摘要：作為智能電網“中樞神經”的通信網建設將面臨IP化的挑戰，本文將著重論述電力傳輸網從MSTP向PTN的平滑演進，從而實現智能電網建設中基于分組業務為主的多業務承載。
1. 智能電網背景
2009年5月21日，國家電網公司首次向社會公布了“智能電網”的發展計劃，并初步披露了其三階段建設時間表，并將于2020年全面建成統一的“堅強智能電網”。
圖1 國家電網三階段推進智能電網建設
智能電網就是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的統一堅強智能化電網。涵蓋所有電壓等級，由發電、輸電、變電、配電、用電、調度等環節有機組成。整個建設中，“統一”是前提，“堅強”是基礎，“智能”是關鍵。最終實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合，具有堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放和友好互動內涵的現代電網[4]。，圖2為國家電網智能電網內涵。
圖2 國家電網智能電網內涵
2. 電力網絡通信系統的現狀與智能電網需求分析
電力通信作為行業性的專用通信網，是隨電力系統的發展需要而逐步形成和發展的。它主要用來緩解公網發展緩慢而造成的通信能力不足并填補公網難以滿足一些電力部門特殊通信需求的矛盾，以保證電力專業化生產正常高效地進行。
當前，電力通信網是由光纖、微波及衛星電路構成主干線，各支路充分利用電力線載波、特種光纜等電力系統特有的通信方式，并采用明線、電纜、無線等多種通信手段及程控交換機、調度總機等設備組成的多用戶、多功能的綜合通信網。
從智能電網的通信支撐需求來看，電力傳送網需求的主要特征是：
2.1 越來越高的寬帶業務要求
要求電力通信不僅包括傳統的業務，如：自動號、行政電話、調度電話、遠動數據、熱線電話、計算機MIS業務、數據、圖象等，還需要各種多媒體寬帶業務，如：高速上網、視頻點播、專用數據網等等,所有這些寬帶業務對通信網的帶寬的要求也越來越大。
2.2 越來越高的調度網絡傳輸要求
傳統電力通信系統主要用于電力系統內部的信息交換，窄帶和獨立通信的TDM技術限制了網絡的發展。作為基礎平臺，網絡是電力系統信息技術應用的關鍵因素，并且已經成為電力系統信息化的主要組成部份。大多數電力生產信息、管理信息及調度信息均可通過電力通信及調度網絡傳輸。并且，理想的網絡基礎設施不僅可以給電力生產和管理提供優勢，而且可以為電力行業通過互聯網業務來增加收入提供商機。因此，電力行業需要良好的通信網絡。
2.3 嚴格的多業務QoS能力要求
電力通信的業務可劃分為關鍵運行業務和事務管理業務兩大類。關鍵運行業務包括遠動信號、數據采集與監視控制系統、能量管理系統、繼電保護信號和調度電話等,事務管理業務包括行政電話、會議電話和會議電視、管理信息數據等。不同的電力通信業務，要求也不同。關鍵運行業務信息量不大。但對通信的實時性、準確性和可靠性要求很高；事務管理性業務則是業務種類多、變化快、通信流量大。
圖3 電力業務分類及相關采用技術
所以，面向堅強智能電網的電力傳輸網絡一方面需要繼承傳統SDH/MSTP傳輸網絡的電信級傳輸能力，另一方面也要具備電力業務日益IP化、寬帶化的發展趨勢。目前，智能電網在接入側正在進行配網自動化、基于EPON的遠程抄表以及電力智能小區建設，電力綜合傳送網需要面向電力智能化、IP化的傳輸網絡建設。
3. 電力城域傳送網的優化與演進
3.1 從MSTP到PTN的演進
作為傳送技術與數據通信技術融合（某種意義上的妥協），MSTP傳送技術及設備在傳送網向分組傳送（交換）方向前進了一步。MSTP中通過使用GFP封裝、VC虛級聯、LCAS（鏈路容量調整）等關鍵技術，對新業務提供延伸的接口。引入MSTP以后，對于現有的IP城域網和ATM網，MSTP可以為其提供接入和匯聚，擴大以太網業務與ATM業務的覆蓋范圍，確保各網絡協調發展和相互配合，因而MSTP上通過數據接口功能的增加，實現了對現有數據業務的有效補充，保護了現有投資。
