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通信系统是建设智能配用电系统的关键技术,通信系统的好坏从很大程度上决定了自动化系统的优劣,配电自动化要借助可靠的通信手段,将控制中心的控制命令下发到各执行机构或远方终端,同时将各远方监控单元(FTU/TTU/DTU)所采集的各种信息上传至控制中心。
以太无源光网络(EPON)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON(无源光网络)技术,光线路终端(OLT)与光网络单元(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件,无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员,因此,可有效节省建设和运营维护成本,尤其适应于配网线路配网结构,具备通信保护能力。目前的电力骨干网络已满足向配网线路延伸的基本条件,EPON技术非常适合于呈带状或链状分布的配网线路,系统建设成本低,易于维护,标准10/100BASE-T RJ-45以太网接口输出至终端,方便应用和扩展,485等接口也方便原有业务终端的接入。
现有电力行业的传输资源和网络基本覆盖了到110kv变电站,各个基本的OLT需要与变电站中的传输设备货已有的数据网设备连接,从而实现各种信息数据的长传。在应用EPON技术建设用电信息采集系统过程中,为避免三层设备全部集中于主站系统造成安全风险,大规模组网情况下需要EPON网络承担分三层功能,分析如下:
1、纯二层网络存在安全隐患
纯二层网络为一个大的广播域系统,配电自动化系统(DMS/DA)主站的网络设备与每一个FTU/TTU/DTU都直接互通,存在广播风暴、ARP攻击等各种安全隐患,对整个网络产生巨大的影响,如消耗设备的CPU资源、抢占上行的链路带宽导致正常业务异常。另外,在二层网络中最令人“谈虎色变”的攻击就是ARP攻击,会造成CPU利用率直线上升,甚至造成CPU满负荷工作,短时间内无法响应外界正常的请求。
在DMS/DA系统组网中解决二层网络广播风暴和ARP攻击的最好办法之一就EPON系统包含三层路由设备,三层设备可以天然隔离广播风暴和ARP攻击,即使网络中发生这些异常时也可以把异常产生的负面影响控制在其相应的VLAN区域内,避免对整网产生影响。
2、纯二层网络的QOS能力很差
采用纯二层组网时从FTU、DTU、、TTU、ONU、OLT一直到DMS/DA主站的网络设备QOS保障能力很弱,在这种情况下无法对来自同一个DTU的多种业务进行区分,无法实现端到端的QOS保证。虽然二层网络中VLAN TAG中带有802.1p优先级的字段,但是多个DTU上来的报文经过ONU、OLT的层层汇聚之后802.1p的几个优先级根本就无法再区分出各自的业务,实现端到端的精细化QOS管理。
3、纯二层网络实现广域网接口部分技术复杂,不便维护
一般网络构架均通过三层路由设备上接SDH传输网络,如果配电自动化通信系统开始规模建设时候也应参考此模式,只有网络规模较小时候可以考虑纯二层设备上联SDH网络。当纯二层组网时,OLT以及主站传输设备E1/STM-1等广域网链路必须使用“桥接”等陈旧并且复杂的二层技术,一一配置VLAN和SDH通道的对应关系,增加网络配置工作量和维护的难度,增加设备的处理压力。
从以上分析,同时结合后续实际运行维护角度考虑,在DMS/DA通信系统考虑分布式三层架构比较合适。
配电子站(OLT)到主站之间的主干通信网络,目前承载的网络有新建光纤、SDH或电力调度网等多种模式,对于现有光纤资源充足或重点考虑未来业务扩展性的情况,主干通信网络采用新建光纤组网方式;对于光纤资源不足同时现有网络可支撑当前业务的情况,配电子站可通过现有的SDH网或电力调度网上联到主站。具体采用配电子站间环形光纤组网,如下图所示:
如图所示,新建光纤网推荐采用三层路由网络,网关部署在配电子站的OLT,以减低对主站路由器的规格和特性要求,两台OLT部署VRRP进行网关备份。此外配电子站间采用环形组网,各子站OLT部署RRPP快速环网保护协议实现OLT间连接的可靠保护。本方案有效避免了主站路由器的规格和特性要求,也保证汇聚层网络的全保护。
A、 XX智能电网用电信息采集系统
某项目用电信息采集系统的用电通信网简图如下:
OLT和ONU为非H3C的大二层的EPON设备,目前共部属了26个OLT设备(每个OLT上有40个PON口),上面的三层交换机为H3C的S7500E,用户是发现OLT不能组成环网及不能作为网关使用,后增加H3C三层交换机S7500E,通过H3C的三层交换机S7500E运行路由协议来成环,且作为接入网关上联主站,才最终解决问题。
B、YY智能电网用电信息采集系统
某项目用电信息采集系统的用电通信网总体设计方案如下:
如上图所示,通信网络架构分为主站核心层、汇聚层和接入层,主站核心层即主站内连接用电信息采集系统的各服务器和变电站的网络;汇聚层即变电站到主站间的网络层,其中包括OLT互联及其上连到主站的汇聚网络;接入层是EPON网络接入部分,其中包括PON光路和ONU设备等。
汇聚层网络,即OLT设备互联及其上联网络;OLT上联网络为变电站到主站的网络通道,一般采用各地市数据通信网。对于有条件的地市,变电站到主站的网络也可采取新建网络,直接采用OLT设备实现独立环网组网,因此只需要考虑光纤资源。通过部署RRPP快速环网保护技术实现OLT设备间200ms的快速故障倒换,此外互联链路带宽还可从GE到多GE再到10GE进行平滑扩展,以满足未来智能配用电业务增长需求。OLT设备启用三层提供网关功能,以降低众多终端对主站路由器的影响,OLT设备还可部署VRRP网关保护协议,实现可靠性组网情况下的网关备份。