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(wǎng)數(shù)據(jù)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(yè)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(wǎng)絡邊緣的融合節(jié)點支持混合型業(yè)務^[6],特別是以TDM業(yè)務為主的混合業(yè)務。對于2 M固定專線業(yè)務,MSTP設備從SDH集成了優(yōu)秀的承載、調度能力;對于可變帶寬業(yè)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(tǒng)網(wǎng)絡建設中,具有較低的時延和較高的可靠性,為電力系統(tǒng)的調度自動化、線路保護、視頻、語音等業(yè)務提供了安全可靠的信息傳輸保障,多年來網(wǎng)絡已運行穩(wěn)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(fā)性的IP業(yè)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(yè)務為核心、面向連接并支持多業(yè)務提供的高效傳輸技術,可提供適應IP業(yè)務高突發(fā)性的軟管道。PTN將數(shù)據(jù)平面與控制平面分離,降低了數(shù)據(jù)處理的復雜性,增強了OAM和保護自愈能力。PTN支持TDM業(yè)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(tǒng)中除線路繼電保護業(yè)務仍為TDM電路交換方式外,大量業(yè)務應用迅速向分組化、IP化轉換。圖像監(jiān)控、視頻會議、生產(chǎn)MIS、辦公OA、客服、配用電信息等IP類業(yè)務占據(jù)了通信網(wǎng)絡帶寬的90%以上。

由于電網(wǎng)業(yè)務高帶寬、大容量、IP化的驅動,PTN技術成為國家電網(wǎng)公司“十三五”通信規(guī)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(jīng)試點部署了PTN網(wǎng)絡。其中山東、河北、河南電力的 PTN 網(wǎng)絡規(guī)模較大,其他 6 個單位均為小規(guī)模試點。PTN采用偽線仿真方式傳送TDM E1業(yè)務,其傳輸通道時延取決于收發(fā)兩端設備處理時延（1~2 ms）和傳輸距離,中間節(jié)點的轉發(fā)時延為μs級,可忽略不計^[9]。在現(xiàn)網(wǎng)測試及實際運行中誤碼率滿足業(yè)務穩(wěn)定性要求。但PTN技術通過VLAN進行業(yè)務隔離,電力生產(chǎn)業(yè)務要求完全物理隔離,因此PTN技術組網(wǎng)在安全性方面有待進一步論證。國家電網(wǎng)公司試點建設的PTN網(wǎng)絡主要用于傳送變電站圖像監(jiān)控、行政視頻會議、應急指揮、營銷、辦公信息自動化（MIS）、配網(wǎng)用電等數(shù)據(jù)類業(yè)務。目前,各公司PTN網(wǎng)絡運行情況總體
穩(wěn)定。

3.3 OTN技術

OTN是以波分復用技術為基礎、在光層組織網(wǎng)絡的下一代骨干傳送網(wǎng)。OTN技術繼承了SDH和WDM的雙重優(yōu)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)客戶業(yè)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(shù)字監(jiān)視能力;增強了組網(wǎng)和保護能力。OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務保護功能,如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護和共享環(huán)網(wǎng)保護、基于光層的光通道或復用段保護等。

目前,國家電網(wǎng)公司已建成大容量骨干光傳輸網(wǎng),大部分省公司也已建成省內(nèi)大容量骨干光傳輸網(wǎng),OTN網(wǎng)絡運行穩(wěn)定,能夠提供多種類型客戶信號的傳送、復用、管理、監(jiān)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(jiān)管更完善、協(xié)議完全透明的傳送管道,為公司調度數(shù)據(jù)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)等承載網(wǎng)絡提供了有力的帶寬保障。

3.4 IP路由技術

IP網(wǎng)絡是由通過路由設備互連起來的IP子網(wǎng)構成,這些路由設備負責在IP子網(wǎng)間尋找路由,并將IP分組轉發(fā)到下一個IP子網(wǎng)。目前國家電網(wǎng)公司調度數(shù)據(jù)網(wǎng)^[12]及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)均采用IP over SDH/OTN技術組網(wǎng),網(wǎng)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(wǎng)生產(chǎn)及管理信息業(yè)務。

