增强型MSTP在电力生产中的应用探讨

2016-12-01 07:35媛,韩
数字通信世界 2016年1期
关键词:增强型以太网调度

魏 媛,韩 伟

(1.四川长江职业学院,成都 610000;2.雅砻江流域水电开发有限公司,成都 610000)

增强型MSTP在电力生产中的应用探讨

魏 媛1,韩 伟2

(1.四川长江职业学院,成都 610000;2.雅砻江流域水电开发有限公司,成都 610000)

智能电网的发展使得电网技术与通信技术的结合日益紧密,文章概述了光传输技术基本发展历程,分析了增强型MSTP的技术特点。增强型MSTP以“软硬管道、40G智能线卡、MPLS-TP、内置PCM”为技术核心,较好地适应了电力生产信息业务的特点及发展需求,在电力生产通信网中有很大的生存空间,必将在电力生产智能化发展的趋势中发挥重要作用。

增强型MSTP;电力生产;智能化;探讨

1 引言

近几年,随着智能电网的高速发展,电网技术与通信技术结合日益紧密[1],全球能源互联网的发展也得到前所未有的动力与机遇。智能电网依赖的自动化水平及智能化程度越高,对通信传输技术的依赖程度越高。传输网络作为电网通信网络的主动脉也面临着诸多挑战。

智能电网业务的快速发展对带宽需求提升明显,如高清视频监控、高清网络会议系统、以及办公自动化系统的快速发展。当前,电力系统主环网中普遍采用的2.5G/10G MSTP逐步成为阻碍电力系统迈上智能化发展的瓶颈。个别接入网部分基于622M或155M传输等级的发电厂或变电站,更是成为制约电网智能化发展的咽喉。

另外,不管业务如何发展,可靠和安全是电网永恒的追求。通信技术的发展[3]具有普遍适用性,没有哪种技术是为电力系统单独创造。未来什么样的通信技术既能解决业务发展的瓶颈,又能做到电网的安全稳定可靠,需要结合电力系统自身的信息业务特点去寻找最相适应的通信技术,这也是业界一直关注的焦点。

2 光传输技术的发展历程

简单来说,光传输技术的发展大概经历了以下历程:PDH,SDH,MSTP,WDM,OTN,PTN,增强型MSTP等。每种设备(技术)的诞生没有绝对的先后顺序,往往是交叉融合、并列存在、共同发展的[2]。

(1)PDH准同步数字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy)。光传输技术发展初期的电信网中,大多使用PDH设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性,而随着数字通信的迅速发展,点到点的直接传输越来越少,而大部分数字传输都要经过转接,因而PDH系列便不能适应现代通信发展及管理的需要,SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。

(2)SDH同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy)。SDH系统的电路调度以TDM为基础,TDM就是时分复用,就是将一个标准时长(1秒)分成若干段小的时间段(8000),每一个小时间段(1/8000=125μs)传输一路信号。

SDH技术与PDH技术相比,网络管理能力加强,具备自愈保护机制,统一的比特率及接口标准,字节间插复用技术的应用方便了低速支路信号的直接上下。

(3)MSTP。在SDH技术作为传输网络主力的同时,以太网技术以其强大的生命力脱颖而出,其中又以IP最为强势,MSTP就是SDH和以太网技术结合的产物,MSTP中还是以SDH为主,外加少量的IP业务。MSTP的核心思想与SDH相同,都是基于TDM的时分复用机制,所以MSTP中也有TDM的一些劣势,如刚性管道等。

(4)WDM。随着互联网的迅猛发展,电脑、手机、电视等终端都能通过Wi-Fi上网了,带宽需求急剧增长和现网资源出现矛盾。要解决这个矛盾,就要在现有的SDH技术上找突破口。业界最终选择将光纤划分为多个波道(信道),这就是波分WDM。根据信道间隔大小分为粗波分(间隔为20nm)和密集波分(0.8nm)。现在的WDM不仅在城市主干道里使用(城域波分),还用在跨市、跨省道路上(长途波分)。在通信运营商及电力、石油、广电等专网中都有应用。它的具体工作方式是各种类型的业务信号都装载到传输容器中,容器按照预先分配的波道传输,中间设置光放站OLA和中继站,另外还有光监控OSC或电监控ESC用于监视传输性能。

