PTN技术在智能电网中的应用探讨

【摘 要】 2009 年6 月国家电网首次向社会“智能电网”发展规划，随着智能电网建设的逐步推进，电力通信系统也需要逐步向下一代通信网络演进，以满足智能电网建设的新需求。一张安全、可靠、统一、高效的传输网络，是支撑智能电网快速发展的必要条件。本文介绍了PTN技术的产生背景与特点，并与电力通信系统相结合，针对智能电网建设过程中对传输网提出的需求，分析了PTN技术对电力通信系统的适应性。对使用PTN技术建设电力系统分组传送网进行了展望。

【关键词】 智能电网 PTN 分组传送网 电力通信

1 引言

毫无疑问，IP化是当代通信网络的发展趋势之一。目前，电信运营商和各行业用户业务的IP化趋势都已经非常明显。随着IP业务越来越广泛的应用，原有的SDH传输系统逐渐暴露出它对于IP业务传送效率低的缺点，因为SDH技术是为TDM业务而量身打造的一种传输体制。但是相比于数据技术，SDH技术本身所独有的优点还是非常明显的，比如它丰富的开销、强大的OAM能力、端到端的业务配置以及保护等等。那么是否有一种技术既能继承SDH的优点又能提高对数据业务的传送效率和处理能力呢？于是PTN（Packet Transport Network）技术应运而生了。[1]

PTN作为新一代承载网技术，在集成原MSTP优势的基础上，适应业务大带宽、IP化的发展要求，是当前及未来承载网发展的主要趋势。

电力通信业务伴随通信技术的整体快速发展，也提出了很多新的挑战，包括带宽、效率、安全、同步等发展方向。PTN在电力业务承载方面，包括TDM与IP业务承载、隔离度、可靠性、性能保证等方面，均能较好的满足业务承载需求。各电力公司，分别根据各自网络的特点，积极引入新建PTN网络，进行试点及规模部署，PTN的电力业务承载能力进一步得到证实，PTN已成为各电力公司竞相调研试点及规模部署的重要方案。

2 PTN技术的特点

2.1 全业务承载能力

PTN采用通用分组交换内核，不仅提供了对数据业务的适应性，还通过采用端到端伪线仿真（PWE3，Pseudo Wire Emulation Edge―to―Edge）技术提供了对原有电路型服务的后向兼容性，使得在满足数据业务需求的同时，还可以支持传统的电路型业务。PTN提供了适合于IP业务的“柔性”管道，以及适合于TDM业务特性的“刚性”管道，能更好的实现IP及TDM业务的综合承载及业务隔离，提高业务的独立性和安全性。[2]PTN承载TDM 业务时，在源端不做任何的翻译和解释，将TDM业务封装成数据包，经过分组交换网达到目的端，目的端接收到数据包后，将其打开恢复出原始的TDM数据流。

2.2 可靠性

PTN提供完善的保护机制，PTN设备提供设备级保护、网络级保护和接入链路保护。设备级保护包括关键板卡的冗余备份、TPS保护等;网络级保护包括LSP/PW线性保护、环网保护、线性复用段保护、双归属保护;接入链路保护包括链路聚合（LAG）保护、ML-PPP多链路保护、IMA保护等。在继承SDH各种路径保护，环网保护的情况下，创新实现跨节点双归保护，更进一步提高了业务的可靠性，同时严格保证50ms的保护需求。[3]

双归保护，PTN实现了抗节点失效的能力，进一步提高了核心层设备，跨节点主备保护的能力。

2.3 安全性

PTN技术通过LSP和PW标签的隔离来区分业务，这种隔离方式类似于SDH的时隙隔离，具有底层的高隔离度。同时，PTN产品又增加了如协议加密、用户接入认证、数据库加密、防病毒、防DOS攻击等多种提高安全性的功能。最大程度上保障了系统的安全性。PTN技术体制的多层防护体系，层层隔离，防止入侵与泄漏，提供全面的信息安全保密机制，已在电力、金融等高安全系统应用。

2.4 图形化界面网管

PTN技术继承了传统SDH技术的基于图形化界面的网管，并且能够做到于现网传输设备做到统一管理，保持了用户的传输产品运维体验。

2.5 完善的OAM特性

PTN技术继承了SDH技术的层网结构和强大的OAM特性，PTN网络采用纵向分域、横向分层的组网结构，把网络在逻辑上分成了媒质层、段层、隧道层、伪线层。每个层次都有相应的OAM功能。

2.6 时间同步

PTN技术在继承了SDH时钟同步的基础上，通过同步以太网协议和1588V2协议实现了时间同步信息的传送。对于需要时间同步功能的业务系统，采用PTN网络组网就可以在传输层面进行时间同步信息的传送。

3 电力通信业务分析

3.1 电力通信业务

电力行业的通信系统为电力生产和管理各业务提供传输和数据通道，服务于电力一次系统和二次系统，其分类的形式有很多，如下：

（1）按照业务属性划分大致可以分为两大类，即生产业务和管理业务;

（2）按照电力二次系统安全防护管理体系划分，可以划分为I、II、III、Ⅳ四大安全区域业务。

（3）按照业务流类型划分，可以分为语音、数据及多媒体业务;

