电力骨干通信网业务需求分析与拓扑规划

周 静，胡紫巍，刘国军，卢利锋，孙媛媛

（1.国网智能电网研究院，北京 102211； 2.华北电力大学，北京 102206）

电力骨干通信网业务需求分析与拓扑规划

周 静1，胡紫巍1，刘国军1，卢利锋1，孙媛媛2

（1.国网智能电网研究院，北京 102211； 2.华北电力大学，北京 102206）

如何合理布局随特高压工程建设的电力通信光缆线路资源，完善电力骨干通信网络整体架构，是“十三五”期间电力通信专业部门面临的主要任务。文章以电力通信业务需求测算为出发点，通过网络仿真，将业务需求预测结果作为网络拓扑规划优化的重要输入参数，分析了当前湖南电力省干通信网网络架构对业务需求的适应性，给出了该省干通信网容量配置、关键站点和链路的优化建议。所用研究方法可为“十三五”期间电力通信网的规划与建设提供指导及参照。

电力通信网；“十三五”规划；业务需求；网络仿真

0 引 言

电力通信网作为电网公司的第二张实体网络，承载着电网运行和企业管理的核心业务，是电网安全、稳定和经济运行的重要保障。因电力通信网大多随电网基建工程配套建设，造成目前省际骨干通信网由多段长距离传输系统拼接而成，虽已形成跨区域网格结构，但由于网格过大，网络化优势发挥不明显，特别是在部分跨网、跨省区段，通信网架构薄弱、光缆路由单一和带宽瓶颈等问题仍较突出，通信网的整体保障能力和安全可靠性受到制约。为此，有必要对“十三五”期间国家电网业务需求进行深入的分析与研究，以合理指导未来电力通信网络规划。本文以电力通信业务需求预测为出发点，结合网络仿真手段，建立了通信网架构对业务需求的适应性的量化分析方法，并以湖南省电力公司骨干通信网为实施案例，给出了骨干环网拓扑结构的优化建议，旨在对“十三五”期间电力通信网的规划、设计和建设提供更为科学的参照依据和指导。

1 电力通信业务分类与流量流向特点

省电力公司主要业务包括电网生产调度和管理信息化业务，其中电网生产调度主要是汇聚型业务，各级电网的直调变电站、直调电厂和下级机构的电网生产类业务通过本级通信网向相应的调度中心汇集；管理信息业务中的管理服务业务主要包括行政电话交换业务、电视电话会议业务及应急指挥通信业务，此类业务的语音和数据主要在各级电网机构之间传输。通信业务流向特征与机构分布基本吻合。生产及管理类机构主要以树状结构分布，业务流向也呈现树状结构分布特征，各下级单位（子节点）业务向上级单位（主节点）汇聚收敛，如图1所示。

具体承载业务的流向和流量特点如下：（1）管理部门之间的业务信息以纵向业务为主（县-地-省-总部），少有平行部门间（县与县、地与地）的横向业务，业务流向具有明显的星状汇聚网络的特点。

图1　省级电力通信网业务断面模型

（2）电网管理部门与变电站、电厂之间的业务信息也以纵向业务为主，业务流向也具有星状汇聚的特点，但业务流量相对较小。（3）厂站间业务主要是点对点保护业务，占用带宽很小，但是对通道的可靠性及传输时延要求很高。（4）电力生产业务中，除了继电保护和安全自动装置采用专线外，其他应用都采用基于TCP/IP（传输控制协议/网际协议）的数据网络，规划期间，部分省公司的通信数据网将承载调度语音（VoIP、IP承载语音）、IP视频会议、通信监控管理和智能电网中出现的部分新型业务。

“十二五”期间国家电网公司提出了断面分析方法模型［1-3］，初步确立了国家电网通信业务预测体系，对各省、地市业务需求预测提供了统一方法论指导，为“十三五”期间通信网络建设与发展提供了需求预测的理论基础。

