自动交换光网络技术在电力通信传输网中的应用

摘要：本文针对当前我国电力传输系统中普遍存在的问题进行分析，并提出采用自动交换光网络(Automatically Switched Optical Network：ASON))技术对电力传输网进行优化，在现有光纤加同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy：SDH)网络的基础上引进ASON控制层面，并承载ASON业务，在此基础上逐渐使用ASON替换现有的SDH。

关键词：自动交换光网络;电力通信;传输网

Abstract: this article in view of the current our country electric power transmission system in general and the analysis of existing problems, and puts forward adopts automatic exchange light Network (Automatically Switched Optical Network: ASON) technology to optimize the power transmission in existing Optical fiber and Synchronous Digital system (Synchronous Digital Hierarchy: SDH) Network based on the introduction of ASON control level, and carrying ASON business, based on the use of existing ASON gradually replace SDH.

Keywords: automatic exchange light network; Electric power communication; Transmission network

通信技术在不断发展，从载波到微波再到光纤，光纤通信也从准同步数字系列(plesiochronous digital hierarchy， PDH)到同步数字系列(synchronous digital hierarchy， SDH)，现在正逐步向自动交换光网络(automatic switched optical network， ASON)演进。电力通信网作为电力系统的1个专用通信网络，如何合理地引入ASON技术，实现电力通信传输技术的平稳演进是本文探讨的主要内容。

1.电力通信传输网络的技术难点

电力通信传输网络作为电力系统信息传送的平台，对保障电网安全运行起着至关重要的作用，同时作为电力系统的配套工程，其建设计划和进度必须与电力系统及其基础建设的规划配合，而不同于电信运营商可以将传输网络作为基础网络提前进行有效的网络规划，应实现网络的逐步升级和扩容。电力通信传输网络存在如下技术难点：

a)规划的不确定性。在电力网的建设中，由于新通信站点的接入，造成通信网络重新调整，浪费大量人力资源。

b)业务类型大部分为低阶，业务颗粒度为VC-12，业务分布分散。

c)对于业务级别最高的差动继电保护信道，为了防止收发路由不一致而导致保护装置误动，不允许该类信道以自愈方式配置。当信道出现故障时，需手动临时配置迂回路由，复杂程度高，效率低，如果临时配置出现差错将严重威胁电网的安全。

d)通信光缆网状结构在一定程度上未被充分利用，光缆中断后靠维护人员现场调整路由，效率低。

2.我国电力通信传输网中存在的问题

经过多年建设，我国电力通信传输网已具备一定的规模，基本满足电力系统的通信需要。但随着近年来电网事业的快速发展，现有电力通信传输网在应对种类繁多的业务时已颇感吃力，存在着较多的问题。当前我国电力通信传输网中存在的问题主要有：

部分电力通信网络结构复杂，使得工作人员维护困难。由于光缆网络资源的限制，在部分变电站只能以单链接入;而有的传输网中同时使用不同设备厂商的设备，造成设备的故障难以鉴别，导致电力通信系统故障后难以尽快修复;另外，不同的设备也导致在同一网管上实现端到端的电路调度变得难以实现。

电力通信网中节点较多，系统安全性能有待提升。电力通信网中任何一段光缆的更换或维修都会影响系统的可靠性和稳定性。并且有些节点不在环网上，无法对业务进行自愈保护。若其中任何一个站点出现设备故障时，将会导致所有通信业务的丢失。

电力通信系统的接入层网络结构繁杂，难以满足业务发展的需求。我国部门电力通信系统的接入层传输网络结构复杂，并且有环带环、环带链的现象存在，导致现有电力通信网络的难以扩容。另外，部分环网的时隙占用率过高，有的通道利用率甚至超过70%，并且这些通道也大都难以扩容。这都使得电力通信系统难以实现可持续发展。

电力通信系统中部分设备技术落后，且老化严重，已经难以适应电力系统快速发展的需求。部分通信设备技术落后，不支持多业务传输系统，需要通过协议转换器才能满足以太网业务通道需求。且在长期使用过程中逐渐老化，不仅容易产生故障，增大维护负担。

3.ASON技术

3.1体系结构

ASON与传统网络不同，它引入了控制平面，在功能上形成了由传送平面、控制平面和管理平面构成的体系结构。ASON的基本构架如图1所示。控制平面是ASON的核心，它负责完成网络连接的动态建立和网络资源的动态分配。控制平面由分布于各个ASON节点设备中的控制单元构成，控制单元完成路由选择、信令转发和资源管理等功能，各控制单元间的连接共同形成统一的整体，实现连接的自动化。

图1 ASON的基本构架

目前传送平面都是基于SDH技术的，能够提供大容量、无阻塞、交叉连接的硬件平台，突破现有光传输系统的交叉能力，其交换颗粒度在VC-4之上，端口速率和端口密度满足宽带网络业务的需要，实现快速连接。

管理平面实现对传送平面、控制平面以及系统的管理，确保所有平面之间的协同工作。管理平面提供的管理功能包括性能管理、故障管理、配置管理、计费管理和安全管理。在ASON体系结构中，控制平面和传送平面之间通过CCI相连，管理平面通过NMI-A和NMI-T分别与控制平面及传送平面相连，3个平面通过3个接口实现信息的交互。

