电力调度交换网演进设想*

杨一鸣，胡蓉，李晓静，李炳林

(1 江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210019；2 全球能源互联网研究院，北京 100192)

电力调度交换网演进设想*

杨一鸣1，胡蓉1，李晓静1，李炳林2

(1 江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210019；2 全球能源互联网研究院，北京 100192)

本文通过对国家电网公司各级电力调度单位的调研分析，提出了目前电力调度交换网面临的问题；结合电力调度交换网实际情况，进行了技术体制论证分析；根据调度交换网实际需求，研究并提出了基于软交换技术的电力调度交换网总体演进方案设想。

电力调度；电路交换；软交换；IMS Qsig信令； SIP

1 引言

电力调度交换网作为我国电力调度运行指挥专用电话网，按照电力调度关系分层分区建设，覆盖各级单位调度范围内的变电站、换流站、发电厂等。经过几十年的发展和近几年的全国2M组网，已经形成了覆盖全部地市级以上调度机构以及所辖县调、厂站的调度交换网络，为国家电网调度系统正常运转和电网安全运行提供了安全可靠的语音电话保障。

电力调度交换网目前技术体制以电路交换为主，以Qsig信令为主要信令方式，全网用户按照标准统一编号。随着IP等分组技术的发展，语音交换网络以及业务的IP化已经成为通信网络和业务演进的趋势。基于电路交换技术的电力调度交换网也面临是否向IP技术演进的问题。

电力调度交换网覆盖国家电网公司地市级以上调度机构，以及县调、各厂站等终端节点，网络规模庞大、结构复杂，作为调度系统的一部分为电力生产提供保障。相关网络及业务对于安全性和可靠性要求更高，因此在技术转型时，必须充分结合公司实际情况，进行全面合理的技术体制和组网架构演进方向的研究和论证。

2 现状分析

电力调度交换网覆盖了国调及33个分调、省（区、市）调，网络覆盖面广、容量较大，属于大型行业专网。对于电力调度交换网现状情况，本研究项目主要采用了现场调研、调查表调研、数据统计挖掘等方法，进行了多轮调研，然后从多个维度对国网公司调度网现状进行了统计分析。参照公司电力调度机构层级关系，分别从国调、分调、省调、地调、县调（T调）等层面对现网进行了分析；根据全网设备资源情况，分别从设备类型、厂家、投产年限、网管系统、终端等方面进行了分析；此外，还分析了现网的业务、话务路由、码号资源、数据承载网等现状。

经过研究分析，目前调度网现状及存在问题可概括为：

（1）电力调度交换网主要采用电路交换技术，网络层级较多，整体的网络架构遵循五级调度指挥管理关系进行部署；调度交换网覆盖包括变电站、电厂在内的各级通信节点，节点数量多但用户规模小、覆盖范围广且位置分散，以小容量独立交换设备为主，维护压力大。

（2）全网交换设备厂家型号众多（全网电路交换设备厂家约45家，软交换设备约8家），不利于接入上层统一的网管系统，不利于统一运行维护，且部分交换设备运行时间过长，后续受设备老化和备品备件缺乏的影响，将进一步增加设备运行风险和运维难度。PCM设备故障和资源浪费等问题突出。

（3）传统电路交换机因其较高的可靠性在电力调度领域得以广泛应用。但基于TDM的电力调度交换网络无法满足开展综合、多样、高带宽多媒体业务的需求，如视频调度等多媒体融合新业务无法开展。

（4）目前调度交换网各级汇接中心的组网方式不统一，同时存在三机同组、双机同组、单机组网等组网架构，网络架构和连接情况复杂，后续演进需要统一规划组网架构。

（5）国网公司部分单位开展了软交换网建设试点，设备维护及新业务应用等方面取得了一定的经验。但建设缺少统一规划，不利于调度交换网未来统一组网和整体演进。

（6）电力调度软交换系统及接口技术规范目前尚在制定中，因此调度交换网设备厂家开发尚没有统一的IP信令协议标准可依，语音调度部分协议各厂家均使用私有协议；异厂家软交换设备互联互通的测试还不充分。异厂家设备的IP互通存在很大的不确定因素，全网IP化的难度很大。

（7）现网调度软交换系统缺乏对IP承载网络的统一规划。

3 技术体制论证

在电力调度交换网中，电路交换设备依然占主导地位，目前运行稳定。以电路交换为主要技术体制的电力调度交换网当前所面临的问题主要包括：一方面设备老化、部分设备型号停产，对运行维护工作造成隐患，对电网安全生产构成一定威胁；一方面电路交换设备业务提供能力不足，不能与“大运行”体系下的调度业务有机融合，无法满足新的调度需求；因此现有电路调度交换网客观存在技术演进的需求。随着核心层新交换技术的发展，网络IP化、扁平化是下一代交换网的发展趋势，而软交换与IMS（IP Multimedia Subsystem）技术都是调度交换网在向下一代交换网络演进过程中可以选择的方向。

