STP、PTN、OTN、IP路由技術4種。

3.1 MSTP技術

MSTP是SDH為了適應傳輸以太網數據而在SDH基礎上改進后的傳送平臺標準,主要改進是在接口單元增加了ETH/ATM等業務單元,基礎傳送層主要還是沿用SDH傳輸,基于SDH的MSTP最適合作為網絡邊緣的融合節點支持混合型業務^[6],特別是以TDM業務為主的混合業務。對于2 M固定專線業務,MSTP設備從SDH集成了優秀的承載、調度能力;對于可變帶寬業務,可以直接在MSTP設備上提供端到端透明傳輸^[7]通道,用戶之間絕對隔離。該技術普遍應用于電力系統網絡建設中,具有較低的時延和較高的可靠性,為電力系統的調度自動化、線路保護、視頻、語音等業務提供了安全可靠的信息傳輸保障,多年來網絡已運行穩定。

3.2 PTN技術

MSTP技術以時分復用為交換核心,是基于VC的硬性傳輸管道,導致其對高突發性的IP業務承載存在帶寬利用率不高和承載效率低等問題^[8]。PTN技術是一種以分組業務為核心、面向連接并支持多業務提供的高效傳輸技術,可提供適應IP業務高突發性的軟管道。PTN將數據平面與控制平面分離,降低了數據處理的復雜性,增強了OAM和保護自愈能力。PTN支持TDM業務仿真和傳送,同時支持頻率同步和高精度的時間同步。

電力系統中除線路繼電保護業務仍為TDM電路交換方式外,大量業務應用迅速向分組化、IP化轉換。圖像監控、視頻會議、生產MIS、辦公OA、客服、配用電信息等IP類業務占據了通信網絡帶寬的90%以上。

由于電網業務高帶寬、大容量、IP化的驅動,PTN技術成為國家電網公司“十三五”通信規劃前期重點關注技術領域,目前,公司在山東、河南、河北等9個單位已經試點部署了PTN網絡。其中山東、河北、河南電力的 PTN 網絡規模較大,其他 6 個單位均為小規模試點。PTN采用偽線仿真方式傳送TDM E1業務,其傳輸通道時延取決于收發兩端設備處理時延（1~2 ms）和傳輸距離,中間節點的轉發時延為μs級,可忽略不計^[9]。在現網測試及實際運行中誤碼率滿足業務穩定性要求。但PTN技術通過VLAN進行業務隔離,電力生產業務要求完全物理隔離,因此PTN技術組網在安全性方面有待進一步論證。國家電網公司試點建設的PTN網絡主要用于傳送變電站圖像監控、行政視頻會議、應急指揮、營銷、辦公信息自動化（MIS）、配網用電等數據類業務。目前,各公司PTN網絡運行情況總體
穩定。

3.3 OTN技術

OTN是以波分復用技術為基礎、在光層組織網絡的下一代骨干傳送網。OTN技術繼承了SDH和WDM的雙重優勢^[10],基于ITU-T G.709的OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸^[11],如SDH、ATM、以太網等相對于SDH的VC-12/VC-4的調度顆粒,OTN復用、交叉和配置的顆粒要大很多,OTN定義的電層帶寬顆粒為光通路數據單元(O-DUk,k=0,1,2,3),即ODU0(GE,1000M/S)ODU1(2.5 Gb/s)、ODU2(10 Gb/s)和 ODU3(40 Gb/s),光層的帶寬顆粒為波長,能夠顯著提升高帶寬數據客戶業務的適配能力和傳送效率;強大的開銷和維護管理能力。OTN提供了與SDH類似的開銷管理能力,OTN光通路(OCh)層的OTN幀結構大大增強了該層的數字監視能力;增強了組網和保護能力。OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業務保護功能,如基于ODUk層的光子網連接保護和共享環網保護、基于光層的光通道或復用段保護等。

目前,國家電網公司已建成大容量骨干光傳輸網,大部分省公司也已建成省內大容量骨干光傳輸網,OTN網絡運行穩定,能夠提供多種類型客戶信號的傳送、復用、管理、監控及保護,提供更短的物理封裝,傳送效率更高、帶寬更大、傳送層監管更完善、協議完全透明的傳送管道,為公司調度數據網、數據通信網等承載網絡提供了有力的帶寬保障。

3.4 IP路由技術

IP網絡是由通過路由設備互連起來的IP子網構成,這些路由設備負責在IP子網間尋找路由,并將IP分組轉發到下一個IP子網。目前國家電網公司調度數據網^[12]及數據通信網均采用IP over SDH/OTN技術組網,網絡覆蓋所有電力調度機構和35 kV及以上廠站,用于承載電網生產及管理信息業務。

3.5 對比分析

上述4種承載網技術中MSTP、PTN、OTN屬于傳輸網技術,主要用于提供剛性的點對點或點對多點通道,適用于組建底層骨干傳輸網。從傳輸時延方面看,MSTP、PTN、OTN的傳輸時延均由光纜時延和設備時延2部分構成。計算分析如下。

