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下一代网络在电力系统中的应用
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发布时间:2011-01-19 11:09:26  

 

下一代网络(NGN Next Generation Network)是一个建立在IP技术基础上的新型公共电信网络,它能够容纳多种形式的信息,在统一的管理平台下,实现音频、视频、数据信号的传输和管理,提供各种带宽应用和传统电信业务,是一个真正实现宽带/窄带一体化、有线/无线一体化、有源/无源一体化、传输/接入一体化的综合业务网络。近年来,随着通信技术的发展,电力通信网的发展十分迅速。新设备的大量采用表明,通信网的智能化水平在不断提高,功能日益强大,但同时设备的配置、应用也变得越来越复杂。NGN的出现和发展也为今后电力系统通信网络实现技术和业务的转型提供了一个重要的战略机遇和发展空间。

1 电力系统通信网现状

电力系统通信网是专用通信网之一,是电力系统不可缺少的重要组成部分,是电网调度自动化、电网运营市场化和电网管理信息化的基础,是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段。电力通信网主要由传输、交换、终端3大部分组成,其中传输与交换部分组成通信网络。目前电力通信网业务主要有以下3类。

(1)语音业务:包括行政电话、调度电话等,该业务通常由公用电话交换网(PSTN Public Switched Telephone Network)提供,交换方式为电路交换。

(2)数据业务:包括保护、远动、EMSOA、电能量采集系统、电力市场报价系统、电力客服中心等,目前数据业务主要的交换方式为ATM异步传送模式、分组交换等。

(3)视频业务:包括会议电视、图像监控等,采用星形辐射结构,多级MCU(多元控制单元)汇接组网。

在电力系统通信网中,以上3类业务都是通过独立网络实现的,这些分离的网络业务难以实现良好的融合。随着Internet的迅速发展,基于IP的分组交换数据网日益发展壮大,网络业务数据化、网络接入无线化、网络技术IP分组化已经成为通信网演进的趋势,而这样的变化同样表现在电力系统通信网中。从网络发展的角度来看电力系统通信网,可以发现存在以下问题:

1)综合业务提供能力较弱,网络利用率不高,业务接入量低;

2)电力通信网中的设备种类繁多,信息在不同介质的网络间传输时,需要更多的转换环节;

3)各项业务之间的接口和标准难以统一,不同厂家之间的产品也难以互通;

4)网络配置数据复杂,维护人员对网络设备维护困难;

5)各个网络运维成本较高,重复投资。

2 NGN核心技术在电力通信网中的应用

目前,NGN的几类技术,如以软交换为核心的交换技术、以ASON为核心的下一代传送网络、以IPv6为核心的下一代数据网络等已经受到广泛关注。此外,还有作为现有SDH光环网向NGN过渡的MSTP技术。

2.1 软交换技术

基于软交换的网络系统结构如图1所示。

 

由图1可以看出,软交换有接入层、传送层、控制层和业务层4个层次。其中控制层是NGN的核心,它决定用户收到的业务,并能控制低层网络元素对业务流的处理。在该层设备中,一类只提供话音业务,被称为窄带软交换设备;另一类提供多媒体业务的软交换设备,称为宽带软交换设备。软交换技术最主要的特征是采用控制、承载、业务三者分离的层次结构,它把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来,改成通过服务器上的软件来实现。尤其重要的是,软交换采用了开放式应用程序接口,允许在交换机制中灵活引入新业务。业务种类的多样性和组网方式的灵活性是软交换与传统PSTN相比最大的优势。

目前在电力通信网中引入软交换还存在较大的争议,原因主要有以下几点。

(1)电力通信网络的根本目的是服务,所以技术安全、可靠是首要原则,而软交换作为一种新兴技术还没有大规模商用的经验。

(2)目前的电力交换网络以语音业务为主,引入软交换的投资费用比传统的PSTN要高。

(3)软交换与传统电力交换网的汇接问题还有待解决。

(4)依据传送业务的不同,电力行业目前建有2个独立的网络:基于SDH的实时业务调度数据网和基于IP的电力通信数据网络。调度数据网拥有丰富的TDM资源,这对于下一代软交换的应用又是一个考验。

由于以上原因,软交换在电力系统的应用相对缓慢,但其前景比较乐观。国内研究人员建议可以采用如图2所示的方式,通过数字中继实现各公司之间的联网,通过软交换系统增加旁路网关来实现VoIP(宽带电话)的融合,TDMPSTN网作为软交换的备用路由。目前,电力系统带宽的需求在不断增加,运用此方案后,就能把TDM上的语音带宽转移到数据网上,这样就不必对SDH进行高费用的升级和重建,减少了电力系统的运营成本。

 

2.2 ASON

SDH网络采用固定带宽分配,效率低;环网保护机制只能保证单点故障恢复,对多点故障无能为力;环网需预留50%的带宽进行保护。因此,提高带宽利用率、减少光电光再生、支持低于50%带宽预留的保护恢复,成为广大网络用户的需求。近年来,业界提出了ASON的概念,ASONIP网络灵活的控制功能与丰富的光网络资源相结合,为光层提供信令和控制功能,是实现光网络智能化功能的技术支撑平面。

2.2.1 智能光网络体系

智能光网络由3个独立的平面组成,即传送平面、管理平面和控制平面。传送平面为用户信息以及一些控制和网络管理信息提供端到端的双向或单向传送平台。管理平面负责3个平面之间的协调和配合,包括统一网管平台、单独的网络或网元管理系统。控制平面完成呼叫控制和连接控制功能,通过信令建立和释放连接,并在发生故障后,恢复连接。ASON的体系结构如图3所示。

