现代光传送网技术及其在电力传输网中应用的探讨*

李永嫚，朱蔚然

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210006）

0 引言

通信网作为电力系统的基础性服务设施，长期以来对电网安全和科学发展发挥了积极作用。随着国家电网安全监管体系的不断完善，各种先进信息技术逐步大规模的建设和应用，信息业务应用更趋于IP 化、宽带化、智能化，对带宽需求日益提高，现有电力通信网络已难以承载不断丰富的信息传输需求。因此把握信息通信技术变革趋势，构建高速、安全、泛在的信息网络，加快建设数字电网，推动信息技术与电网的深度融合，成为近几年电网信息通信发展的重要内容。[1]

随着通信网各类业务的快速增长，光传送网技术加速变革，出现了大容量、高可靠、适合承载多种类型业务的下一代传送网技术：超100G、OTN、ROADM、OXC、POTN、SPN、STN、高 速PON、WDM-PON 等多种适合不同应用场景的新技术。光传送网作为电力通信网的基础网络，应结合电网业务发展需要，引入传输新技术，建设大容量、安全、高效、智能的电力通信网。

1 电力通信网现状

电力通信网是指为满足电力行业组织管理、安全生产、调度指挥等需要所建设的通信专用网络。电力通信网主要包括传输网、业务网和支撑网。

传输网主要包括光缆网和传输系统，以光通信技术为主，载波、微波、卫星通信技术为辅。在传输网覆盖和延伸能力不足的地区，租用运营商资源或与运营商资源置换。

业务网主要包括数据通信网、调度交换网、行政交换网和电视电话会议系统等。

支撑网主要包括同步网、网管网等。

本文主要对电力通信网中光传输系统的规划建设进行探讨。

1.1 电力传输网网络架构

经过多年的规划建设，电力传输网形成结构清晰、层级分明、布局相对合理的网络架构。

从行政管辖划分，电力通信网分为主干通信网和地区通信网；主干通信网分为国家、网局、省局3 级；地区通信网分为地区、县级网2 级。不同级别的网络根据隶属关系互联。

从传输网络层次划分，电力通信网分为省际骨干传输网、省内骨干传输网、地市传输网。如图1电力传输网网络架构图所示。

图1 电力传输网网络架构

（1）省际骨干传输网：主要覆盖公司总部、分部、省公司、国调直调发电厂及变电站等。主要采用的光传输技术为SDH、MSTP、DWDM、OTN、ASON 等，传输线路速率以10 Gb/s 为主。

（2）省内骨干传输网：主要覆盖省公司、地市公司、省调直调发电厂及变电站等。主要采用的光传输技术为SDH、MSTP、DWDM、OTN、ASON 等，传输线路速率以10 Gb/s 为主。

（3）地市传输网：主要覆盖地市公司、县公司、发电厂、变电站、供电所等。主要采用的光传输技术为OTN、PTN、SDH、MSTP、无源光网络PON、无线接入技术等，传输线路速率以10 Gb/s、2.5 Gb/s为主，末端接入为622 Mb/s 或155 Mb/s。

电力传输网各层基本建成2 个及以上的传输平面，即A 网和B 网，进行业务分摊承载，确保承载业务的安全性。

1.2 电力通信网承载业务

电力通信网是电网各类监测、量测和控制指令的传输中枢，是电网自动化、信息化和智能化的基础。电网通信业务基本分成三类：生产调度业务、信息管理业务、新型业务[2]。各类业务带宽需求、业务特点如表1 所示：

表1 电力通信网业务类型

近几年在保证电力通信网安全生产和国网公司经营管理所需通信通道不受影响的前提下，国网公司也开展了电路出租业务，利用富余通信资源，为互联网公司、金融企业的大型数据中心提供带宽业务租赁服务。