断面预测模型公式为

式中，Fsi为业务断面上第i类业务的基础业务流量；Nsi为第i类业务的数量；Ф1为冗余因子系数；Ф2为容灾因子系数；Ф3为业务断面上多个业务之间的并发系数因子。

2 规划思路及步骤

国家电网公司按照业务断面来进行业务需求预测，所谓业务断面是指两个通信实体节点间传输的业务总和，既包括到两个节点终结的业务，也包括经过这两个节点传输的业务。每个业务断面都有两个相关的通信实体节点，在各个业务断面中包括各种类型的业务。测算模型中的业务断面实际为逻辑断面，经过业务需求测算后，再根据具体网络拓扑来进行容量分配和规划。

图2所示为规划思路及步骤，主要分为3个核心内容：业务需求预测、拓扑规划与优化以及业务分配与保护。其中，业务分配与保护涉及为业务选择工作和保护路由，是整个规划与优化过程的关键。规划所得的路由和保护方案，与对应的网络性能指标一起，成为拓扑和资源优化的重要参考内容，形成以一定优化目标（成本最小、可靠性最高等）为收敛点、不断迭代的过程。以下以湖南省电力骨干通信网为算例，说明该方法的具体实现过程。

图2　规划基本思路及步骤

3 实例计算与结果分析

3.1网络模型

图3所示为湖南电力骨干通信网拓扑结构，其由5个骨干环、各地区电力局接入环以及其他各220kV及以上厂（站）接入电路组成，覆盖全省14个地区电业局、220kV以上变电站、省调直调电厂及省公司直属单位。5个骨干环分别为湘中、湘北、湘东、湘南和湘西环网。其中湘中环为核心环网，覆盖长潭株地区，为其他环网至省调提供接入通道，其传输容量为10Gbit/s+2.5Gbit/s；湘西和湘东两个主干环传输容量均为2×2.5Gbit/s；其他两个主干环传输容量均为2.5Gbit/s。

图3　湖南电力骨干通信网拓扑结构

根据国网公司通信网“十二五”规划通信业务流量及带宽需求统计预测方法，“十三五”末湖南省公司至各地市公司的断面业务流量如表1所示，为便于计算，将业务需求按2.5Gbit/s的带宽单位进行了折算。

表1　湖南省公司至各地市局的业务需求

3.2仿真分析

采用电力通信网规划仿真软件PSCPlanner［4-5］对湖南省骨干传输网进行建模和仿真。其中，主备用路由遵循物理路径不相交原则，提高了网络的可靠性和抗断纤能力。为评价网络规划方案对业务需求的适应性，仿真结果的评价指标采用节点PTR（流量穿通比）和LLR（链路负载率）［4］：

目前湖南电力省干通信网只有一张传输平面，主要承载调度数据网、综合数据网和电网控制保护专线3类业务。其中，调度数据网业务在传输层采用“1+1”保护；综合数据网业务主要在IP层实现保护，传输层无需保护；而电网控制保护专线业务量非常小，计算中可忽略。

为此，本算例主要计算3种场景：场景1为省干通信网仅用于承载综合数据网业务；场景2为省干通信网仅用于承载调度数据网业务；场景3为综合数据网和调度数据网业务各占50%。3种场景的主要计算结果如表2所示。）

表2　3种场景的主要计算结果

由表2可知，按照现网方案，白马垄、荷塘、捞刀河、鹤岭和艾家冲是湘中骨干环的核心站点，主要用于汇聚来自各个方向地市局的流量，因此需要配置大容量的传输设备，目前的配置方案是10Gbit/s+ 2.5Gbit/s，但根据计算结果，核心环链路的传输容量至少为6×2.5Gbit/s，因此，建议核心环按照40Gbit/s传输容量配置，初期可以按实际业务需求开通6～8个2.5Gbit/s通道，以降低网络后期的扩容投资。

