PTN技术在河南电网中的应用

杨安坤，李晓刚

(河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450000)

PTN技术在河南电网中的应用

杨安坤，李晓刚

(河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450000)

地县基层电网的迅速发展对数据通信网提出了更高的带宽需求，针对河南电力地县通信网传输带宽低、结构单一等问题，PTN技术在河南电网的推广应用使地县数据通信网带宽由N*2M提升至10GE/GE。结合河南电力OTN网络建设，河南电力数据通信网形成了完善的三层架构，大大增加了数据通信网的带宽和资源配置的灵活性，为智能电网建设起到了强有力的通信支撑作用。

电力通信；PTN；分组交换网络。

地县光纤传输网是地县电力系统信息汇集、业务传输的重要支撑平台。近年来随着一次网架规模的不断扩大以及电网信息化、智能化的深入开展，各类通信业务尤其是数据类业务增长迅速。国家电网公司提出建设坚强智能电网和构建“三集五大”管理体系的重大举措，对地市以及县域信息化和通信传输平台的建设提出了更高要求，急剧的带宽需求和落后的承载网络建设之间的矛盾，使河南电网迫切寻求新技术支撑电网建设。在综合比较SDH/MSTP、PTN、OTN等各种传输技术各自优缺点后，河南电力选择采用PTN技术建设地市数据传输网，并将PTN网络按照统一体制推广到县级通信网。

1 河南电力数据通信网存在的问题

截至2013年初，河南电网地县光纤传输网采用SDH制式，带宽2.5 G/622 M/155 M，建于2006年前后，虽然不断进行扩容和完善，但整体上从网络结构、传输容量、承载能力和设备运行状况方面都存在不同程度的问题。各地市SDH网络兼具生产业务和数据业务的承载，建设时序长，规划不合理，运行带宽接近饱和；各县域光纤通信网问题更加严重，普遍存在设备型号繁杂、网络结构不合理，设备老化严重，传输容量不足等问题。地县光纤传输网(四级网)难以适应智能电网发展对通信网络承载平台的要求，难以满足地县一体化建设的需求。为适应电网的发展和数据通信的需求，选择新的技术来支撑数据网业务的急剧增长需求成为河南电网“十二五”末、“十三五”初的通信工作的重点。

2 电力通信网传输技术对比分析

为适应电力业务IP化需求，并满足在电力系统大规模组网、长距离传输和良好OAM管理的需要，电力系统传输技术演进主要经历了基于TDM交换的 MSTP技术、基于分组交换的PTN以及支持光电交换的OTN技术。

2.1 MSTP技术

多业务传输平台(Multi－Service Transfer Platform，MSTP)是在同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)平台基础上集成了二层交换机和边缘路由器等功能，实现了TDM、ADM、以太网等多种业务的接入、处理和传输，具备了对数据业务的二层处理能力。MSTP具有类似SDH的稳定性、可靠性和OAM功能，在以TDM业务为主的初期一定程度上满足了电网对少量IP类业务承载的需求。但MSTP仍以电路交换为内核，在大规模组网和长距离传输时，大量数据类业务传输无法实现带宽共享，又由于现有SDH/MSTP网络带宽消耗过快，因此MSTP无法适应当前电网数据业务急剧增长的交互和传输需求。

2.2 PTN技术

组传送网分(Packet Transport Network，PTN)技术以IP分组交换为内核，具备10GE、GE、GE多种以太网接口，同时以IP包封装的方式兼容STM－N、2M接口。PTN具备弹性管道和统计复用功能，大大提高了带宽的共享功能和利用效率；因PTN采用了面向连接的技术，具备业务端到端的高性能保证，其类似SDH的OAM功能也使其在承载大量分组业务时具备相对MSTP更明显的优势。

2.3 OTN技术

作为下一代传送网发展方向之一的光传送网(Optical Transport Network，OTN)技术，将SDH的可运营和可管理能力应用到WDM系统中，同时具备了SDH和WDM的优势，更大程度地满足多业务、大容量、高可靠、高质量的传送需求，可为业务提供电信级的网络保护。其基于ODUk和光波长的交叉复用模式，更适用于大颗粒业务的传输。