2 现有电力传输网存在问题分析

2.1 网络架构方面

传输网网络结构层次不够清晰，传输骨干网单环覆盖范围过大，网络容量不足，智能灵活性不高，维护压力较大。各地区接入环之间存在交叉互联现象，接入层到骨干层的接入方式不合理，导致带宽资源分布不均匀，不利于现网的业务规划和管理。

2.2 传输设备技术方面

各地区传输网中存在传输设备老旧、种类繁多、网络可扩展性低。目前在网运行的设备有华为、中兴、马可尼、NEC、ECI、UT 斯达康、格林威尔、阿尔卡特等多个厂家设备，包括SDH、MSTP、OTN、PTN、微波、载波通信设备等。有部分传输设备运行已超过10 年以上，设备老旧严重，甚至有的已经停产，缺乏必要的备件，传输网络的可靠性、稳定性、网络带宽容量已经不能满足业务的要求。

传输设备种类繁多，在网运行时间长，给网管和日常维护带来极大的不便，管理和故障处理难度大，为网络管理的智能化、高效化带来障碍，降低了网络维护效率。[3]

3 传输网新技术对比

随着通信网各类业务的快速增长，光传送网技术加速变革，出现了大容量、高可靠、适合承载多种类型业务的下一代传送网技术：超100G、OTN、ROADM、OXC、POTN、SPN、STN、高 速PON、WDM-PON 等多种适合不同应用场景的新技术。以下对目前运营商传输网络在用的几种主流技术及其应用场景进行介绍。

3.1 OTN 技术

光传送网，OTN 是利用波分复用及光信道技术，由OADM、OXC、OA 等网元设备组成的，能够传递大容量业务的传送网络。它既拥有DWDM 的超大传输能力，也拥有SDH 的灵活组网、、保护机制完善的特性，并且拥有强大的管理功能，OTN 网络能够在一定程度上解决传统的WDM 网络在波长/子波长业务调度方面组网能力差、保护性能弱等问题。OTN 是目前最主要的光传送网技术，该技术主要应用于省际骨干传输网、省内干线传输网、地市传输网的骨干层、汇聚层，提供N*100 Gb/s 或N*10 Gb/s 线路速率[4]。

3.2 PTN 技术

分组传送网，PTN 是一个设置在底层光传输媒质和IP 业务之间层面，提供MPLS 面向连接和统计复用的功能，提供二三层通道类业务承载，支持两层VPN 传输，演进后的PTN 也可支持三层VPN 功能。与IPRAN 相比，PTN 的控制平面功能通过网关实现，所有设备接收网关命令，按指令运行。

PTN 技术主要应用于移动运营商城域传输网汇聚、接入层面以及专线接入网络，提供10GE/GE/FE 多种速率接口。

3.3 POTN 技术

分组增强型OTN，POTN 技术是一种集波长交换、分组、差错率低和安全性好等优点于一种设备，他能够实现各种类型的颗粒交换，是一个能够将多种技术融合为一体的统一承载平台。POTN 技术不仅拥有WDM/ROADM 光层的大容量、分组传送层和SDH/OTN 层高保护等的优点，通过使用POTN设备组网，可减少网元数量，有效降低组网成本、便于网络运营和维护。此外，POTN 还能够提供高可靠性、高效率的专线业务承载，完全支持点到点与环网保护功能，并提升通信安全性。

POTN 技术主要应用在移动运营商城域传输网中，实现LTE 回传、大容量专线承载等。

3.4 切片分组网（SPN）技术

切片分组网，SPN（Slicing Packet Network 是5G网络切片中的关键技术，被称为是下一代的PTN 技术，用来支撑下一代传送网络。SPN 是中国移动在承载3G/4G 回传的PTN 技术基础上，面向5G 和政企专线等业务承载需求，创新提出的新一代传送网技术体系。SPN 的技术架构包括SPL、SCL、STL三层，即切片分组层、切片通道层和切片传送层，同时还兼具时钟/时间同步功能模块和SDN 控制功能模块。在4G 时代，传输网络通常分为核心层、汇聚层、接入层，面对5G 新的承载需求，在SPN 网络场景中，可以沿用以往的三层组网架构，也可采用两层组网架构。

