分组化、高可靠的电力通信多业务承载网

一、引言

随着信息技术的不断发展与成熟和电力的不断进步，整个电力系统的全面信息化越来越迫切。伴随着电力通信网络的不断融合和新业务的涌现，电力通信网络由传统网络向下一代网络演进，其中最主要的就是面向IP业务的承载和传送以及新业务提供。

电力通信网是由电力工业自身的属性和需要所决定，该网络区别于其它公用通信网络的主要特征在于：

1) 电力通信承载电力系统实时控制业务，如继电保护信号、安全自动装置信号、远动信号等，实时性、可靠性和安全性要求很高
2) 电力通信站点的设置密度大，但是总体通信容量小
3) 电力通信路由走向主要沿发电厂和变电站等电力设施，一般偏离大城市。

由此我们可以看出电力通信网建设更多地需要思考：

如何在充分利用现有网络资源的基础上构建电力综合信息网？
如何优化网络结构，增强网络的稳定性、可管理性？
电力综合信息网如何满足新增业务的需求？
如何在满足电力行业生产管理的同时，利用富余资源，向社会开放经营，高起点规划网络，使电力通信成为电力新的经济增长点？

为了配合未来国家电网公司的电网总体规划，满足电力市场改革和电网发展的需要，各地电力公司都在积极构建新的电力通信网络以适应今后业务发展的需求。如何对现有网络进行改造和优化已经成为各电力公司的当务之急。在诸多的可选技术中，电信级以太网技术作为下一代分组化承载网络发展的方向之一，提供了一个具备网络和业务扩展性、运营级网管能力和QoS保障能力的解决方案。

二、现有电力通信网存在的问题和需求

2.1现有电力通信网面临的问题

目前电力系统通信网根据不同的特定业务(如行政通信、调度通信、数据通信等)而设计为数个独立的网络，所以其中的某一个网络往往不能完全适应于其他业务，从而造成各种业务相互联系困难，资源的浪费和维护管理的不便。由于电力系统分布广泛，基层变电站和供电营业所遍及城市和乡村，这个问题显得尤其突出。总体而言，现有的电力通信网面临以下问题：

通信网络整体性能不强
电力通信资源缺乏有效整合，通信网之间缺乏协调和有效衔接
支撑网建设不能很好满足安全运行的需求
业务网应用水平有待进一步提高

2.2 电力通信承载网建设的需求分析

电力通信承载网在为电力系统服务方面需为省局、电厂、变电站及与市局之间提供业务通道的基础服务。电力通信承载网主要承载的业务包括：

 数据业务——包括线路继电保护和电网安全自动装置数据、调度自动化（SCADA）、电能计量系统、变电站综合自动化、电力市场数据和管理信息业务等。
话音业务——包括调度电话、行政电话、会议电话。
视频业务——包括视频会议系统及变电站自动监控系统等。
多媒体业务——信息检索、科学计算和信息处理、电子邮件、web应用、可视图文、多媒体会议、视频点/广播、因特网接入业务和IP电话等话音业务；

通过更加深入地分析，我们可以看出：

在业务需求方面，目前大部分省份的电力通信网络还无法实现管理信息系统横向数据的充分交互，这和目前选用的通信手段很有关系。通过SDH或者ATM作为业务承载层，只能实现点到点的业务实现，面对点到多点、多点到多点的业务需求，实现起来就非常困难。在财务自动化系统内，也同样存在这样的问题。此外，在办公自动化方面还有信息发布、文档查询、公文流转批阅、会议管理、电子邮件以及信息采编等。数据业务的需求已超过了电力通信网络发展的速度，只有承载在分组化宽带网络上，充分利用万兆、千兆、百兆高带宽优势；充分利用MPLS、电信级以太网等先进技术才能更好的承载这些重要业务。