2.4 交换技术

传统交换技术通过增强OAM能力，加强端到端路径保护，通过电路仿真集成TDM业务以适应简单数据传输的需要，主要代表技术有增强以太网(CE)技术、IP/MPLS－IP RAN等，其优势是接口丰富，业务调整灵活，带宽利用率高，三层功能丰富。但是其大规模组网情况下配置复杂，OAM功能弱，不适合作为电力传输技术选择。

2.5 技术比较

结合以上各种技术特点，SDH/MSTP更适用于承载电网TDM业务和少量分组业务；OTN的技术优势决定了其更适用于长距离，大颗粒、高带宽的骨干网建设；PTN以其丰富的接口类型和强大的承载能力，在数据业务种类繁多、颗粒较小、布点分散的地县电网中更具优势，同时相对低廉的建设成本，使其成为国网部分省份建设地县数据通信网的首选方案。

3 河南电力PTN网络建设

基于PTN技术在承载地县数据业务上的独特优势，河南电力于2012年开始建设地市PTN网络，并于2015年开始在县级通信网推广应用。

3.1 地市PTN网络建设

2012年底，河南郑州等6个地市PTN网络建成投运，分别采用中兴、烽火和贝尔设备组网；2013年河南安阳等其他12个地市公司PTN网络建设开始论证，并于2016年6月建成投运，采用华为、中兴和烽火设备组网。至此，河南电力18地市公司全部建成PTN网络，覆盖各地地调、分局、县调及县域第二汇聚点和现有已运行市公司资产110 kV以上变电站(500 kV原则上不设PTN设备)。各地市PTN网络按10GE核心、10GE汇聚和GE接入三层组网，见图1。

图1 地市PTN网络结构图

各网络层级功能定位与布局如下：

(1)核心层

核心层按10GE带宽组建环网，是分组数据的汇聚、承载和交换的核心。核心层节点应使用负载均衡功能，提高网络承载能力，同时设备选型应具备可靠、高效、低时延等特性。

根据地市光纤网络结构和分组业务链路规划，核心层以地调、地调第二核心、枢纽220 kV变电站等业务集中汇聚的节点组建核心网络。

(2)汇聚层

汇聚层按10GE带宽组建环网，是分组数据向自接入层向核心层汇聚的主干通道。汇聚层节点应使用负载均衡功能，提高网络承载能力，同时设备选型应具备可靠、高效、低时延等特性。

根据地市光纤网络结构和分组业务链路规划，汇聚层节点一般以重要的220 kV站点、枢纽110 kV变电站组建环网，各汇聚节点实现多个接入层节点业务的汇聚和处理。

(3)接入层

接入层按GE带宽组建环网或链路，面向用户提供网络连接和访问，实现基层站点业务的采集和初步汇聚。

接入层节点一般以县调、普通220 kV变电站、110 kV变电站和其它边缘位置站点组建环网或链路。

3.2 PTN网络在县级通信网的推广

针对县级通信网存在的问题、IP业务的快速增长以及PTN网络在地市公司良好应用效果，2015年10月河南电网按照综合利用、改建结合、安全可靠、适度超前的原则，开始县网PTN网络建设的论证。

2016年4月，河南电力带宽提升工程一期建成投运，郑州等4个地市辖区内的22个县域PTN网络建成投运，由中兴设备组建GE环网。2016年底河南电力带宽提升工程二期开工建设，预计2017年年中建成，安阳等13个地市的85个县将建成PTN网络，由华为设备组建GE环网。

2016年9月，河南安阳等18个地市郊区及温县等3个县域通信网络完善工程开始PTN网络建设论证，并于2016年底立项，预计2017年底建成投运，届时河南电力18个地市郊区及温县等3县35 kV以上站点将建成PTN网络。

县级PTN网络根据县级光纤网络架构，选择环网路径上的县调、县调第二汇聚点、县局资产110 kV站和35 kV变电站以及必要的市局资产变电站组建环网，其他边缘变电站支链接入环网，环网节点开通负载均衡功能，提高网络性能。

3.3 河南电力数据传输网络架构

结合2016年4月建成投运的40×10 G OTN网络，河南电力PTN网络在市域和县域的统一建设将使河南电网具备400 G 省干OTN、10GE地市PTN和GE县网PTN的三级数据传输网络，见图2。

图2 省市县三级数据网组网技术

4 PTN、OTN在河南电力数据通信网中的应用

河南电力数据通信网主要承载国网公司统一部署的“七大五小”业务和部分自建系统数据业务。河南电力地县PTN网络及省干OTN网络的建成投运将为数据网业务的传输和承载提供带宽保证。

