PTN技术在绍兴电力通信网的应用研究

2018-06-11丁伟强裘卫星陈德平张晓峰

浙江电力 2018年5期

丁伟强，裘卫星，陈德平，张倩，张晓峰，汪磊

（国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，浙江绍兴 312000）

0 引言

PTN（分组传送网）技术作为近年来业界一种新兴传送网技术，已得到广泛应用。在电力系统通信网中，由于调度自动化、继电保护等业务对传输通道的高要求，以及电网通信基于主流成熟技术构建的传统，十几年来电力系统一直以SDH/MSTP（数字同步系列/多业务平台）网络为主干传输网络，PTN网络的发展起步较慢，目前尚未得到广泛应用。随着电力通信数据网、配电自动化以及机器人巡检、智能消防监控等诸多新系统的建设投运，对电网实时IP（互联网协议）业务保障提出了更高的要求，现有的SDH通信网从带宽和应用灵活性上都难以满足不断增长的业务需求，急需寻找一种新的安全可靠的通信方式来支撑新增的海量IP业务通道需求。

绍兴电力PTN项目于2015年投产，在浙江电力率先进行了应用试点，在2年的运行中，通过构建不同的业务应用场景，积累了一定的应用经验。以下通过对PTN技术方案的介绍和在安全性、可靠性方面的论述，为电力通信网如何弥补传统SDH网络的局限提供了新的思路和有益的参考。

1 概述

1.1 PTN技术特点

电信业务IP化是业界主流的发展趋势，在这一大趋势下，传送网将逐步向适应IP化业务承载的方向发展。IP化的业务具有带宽突发性、峰均值比较高等特点，如何实现高带宽、高QoS（服务质量）、高安全承载和电信级的监控管理是当前必须考虑的重要问题。SDH/MSTP技术承载IP化业务的效率较为低下，以太网技术QoS能力不足，保护机制不完备，路由技术OAM（操作管理维护）能力较弱。

PTN技术是基于分组交换内核的、面向连接的多业务统一传送技术，它融合了传送网和数据网络的优势，旨在构造电信级的面向连接的分组承载网络。PTN继承了SDH电信级的OAM和保护倒换优势，融合了以太网高效统计复用的优点，以分组的内核实现端到端业务调度、监控保护、QoS保证等类似SDH的电信级性能，是传送网的较好技术选择。

1.2 PTN技术在电力系统的应用现状

由于电网通信业务部门对通道安全性可靠性的特殊要求以及对新技术应用的审慎考虑，在电信运营商大规模采用PTN技术进行传送网建设后，国家电网公司部分网省公司才开始进行PTN技术应用。目前，山东电力PTN网络为国网公司最大的PTN网络，采用PTN技术建设了省级视频会议系统承载网络、省级超高压数据承载网络、各地市城域网等；湖南电力建设了长沙至岳阳的PTN试点网络；河北电力全部地市采用PTN技术进行了农网改造；河南电力在6个地市进行了PTN网络建设。浙江电力也在绍兴等个别地市开展了PTN技术试点应用。

2 PTN技术方案分析

2.1 PTN技术安全性方案

传统的SDH/MSTP网络以时隙为单位进行业务隔离，以达到保证业务安全性的效果。SDH业务隔离模型如图1所示。SDH提供的是以时隙号为唯一标识的不可修改的固定速率管道。

PTN采用MPLS-TP（多协议标签交换传送应用）协议进行业务的转发，针对每个业务建立不同的LSP（标签交换路径）。每个业务独享属于自己的LSP通道，如图2所示。

PTN通过MPLS VPN技术对业务进行深度隔离。MPLS VPN的网络采用标签交换，1个标签对应1个用户数据流，非常易于用户间数据的隔离，利用区分服务体系可以轻易解决困扰传统IP网络的QoS/CoS（服务质量/服务类别）问题，MPLS自身提供流量工程的能力，可以最大限度地优化配置网络资源，自动快速修复网络故障，提供高可用性和高可靠性。

图1 SDH业务隔离模型

图2 PTN业务隔离模型

SDH和PTN两种技术，一个是刚性管道，一个是弹性管道。但从业务隔离的角度，两者提供的隔离能力是一致的。

2.2 PTN可靠性技术方案

PTN网络层面的保护技术主要包含线性保护和环网保护，线性保护主要包括1+1LSP保护、1∶1LSP保护等，环网保护包括Wrapping（环同）保护、Steering（源操控）保护2种机制，在具体的网络应用中，可能存在不用的保护机制混合应用的情况。