在拓扑结构的选择上，由于电力通信网络光纤电路覆盖面大，节点多且分散，距离长，业务密度集中，电路分期呈链形建设，很难形成网状拓扑，也就无法发挥网状拓扑的多路由可选、可靠性高、生存性强的优势。而链形和星形拓扑虽然符合电力系统通信电路分段建设的特点，但是其可靠性差，瓶颈现象严重成本较高。基于电信级以太网技术的环形网络有多样的环网类型（相交环、相切环、环与链），灵活的组网能力和成熟的自愈技术，更适合电力通信光网络的组网。

综上所述，电力公司需要建设一个可靠安全、高速高效的多业务承载网络，这个网络应该是具备高可靠性、高安全、高宽带、大容量、智能化的分组化网络。

三、电信级以太网解决方案

3.1 电信级以太网技术

基于电信级以太网（Carrier Ethernet）的方案，是指将传统以太网应用到电信网的技术，具备网络和业务扩展性、运营级网管能力和QoS保障能力，从而解决IP/以太网/TDM等多业务的传送问题,并向城域乃至广域延伸，推动网络向分组化转型。

从技术上看，以太网是一种很简单的解决方案，只需要少量的规划、设计和测试工作。应用多年，为用户熟悉，业务指配时间可以减少到几个小时或几天。其次，以太网是标准技术，互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。最后，以太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体接口。从结构上看，以太网正以前所未有的端到端解决方案面目出现，消去了其他解决方案所必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。其次，以太网是具有很好扩展性的解决方案，其速率可以从10Mb/b、100Mb/s、1Gb/s一直扩展到10Gb/s。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上。因此网络管理可以大大简化。此外，由于很多用户已经熟悉了以太网，因此培训工作简化，新业务可以拓展得更快。

以太网接口已经成为事实上的通用业务插座，各类高速以太网接口因经济规模带来的成本优势会加速使用。随着电信级以太网多业务平台在扩展性、业务保护、QoS保障、TDM支持和业务管理等电信级业务特征的持续改进和互操作性的完善，以太网将成为电信网的基础元素。当前正逐步在宽带接入网汇聚层面引入广义的运营级以太技术，提供高可用、高速率的业务汇聚能力和以太网互连业务。可以预计，随着网络中IP/以太网业务量的日益增加以及基于以太网技术的新型解决方案的不断出现，电信级以太网多业务平台在城域网中的应用将会越来越多，电信级以太网多业务技术将成为面向未来的主流解决方案。

3.2烽火网络CESP解决方案

烽火网络基于F-engine M8000系列电信级以太网多业务平台（CESP-Carrier Ethernet Multi-Service Platform）来提供分组化多业务承载解决方案。

F-engine M8000系列电信级以太网多业务平台可以提供大管道的业务承载和电信级(50ms)业务保护功能，具备灵活的业务控制能力和安全性保证，可以基于用户、业务和应用来分配相应带宽和QoS等级。该平台支持数据、语音和视频等多业务的电信级高可靠承载，同时满足客户对网络业务管理和应用的差异化需求。烽火网络电力通信承载网解决方案如下图所示，主要有以下两种应用场景：

各种数据业务的流量汇聚

随着电力各项事业的发展，目前的地市（县）级供电公司信息网在带宽、服务质量、多业务承载、安全性等方面，都难以满足未来的发展需求。CESP能够提供电力信息网的高带宽、低成本解决方案，应用于信息网的流量汇聚节点，提供OA、MIS系统、电力市场和营销系统、语音、视频等业务的综合接入。

多业务网络的综合接入

电力基层调度网和业务网由于经济的原因，在建网的时候大多没有分离。目前将CESP作为原有SDH网络的补充，将原有的SDH接入层仍然保留，作为A平面。为适应业务发展的需要，新建CESP网络作为B平面。新建网络主要完成对原有网络业务分流和新业务的综合接入。

CESP环网可考虑单环架构或千兆接入环跨接万兆汇聚环的分级环网结构。不论何种模式，CESP环网都可以提供快速保护倒换的业务高可靠性。基于环网架构还可以较好支持组播业务，在环路中无需复制多份内容，节省带宽。同时，通过环网汇聚，增大了端口扇出能力，大量节省了业务控制点的光纤资源和光端口资源。