(5)OTN。OTN是WDM和SDH合二为一的产物,在WDM基础上,融合了SDH的一些优点,如丰富的OAM开销、灵活的业务调度、完善的保护方式等。OTN对业务的调度分为光层调度和电层调度。光层调度可以理解为是WDM的范畴,电层调度可以理解为SDH的范畴。但OTN的电层调度工作方式与SDH有所不同,SDH通过采用四合一的方式增加信息模块的承载容量,模块的发送频率不变,WDM的基础信息模块大小保持不变,通过提高模块的发送频率来增加传输容量。

(6)PTN分组传送网(Packet Transport Network)是指,在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面,它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计,以分组业务为核心,具有更低的成本,同时继承了SDH的优势。

PTN支持基于分组交换的双向点对点通道,适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网,提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道。能够实现基于50ms的电信级业务保护倒换,实现传输级别的业务保护和恢复。

(7)增强型MSTP。传统的MSTP是SDH和以太网技术初步结合的产物。在MSTP中SDH占主导地位,IP还是不能很好的传输,原因是IP是以太网的范畴,以太网具有可变帧结构。SDH/MSTP可以承载较少的IP业务,如果IP占到一半以上,就要寻找新的解决方案。

随着高清视频监控、视频会议等新业务不断出现,传统MSTP设备受到的挑战越发明显,而单一的MSTP和分组设备都无法兼顾全业务,只有融合了多种传输技术的设备才能同时满足不同业务的传输需求。增强型MSTP的出现较好地解决了以太网业务增长带来的传输需求,在增强型MSTP中为以太网留有更多的接入资源,同时增强型MSTP还兼顾了低速信号业务的直接接入、光电接口的融合等问题。

3 增强型MSTP技术特点

总体来看,单一的技术已经无法适应各领域信息通信网络发展的需求,目前业界光传输技术大走“融合”之路,增强型MSTP应运而生。那么相对于传统的MSTP,增强型MSTP有哪些特点呢?

(1)40G智能线卡的应用。当前,大带宽的分组业务对传统MSTP网络带宽容量提出了挑战。增强型MSTP中的PID技术,提供了支持40G带宽的混合智能线卡,将MSTP单光纤带宽提升4倍。同时,还支持TDM和分组业务同时传输,既提升了光纤资源利用率,又能保证软硬管道间的物理隔离、时延、抖动等传输性能稳定,对于电力、铁路、石油等很多需要高安全、高可靠保障的行业来说,多了一种选择。

(2)承载容量大、传输距离长。传统的MSTP线路侧最大带宽是10G,而增强型MSTP最大带宽可以达到40G,且未来可以升级到80G。传统波分40G方案,光功率、色散容限、OSNR需要全面考虑,而40G智能线卡采用了PID创新技术,即插即用就能支持80km的传输距离。如果借助专门的前置放大技术、掺饵光纤放大技术、拉曼放大技术等超长距离光传输技术,MSTP的无中继传输距离可以实现300km以上。笔者参与的四川锦东水电站至南天变电站的无中继传输距离达到了308km。

值得注意的是,当前波分技术在通信传输领域得到广泛应用,中国电信、中国移动、中国联通等运营商可以达到320G的承载容量。但是在电力、石油、铁路、金融等专网通信领域,增强型MSTP设备所能承载的传输容量至少能够满足未来10年专网系统业务增长的需要。

(3)2M ASON。ASON(Automatically Switched Optical Network)即自动交换光网络,是目前抵抗传输网络中光纤多次或多点同时中断的最优手段,但是由于电力生产业务主要通过2M业务承载,且路径普遍不同,例如:继电保护业务是相邻变电站或变电站和发电厂之间,安稳业务是从变电站(发电厂)到电网调度中心。按照传统ASON方式,每种业务都要单独占用一个VC4,那么网元的VC4压力就会很大,如果考虑VC4分段续借的方案,一旦发生网元失效,将无法实现业务的保护。2M ASON是基于任意业务端到端的方案,可以规避任意节点、链路失效,同时节约了VC4资源,是目前电力业务的最佳伙伴。