4.1 OTN技术在数据通信网中的应用

河南电力OTN网络于2016年4月建成投运。省调、备调及16个地调及23个500 kV站均为上下业务站点。省调至备调开通6个波道，16个地调至省调和备调各开通3个波道，用于综合数据网和TDM业务；500 kV变电站站间预留1个波道用于SDH业务倒换。各地调至省调、备调波道规划采用不同路由。

河南电力数据通信核心骨干网拓扑结构分为核心层和骨干层，由OTN网络承载。核心层设在省调和备调节点，骨干层设在17个地调。省调和备调通过两条OTN通道口字型互联，带宽为10GE；17个地调分区接入省调和备调核心路由器，占用各地调至省调、备调的第一条OTN通道，带宽为10GE，见图3。

图3 河南电力数据通信网核心骨干示意图

4.2 PTN技术地县数据通信网中的应用

地县数据通信网承载在PTN网络上，拓扑结构按核心层、汇聚层和接入层设置。核心层设置在地调，汇聚层设在县调、检修公司和枢纽变电站，接入层设在地调、县调管辖的各变电站、供电所和营业厅，见图4、图5。

图4 河南电力地县数据通信网结构

图5 县域数据通信网业务接入

其中接入层变电站、供电所和营业厅数据业务接入采用以下原则：

(1)变电站：变电站数据业务少，不配置交换机，业务直接由PTN设备承载，经PTN业务通道在地调/县调经交换机汇聚后接入核心交换机；

(2)供电所,营业厅：供电所营业厅为业务密集场所，均配置有三层交换机，各节点业务经三层交换机汇聚后经PTN通道接入地调/县调核心交换机。

4.3 PTN网络运行存在的问题及探索

河南电力PTN网络前后分5期工程建设，建设时序长，各地运维管理水平不一；设备招标因素造成的同一地区地县设备品牌存在差异，增加了运维管理压力；新建的PTN、OTN网络如何与传统SDH网络之间更合理的划分业务、实现差异化管理并充分发挥各自最大优势尚需在实践中探索并积累经验。同时PTN、OTN网络强大的处理能力、丰富的接口类型和电信级的保护能力为多网融合提供了可能，这将有利于数据通信网集约化管理、通信资源的优化配置和投资效益的最大化。

5 结语

河南电力PTN网络建设，一方面采用了统一技术体制建成地市PTN网络，另一方面将先进的PTN技术大范围推广到县级通信网，是河南电力通信网向宽带网络迈进的关键一步。结合河南OTN网络、SDH网络的建设与完善，河南电网将具备400G OTN+双10G SDH的省级核心通信网络、2.5G SDH+10GE PTN的地市通信网和622M SDH+GE PTN的县级通信网，完备的三级网络从核心、汇聚到底层接入的承载能力、可扩展能力、可靠性程度和技术先进水平将给河南智能输电网和智能配电网建设起到强有力的通信保障。

[1] 纪治国．PTN+OTN传输技术在城域传送网中的应用探讨[D]．南昌：南昌大学，2014．

[2] 何颖．复杂大电网下省级电力通信网规划[D]．北京：华北电力大学，2014．

[3] 王顺兴．光通信技术在电力通信系统中的应用与组网方案研究[D]．北京：北京邮电大学， 2010 ．

[4] 钟睿，等．三级电力通信网中PTN系统的组网方式[J]．电力信息与通信技术，2015，10(011)．

Application of PTN Technology in Henan Power Grid

YANG An-kun, LI Xiao-gang
(Henan Electric Power Survey & Design Institute, Zhengzhou 450000, China)

The rapid development of the county grid put forward higher bandwidth demand of data communication network, aiming at problems in Henan county grid communication network,such as low transmission bandwidth and single structure, application of PTN technology makes the bandwidth increase to 10GE/GE from N*2M for county data communication network.Considering the OTN network construction, data communication network has formed three layer structures in Henan grid, greatly increased the bandwidth of data communication network and the flexibility of the communication resources allocation, they all played a strong role in communication support for the construction of smart grid.

power communication; PTN; packet switching network.

TM73

B

1671-9913(2017)03-0053-04

2016-02-16

杨安坤(1983- )，男，河南台前人，研究生，工程师，从事电力通信网研究与设计工作。