面向电力双向互动业务的数据汇集策略研究

赵辉 汪梁 王晓东 杨永标 王金明

摘 要：为了提高电力主干网和运营商公网及其他异构网络的联通能力，文章在调研大量电力工程应用的基础上，研究了电力互动业务的数据汇集策略。首先，分析了电力骨干通信网直接接入电力业务的不足，需辅之以运营商通信网。在通信技术数据汇集层面上，分别介绍了同步数字体系（SDH）、基于SDH的多业务传送平台（MSTP）和分组传输网（PTN）及其在运营商通信网和电力通信网上的应用。SDH在处理TDM业务上、MSTP在处理电力多业务上、PTN在处理以太网数据业务上各自有着显著优势，且指出了分组传输网为未来电力建设的趋势。在通信协议数据汇集层面上，分析了IPv6的优势以及在原有IPv4基础上的部署策略。最后，文章给出了基于IPv6的电力双向互动业务数据汇集的部署方案，具有较大的实际意义。

关键词：数据汇集；SDH；MSTP；PTN；IPv6

电力系统是一个由发电、输电、变电、配电、用电等环节构成的一个复杂的能量交换系统，电力通信网则是服务于这个能量交换交换系统的一个通信网络。电力双向互动业务主要包括居民用户业务、大用户业务、电动汽车充换电业务以及分布式储能/发电业务等，这些业务涉及海量数据和大量网络孤岛，需接至电力骨干通信网，进而上传至电力公司数据中心。但电力接入通信网络基础薄弱，不足以提供双向互动服务终端节点数量多、分布广泛的拓扑特点，需辅以移动通信网、IP公网等其他通信资源，以提供安全、可靠、灵活的通信能力。

现阶段电力通信数据汇集组网技术大都以同步数字体系（SDH）和基于SDH的多业务传送平台（MSTP）为主，随着以太网数据业务的比重不断扩大，分组传送网（PTN）的发展越来越快。此外，在通信协议层面上，随着IP网络的不断普及，其有限IP地址将反过来制约IP网络的进一步发展，新一代IPv6协议将是数据汇集技术在通信协议层面上的发展方向。

1 基于SDH的数据汇集

同步数字体系（SDH）将复接、线路传输及交换功能融为一体，可以实现网络保护、业务监控等功能。为满足不同的数据业务的传播速率要求，SDH采用同步复接方式，以同步传输模块STM为基础，其中STM-1的传播速率为155.520Mb/s，STM-4的传播速率为622.080Mb/s，STM-16的传播速率为2488.320Mb/s[1]。只需利用软件，即可实现不同传送速率的数字信号的复接和分接，操作简单且便于通信系统的扩容。在现阶段电力专网和运营商通信网中，基于SDH的组网方式占据较大比重，在处理TDM业务上，其优势地位更加明显。

居民用户业务、大用户业务、电动汽车充换电业务、分布式储能/发电业务等所需的不同传输速率的数据经数据集中器分类、储存和转发，在数据集中器侧配置SDH光端机接入运营商的SDH传输网。为增强网管的有效监控和SDH自愈能力，采用环形拓扑结构。运营商SDH传输网就近接入电力通信骨干网，其接入层也采用SDH组网方式，一般为155Mbit/s或622Mbit/s环网。最后量测数据传输至电力公司数据中心。

由于运营商公网普遍采用SDH组网方式，因此，电力专网与公网SDH专线数据汇集的方案性价比非常高，但是，SDH对于以太网数据业务和ATM业务处理能力非常有限，其局限性也非常明显。

2 基于MSTP的數据汇集

基于SDH的多业务传动平台（MSTP）在SDH的基础上，通过对以太网数据帧和ATM信元的封装，实现基于SDH的多业务传送。综上，MSTP具有TDM业务、ATM业务和以太网数据业务的接入能力，是SDH技术的强化，但是对以太网数据接入能力仍不够完善。

现阶段，电力公司专网和运营商通信网都大量采用MSTP技术通信组网。MSTP提供了多种业务和多种速率的组网选择、支持动态带宽分配以及MSTP设备彼此兼容和相互无缝传输能力[2]。

电力通信网和运营商通信网基于MSTP方案部署策略同SDH方案部署策略一致。居民用户业务、大用户业务、电动汽车充换电业务和分布式储能/发电等电力双向互动业务采集到的电量和非电量数据经数据集中器分类、集中、转发，将TDM数据、ATM数据和以太网数据业务分别通过语音交换机、ATM交换机和以太网交换机接入运营商MSTP传输网。同样MSTP在实际部署中，一般采用环网形式以增强其适应性和自愈能力，也便于SDH网络、ATM网络和以太网等网络孤岛接入。运营商MSTP传输网就近接入电力通信骨干网，其接入层也采用MSTP组网方式，一般为155Mbit/s的环网，接至电力公司数据中心。