3.5 IP RAN 技术

IP 无线接入网，IP RAN 是基于IP/MPLS 分组交换的无线接入网技术，它主要面向移动业务的承载，同时能够提供完善的二、三层通道业务的承载。IPRAN 技术具有接入方式灵活、使用性能安全、网络拓展性能好等优点，可以提给予基站回传场景的优化解决方案，且拥有较好的OAM 和保护能力。

IP RAN 技术主要应用于电信、联通运营商城域传输网汇聚、接入层面以及专线接入网络，提供10GE/GE/FE 多种速率接口。

3.6 STN（新型IP RAN）技术

智能传送网（Smart Transport Network，STN）网络采用符合业界开放的标准技术，多厂商设备解耦混合组网，具备与第三方网管/控制器对接、网络能力抽象和开放；支持IPv6、EVPN、FlexE、SR/SRv6、性能检测等能力；支持网络切片，具备业务快速开通、SLA 质量保障、自动化管理和配置等智能化能力，满足5G 业务大带宽、低延时、安全可靠的差异化承载需求。

STN 网络主要应用于电信运营商为实现3G/4G/ 5G 等移动回传业务，政企以太专线、云专线等多业务的融合承载网络。STN（新型IPRAN）在设备容量、带宽能力、新功能（如SR、EVPN）支持能力等方面较IPRAN 设备有大幅提升。

3.7 SDH/MSTP 技术

目前电力通信网主要采用的是同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）或基于SDH的多业务传送平台MSTP（Multi-Service Transport Platform）设备。SDH/MSTP 设备有着成熟度好、易维护等优点。但是存在着传输带宽自适应能力较差、刚性接口和刚性通道传输、统计复用效率低下、网管功能单一、智能化程度低等缺点，已经不能适应未来电力通信低时延高可靠、高带宽大连接的网络需求。

SDH/MSTP 已不再是目前运营商传输网建设的主流技术，逐步退网。

3.8 无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术

PON 是一种点到多点的纯介质网络，它可以提供点到多点的光纤接入，由分光器等无源器件组成，减少线路和外设的故障率，具有高宽带、节省光纤资源、覆盖范围广、运维成本低等优点。

PON 技术主要用于解决用户“最后一公里”的接入，提供大容量宽带接入。GPON 和EPON 是当今PON 网络的主流技术。

综上所述，通信技术发展日新月异，新型业务驱动光传输技术从承载单一业务类型向多种业务类型发展，低速率向高速率发展，固定带宽向弹性带宽发展，时分业务向分组业务发展，单一网管向综合网管发展。骨干传输网的OTN 技术，由N*10 Gb/s 向超100 Gb/s 发展，向更加灵活智能的OXC、ROADM 网络演进；主要承载移动前传、回传业务的PTN、IPRAN 网络向SPN、STN 网络演进；而OTN+PTN 的融合，发展为POTN 技术，实现大带宽、多业务的融合承载；传统SDH 技术也向多业务传送平台MSTP 技术演进；广泛应用于接入网的PON技术也向大带宽的10 G PON、WDM-PON 网络演进。

4 电力传输网引入新技术分析

SDH 网络作为传统通信网络的传输基础，虽然已经不是如今的主流技术，其在广域网以及专用网中仍然具有不可替代作用，由它升级而来的MSTP也是目前电力通信专网中的主流技术。基于本文前面对电力传输网现状描述分析以及传输新技术的介绍，电力通信网可以结合传输新技术特点及电力通信网业务要求，适时引入光传输新技术，构建技术先进、安全可靠、高速高效的现代化电力通信网络。

4.1 电力骨干传输网的演进

作为智能电网和现代电网建设的重要基础支撑平台，电力通信网在生产、运行、管理、营销等领域的重要作用日益突出，为满足电力通信系统高带宽、大颗粒IP、非实时业务的快速增长需要，确保电力通信为智能电网各个环节提供坚强保障服务，有必要建设一个覆盖电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节及所有电压等级，运行稳定、安全可靠的大容量骨干光传输网。