(4)光电接口一体化。传统方案中,电网接入侧低速数据业务需要先接入PCM设备,经PCM汇聚后才能接入传输设备。光电一体化方案通过在增强型MSTP设备上内置PCM单板,即能实现低速数据业务的统一接入。大幅简化了网络的复杂度,同时减少了网络的故障点,节约了机房空间。64K低速信号在传统SDH及增强型MSTP中的接入结构图详见图1及图2。

(5)2M光口。传统MSTP与继电保护装置、安稳装置相连,由于光/电模块不统一,所以中间要部署一个或多个光电转换模块,除了增加设备及光缆的投入成本,也使得网络多出几个故障点。

增强型MSTP可以直接提供2M光接口,可直接与主流厂家继电保护装置、安稳装置等对接,中间无需转换模块,网络的可靠性和运维效率均得到大幅提升。2M信号在传统SDH及增强型MSTP中的接入结构图详见图1及图2。

图1 64K信号、2M信号在SDH中的接入结构图

图2 64K信号、2M信号在增强型MSTP中的接入结构图

4 电力生产信息业务特点及需求

电力生产业务中需要进行信号采集或者进行传输的业务,主要包括办公自动化、继电保护、安稳系统、故障录波、PMU、行波测距、计算机监控、调度数据网、综合数据网、视频监控[4]、视频会议、程控调度交换系统、软交换系统等。随着智能电网及通信技术的发展,电力系统的自动化装置对传输带宽和接口的需求也发生着明显的变化,对通信系统的接入设备及传输设备也提出了更高更新的要求。

(1)传输带宽需求高。随着通信技术的发展,尤其是光纤通信技术的创新,当前传输带宽已不是制约通信技术及自动化水平发展的主要瓶颈。随着数字通信技术的到来及DSP(数字信号处理)技术的发展,自动化装置本身的CPU处理能力成倍提高,对通信接口及传输速率的要求随之增大。比如视频信号由以前的模拟标清发展为当今的数字高清,对传输带宽和速率的需求也由大约500kb/s变为4Mb/s,虽然都借助图像压缩及编码技术尽量降低对传输带宽和速率的要求,但是传输带宽的需求还是成倍增加。

(2)业务类型丰富。随着智能电网技术与信息通信技术的紧密结合,电力生产中的业务类型也发生了明显的变化。工业电视等IP业务,需要采用分组技术进行承载;调度电话、继电保护等2M业务,需以传统的TDM方式承载,保证其安全性和低时延。从安全可靠、易于管理的角度考虑,现在的电力生产系统需要建设多业务传送平台,为各种TDM和IP业务提供承载,构成传送语音、视频、数据、图像等各种信息的综合业务传输网。传统的承载网络在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。

(3)传输时延要求高。电力生产中的继电保护、安控业务、调度数据网系统、计算机监控系统等均为实时调度或控制系统,对信号传输时延及抖动性能要求非常高,通常要求传输时延不大于20ms。传输时延要求越高,对通信设备本身的信号接入、信号处理、时隙交叉、光/电转换、传输时延等自身性能的要求就越高。

(4)接入层信号速率不同。上世纪90年代,用于电力远动数据的接口最低速率为9.8kb/s,数据整合后通过程控交换语音电路、电力线载波通信系统、微波通信系统以及当时普及不甚广泛的光纤信线路进行远距离传输。2000年以后,随着通信技术的高速发展,通信设备能够提供的电层的接口速率逐步提升到64kb/s、2Mb/s等级别,在当时也适应了电力生产领域自动化装置对接口的要求。2010年以后,电力生产信息业务IP化的程度进一步普及,很多自动化装置及系统直接提供的是以太网接口形式,以太网接口正是信息IP化发展变化的产物,电力系统信息接口IP化是整个信息领域接口形式发展变化的一个缩影。目前,MSTP设备直接提供以太网接口的模式得到广泛应用,这种模式是N个VC12时隙的叠加[5],因此速率调整变得极为灵活,以太网接口可提供从2Mb/s到100Mb/s的传输速率。但是应该看到的是传统的MSTP设备没有提供更为灵活的低速率接口,比如64kb/s电接口、2Mb/s光接口等。