线性保护1+1LSP保护和线性1∶1LSP保护均遵循G.8131标准，2种保护机制原理简单，倒换速度快，是目前应用最多的保护机制。

Wrapping保护和Steering保护均遵循G.8132标准，是基于段层的保护机制，类似于SDH的复用段保护原理，在故障处相邻两节点进行桥接，采用TMN（电信管理网）层OAM中的APS（自动保护倒换）协议，实现小于50 ms倒换。

当PTN设备与交换机、路由器等终端设备互连时，PTN支持不同层面设备之间的保护，如LAG（链路聚合）保护和双归属保护，可以实现业务跨不同系统的端到端保护。

2.3 PTN技术承载效率分析

对于以太网和IP业务来说，PTN承载效率明显高于MSTP，因为MSTP需要通过GFP（通用成帧协议）或者LAPS（链路接入规程-SDH）把以太网帧封装到TDM（时分复用）的虚通道中，这个过程会增加封装的开销以及处理的时延；而对E1等TDM业务而言，MSTP的承载效率要高于PTN。

目前电力系统基于IP的数据业务，其流量远远大于TDM业务。因此，随着电力综合数据业务的逐渐发展，采用PTN网络的业务承载效率要明显优于MSTP网络。

2.4 PTN同步时钟技术方案

2.4.1 频率同步

PTN网络承载CES（电路仿真）业务（如E1电路仿真业务）时，需提供业务时钟的透明传送，保证发送端和接收端的业务时钟具有相同的、长期的频率准确度。目前，业界主流的频率同步方法是基于同步以太网接口进行频率同步分配。

同步以太网是一种采用以太网链路码流恢复时钟的技术，在物理层以太网与SDH一样采用串行码流方式传输，接收端必须具备时钟恢复功能，否则无法通信。

2.4.2 时间同步

传统实现网络时间同步的方法有NTP（网络时间协议），与传统授时技术相比，IEEE 1588 v2有明显的优势。其采用双向信道，精度达到ns级，费用低，能适应不同的接入环境等。在对精度要求不断提高的行业背景下，1588已成为一种发展的必然趋势。提供高精度的时间同步（相位同步）是PTN技术的特色之一，PTN设备都支持IEEE 1588 v2协议，通过在分组网络中传送PTP（点到点）时间消息报文，采用一定的算法计算出时间偏差和链路时延并进行修正，从而实现时间的精确同步。

3 PTN在电力通信网的应用分析

3.1 在农网的应用

农村电网以前是由地方政府投资和建设，通信网络相对落后，各种技术和产品使用的种类过多，网络的统一性、完整性和技术演进能力差，省电力公司回收农网之后亟待对农网通信网络进行改造升级或重建。

农网的业务几乎全部为分组业务，因此非常适合PTN建网。使用PTN建设一张电信级的承载网络，既可当作传输网使用，又可当作数据网使用，实现数据网和传输网的融合，与传统传输网与数据网分别建网模式相比减少了网络建设成本和维护成本。农网组网模式如图3所示。

图3 农网组网模式

农网使用PTN组网时可以是环型、链型、相交环、相切环、网状网等网络拓扑，在县调度中心可以部署一台大型或中型PTN设备，在35 kV变电站可以部署中小型PTN设备，线路速率选择1GE即可，自动化装置、保护装置等设备可以直接通过FE接口连接到PTN设备，由PTN设备实现业务的传送和汇聚。

3.2 在地市网的应用

地市PTN网络作为既有MSTP网络的补充，主要用于承载具有突发性的分组业务和少量的TDM业务，MSTP网络主要用于承载TDM业务和少量分组业务，这样可以随着业务IP化的发展实现网络的平滑演进，PTN网络起到承前启后的作用。对于PTN暂时未覆盖到的区域还可以继续使用既有的MSTP提供传输通道，在一段时间内PTN和MSTP将共存，PTN设备完全可以和MSTP设备通过FE/GE/E1/STM-1等UNI（用户-网络接口）互联互通。地市到县的PTN建网模式如图4所示。

城网中MSTP已普及到110 kV变电站，传输速率为622 Mbit/s或2.5 Gbit/s。随着智能电网建设的推进，一批新兴分组业务涌现出来，如配电自动化、用电信息采集、视频监控、电动汽车充放站等业务对系统传输带宽和接入能力有较高要求，现有MSTP网络面临扩容压力。使用PTN组建新的城域传送网，则可满足带宽需求和新业务的快速开通，城网PTN组网模式如图5所示。