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泛在电力物联网背景下OTN网络建设研究

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  摘要:通过对泛在电力物联网的业务特点、业务种类以及业务需求进行分析和研究,论证了四级网OTN平面建设的必要性,针对四级网OTN平面建设方案进行分析和比较,确定四级网OTN平面建设的优化方案,同时为提高业务承载的安全性,对OTN业务承载方式进行了分析和研究。为电力通信OTN网络建设和优化提供可靠依据。
  关键词:泛在电力物联网;电力通信;OTN技术
  中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2019)11-0153-02
  0 引言
  对泛在电力物联网业务和承载方式进行分析和研究,确定OTN是泛在物联网背景下大颗粒业务承载的最佳技术手段[1]。通过对四级OTN网络两种方式进行优缺点对比分析,确定四级OTN网路建设方案,同时针对单平面、单设备OTN网络业务给出安全承载方式。
  1 泛在电力物联网业务及承载分析
  1.1 泛在电力物联网业务分析
  泛在电力物联网對通信系统的承载需求主要分为单站接入、运维监控系统和集中式数据中心等多种[2]。(1)单站接入业务。单站接入业务主要是实现电力系统各个环节万物互联、人机交互,构建合作共赢的能源互联网生态圈,助推能源生产清洁化发展,能源消费再电气化。未来泛在物联网建设需要的数据通道主要有:泛在物联与物联管理中心的数据交互、合作伙伴与对外业务平台的共享服务、合作伙伴与企业平台和物联管理中心的数据接入和汇聚和内外业务与企业中台之间的数据汇聚和数据服务。(2)运维监控系统业务。通过在地市公司、运维班和变电站进行变电运维辅助设备全面监控系统建设,实现变电站辅助设备的监控和视频监控。在变电站内建设辅助设备站端监控系统、视频监控站端系统,在各个地市供电公司部署辅助设备集中监控系统主站和变电信息综合处理系统,在运维班部署辅助设备监控工作站和视频监控工作站。(3)集中式数据中心业务。为实现数据就近应用,挖掘潜在数据价值,实现泛在电力物联网建设“全息感知、泛在连接”的目标,电力公司拟在各个地市供电公司建设区域集中式数据中心,有效支撑各地市供电公司能源互联网综合示范项目。
  随着各类高新技术的发展及网络提速,电力通信数据正呈现指数级的增长,集中式数据中心模式难以满足数据的高速转移和由此产生的流量。泛在电力物联网建设对全业务统一数据中心的连接能力、计算能力和响应能力等提出了更高要求,面对日益增加的数据,需要尽早开展边缘计算架构研究及建设,形成与“国网云”平台结合的边云融合、边缘协作数据计算中心架构模式,提升整体数据处理能力。结合泛在电力物联网建设整体工作方案,2019年4月,经与相关业务部门调研核实,通信专业在支撑坚强智能电网和泛在电力物联网的业务需求主要有50类业务,其中传统业务35类、新增业务15类。通信业务主要分为四种:
  (1)控制类业务:配电自动化、负荷控制等,部分业务时延精度由秒级提高到毫秒级,对时延和可靠性要求更高;(2)采集类业务:用电信息采集、状态监测等,呈现采集频次高、终端数量多、部署范围广和双向互动化的趋势;(3)视频类业务:变电站监控、智能巡检等,趋于高清化,业务颗粒度大幅增加、带宽需求高速增长;(4)办公类业务:OA、ERP等信息化应用,呈现多维化、移动化趋势,业务带宽需求显著增长。
  1.2 泛在电力物联网业务承载分析
  随着国网公司发展方式的转变,国家电网公司“两会”做出全面推进“三型两网”建设,加快打造具有全球竞争力的世界一流能源互联网企业的战略部署,“坚强的智能电网”和“泛在电力物联网”体系正在如火如荼的建设,通信需求将急剧增长,带宽余量消耗很快,至2024年末,全面实现带宽万兆到县、千兆到站所(变电站、供电所),现有的电力通信网带宽将成为电网发展的瓶颈,OTN技术作为电力地市通信网建设已经十分必要。
