区域电网PTN组网方案研究

郑运召　张义　翟浩冲　李鹤　孔晓民

摘要：基于区域电网业务需求，考虑电力通信系统的现状和发展规划，提出了基于电力PTN网络的环型组网方案和星型组网方案，分析了环型组网方案和星型组网方案的优缺点。电力PTN网络可以实现不同业务类别在网络上的虚通路端到端安全传送，并能够在设备端口上提供平衡，为区域保护业务的承载提供通信保障。

关键词：PTN 环形组网 星型组网

中图分类号：TN915.853 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0102-02

1 引言

智能电网的建设目标使得传统电力业务朝着全网信息数字化、通信平台网络化，信息共享标准化，应用功能互动化，运维检修高效化等特征发展，从而实现能量智能调节，设备可控在控，信息共享互动，服务便捷优质。

变电站内数据及报文方式均遵循IEC61850标准，并基于此进行IP化传送，因此通信系统必须面向IP优化传送，同时能够对关键报文信息进行全程跟踪。也就是说，保护范畴区域化和一体化智能控制对通信设备提出“自动化”特征的功能需求，通信网络建设需要基于业务应用需求而建，考虑到电力通信系统的现状和发展规划，提出了基于电力PTN网络的通信方案。

2 需求分析

2.1 业务数据分析

智能电网保护对常见业务SV、GOOSE、MMS等的安全性、可靠性要求：1）SV要求传送时延相对固定，抖动小于10微秒，即具有同步性；2）GOOSE下行的控制命令要求传送具有绝对的可靠性，传送过程“零丢包”；3）传输时延固定可调，不但保证信息传送的实时性还可实现“硬同步”，达到对每个信息的传送“精确可控”；4）优化“非IP化承载”技术达到物理隔离等级的安全性。

每个站点数据流明细如表1所示。总流量约210Mbps。

2.2 区域电网组网原则

为各变电站传送信息到调度中心提供可靠的网络通道，区域电网组网应满足以下原则：

（1）关键业务数据不中断：网络设计考虑关键设备和关键链路的冗余；网络具有电信级故障自愈能力。

（2）业务系统隔离和互访：实现业务系统安全隔离和受控互访；实现业务系统内部细分子系统的相互隔离；抵御来自外界的威胁与攻击；终端合法接入业务系统。

（3）关键业务系统（WAMS）的QOS保证：端到端的QOS部署需要整网规划和设计；需要业务的服务质量分级策略。

（4）降低管理和维护成本：实现对网络流量的精细化统计和分析，减小网络故障风险，为网络优化提供科学的量化依据；面向IP优化，适应IP业务的突发特性，提供弹性的带宽通道，更加的经济效益和传送效果；实现安全接入、告警协调联动。

（5）流量优化：根据网络的流量和流向合理配置电路及其带宽。网络流量分布均匀，各电路带宽得到较充分的利用，不存在带宽瓶颈。适度考虑在“N-1”的情况下网络的流量。

3 网络总体方案

3.1 环形网络组网方案

由于网络庞大，采用分层组网方式，分为接入层、汇聚层和骨干层三层结构。中心站设立两台PTN设备，以防中心节点单点故障发生，由于每个接入点均有两条到中心节点的不同路由通道互为备份，所以网络模式为单网运行。整个网络的总的带宽需求为100*210M=21Gbps。

环网优势：节省光纤资源，多余带宽或未来可升级带宽开展分布式业务（如果需要）。网络可靠性较高，提供物理中断冗余度。

环网劣势：传送时延根据环上节点相对其他组网方式略为增加。

每个接入节点的带宽为210Mbps，PTN线路口为2.5Gbps。有效数据承载为2000Mbps.在保证带宽及通道可靠保护的情况下，最多可接入不大于（2000/210即）9个节点。考虑到接入汇聚点的单节点故障影响，采用双汇聚点组网。

双联汇聚节点采用容量分担的话，汇聚层每个接入环最大接入点数为9个节点，每个节点上传的为210M/2=105Mbps。所以网络正常时，汇聚点的容量为M*n*105=2*8*105=1780Mbps，网络故障时最大为 2*8*210M=3360Mbps。在这种方式时，汇聚环网采用了网络保护，环网带宽为10G，最大支持10G/1780M=5个汇聚节点。

双联汇聚节点采用主备容量的话，汇聚层最大接入点数为9个，每个节点上传的为210M。所以汇聚点的容量为M*n*210，本方案最大为 2*8*210M=3360Mbps。网络正常时为3360Mbps，网络故障时为1780Mbps。在这种方式时，汇聚层环网总带宽为10G*2=20Gbps，最多可支持20/3.36=5个汇聚节点。

本方案设计汇聚层网络节点为4个站点，满足设计要求。每个骨干节点的上行带宽为4*9*210M=7560Mbps。3个骨干变电站到中心的总带宽则为22680Mbps。所以骨干网络总带宽考虑30Gbps容量，有效传送带宽为24Gbps，满足传送需求。鉴于骨干节点的重要性，采用冗余星形组网方式。如图1所示。

3.2 冗余星形网络组网方案

星形组网方式理论上可接入的节点数量是不受限制，接入越多，汇聚设备的上行带宽就越高。对于星形网的要求是汇聚节点的设备交叉容量能够满足接入网和线路总带宽的需求。由于每个节点上传容量是210Mbps，所以星形接入时线路带宽为1Gbps，有效传送达800Mbps。

采用冗余星形组网如图2所示，每个汇聚节点对应的接入点数越多，需要的汇聚节点数量就越少，但是对汇聚节点的设备要求就越高，对接入点设备的要求降低，对光纤资源的需求就越高。反之，接入点数少，汇聚节点的数量就多，设备容量要求降低，但是对汇聚层总体的带宽需求不变，光纤资源需求降低。

冗余星形网的优势：线路带宽容量非常富足，可以提供更佳的传送质量。克服了单星形网的网络可靠性低的问题。

冗余星形网络的劣势：光纤资源数倍增加，汇聚节点端口数量与节点数量呈4倍数增加。对汇聚节点的设备规格要求更高，尤其是槽位空间。

每个接入节点的带宽为210Mbps，PTN线路口为1Gbps。有效数据承载为800Mbps汇聚层线路带宽为10Gbps，有效数据承载带宽为8Gbps，所以在保证带宽及通道可靠保护的情况下，最多可接入不大于（8000/210-1即）37个节点。实际上这37个节点可分别接不同的汇聚点。

考虑到接入汇聚点的单节点故障影响，采用双汇聚点组网。汇聚层网络为环网结构，数据为分担保护时，则环路带宽为10Gbps，为主备保护时，环路带宽则可达20Gbps。每个汇聚环最大可接入38个节点的业务容量，通过汇聚节点分担。具体不做确定，原则是以就近接入考虑。条件允许采用均当数据容量方式。

4 结语

面对区域集中保护与综合智能控制管理系统业务IP化区域传送要求，其通信网络实现方式有多种，但最适合的只有一种。电力PTN网络可以实现不同业务类别在网络上的虚通路端到端安全传送，并能够在设备端口上提供平衡。同时，PTN网络通过可视化的维护方式，可更好地将IP网络传统的被动运维向主动运维去演进，将“软”管道和维护指标图形化呈现出来，有预见性地维护承载网络，为区域保护业务的承载提供更有保障的支持。同时由于采用端到端的OAM管理，充分降低故障定位时间，并提高准确性，更有效地进行根源故障分析和业务影响分析，使得贴近用户进行运维，以用户为中心的方式更加充分地实现。

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