电力骨干传输网分为省际骨干传输网和省内骨干传输网，主要以SDH 技术（A 平面）和10 G OTN 技术（B 平面）为主。OTN 技术在节省光缆资源的基础上，大幅提高传输网的承载能力，增加业务传输的承载方式，有效降低现有SDH 网络的运行压力，利用OTN 技术体制建设B 平面骨干层，组建大容量传输网，满足综合数据网业务承载需求，满足大带宽临时检修通道需求，并为A 平面提供充足的备用通道。目前100G OTN 传输设备及相关标准已经成熟，并已实现在运营商传输网规模化应用。电力骨干传输网可引入100 G、超100 G OTN 技术建网，提升骨干传输网的容量，并结合光缆网的建设，优化骨干传输网络架构[5]。

4.2 电力地市传输网的演进

地市传输网络建设重点是提升覆盖范围、丰富光缆路由、完善光缆网架、提升带宽容量。优化SDH 网络，老旧设备逐步退网，合理归并传输设备品牌，实现地县一体化，形成结构清晰、层级分明、布局合理的网络架构，实现通信带宽10 G 到县、1 G 到站所。

地市传输网由骨干层、汇聚层、接入层三级网络组成，骨干层的建设采用OTN 或POTN 技术，mesh 方式组网，线路带宽10 G 或100 G，以提高骨干节点之间的通达性和业务调度的灵活性。汇聚层的建设采用POTN 技术或OTN 与PTN 技术联合承载的方式，线路带宽10 G。骨干层、汇聚层采用POTN 技术实现线路高速率和大容量组网，为以太网业务提供更低时延和更高 QoS 保障。接入层的建设根据站、所类型灵活采用MSTP、PTN、SPN、IPRAN、STN、PON 技术，线路带宽10 G 或2.5 G，网络拓扑结构以环网为主，辅以少量支链，保障网络的可靠性。电力地市传输网网络架构演进如图2所示。

图2 电力地市传输网网络架构演进

5 结语

电力通信网为电力系统的专用网络，专用通信网与公网的不同在于专网通信紧密结合行业特点，提供专用性和个性化服务。专网通信具有高度的安全、可靠性；不同层次的加密，双向认证；网络可管可控，服务质量可调整，管理灵活，资源预留等特点。专网建设可以借鉴公网的一些成熟经验，少走弯路，结合笔者二十多年的传输网规划、设计、建设经验，最后给电力通信网的建设、优化提两点建议。

5.1 积极探索，引入传输新技术提升电力通信网的整体水平

联合设备厂家，针对电网业务特点及安全稳定要求，研发适合于电力传输网的产品。借鉴运营商多年成熟的建网经验，整体规划电力传输网络建设，除了编制五年规划，可以编制三年滚动规划，不断探索研究适合的电力系统的传输网建网方式。以“回头看”的方式检验网络规划与网络建设存在的差异，不断完善电力通信网的规划建设，构建技术先进、安全可靠、高速高效的现代化电力通信网络。

5.2 与运营商合作，资源共享或资源置换

国内外各大运营商经过二十多年的通信网络建设，从2G 到5G、从PDH 到OTN、从裸纤到PON技术，运营商网络技术更新换代，网络规模、容量、速度、可靠性都得到了长足的进步。电力通信网应借助运营商的成功经验，结合自身网络需求，充分利用运营商已有资源，通过双方资源共享或资源置换的方式，缩短电力通信网的优化、建设的进度。如：在电力通信网不发达的地区，运营商有丰富的光缆或电路资源的，可以租用运营商资源。而在电力通信网资源都丰富的地区，运营商资源缺乏的，可以用自己丰富的资源与运营商其他地区资源进行置换，达到合作共赢的建网目标。