船山、长阳铺和复兴等3个站点虽然不在湘中骨干环上，但是其地理位置的重要性决定了其在网络中的重要性，其中，船山是湘东和湘南两大主环的相切点，同时也汇聚来自湘西环的部分业务流量；长阳铺是湘西和湘东两大主环的汇聚点；复兴是湘西和湘北两大主环的汇聚点。考虑到业务需求的增长趋势以及网络容灾、可靠性等因素，建议船山、长阳铺和复兴站点的设备容量按湘中骨干环上的设备容量进行配置；链路“长阳铺-船山”作为湘东和湘西两环的唯一联络线，建议进行双光缆配置，或者长阳铺采用双路由同时连接至湘南环上的船山和宗元两个不同站点，以提高网络重要链路的可靠性。

此外，由表2及计算结果进一步可知，益阳、湘西、永州和岳阳等4个地市局的备用路由均超过10跳，《电力通信规划设计技术导则》规定极长路径不能用来承载电网生产控制业务，主要是基于电力系统较为严格的控制信号传输时延要求［6］。因此，如果现网用于承载调度数据网业务（以电网生产控制业务为主），则需要对极长链路进行改造，可以通过拆环或者增加核心站点之间的直达路由等方式进行优化，这需要根据具体的工程实施条件而定。

4 结束语

如何合理布局通信光缆资源和通信线路资源，进一步完善电力骨干通信网络整体架构，是电力通信专业部门面临的主要任务。同时，业务需求预测需要与网络拓扑紧密结合，才能真正实现对网络规划建设的指导作用。本文以电力通信业务需求预测为出发点，将业务需求预测结果作为网络拓扑规划优化的主要依据，通过网络仿真的方法比较不同典型场景下的电力通信网络对承载业务的适应性，本文的研究方法可以对“十三五”期间电力通信网的规划与建设提供指导及参照。

［1]赵子岩，张大伟.国家电网公司“十二五”电力通信业务需求分析［J］.电力系统通信，2011，（5）：56-60.

［2]赵子岩，胡浩.一种基于业务断面的智能配用电通信网业务流量计算方法［J］.电网技术，2011，35（11）：12-17.

［3]曾维欢，魏明海，杨储华，等.基于需求预测的陕西电力通信网发展规划研究［J］.陕西电力，2010，38（6）：16 -19.

［4]周静，吕天光，陈希，等.省级电力调度数据网带宽分析与容量规划研究［J］.电网技术，2012，36（5）：173-175.

［5]周静，刘贵荣，陈希，等.电力骨干通信网资源优化配置研究与仿真实现［J］.光通信技术，2011，5（2）：34-38.

［6]DL/T 544-2011，电力通信运行管理规程［S］.

Research on Business Requirement Analysis and Topology Planning of Backbone Power Communication Network

ZHOU Jing1，HU Zi-wei1，LIU Guo-jun1，LU Li-feng1，SUN Yuan-yuan2
（1.State Grid Smart Grid Research Institute，Beijing 102211，China；2.North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The main task of power communication sector during the 13rd Five Year Plan is how to reasonably design the layout with UHV construction of electric power communication optical cable line resource and improve the overall power of the backbone communication network architecture.In this paper，the demand for power communication business is calculated at first. The forecast of demand of business is chosen as the important input parameter for the network topology planning optimization. Then，the adaptability of the business requirements of Hunan province’s electric power network architecture is analyzed by the network simulation.Finally，the paper gives the suggestions of capacity configuration，key sites and links in the backbone ring network.This research method can provide guidance on the planning of the electric power communication network during the 13rd Five Year Plan period.

electric power communication network；13rd Five Year Plan；business requirements；network simulation

TN915

A

1005-8788（2016）02-0015-04

10.13756/j.gtxyj.2016.02.005

2015-10-23

国网公司科技项目（SGRIXTKJ［2015］241）

周静（1980-），女，江苏溧阳人。高级工程师，博士，主要研究方向为电力通信网络仿真与规划，通信技术管理与科技规划等。