汇聚层可利用CESP电信级以太网多业务平台组成GE环网，从而完成TDM业务、数据业务和视频业务的接入、承载和调度，使网络支持的业务从64k、2M电路到以太网专线可以平滑过渡，保证业务网络和业务的发展。

随着业务的不断增长，后期还可通过下放千兆CESP环网、上拉万兆CESP环网等方式将多业务分组承载网络进一步向地市、县和城域延伸，最终形成提供覆盖完善的多业务分组化大客户承载网。

用户末端覆盖和业务接入方面的实现方式多种多样：既可在业务种类单一时采用光纤连接方案，也可像图中所示的在业务种类复杂时采用N×E1、以太网交换机、路由器、EPON等技术作为末端接入。业务接入点的不确定性，决定了多种网络拓扑形式并存的现状。

采用CESP组建的网络在结构、容量、管理和发展上均以满足大客户业务的开展为基准，提供丰富的业务种类和可定制服务，并构成"业务发展—网络完善—业务发展"的良性循环。

3.3 烽火网络CESP方案的优势特点

烽火网络CESP解决方案在电力通信承载网优化中的技术优势和实用价值主要在于以下几个方面：

采用分组技术，支持TDM仿真，同时提供对数据、语音和视频等多业务的支持。
电信级可靠性设计，分布式故障检测机制，支持拓扑动态学习和更新、故障的隔离、定位和恢复；
支持丰富的拓扑结构，并可基于环网提供电信级50ms的业务保护，同时也保护了用户的利益；
基于灵活的QinQ技术保证不同业务系统间的有效隔离、保证业务系统的安全；
环路中继带宽高，提供从N×GE到10GE的平滑升级和可扩展性；
基于以太网统计复用方式，标准以太网帧封装，兼容性好，组网效率高；
有效保证服务质量，微秒级的转发时延控制，保障实时业务的承载，提供灵活的策略和业务控制能力；

在实际应用中，烽火网络的CESP解决方案具有以下特点：

电信级的高可靠性

电力调度数据网传送电网自动化信息、调度指挥指令、继电保护与安全自动装置控制信息等重要数据，是电力安全稳定运行的神经网络，高可靠是调度网络的首要要求。

CESP设备采用电信级高可靠设备，关键部件如主控板、管理总线、电源、风扇等为冗余备份，提供系统的自动恢复能力，并且主备用部件实现了实时热备份，保证系统恢复的过程中业务运行不中断。另外，业务处理板支持热插拔特性，可实现在线维护和升级。

网络结构也采用高可靠结构设计，环形拓扑结构网络生存性高、运行灵活可靠、高效，可使电力通信网络更加优质健壮。环网自愈技术可在无需人为干预的情况下，在极短时间内从故障中恢复所承载业务。

CESP电信级以太网多业务平台基于ITU-T X.87标准提供环网拓扑下的电信级50ms业务保护。它在以太网的环形拓扑中采用分布式环保护算法，对于故障通告和恢复均采用分布式处理，具有较低的时间和空间复杂度，从而降低了对系统的要求。该平台还能够实现环路之间完全独立，从而确保不会因为某点故障而导致整个网络的瘫痪。因此，采用合理的自愈技术，实现环内自愈、环间互通，将建成高可靠性的、强大的通信网络为电力生产、管理服务。

与骨干网相连时可采用双上联方式，用独立链路分别接入主、备系统，形成链路备份，提供拓扑可靠性。配合链路捆绑技术，在日常还可以负载分担。类似的，厂站节点也采用双归方式就近接入两个CESP节点。

可信的安全保障

电力通信承载网强调系统安全防护，不同业务系统之间必须实现有效的隔离，控制生产类实时业务与非控制生产业务隔离，关键业务系统之间按照需要进行隔离。电力通信承载网必须实行有效的安全分区，进行有效的安全防护和管理。