目前，软交换和IMS技术在公网运营商中已有大规模应用，在各行业专网中也有不同程度的应用，适时地在调度交换网中引入下一代交换技术，发挥规模化优势，对解决现网存在问题，跟进交换技术发展趋势，继承和创新电力调度业务是很有必要的。对于软交换和IMS两种技术体制的选择，主要通过网络架构、技术成熟度、网络演进、设备网元、接口协议、业务能力、产业链现状、安全与QoS（Quality of Service）、管理与维护、建设成本等多个方面进行了对比论证。主要结论如表1所示。

通过上述对比论证可以看出，软交换和IMS两种技术体制各有所长，其中：软交换技术成熟度高、商用规模较大、网元设备少、网络架构清晰、运行维护难度低、部署灵活、对于Qsig信令兼容性较好，对电力语音调度业务支持较好，获得主流调度交换网设备厂商的支持，已在调度交换网中有试点应用；IMS虽然结构比软交换复杂，但是其网络架构更先进、业务提供能力更强大、接口开放、标准协议统一、有更开放的开发环境，提供传统电话业务的同时，更适合提供多媒体融合业务，在安全和QoS保障方面也更进一步，但目前只有主流电信级设备厂商有能力生产开发，传统电力调度交换设备厂商暂无IMS产品线，目前在电力调度交换网设备产业链中还没有成熟IMS产品，对于电力语音调度业务的支持能力有待验证。同时现有的IMS设备均是提供给运营商网络的标准产品，投资相对较高，更适合于集中部署的、大容量的网络，对于调度交换网分级的调度管理关系不是非常适合。

表1 软交换和IMS技术体制论证对比表

总体而言，软交换和IMS两种技术体制各有优势，但考虑到电力调度交换网以及产业链的实际情况，软交换技术目前更适合于作为电力调度交换网下一步演进的方向。但无论选择哪种技术体制，都需要关注如“统一制定语音调度业务相关IP信令协议标准”等前提问题。

4 演进设想

电力调度交换网当前主要采用主、备调双机系统的网络架构。对于调度交换网的演进，建议采用保留原有网络不变，新建软交换并结合原有软交换设备利旧的改造方式。中远期新网络和原有网络之间采用互通的方式，调度交换网同时在电路交换和软交换两种技术体制下运行；远期在语音调度业务完全迁移到新网络后，自然地完成旧网络的退网，演进至完全IP化的网络。这种改造方式，可以尽可能地保护现有投资、保证电力调度业务正常运行，使得整张网络后续能在电路和IP两种技术体制下同时运行，进一步提升网络可靠性。在IP化的网络平面上，后续可以进行各种调度新业务的部署和应用，丰富电力调度业务方式，提高网络智能化程度，从而更好地服务于电力调度生产。远期依据IP化网络的运行情况和对调度业务的应用情况，在原有语音调度业务完全迁移到新网络后，自然地就能完成旧网络的退网，从而完成整张网络的技术体制演进。

具体地说，本方案设想在C1～C4（国调、分调、省调、地调）层面部署软交换设备，新建一个软交换网络。T层面的厂站、县调等末端站点不再建设独立交换设备，仅部署接入和终端设备。新建的软交换网络与原有电路调度交换网之间进行互通，各调度层面的软交换设备和电路交换设备间分别互联互通。

4.1 整体组网架构

考虑到电力调度交换网严格的调度管理关系以及主备调组网的特点，建议在国调、分调、省调3个层面的主备调节点单位中分别建设1套软交换设备，采取主备调互备的方式，在备调节点也建设1套软交换设备，两者互为备份。在C4地调层面，一方面考虑到C4节点数量较多；另一方面考虑到地调层面相邻的两个节点间地理位置相对更近，承载网条件具备两套软交换设备互备切换的要求；另外考虑到软交换设备能支持的容量远大于调度交换网现有需求，为避免重复建设和浪费，建议在地调层面采取单节点建设1套软交换设备，相邻节点两两互为备份的部署方式。对于作为省调备调的某地市，建议省调备调软交换和该地调软交换设备进行合设；对于分调备调软交换和省调软交换所在站点重迭的情况，考虑到两套设备的建设单位不同（互备的两套设备须为同厂家设备，对于建设单位不同的情况，不能保证上述要求），并且涉及站点数量较少，不建议进行软交换设备的合设。