2.2.2 ASON的优点

(1)ASON通过组建格状、星状的Mesh网络,大大提高了网络的生存性。

(2)ASON集合了最新通用多协议标签交换(GMPLSGeneralMulti Protocol Label Switch)协议栈的扩展性和光网络系统先天的大容量、高可靠性的特点。

 

 (3)由于ASONSDH基础上引进了IP的路由技术,因此,ASON既能够提供基于SDH方式的电路倒换保护,也能够提供基于IP路由的路径恢复保护。

(4)E-NNI接口协议提供了一个统一的标准接口,可以为多个厂家设备进行互联互通。

2.2.3 ASON在电力系统的应用

目前电力光纤网络还是以环形网为主,网络健壮性差。不可避免的断纤事故增加了开环次数,使得可靠性下降了50%。对于点对点的光纤继保通道,光缆的断裂会引起继保信息的丢失,直接影响电力线路的安全运行。电力通信网所使用的是静态的SDH环网,即为各接入设备(PCM设备、程控交换机、IP路由器等)提供静态的、高容量的全交叉连接。当网络有扩容需要时,必须耗费大量的人工进行资源配置,而且因网络优化的需要,还要对光网络的结构重新设计,不能实时、动态地改变光网络的逻辑拓扑结构。

就目前业务类型的发展来看,电力通信城域网的数据业务量呈上升势头,与软交换业务相比,ASON网络更适合大容量的数据业务。在一些省会城市,电力通信光网络的范围和规模也比较大,具备ASON组网的条件。考虑到现有ASONSDH网络的关系,在ASON建网初期,现有的SDH网络仍将继续运行,即ASON网和SDH网同时存在。同时由于维护经验不足,考虑到网络的安全问题,部分业务仍需加载到SDH网络上,可选择一定比例加载到2种网络上。

在电力通信光网络的干线层面,传送网的线路资源相对比较充足,多数节点具备了多个(3)光方向,整个网络结构已经形成Mesh状。

在电力通信光网络的城域层面,ASON的设计规划为:在核心层面形成较复杂甚至全Mesh网结构,在汇聚层形成用环结构作为补充的较简单的Mesh网结构,这样可以减少每个站点的出局光纤数量。

2.3 MSTP

基于SDHMSTP技术的优越性在于其能组建自愈的环形网络,MSTP的进一步发展是加载ASON控制平面。MSTP已经融入了众多的二层数据技术,ATM、以太网、RPR以及MPLS都相继成为MSTP的重要功能模块,这几种制式和功能模块之间是优势互补的关系。MSTP尽管具备顽强的生命力,但在“下一代网络”的浪潮中,也会有2种转向: 1)逐步退出传送网络的核心层,在边缘网络中发挥作用; 2)MSTP把数据处理的比重逐渐加大,演化成以分组交换为核心的承载网设备。

3 NGNQoS(服务质量)问题

网络体系结构的演变和宽带技术的发展推动并加快了传统网络向NGN的演进。IP网承载NGN综合应用业务的关键在于Internet网的设计理念与电力通信网设计理念之间存在巨大差异:电力通信网是通信专网,首先要考虑的是安全性问题; Internet是以用户自律为基础的非赢利性网络,网络的运营者既不负责网络的安全,也不负责全网业务的QoS保证。这二者的巨大差异决定了从InternetNGN不会是一个简单的借用过程,在设计上必须要发生质的改变。

综合当前相关国际研究组织对NGN QoS/IPQoS的研究现状,可概括其具有如下特点。

(1)NGN QoSIP QoS相关解决方案,目前多数国际标准组织仅给出了框架性或指导性建议,具体实现与应用方案尚不明确,距离实用尚有一段距离,且各组织间关于NGN QoS的解决方案并不一致,甚至在某些方面存在分歧。

(2)NGN QoS解决方案或IP流量工程多数仍以静态QoS指标配置为主,个别考虑动态配置的方案(Bandwidth Broker方案)其机制又太复杂,对现有网络设备改动要求较大,难以在实际网络中应用。

(3) NGNQoS的研究没有与NGN流量特征的研究结合起来,由于NGN是基于综合业务应用的新型网络,其流量特征必然不同于传统的基于电路交换的PSTN,也不同于以数据业务应用为主的Internet只有将NGN的流量特征与其QoS保证机制结合起来研究,才能使相应的QoS方案更具针对性。

4 NGN在电力系统的前景分析

NGN技术是“十一五”电力通信重大研究课题。结合电力系统的特点和中长期规划,将重点对NGN的网络体系架构、软交换、ASON以及IPv6等技术进行研究,并适时建立电力行业相应的软交换、ASONIPv6标准。伴随通信业务进一步转型和演进,下一代网络将成为未来几年电力通信网建设、优化和提升的方向。

但是,NGN进入电力通信网也是一个渐进的过程,是市场驱动与技术发展相互作用的结果。首先,电力通信专网的特殊性决定电力通信设备选型的基本标准是:技术成熟、高可靠性、实时性强。相比而言,NGN作为一种新技术,其自身的发展方向还未明朗,大规模应用于电力通信网还有待时日。其次,虽然提供多种业务是NGN的一个优势,而电力通信部门已经在数据和视频业务上投入了大量资金,在经济性方面必须进行核算。第三,从运营维护成本来看,NGN融合了交换、数据、接入、传输等多个专业,如果引入NGN势必涉及目前的运营维护体制的调整。

所以,如何处理对现有网络的继承和“十一五”规划中加大建设力度之间的矛盾,如何利用新技术促进电力通信专网的发展,如何降低整体网络的综合成本以及如何保证网络的可持续发展,是“十一五”期间电力通信专网发展面临的问题,也是我们今后努力的方向。

 




 
 

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