3.2ASON的优势

ASON技术通过发挥光缆环状网络结构的优势，实现抗多点失效的功能，从而大大提高网络的安全性。

ASON技术可根据用户对不同层面、不同业务质量级别的要求，按需制定不同的保护恢复方式，并实现分级管理。根据业务的重要性，可以提供以下等级的业务：

a)钻石级。网络保护恢复方式为永久“1+1”，即在建立主用链路的同时建立1条备用链路，一旦主用链路故障，立即倒换到备用链路上，这时备用链路成为主用链路，同时在满足网络带宽要求的前提下，立即寻找到新的备用链路，对业务再提供“1+1”保护。永久“1+1”保护的倒换时间非常短，小于50ms。这种方式适用于纵联保护、安全稳定装置和会议电视等重要业务。

b)金级。网络保护恢复方式为“1+1”加恢复路由，即在建立主用链路的同时建立备用链路，主用链路故障时倒换到备用链路上。如果备用链路也发生故障，就靠路由技术进行恢复。这种保护方式的倒换时间很短，在50ms以内[4]，但恢复时间比较长，一般为秒级。这种方式适于脉冲编码调制(pulse-code modulation， PCM)等业务。

c)银级。网络保护恢复方式为恢复路由，在业务链路故障时，重新寻找新的链路恢复业务，恢复时间为秒级。恢复路由有先建后拆和先拆后建2种方式。先建后拆是指先建立1条正常链路，业务倒换成功后再拆除故障链路;先拆后建则是先拆除故障链路，再建立1条正常链路恢复业务。先拆后建方式最适合电流差动保护业务，它不需人工干预就可恢复业务;先拆后建方式适合差动继电保护、调度数据网、综合数据网等业务。

d)铜级。无保护，不保障网络的恢复。

e)铁级。为额外传送业务，可能被高优先级业务抢占。

在ASON中增加或删除1个节点时，网络通过信令技术能够将这个改变信息按照一定的规则传送到每个需要知道的节点上，从而实现拓扑自动发现，不需要人工干预，有利于网络的升级和扩容。由于整个控制平面的智能化，在提供新业务时，大部分可通过网络的智能节点和控制平面自动完成，大大缩短提供新业务的时间，同时减少运行维护量，降低运行维护成本。ASON技术可实现动态按需分配带宽，提高网络资源利用率，全面降低组网成本。

4.自动交换光网络技术在电力通信传输网中的应用研究

当前，我国部分发达地区的电力通信传输网中的绝大部分已采用光纤加同步数字体系(synchronous digital hierarchy：SDH)设备组网。而落后地区则由于经费不足等原因采用了粗波分技术。电网一般按照自上而下结构分层建设，分为骨干层(STM-6 4/1 6)、汇聚层(STM-4)和接入层(STM-1)。

为了更好地利用现有SDH设备，可在当前SDH网络的基础上引入ASON技术，在现有的SDH传送网络上承载ASON业务，这是既能发挥现有设备的使用价值，又可以将ASON技术得以应用的可行性方案。

在建设A S O N网络时应遵循由内而外、循序渐进的原则，即以骨干层为基础来建设ASON网络，然后逐渐建设汇聚层和接入层。在骨干层建设ASON既要保证安全性、可靠性，又要保证业务不中断。将骨干层建设为ASON网络后，电力通信网的鲁棒性将大大增强，而汇聚层和接入层的ASON网络建设可以视情况而定。在建成骨干层的ASON网络后，要保证其与原有SDH网络的互联互通。ASON可以在基于G.803规范的SDH传送网基础上建设，这样可以形成ASON与现有SDH传送网络的混合组网。

ASON与现有SDH网络的融合是一个渐进的过程，先在现有SDH网络建设单独的ASON，然后逐步形成整个的ASON网络。实现ASON网络与SDH网络的互联，可以在传统的SDH网络引入控制平面，具体可以使用以下2种方式。①在SDH网络的全部网元上分别连接一套PC机，SDH网络和PC机间遵循光网络网元管理协议。通过数据网络将全部PC机上运行的控制协议连接成一个整体的信令网，并使得该信令网可以和ASON的信令网实现互通。②通过数据网络实现ASON信令网络和传统光网络的网络管理系统建立连接，在传统光网络的网络管理系统的计算机上运行控制平面协议，通过ASON控制平面和传统光网络网络管理系统的互通，实现ASON网络和传统光网络的互联。

总结

ASON的出现代表了光网络技术发展的趋势，其相比于传统SDH网络有着无法比拟的优越性，能够很好地解决电力通信传输网的智能化问题，其最显著的优点——更高的安全性正是电力通信传输网孜孜以求的目标，因此，在现有的SDH网络中引入ASON技术能提高电力通信传输网的安全运行水平和智能化水平。

参考文献

[1]魏明海.电力通信安全生产的系统分析[J].陕西电力，2008

[2]张杰.自动交换光网络[M].北京：北京人民邮电出版社，2004

[3]李明.自动交换光网络的应用研究[D].山东大学硕士论文，2010

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