但是MSTP傳送技術及設備也碰到一些制約因素（障礙）。首先，利用MSTP實現各類業務網在匯聚層和接入層的合網建設，必然會帶來如何進行網絡和業務管理等問題，因此在引入MSTP的同時，還要注意適當重組業務流程和網絡管理流程，以適應業務綜合和網絡融合的趨勢。其次是MSTP處理顆粒（接口速度）的不匹配：MSTP以2Mbit/s速率及其虛級鏈來轉送以太網業務，就如同拿一把尺子來稱蘋果的重量一樣不太合適。事實上，MSTP的內核是通過VC-12或者VC-4的交叉粒度來完成以太網的分組傳送的。面向群路側的處理對象是VC-4，不清楚也不能適應VC-4內包的傳送。對于以太網而言，包長是變化的，流量是突發的。傳統的SDH傳送網對于基于分組化的業務和新的業務提供方式，存在著諸如業務指配處理復雜，帶寬效率低，成本高，網絡擴展性差等缺點。由于MSTP交換平臺的核心結構為交叉式電路方式的時隙交換，所以MSTP不能有效利用分組業務的統計復用特性。
針對以上IP化演進需求，各大公司和相關科研機構，分別展開了很多的研究，并提出了各種解決方案。作為最終結果，PTN是業界經過多年的討論后逐步得到認可的下一代傳送平臺，如圖所示。
圖4 電力城域傳送網演進路線
作為一種主流的PTN技術方案，ITU-T在IETF的MPLS基礎上，取其面向連接的子集，結合了傳統SDH傳輸網絡的OAM和保護等方面的特點，提出了T-MPLS的概念，并且完成了G.8110、G.8110.1、Y.1711、Y1720等建議,逐步對T-MPLS的數據平面、OAM和保護等功能進行標準化。此后，IETF與ITU-T成立了聯合工作組，又在二者以前的工作基礎上進行MPLS-TP的標準化定義工作。基于T-MPLS/MPLS-TP網絡來實現端到端的偽線連接可以統一承載包括TDM、ATM、以太等多種業務，并且實現統一的業務管理和區分的QoS保障；同時又很好的實現了傳送網絡帶寬資源的動態共享分配，極大的提高了鏈路帶寬的利用率；T-MPLS/MPLS-TP網絡還提供了有效的網絡管理、維護和保護方案。
3.2 基于PTN的電信級以太網
基于T-MPLS/MPLS-TP PTN技術構建電力城域專網，能夠真正實現電信級以太網（CE）定義的所有分組傳送特征，包括：
– 業務隔離：真正實現專網間二層隔離，保證數據的安全性。
– 帶寬保證：得到所付費用相應的保證帶寬。
– 業務保護：繼承SDH網絡電信級理念，倒換時間保證小于50ms。
– 高效率：實現二層共享，同一個大客戶所租用的帶寬可以給集團內各分支機構共享。集團內部仍可以劃分VLAN。并可以基于VLAN設置多生成樹，提高分組業務帶寬利用率。
– 與MPLS VPN結合，提供城域和廣域專網的有機結合；
– 面向分組傳送，提高數據處理能力。
3.3 PTN是MSTP網絡升級的合理選擇
全球范圍內大部分現有的光傳輸網已經到了升級換代的時候，正在開始大規模的產品換代。PTN繼承了MSTP的電信級傳輸精髓，能夠實現所有MSTP網絡的業務傳送功能。作為下一代電信級多業務傳送平臺， PTN具備面向分組化傳送優化的擴展能力，具備更高的時鐘同步能力，具備更高的綠色環保能力:
圖4 電力采用PTN建設的驅動力
因此，無論從電力系統面向智能電網的業務傳送需求演進來看，還是從城域網技術面向IP化的演進來看，電力傳送網絡從MSTP向PTN演進都是必然的選擇。需要指出的是，電力傳輸網的建設應該是一個平滑演進的過程：目前MSTP技術應用非常普及，所以作為一個新技術的PTN 還將在一段時間內和MSTP共存發展，PTN在初期可以作為MSTP互補應用來引入市場，發揮其分組業務的天然承載，支持時間同步等特點更好滿足未來業務的需求，及時引入并布局PTN，直至PTN演進為電力城域傳輸建設的主要建設方案。
4. 電力傳輸對PTN網絡的要求
圖4 電力城域傳送網典型組網圖
