASON网络已经开始投入使用。ASON网络最显著的特点是具有光传送网，它还预备以下几点优势：

2.4.1 ASON网络的恢复模式能够抵抗多处失效，可以组成MESH网络，使得保护恢复能力更加灵活，网络的生存性得到增强；

2.4.2 ASON网络的流量工程控制功能可以根据网络客户层的业务需求的不同，实时和动态的调整网络中的连接；

2.4.3 智能光网络的网络结构采用网状网结构，统一的标准接口，分布式的智能控制，扩容和调节更加便捷，可以灵活的在网络中增加和减少节点，并且能使不同运营商的网络通过标准的接口实现互联互通；

2.4.4 ASON更好满足了用户对于快速、高质量的带宽服务与应用需求。能够充分利用光网络资源实现数据业务灵活、动态的连接请求；

2.4.5 ASON根据用户的需求可以提供各种不同质量级别的服务。

3.自动交换光网络技术在电力通信传输网中的应用研究

当前，我国部分发达地区的电力通信传输网中的绝大部分已采用光纤加同步数字体系(synchronous digital hierarchy：SDH)设备组网。而落后地区则由于经费不足等原因采用了粗波分技术。电网一般按照自上而下结构分层建设，分为骨干层(STM-64/16)、汇聚层(STM-4)和接入层(STM-1)[9]。

为了更好地利用现有SDH设备，可在当前SDH网络的基础上引入ASON技术，在现有的SDH传送网络上承载ASON业务，这是既能发挥现有设备的使用价值，又可以将ASON技术得以应用的可行性方案。

在建设ASON网络时应遵循由内而外、循序渐进的原则，即以骨干层为基础来建设ASON网络，然后逐渐建设汇聚层和接入层。在骨干层建设ASON既要保证安全性、可靠性，又要保证业务不中断。将骨干层建设为ASON网络后，电力通信网的鲁棒性将大大增强，而汇聚层和接入层的ASON网络建设可以视情况而定。

在建成骨干层的ASON网络后，要保证其与原有SDH网络的互联互通。ASON可以在基于G.803规范的SDH传送网基础上建设，这样可以形成ASON与现有SDH传送网络的混合组网。ASON与现有SDH网络的融合是一个渐进的过程，先在现有SDH网络建设单独的ASON，然后逐步形成整个的ASON网络[10]。

实现ASON网络与SDH网络的互联，可以在传统的SDH网络引入控制平面，具体可以使用以下2种方式。

①在SDH网络的全部网元上分别连接一套PC机，SDH网络和PC机间遵循光网络网元管理协议。通过数据网络将全部PC机上运行的控制协议连接成一个整体的信令网，并使得该信令网可以和ASON的信令网实现互通。

②通过数据网络实现ASON信令网络和传统光网络的网络管理系统建立连接，在传统光网络的网络管理系统的计算机上运行控制平面协议，通过ASON控制平面和传统光网络网络管理系统的互通，实现ASON网络和传统光网络的互联[11]。

4.结语

ASON能够解决带宽快速部署、端到端配置和保护(恢复)等问题，提供服务质量、业务等级协约和分布式的网络控制能力，是光传输网发展的必然趋势。在电力通信传输网中引入ASON能够很好地增强网络的安全性、高效性和可操控性，满足电网安全稳定运行要求。

[1]赵斌锋,罗青松,王航.自动交换光网络(ASON)设备的设计与实现[J].光通信技术,2010,(6)

[2]乐垠.自动交换光网络ASON技术的引进策略研究[J].移动通信,2010,(2)

[3]王鑫.自动交换光网络技术应用分析[J].中国科技博览,2010,(31)

[4]李明.自动交换光网络的应用研究[D].山东大学硕士论文,2010

[5]张宁.自动交换光网络技术研究[J].北京联合大学学报(自然科学版),2010,(2).

[6]原军.自动交换光网络技术在电力通信网应用分析[J].山西电力,2010,(3)

[7]丛方文,柴桂云.浅谈自动交换光网络技术(ASON)在城域传送网中的应用[J].中国新通信,2010,(11)

[8]王敏,姚灏.自动交换光网络技术在广州电力通信网中的应用策略[J].广东电力,2010,(5)

[9]杨嘉明.自动交换光网络技术在电力通信传输网中的应用[J].广东电力,2011,(6)

[10]陈洲.浅谈ASON在电力光通信网中的应用前景[J].广西电力,2008,(6)

[11]王武朝.ASON及其在电力通信光网络中的应用前景分析[J].电力系统通信,2006,(4)

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.02.035