虽然，MSTP在处理以太网数据业务的能力上差强人意，但是其用户侧设备非常便宜，只需接入交换机，且运营商也大量采用MSTP组网方式，所以，MSTP技术可视为从SDH技术到PTN技术的过渡方案。

3 基于PTN的数据汇集

电力双向互动业务正以语音业务为主向以太网数据为主转变，以太网数据业务的带宽需求也占据电力通信总带宽的绝大部分。分组传输网（PTN）体现出了处理以太网数据业务的强大能力。PTN采用灵活的动态带宽分配策略和统计时分复用技术，可高效承担IP数据业务[3]。根据电力双向互动业务运营商通信网和电力通信专网数据汇集的实际需要，将PTN细化为三层：接入层、汇聚层和核心层。

（1）PTN接入层。接入层直接面向用户终端设备，设置用户访问权限和VLAN隔离域，确保互动数据能够正常传输且不会相互干扰。

（2）PTN汇聚层。核心层主要是对接入层接收到的以太网数据进行汇聚、优化和转发，提高传输速率和服务质量。

（3）PTN核心层。核心层实现双向互动以太网数据集中调度和快速转发，充当网络枢纽，要求好可靠性、快速性和安全性。

电力以太网数据经过上述电力PTN环三层处理后，接入运营商PTN专线，实现以太网数据的集中调度和快速转发，一般采用环网形式部署，并就近接入电力通信骨干网。

4 基于IPv6的数据汇集

IP网络不断普及，但其地址空间有限，不足以支撑日益庞大的IP数据业务。IPv6作为下一代版本的互联网协议，较之当前的IPv4协议，其优势表现在：地址空间更大、开销更低、高效的层次寻址和路由结构、高可扩展性、更好的QoS等[4]。但是，当前运营商骨干网和电力通信专网大都采用IPv4协议，短期内用IPv6取代IPv4，成本巨大，也不易实现。

电力IPv6的部署中，可在电力用户侧部署IPv6网络，采集互动数据，形成大量IPv6孤岛，利用MPLS L2VPN 技术、6PE 技术将IPv6孤岛连接至IPv4主干线上。形成IPv4骨干+IPv6孤岛的部署策略。

图1给出了电力双向互动业务中的IPv6部署策略。为满足双向互动居民用户、大用户、分布式发电/储能和电动汽车等业务的QoS等需求，对各终端实行规约转化，将用户侧多种通信协议统一转化成IPv6通信协议，并分配相应的IPv6地址，这样，形成了多个IPv6孤岛。运营商和电力专网的主干网络大都采用IPv4网络，采用上述的MPLS L2 VPN技術部署或6PE技术部署策略，借助运营商IPv4网络就近接入电力IPv4主干网。只需将MPLS网络中的PE设备（服务提供商边缘路由）升级或更换为支持6PE的设备即可。在MPLS VPN中继续运行MPLS VPN，网络中传送的是IPv4数据报。然后通过IPv4的标签分发协议建立6PE路由器之间的LSP，即建立6PE路由器之间的MPLS隧道。运营商骨干网就近接入电力通信专网，电力专网IPv6部署策略同运营商骨干网一致。最后，从电力专网终端接入为IPv6数据经电力数据网上传至电力公司数据中心。

5 结束语

为提高电力公司的服务质量和用户的满意度，文章在大量调研的基础上，一方面，在通信技术层面上，通过SDH技术、MSTP技术和PTN技术实现电力专网和异构网络的数据汇集。另一方面，在通信协议层面上，以新一代IPv6为核心，研究在原有IPv4为骨干网的基础上部署IPv6孤岛，并实现无缝连接，以提高海量数据的接入能力。这两个层面上的研究为电力公司数据汇集部署提供了可行方案，也为智能用电提供了组网支撑。未来电力建设将以PTN和IPv6为方向，进一步完善智能电网。

参考文献

[1]郭任重.SDH常用组网方式在电力通信传输网中的运用[J].江西电力，2009，33（6）：55-59.

[2]王伟勇.电力系统通信城域MSTP骨干网方式探讨[J].电力系统通信，2006，27（166）：48-50.

[3]加小铁，雷学义，等.PTN为智能电网提供理想的信息通信平台[J].电力系统通信，2010，31（213）：20-23.

[4]许昌俊.基于IPv6的MPLS VPN研究[D].贵州大学，2009.