3.5 對比分析

上述4種承載網(wǎng)技術中MSTP、PTN、OTN屬于傳輸網(wǎng)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(wǎng)。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(jīng)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(tǒng)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(jié)點數(shù)量。根據(jù)歐洲電信標準協(xié)會標準規(guī)定參數(shù),T_y及T_q均不大于110 μs,T_z不大于60 μs,在12個通信節(jié)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(tǒng)保護業(yè)務
50 ms實時性要求。

2）PTN技術。PTN承載業(yè)務的端到端時延主要包括源端設備分組封裝時延T_f、網(wǎng)絡中間節(jié)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(yè)務轉發(fā),時延理論值小于50 μs^[5],在12個通信節(jié)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(xiàn)網(wǎng)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(yè)務的端到端時延滿足系統(tǒng)保護業(yè)務50 ms實時性要求。

3）OTN技術。目前電力系統(tǒng)普遍采用OTN電交叉設備,在業(yè)務傳輸時需要經(jīng)過光—電—光的轉換,對于端到端業(yè)務將增加累計時延。OTN傳輸系統(tǒng)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(jié)點數(shù)量。根據(jù)測試業(yè)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(jié)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(wǎng)絡,提供大帶寬通道,組網(wǎng)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(jù)國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)現(xiàn)狀,區(qū)域內(nèi)距離一般在3 000 km以內(nèi),采用OTN+SDH組網(wǎng)時,通過上述計算結果可知,端到端時延滿足系統(tǒng)保護業(yè)務50 ms實時性要求。

從以上分析可知,MSTP、PTN、OTN 3種傳輸網(wǎng)技術組網(wǎng)承載系統(tǒng)保護業(yè)務,從時延方面均滿足50 ms要求。且從現(xiàn)網(wǎng)實際承載情況看,3種技術均具備很好的通道穩(wěn)定性,滿足電網(wǎng)系統(tǒng)保護業(yè)務傳輸要求。考慮到PTN技術通過VLAN進行業(yè)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(wǎng)生產(chǎn)控制業(yè)務的系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)。MSTP、OTN技術在網(wǎng)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(yè)務提供完全物理隔離的傳輸通道。

IP路由技術屬于數(shù)據(jù)網(wǎng)技術,其在骨干網(wǎng)絡中需利用傳輸所提供的通道進行組網(wǎng),通過廣播和尋址方式實現(xiàn)點到點、點到多點的數(shù)據(jù)通信,適用于多類型IP化業(yè)務的綜合承載。

 4 通信技術選擇及組網(wǎng)建議

綜合考慮系統(tǒng)保護業(yè)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(tǒng)保護專用數(shù)據(jù)網(wǎng)承載全景狀態(tài)感知信息。

區(qū)域骨干網(wǎng)應根據(jù)系統(tǒng)保護功能架構,當系統(tǒng)保護架構以區(qū)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(qū)域協(xié)控主站互聯(lián)時,通信網(wǎng)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(wǎng),在區(qū)域核心層或部分區(qū)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(wǎng),在OTN網(wǎng)絡中配置SDH設備實現(xiàn)小顆粒業(yè)務接入。遠期建設專用數(shù)據(jù)網(wǎng)承載全景狀態(tài)感知信息。

省內(nèi)負控網(wǎng)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(wǎng)。

 5 結語

系統(tǒng)保護通信專網(wǎng)建設應結合近遠期系統(tǒng)保護功能實現(xiàn)情況,根據(jù)節(jié)點設置及業(yè)務需求進行帶寬流量測算,帶寬測算結果應為電網(wǎng)發(fā)展留有一定余量,在此基礎上選擇適用的通信專網(wǎng)技術體制及組網(wǎng)方案,為系統(tǒng)保護功能的實現(xiàn)提供重要保障。