3.5.1 光纜時延

光纜時延T₁的計算方法為：T₁=L×n/C,式中：L為傳輸距離;n為光纖芯折射率,典型值為1.48;C為光速,C=3×10⁵ km/s^[13]。經測算,每千米光纜時延約為5 μs。

3.5.2 設備時延

1）SDH技術。SDH傳輸系統的設備時延T_s由映射時延T_y（2 M到光口）、去映射時延T_q（光口到2 M）、直通時延T_z（光口到光口）組成^[14]。傳輸設備時延表達式為：T_s=T_y+T_q+N×T_z,其中N為中間節點數量。根據歐洲電信標準協會標準規定參數,T_y及T_q均不大于110 μs,T_z不大于60 μs,在12個通信節點和439 km光纜場景下,T=439×5+110×2+（12-2）×60=2 195+220+600=3 015 μs,從計算結果可知,傳輸時延約3 ms,且標準中的指標一般為最壞值,因此,SDH技術完全能滿足系統保護業務
50 ms實時性要求。

2）PTN技術。PTN承載業務的端到端時延主要包括源端設備分組封裝時延T_f、網絡中間節點交換時延T_z、宿端設備抖動緩存時延T_t、光纜時延組成。傳輸設備時延表達式為：T_s=T_f+T_t+N×T_z,T_f、T_t理論值小于100 μs、T_z只做業務轉發,時延理論值小于50 μs^[5],在12個通信節點和439 km光纜場景下,理論計算T=439×5+100×2+（12-2）×50=
2 195+200+500=2 893 μs。在山東公司進行的現網測試中,相同場景下,通道時延在3 ms左右^[9],與理論計算結果基本一致,因此,PTN技術承載業務的端到端時延滿足系統保護業務50 ms實時性要求。

3）OTN技術。目前電力系統普遍采用OTN電交叉設備,在業務傳輸時需要經過光—電—光的轉換,對于端到端業務將增加累計時延。OTN傳輸系統的設備時延T_s由映射時延T_y（GE到光口）、去映射時延T_q（光口到GE）、直通時延T_z（光口線路板到光口線路板）組成。時延表達式為：T_s=T_y+T_q+N×T_z,其中N為中間節點數量。根據測試業務上下需要大約200μs/次^[15],T_y及T_q均不大于40 μs。在12個通信節點和439 km光纜場景下,理論計算T=439×5+40×2+（12-2）×200=
2 195+80+2 000=4 275 μs。OTN技術主要用于組建大容量骨干層網絡,提供大帶寬通道,組網時通常與SDH或PTN技術相結合。從計算結果可知,設備傳輸時延約3 ms。根據國家電網公司電網現狀,區域內距離一般在3 000 km以內,采用OTN+SDH組網時,通過上述計算結果可知,端到端時延滿足系統保護業務50 ms實時性要求。

從以上分析可知,MSTP、PTN、OTN 3種傳輸網技術組網承載系統保護業務,從時延方面均滿足50 ms要求。且從現網實際承載情況看,3種技術均具備很好的通道穩定性,滿足電網系統保護業務傳輸要求。考慮到PTN技術通過VLAN進行業務隔離,在安全性方面有待進一步論證,因此暫不建議采用其組建承載電網生產控制業務的系統保護通信專網。MSTP、OTN技術在網絡安全、運行維護、時延特性等方面基本類似,可為保護、安控等對時延十分敏感的專線業務提供完全物理隔離的傳輸通道。

IP路由技術屬于數據網技術,其在骨干網絡中需利用傳輸所提供的通道進行組網,通過廣播和尋址方式實現點到點、點到多點的數據通信,適用于多類型IP化業務的綜合承載。

 4 通信技術選擇及組網建議

綜合考慮系統保護業務帶寬、通道時延指標、安全可靠性等因素,建議采用MSTP技術提供專線通道傳輸實時控制信息,采用IP路由器技術組建系統保護專用數據網承載全景狀態感知信息。

區域骨干網應根據系統保護功能架構,當系統保護架構以區域為主體時可按骨干、接入兩層結構設計;當設置國調總站,需要區域協控主站互聯時,通信網可按核心、骨干、接入三層結構設計。近期可采用10 G MSTP技術進行組網,在區域核心層或部分區段帶寬需求預測大于10 G的情況下,建議采用OTN技術進行組網,在OTN網絡中配置SDH設備實現小顆粒業務接入。遠期建設專用數據網承載全景狀態感知信息。

省內負控網可按骨干、接入兩層結構設計,結合實際帶寬需求,建議采用2.5 G/10 G MSTP技術進行組網。

 5 結語

系統保護通信專網建設應結合近遠期系統保護功能實現情況,根據節點設置及業務需求進行帶寬流量測算,帶寬測算結果應為電網發展留有一定余量,在此基礎上選擇適用的通信專網技術體制及組網方案,為系統保護功能的實現提供重要保障。