以上是一個典型的基于PTN的電力傳輸網架構。與SDH網絡模型類似，整個網絡按照調度所-變電站-供電所分為核心層-匯聚層-接入層。根據電力系統綜合業務承載需求，要求建設的PTN網絡應支持TDM、ATM、以太等多種業務的綜合承載，實現變電站、調度所、配電所、電力營業廳、智能抄表、電力智能大廈、電力智能小區等多種業務的接入；業務在網絡中應采用通道/PW、路徑/LSP的方式傳送，以保證網絡流量可規劃，保證業務QoS、時延、抖動等指標。隨著業務規模的擴大，路徑、通道數量在不斷增加，網絡應保證所有的路徑/通道保護倒換時間小于50ms，同時要求PTN網絡應能實現頻率、時間同步功能，滿足基站同步需求。最后，從網絡管理角度，電力PTN網絡應采用電信級網管TMN實現圖形界面方式管理，提高運維效率，降低運維技術門檻，網管應實現網絡拓撲、業務端到端配置/查詢、端到端路徑/通道的告警和性能監控/管理。
具體地，調度所的傳送設備業務能力要求包括：
– PTN設備的交換容量應滿足電力系統傳輸工程和建設要求；
– PTN設備的包轉發率在最小幀長（64B）時根據設備交換容量滿足電力系統傳輸工程和建設要求；
– PTN設備應支持很強的組網能力，支持各種拓撲組網能力：支持環形、環帶鏈、環相交、環相切、MESH組網能力；
– PTN設備應支持10GE、GE規模組網能力。
變電站設備業務能力要求包括：
– PTN設備的交換容量應滿足電力系統傳輸工程和建設要求；
– PTN設備應支持很強的組網能力，支持各種拓撲組網能力：支持環形、環帶鏈、環相交、環相切、MESH組網能力；
– PTN設備應支持10GE、GE規模組網能力；
– PTN設備應支持E1落地能力；
– PTN設備應支持電源、交叉、主控、時鐘單元1＋1熱備份，滿足設備可靠性要求。
供電所設備業務能力要求包括：
– PTN設備的交換容量應滿足電力系統傳輸工程和建設要求；
– PTN設備應支持很強的組網能力，支持各種拓撲組網能力：支持環形、環帶鏈、環相交、環相切、MESH組網能力；
– PTN設備應支持GE組網能力；
– PTN設備板卡應該采用熱插拔方式，包括主/子板卡、電源、風扇；
– PTN設備應支持FE業務，應支持E1業務，應支持不同業務處理板混插，提高插槽的通用性和靈活性等等。
5. UT斯達康電力PTN解決方案
在傳輸技術的發展過程中，UT斯達康作為最早涉足PTN系統產品市場化的寬帶和傳輸解決方案專家，對傳輸網絡建設有著深刻的理解，并憑借專業的解決方案規劃設計能力，在系列化產品支撐基礎上推出了全面的電力傳輸解決方案，實現了語音、數據、視頻、CATV、基站等多業務承載。UT斯達康的PTN在全球得到了廣泛應用。
針對智能電網IP化趨勢，UT斯達康在全面考慮業務多樣、安全可靠、靈活組網、管理維護、成本控制等諸多因素前提下，為電力量身打造了基于PTN技術的電力分組傳送解決方案，實現了電力傳送由SDH、MSTP向PTN技術的融合演進。NetRing TN系列設備提供對電力以太業務、E1業務、STM-1 TDM與ATM業務的統一承載，實現高性價比的面向智能電網IP化的分組傳送網。在整個解決方案中，TN703/TN705可用于電力城域傳送網的接入層，TN705/TN725可用于電力城域傳送網的匯聚層，TN725/TN735可用于電力城域傳送網的核心層。
UT斯達康TN系列PTN設備早于2009年在山東的德州電力、棗莊電力得到了規模應用，近萬端PTN設備的現網運行經驗將有助于電力城域網建設演進，根植于中國的UT斯達康非常希望能在智能電網建設中貢獻自己的一份綿薄之力。
6. 總結
作為承載電網關鍵運行業務、事物管理業務以及面向未來智能化演進的數據業務等智能電網整體架構的基礎和核心之一，電力城域傳送網的建設正在成為整個智能電網建設工作的一個重點。需要特別指出的是，從網絡和業務演示來看，在調度中心到各變電站、各變電站到供電所必定會存在較大的城域匯聚層，更適合采用基于PTN的下一代城域傳送網來實現智能電網業務的承載，以實現電網通信系統建設與智能電網的同步發展，為智能電網的安全、穩定、經濟運行提供面向未來的通信基礎平臺。