（4）按照时延划分，可以划分为实时业务和非实时业务;

（5）按照业务分布划分，可以划分为集中型业务、相邻性业务和均匀性业务;

（6）按照用户对象划分，可以分为变电站业务、线路业务和电网公司、供电局等几大类;

其业务特点主要包括：

（1）I/II区业务，为电力生产业务，实时性，可靠性要求高，特别是线路保护业务，要求传输设备端到端时延小于5ms，同时对时延变化，抖动非常敏感。I/II区业务以E1 TDM业务为主，后续有逐步IP化演进的趋势。

（2）III/IV区业务，为管理业务，带宽需要大，以IP业务为主，基本实现已业务的IP化，以FE/GE业务为主。

（3）电力生产业务与管理业务，需要物理隔离，互不影响，防止攻击与入侵。

3.2 电力通信网所面临的挑战

随着智能电网业务开展，以及新技术的不断发展，电力通信网络主要面临以下挑战：

（1）业务的宽带化：随着电网业务，自动化，信息化，可视化，互动化，智能化的发展，业务带宽需求成倍增长，从2M到155M/622M到2.5G/10G，再到40G/100G成为后续的长期发展趋势。

（2）业务的IP化趋势：III/IV区信息管理类业务，已基本实现全IP化，I/II区业务，也开始逐步IP化，业务逐步从以TDM为主，转移为以IP为主。

（3）电力各分区业务差异大：I/II分区生产控制类业务，对安全可靠，时延抖动有明确的要求，业务带宽相对较小，IP化程度相对较低。III/IV分区信息管理类业务，则带宽要求较大，IP化程度高，对时延抖动敏感性相对较低。各分区业务的差异性，需要与之相适应的解决方案。

（4）新技术的冲击：各种新技术的出现，比如PTN，OTN，POTN等，对传统MSTP设备形成冲击，老的MSTP厂家，尤其是国外MSTP厂家，发货量下降，备品备件能力下降，网络运营维护难道加大。

（5）其他特性需求：比如高精度时间同步，超长距离传输，LTE承载，灵活调度，融合智能等新需求出现。

4 PTN应用于电力通信系统的展望

4.1 多业务的统一承载

由于PTN所具备的端到端伪线仿真技术和区分服务机制，对业务的优先级进行分类，保证了在网络的转发节点上高优先级的业务能够得到优先转发，实现针对每一业务流的QoS保证。

例如：对于传统的语音业务，可以采用端到端伪线仿真技术提供支持：对于线路继电保护和安全自动装置数据业务。可以通过设置高优先级和预先分配足够带宽来保证其时延：对于故障录波数据、故障测距等信息，可以通过设置适当优先级和预先分配合理带宽来提供服务：而对于无特殊需求的一般性业务.则只需为其设置较低优先级和适当带宽。

PTN技术在电力行业应用初级阶段，可以用PTN网络承载实时性要求不高的综合信息网业务，不承载时延敏感的保护等调度信息网业务。后续随着运维人员对PTN 技术的熟悉和对PTN网络时延抖动等性能的充分验证后可以考虑把调度网上的业务割接到PTN网络上承载。

4.2 业务隔离

电力业务各分区，要求承载网严格的物理隔离，包括管道级别的隔离，以及网络级别的隔离。

网络级物理隔离，可以采用双平面组网方案，I/II分区的业务与II/IV分区的业务，分别承载在不同的网络平面上，严格物理隔离，各区业务根据各自的特性需求建网，独立发展。

管道级物理隔离，TDM业务为持续的码流，PTN承载TDM业务，采用“刚性管道”，固定带宽，与其他业务严格物流隔离，互不影响。

同时PTN采用类似SDH，多层封装隔离机制，与SDH具备同样的隔离能力。满足电力业务隔离需求。

4.3 通信网络中的位置

由于PTN所能提供的最大速率网络侧接口只有10 GE接口。其优势体现在小颗粒业务的灵活接人、汇聚收敛和统计复用上，若以其组建骨干层以上网络则可能无法满足当前业务带宽高速增长的需求，因此，运营商一般将PTN定位于汇聚层。由PTN组建地市和县级或到变电站的网络，提供全业务的汇聚或接人网络，而由PON组建配电和入户网络，提供密集的多点接入能力。从另一个角度来讲，对于输电网，OTN适合作为骨干层。而PTN可以作为汇聚层和接人层：对于配电网，PTN可以作为骨干层和汇聚层，而用PON作为接入层。当然，如果没有带宽的大容量需要，也可以将PTN作为输电网的骨干层。

5 结语

随着PTN技术的逐渐成熟和设备的规模部署，可以预见，未来电力行业PTN技术将得到越来越广泛的应用。如何利用PTN技术体制的优势，加强PTN试验网建设，研究解决电力通信发展中的问题，利用信息通信技术的发展更好地服务智能电网的建设，将成为未来电力通信网络发展过程中的重要课题之一。

参考文献

[1]龚倩，徐荣，李允博，等.分组传送网[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2]黄晓庆，唐剑峰.PTN：IP分组化传送.北京：北京邮电大学出版社，2009.4.

[3]陈运清.城域网组网技术与业务运营.北京：人民邮电出版社，2009.2.