(5)光/电接口日趋融合。电力系统继电保护业务、故障录波系统、安稳控制系统对接口的需求基本包括以下几种:64kb/s电接口、2Mb/s电接口(75欧姆非平衡)、2Mb/s光接口等;随着光纤领域研究的突破,各系统对光纤的要求也从多模光纤变为单模光纤。目前,2Mb/s接口速率等级是继电保护及其他电力系统自动化装置最基础的接口等级,而且接口形式也从以前的纯粹电接口发展到如今可以直接提供光接口。笔者结合多年现场工作经验发现,电力系统的自动化装置对接口的要求大走光/电融合之路。

5 结束语

增强型MSTP是基于MSTP的又一次创新,它以“软硬管道+40G智能线卡”为技术核心,有效地满足了电力生产信息业务的需求。软硬管道实现一台设备对TDM业务和IP业务的统一承载。硬管道保证业务的高质量承载,时延、抖动等指标均能达到最优;软管道对于大带宽的分组业务可以做到高效承载。电力生产中的继保、安稳、调度等业务,采用MSTP硬管道可以最大限度保证传输质量;而视频会议、高清视频监控等大带宽业务,可以采用分组软管道承载,从而获得更高的传输效率。

40G智能线卡在线路侧实现单对光纤对TDM业务和I P业务的混合传送,由此实现了一张网络统一承载TDM业务和IP业务,节省了投资。不仅如此,4 0 G智能线卡技术在线路侧提供10G/20G/30G/40G的带宽,用户可以根据业务量灵活选择。光电一体化接口适应了当下信息通信技术发展的新要求。2M光口的集成省去了中间部分的“光电转换模块”,不仅使网络的可靠性和运维效率得到提升,而且减少了时延,更加适应了电力系统中实时控制及调度业务对传输时延的苛刻要求。

值得一提的是,增强型MSTP能够分别提供复用段保护和MPLS-TP环网保护,网络的可靠性得到了保障,线路侧提供超大带宽,并可平滑扩容,节省投资和运维成本。既能确保业务的安全可靠传输,又能满足日益增长的带宽需求,还能简化网络架构和简易运维。增强型MSTP的技术特点较好的适应了当今以IP为主的互联网技术的发展。电力生产信息业务也在信息通信技术的发展浪潮中自我改变、自我提高。增强型MSTP必将在电力生产智能化发展的趋势中发挥更加重要的作用。■

[1] 彭东彬,汪纪锋等.智能化的电信网故障管理技术研究.数字通信,2000(3)

[2] 杨家海,任宪坤等.网络管理原理与实现技术.北京:清华大学出版社,2000

[3] 夏海涛,詹志强.新一代网络管理技术.北京:北京邮电大学出版社,2003

[4] 陈建亚.现代通信网监控与管理.北京:北京邮电大学出版社出版,2000

[5] 李兴明.SDH网络管理及其应用.北京:人民邮电出版社,1999

爱立信与华为续签全球专利交叉许可协议

爱立信日前宣布,与华为续签全球专利交叉许可协议,该协议覆盖了两家公司包括GSM,UMTS以及LTE蜂窝标准在内的无线通信标准相关基本专利。根据协议,双方都许可对方在全球范围内使用自身持有的标准专利技术。作为续签协议的一部分,华为自2016年起将基于实际销售向爱立信支付许可费,协议的细节因保密原因不予披露。