软交换网络改造整体组织架构设想如图1所示。

上述软交换网络改造设想充分考虑了与现有电路交换网络的共存，以及调度交换网当前的运维管理模式。综合考虑软交换技术特点和电力调度业务的特点，以及系统管理运行效率，投资合理性等因素，最终将形成“两层四级”的软交换网络体系架构设想。“两层”分别为国分调一体化软交换网络和省地调一体化软交换网络；“四级”分别为国调、分调、省调、地调。具体示意图如图2所示。

4.2 各节点软交换组网

在部署软交换核心设备的各节点，调度软交换网络基本可分为四层：业务层、控制层、承载层、接入层。如图3所示。

图1 电力调度交换网软交换改造设想

图2 “两层四级”的软交换网络体系架构

在业务层，应用服务器可包括调度业务相关的录音录像、多媒体控制、其他调度应用等应用服务器，以及网络管理等服务器。还可以部署业务能力网关提供API，第三方业务开发商、用户可以通过标准化的接口，开发各种业务应用，而不用考虑承载业务的网络形式、终端类型，以及所采用的协议细节。

在控制层，主要通过软交换核心设备实现呼叫控制，并负责相应业务处理信息的传送。完成基本的实时呼叫控制和连接功能，支配网络资源，进行业务流的处理，并能够提供开放的、标准的接口和协议。

在承载层，软交换通过IP承载网络实现统一的业务传送。承载层要满足语音、视频和数据通信业务的需求，既要保证数据通信的可靠性，又要向语音、视频等实时业务提供QoS保障。

在接入层，整个软交换体系通过接入层屏蔽了用户接入设备的差异性，可以在此之上灵活地开发和生成适用于各种用户的业务。接入层的设备作为分立的网元设备独立发展，它的功能、性能、容量都可以灵活设置，以满足不同用户和环境的需求。

软交换各层面的网元构成如图4所示。

在业务层，主要是应用服务器、网管服务器等网元。包括媒体控制服务器、录音录像服务器、调度相关业务应用服务器等。

在控制层，主要是软交换核心设备网元，它独立于底层承载业务，主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，并可以向用户提供基本语音和语音调度等业务。

在承载层，主要是IP承载网的相关网元。包括二三四层交换机、路由器、防火墙等。全程提供IP承载并提供QoS保障。

在接入层，包括软交换设备的信令网关（SG）、中继网关（TG）等网元，还包括AG、IAD等接入设备，以及各类终端。信令网关完成电路交换网（基于MTP）和包交换网（基于IP）之间的SS7信令的转换功能。中继网关在软交换核心的控制下，完成媒体流转换等功能，主要用于中继（SS7信令、Qsig信令等）接入。各类终端可包括提供传统语音业务的POTS、ISDN终端，以及可提供语音、信息和视频业务的智能终端，这些终端可以是基于SIP、H.323、H.248协议的硬终端和软终端。

图3 软交换网络层级架构

图4 调度软交换设备网元构成

5 结束语

未来通信网络的发展趋势是IP化、扁平化、网络融合以及多业务提供，在电力系统适时引入新一代交换网技术有利于促进电力通信专网朝着数字化、智能化的方向发展，为智能电网的建设提供坚实可靠的通信保障。国家电网公司前期已完成了对公司行政电话交换网的技术体制论证、设备测试、总体规划设计等工作，确定了公司行政交换网的技术演进方向。对于电力调度交换网，也面临网络技术演进等相关问题，需要积极跟踪业界新技术，研究网络演进的方向。随着网络新技术的部署，带来新业务的开展，将进一步切合国家电网公司对于电力保障和信息通信的多样化需求，也将使国家电网公司走在工业化和信息化融合发展大浪潮的前端。

[1] 周晴，戴源，朱晨鸣，等． 面向全业务运营的网络演进[M]．北京：人民邮电出版社，2009．

[2] 杨放春、孙其博． 软交换与IMS技术[M]． 北京：北京邮电大学出版社，2007．

Plan on evolution of dispatching exchange network of SGCC

YANG Yi-ming1, HU Rong1, LI Xiao-jing1, LI Bing-lin2
(1 Jiangsu Post & Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China; 2 State Grid Smart Grid Research Institute, Nanjing 210003, China)

Through the investigation and study of the electric power dispatching companies at all levels of SGCC, this paper proposed the current problems of the dispatching exchange network; according to the actual situation of the dispatching exchange network, this paper do the analysis to the technical systems for evolution of dispatching exchange network; according to the actual demand of dispatching exchange network, the overall evolution scheme of the electric power dispatching exchange network based on soft switch technology is studied and proposed.

electric power dispatching; circuit switch; soft switch; IMS; Qsig signaling; SIP

TN915.853

A

1008-5599（2016）11-0050-06

2016-06-03

国家电网公司科技项目（下一代行政调度交换网技术体制及演进技术研究）。