  电力系统应用业务类型已逐步向IP化发展,除保护、安稳等少数业务仍然采用TDM方式承载外,信息内外网、调度数据网、数据通信网、行政电话、调度电话、视频系统等业务均将以IP方式承载。IP方式承载的业务往往需要较高带宽,业务的颗粒度较大,相对于SDH的VC-12/VC-4的处理颗粒,OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多,高带宽业务的传送效率得到显著提升。
  建设大容量、高可靠的光传输网,将大大增加通信网络容量,增强网络的健壮性和可靠性,为各类业务的承载提供坚强的保障。对于促进坚强智能电网建设和信息化的发展,满足发电、输电、变电、配电、用电和调度的各个环节以及公司建设、运行、生产、营销、管理等领域的通信需要将奠定坚实的物质基础。
  2 四级网OTN平面建设研究
  四级OTN网络可采用两种方式进行建设:三级网OTN平面延伸和新建独立四级网OTN平面建设,两种建设方案分析和对比如下[3]。
  2.1 三级网OTN平面延伸方案
  利用现有三级网设备资源,将三级网覆盖的500kV变电站和地调节点纳入四级网OTN平面建设中,形成三、四级网统一平台的OTN网络。对相应的500kV变电站扩容扩容电子框和光子框,地调原有OTN设备新增OTN电子框和光子框,与本期新增的OTN设备进行组网,具体网络示意图1所示。
  方案优点分析:(1)充分利用三级网设备和网络资源,有利于提高网络的建设能效;(2)统一网管,省市之间和各地市之间的大颗粒业务调度灵活,方便管理;(3)三级网与四级网为统一品牌,方便后期运行和维护。
  方案缺点分析:新增设备受现有厂家设备品牌和设备配置限制。
  2.2 新建独立四级网OTN平面方案
  利用地市公司现有通信资源进行独立组网,形成一张独立的四级网OTN平面,具体网络示意图2所示。
  方案优点分析:(1)不受现有设备品牌限制,设备选择灵活度高;(2)不受现有节点设备配置限制。
  方案缺点分析:(1)需要独立的网管系统,省公司需要建设多个厂家的网管系统,管理复杂;(2)至省公司的业务需要通过三级网和四级网OTN设备业务OTU进行转接,业务调度不灵活。
  2.3 四级网OTN平面业务承载安全分析
  四级网OTN平面主要承载的业务为数据通信网和调度数据网等大颗粒业务,业务流向为地调、备调、县调和重要汇聚站点。为了保证数据网业务的承载安全,四级网OTN平面建设可以分为单平面双设备和单平面单设备两种[4]。
  (1)单平面双设备OTN网络业务承载安全分析。在地调、第二汇聚节点/备调、县调和重要汇聚站点各新增2台OTN设备,组建单平面双设备网络结构。各个站点的数据网设备分别上联至本站点的2台OTN设备上,在地调分别由两台OTN设备传送至地调的2台核心路由器上,在单台OTN设备故障以及检修时确保数据通信网业务的安全。(2)单平面单设备OTN网络业务承载安全分析。在地调、第二汇聚节点/备调、县调和重要汇聚站点各新增1台OTN设备,组建单平面单设备网络结构。各个站点的数据网设备上联至地调的大颗粒业务一条通过本站点的OTN设备上联,另一条通过光缆上联至其他相邻站点的OTN设备进行上联。
  在地调分别通过本期新增的OTN设备和现有三级网OTN设备传送至地调的2台核心路由器上。单平面单设备方式业务承载示意图3所示。
  3 结语
  通过对泛在电力物联网背景下,四级OTN网络的建设模式和业务承载安全性进行深入分析和研究,为OTN技术在电力系统同的应用提供指导性建议。
  参考文献
  [1] 杨东升,王道浩,周博文,等.泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术,2019(02):107-114.
  [2] 林静,林柏.电力物联网建设中的关键技术研究[J].通讯世界,2017(24):185-186.
  [3] 李鹏.电力通信系统中OTN技术的研究与应用[J].信息通信,2017(12):254-255.
  [4] 陈文刚.OTN技术在电力通信网中的应用研究[J].数字技术与应用,2017(11):27-28.
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