在业务安全性方面，CESP电信级以太网多业务平台通过对转发数据的分析，针对可疑IP、病毒数据包、广播风暴等攻击进行限制，保证网络的安全和可靠。用户可以根据需要定制过滤规则，可以避免恶意攻击和进行病毒防范。

通过使用灵活的QinQ技术，有效实现业务的区分和隔离。通过两层VLAN标签，实现了最多4K×4K个业务的隔离和区分。当需要进一步区分业务的时侯，CESP电信级以太网多业务平台可根据端口和内层标签的结合信息来加不同的外层VLAN标签，即除了对报文进行简单二次封装外，还规定了选择外层封装的标准。

良好的可扩展性

采用基于以太网的分组化平台，提供高QoS保障的网络。环路带宽可从10M平滑升级至N×10GE；设备多采用模块化设计，可灵活扩展；在拓扑上支持链型、星形和多环的类网状拓扑结构；环网的尺寸、多环拓扑可根据业务需要及时调整。从而在满足当前带宽需求的情况下为未来可预见阶段内的通信增长提供网络保障，同时保护了用户的已有投资和设备的兼容性。

有效保证用户服务质量

电力通信承载网对保护控制信息传送的实时性和准确性具有严格的要求。

CESP电信级以太网多业务平台由于采用分组化内核的平台承载多业务，特别对于占较大比重的数据业务的承载，在带宽利用率、转发效率、时延、组播业务的支持等方面都有较大的优势。CESP可提供业界领先的高转发性能，端到端转发延迟居业界领先水平。配合QOS技术，保证关键业务实时传送。

通过对转发报文的深度分析，可以动态智能地标识业务流，从而为后续的业务控制和QoS调度操作打下基础。 在承载网络中根据业务报文中的QoS标记进行有差别的调度处理。通过多种QoS算法和调度策略，包括RED和WRED等丢弃算法，WFQ和PQ等多种队列调度策略，为不同业务提供不同的带宽保证。

快速的业务生成

CESP电信级以太网多业务平台可以组成千兆/10G的环网，能够提供以太网和64k、RS-232、E1等多种业务接口，可以在多业务分组承载平台上同时提供话音、宽带、VoIP、VPN业务，满足运营商各类大客户的接入需求等。

CESP设备可通过灵活的QinQ方式实现二层VPN业务，也可以透传基于MPLS的二、三层VPN业务。对于VoIP业务可以基于标准的以太网业务接口接入，并配置相应的优先级保证服务质量，同时基于环网的快速保护倒换机制提供业务保护。

通道带宽灵活可调。基于64Kbps的带宽粒度，能够保证在用户需求发生变化时，动态地进行带宽调整。

灵活方便的运营维护与业务管理

设备即插即用，无需复杂配置，便于快速部署。

灵活的升级方式，当部分节点所涉及的业务出现新的功能和带宽需求时，可以只升级局部设备和网络中局部环路带宽，而不影响整个网络的使用，这样极大地减轻了扩容和维护的压力和负担。通过CESP电信级以太网多业务平台的即插即用特性和特色的网管平台，不仅提高了对于网络和业务的管理能力，同时也提高了电力通信网络自身在管理和维护等方面的体验质量（QoE）

四、小结

随着电力事业的不断发展，电力通信所承载的业务已不再是简单的点到点的通信，业务需求越来越呈现出业务类型多样化和业务流向的不确定性的特点。相信下一代电力通信承载网将是基于分组化的的通信网，烽火网络公司的CESP电信级以太网多业务平台作为分组化综合承载的基础，凭借着具有自主知识产权的核心技术，满足了电力通信多业务承载的需求。

烽火网络CESP电信级以太网多业务平台通过语音、视频与数据的融合，为电力企业建成一个基于分组化的通信平台，为日后实现丰富的端到端分组化通信业务打下基础。在继承传统语音、视频业务的同时，可以方便支持新的业务，如电话会议、语音信息、可视通信、统一电话目录服务等，使融合通信成为电力企业进步的驱动力。