华为知识产权部部长丁建新表示:“我们非常高兴能够与爱立信续签全球专利交叉许可协议。该项协议的达成体现了双方的共识:创新和知识产权应该得到保护。为使用他人知识产权支付合理的补偿,对于促进技术创新、对技术进行共享与标准化、驱动和加速产业进步至关重要。”爱立信首席知识产权官Kasim Alfalahi表示:“我们非常高兴能够续签协议,该协议的达成体现了我们致力于推动创新及产业发展的承诺。未来,万事万物都将通过网络社会和物联网相连接。我们的角色是驱动变革,为创新、合作开辟新的道路,并激发个人、商业以及社会的无限潜能。”

Qualcomm和TDK成立合资企业

Qualcomm Incorporated和TDK株式会社近日宣布,双方达成协议,将成立合资企业—— RF360控股新加坡有限公司(RF360控股公司),提供面向移动终端和新兴业务领域(例如物联网IoT、无人机、机器人和汽车应用等)全集成系统的射频前端(RFFE)模块和射频滤波器。合资企业将借助TDK在微声射频滤波、封装和模块集成技术的能力和Qualcomm 的先进无线技术专长,为客户提供全集成系统的顶尖射频解决方案。除成立RF360控股公司之外,Qualcomm和TDK将围绕关键技术领域扩展合作,包括传感器和无线充电。此项协议需通过监管审批并满足其他成交条件,预计将在2017年初完成。

Qualcomm Incorporated首席执行官史蒂夫•莫伦科夫表示:“TDK是拥有射频滤波器和模块领域前沿技术专长的领先电子元器件制造商,我们期待深化与其的合作,并共同加快创新,更好地服务下一代移动通信生态系统。合资企业的射频滤波器将支持Qualcomm RF360前端解决方案,帮助Qualcomm Technologies, Inc.(QTI)向生态系统交付真正完整的解决方案。这将加快公司战略的实施从而支持我们扩展增长机会,包括向OEM厂商提供我们各业务领域的全集成系统、支持他们在更快时间内大规模交付产品。”

TDK株式会社代表取缔役社长上釜健宏(Takehiro Kamigama)表示:“与Qualcomm成立合资企业对两家公司来说是相得益彰的双赢举措。客户将受益于我们独特而全面的产品组合,这将进一步强化TDK在关键增长业务领域的地位并打开令人兴奋的全新商机。在此背景下,我们的主要目标是确保客户可以持续期待获得独立滤波器、双工器以及模块的无缝供应。”

Application of Enhanced MSTP in Electric Power Production

Wei Yuan1, Han Wei2
(1. Sichuan Changjiang Vocational College, Chengdu, 610000; 2. Yalong River Hydropower Development Co., Ltd., Chengdu, 610000)

The development of smart grid makes the combination of network technology and communication technology increasingly close, the article summarizes the basic development of optical transmission technology, and analyzes the technical features of Enhanced MSTP. Enhanced MSTP with "soft pipes, 40G smart card, MPLSTP, built-in PCM" as the core, better adapt to the characteristics and development requirements of the business of electric power production information, a lot of living space in power communication network, it will play an important role in the development of electric power production intelligent trend.

enhanced MSTP; power production; intelligentized; discuss

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.01.013

TN913

A

1672-7274(2016)01-0055-05

魏 媛,女,1985年生,本科,现任职于四川长江职业学院,主要从事光传输的教学及研究工作。

韩 伟,男,1982年生,工程师,现任职于雅砻江流域水电开发有限公司,主要从事通信自动化系统管理工作。

猜你喜欢
增强型以太网调度
“东方红”四号增强型平台
基于1500以太网养猪场的智能饲喂控制系统的设计与实现
《调度集中系统(CTC)/列车调度指挥系统(TDCS)维护手册》正式出版
基于强化学习的时间触发通信调度方法
一种基于负载均衡的Kubernetes调度改进算法
虚拟机实时迁移调度算法
增强型MSTP设备在高速公路中的应用
一种基于STC增强型单片机的大电容测量
谈实时以太网EtherCAT技术在变电站自动化中的应用
美国LWRC公司M6 IC增强型卡宾枪