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电力通信光传输系统

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vdianwang 发表于 2022-6-3 07:56:26 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
导读

加粗黑体为标准定义,红字为电力专属内容。

导语

全球最重要的三大基础网络设施是:通信(信息)网 、能源网、交通网。

全球能源互联网的技术支撑是:信息通信、大容量储能、特高压电网、清洁发电。

全球能源互联网 = 智能电网 + 特高压电网 + 清洁能源。

智能电网就是电网的智能化,是建立在集成的、高速双向通信网络基础之上的电网2.0,而电力通信网络的核心骨架就是光传输系统。

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讲通光传输很难吗?难也不难!

说ta不难,毕竟为了讲透ta,我也写了超过2w字,引用了40张图了。

说ta难,也就一部2w字的短篇小说而已,逐字逐句读完我写的这篇小故事,你就全明白了。这个故事的名字叫《highway演义》,一部高速公路路权争霸史

什么是电力通信光传输系统?

要搞懂电力通信光传输系统,先要搞懂什么是电力通信,再搞懂什么是光传输系统。

要搞懂什么是电力通信,首先要搞懂什么是通信。

通信,就是把信息原封不动从A搬运到B。

这么听起来貌似通信人员就是货拉拉,只需要把货物(信息)安安全全,完完整整送达目的地就可以了,但肯定不是像烽火狼烟(所以你以为烽火通信为啥要叫烽火)那样,靠人工一节一节传递消息。要致富,先修路啊,高级的通信人员都在修高速公路(光传输主干网、综合数据网、终端通信接入网等)。

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搞懂了通信,电力通信呼之欲出。

电力系统通信网是国家专用通信网之一,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。

一句话总结,电力通信就是给电力系统数据传送修路,老打工人了。

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电力通信光传输系统传哪些业务?

那么修路给谁用呢?也就是我修的高速路到底拉的货(信息)是什么呢?

(1)调度电话、行政电话
(2)电网自动化远动信号
(3)继电保护信号
(4)计算机通信联网
(5)传真
(6)系统运行状态图像信息

随着调度自动化和电网生产管理水平的不断提高,所需传输的信息内容还在不断增加。

电力通信光传输系统有什么特点?

因电力通信网传输的信息大量涉及电力生产、运行和安全,而电力系统事故具有快速性的特点,如果事故不能及时地发现,或发现事故后控制命令不能及时下达,将会造成巨大的损失。所以电力通信网必须稳定、可靠、高效。电力通信网作为一种专用网络,具有以下特点:

(1)高可靠性:即信息传输必须高度可靠、准确,绝不允许出错。

(2)实时性:即信息的传输延时必须很小,生产控制类业务要求时延控制在毫秒级,远高于电信网的时延要求。

(3)连续性:由于电力生产的不间断性,电力系统的许多信息需要长期占用专用信道,长期连续传送。

电力通信是如何一步步发展到光传输的?

要致富,先修路。路的种类(以前电力通信用过:明线、电缆、电力线载波、微波)有很多,那为什么电力通信网最后发展为现在的光传输系统一种呢?以前的电力通信方式不是传送距离短,就是传送容量小,就是造价高。

高速公路,重在高速二字,咱得先把速度搞起来。光在空气中的速度是每秒30万公里,光在光纤(二氧化硅玻璃)中的速度是每秒20万公里,快得一逼,而且油耗又低(光纤损耗0.2db每公里)。

由于电力系统生产的不容间断性和运行状态变化的突然性,要求电力调度通信高度可靠、传输时间十分迅速,因此需要建立与电力系统安全运行相适应的专用通信网,对于在系统运行中具有重要意义的变电站应保证能有互为备用的通信通道。

电力通信网在电网地市级公司的发展如下表所示。

年代
技术
组网
特点
业务
40年代
明线、电缆通信
点对点
距离短、专线
电话
50年代
明线、电缆通信、电子管载波通信
点对点
可用音频转接、中频转接进行延伸
电话
60-80年代
晶体管载波通信、特高频无线通信等
点对点
边远站点用无线方式进行补充
电话、远动
90年代中期
集成电路载波通信、34M微波通信、PDH(准同步数字体系)
点对点、环网
距离远,有初步自愈环
电话、远动、自动化、继电保护
21世纪初
SDH(同步数字体系)
网状网
距离远、速率高、自愈环、N-2保护、支持网管系统
电话、远动、自动化、继电保护、计算机通信联网、视频图像

这个论文级别的表是我跟我的师傅一起画的,可以说是一整部电力通信发展史了。

从四十年代末建国后,一直到现在“十三五”期间,电力通信随着电网一直也在发展,从最初的模拟电路交换一直到现在的SDH、WDM、OTN。传输的速率越来越高,容量越来越大。

电力通信网逐步发展为目前以光纤通信为主,微波通信、载波通信、无线通信、卫星通信等多种通信方式并存,承载业务涉及保护、安控、自动化、语音、数据、视频等多领域。

什么是光纤通信?

光纤通信,是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光纤通信具有通信容量大、通信质量高、抗电磁干扰、抗核辐射、抗化学侵蚀、重量轻、节省有色金属等一系列优点。

光纤通信绝对不是最前沿的通信技术,但是正所谓,适合的才是最好的,你选择了我,我选择了你。

高速公路的材质(光纤种类)也大有不同,根据不同用途进行选择:

G.651 多模 陆缆短距离(多模色散严重)
G.652 单模 陆缆(电力系统最常用)
G.653 单模 不推荐用(非线性)
G.654 单模 海缆

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大家在高速上行驶一定要注意路况:

光功率:能量强弱(光功率是光在单位时间内所做的功)
色散:脉冲拓宽,信号失真色(色度色散CD、偏振模色散PMD)
光信噪比OSNR:信号清晰度(信号与噪声的比例)
非线性:大功率影响,如混频/串扰(所有介质都是非线性的,只是一般情况下非线性特征很小,难以表现出来)

光纤通信系统有哪些重要接口?

路(光纤)已经铺好了,货(信息)也准备好了,那么要怎么才能进入我的高速公路系统(光传输系统)呢?我是不是要给高速公路修一些上下的进出口,根据货的不同(载人的,载货的),我是不是还得开点客车道和货车道。

下高速的进出口我们统称为接口,接口是系统中两个独立的部件进行信息交换的共享边界。接口跟你电脑上的USB接口、RJ-45以太网接口、HDMI高清多媒体接口是一回事,以下为光传输系统常见的客户侧接口:

(1)2M口(位于2M接口板)
(2)RJ-45以太网接口(位于以太网接口板)
(3)光接口(位于光线路板,SC:Square ConnectSor大方头、LC:Lucent Connector小方头)

下ETC(光接口)的时候如果速度太快,我们还需要减震带(光衰减器:固定、机械可调、电可调、SFP(Small Form-factor Pluggable小型可插拔))。

什么是PCM设备?

有些货太小了(101通道的串口信号和行政电话的64k语音信号),不能直接从高速的出入口进入(2M接口或以太网接口),那你还得打包装箱,那你还得实现村村通,得修点路到乡道,解决最后一公里问题。

电力系统采用PCM接入设备,来连接高速和乡道,也就是实现2M信号到64K信号的转换(64k信号和2M信号之间的打包与拆包)。

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PCM设备的原理就是通过抽样、量化、编码的脉冲编码调制将64K的模拟电信号转换成2M的数字电信号。整个过程是模数转换过程,你可以理解为货从乡道(音频线缆)进入了县道(2M同轴电缆),被打包成集装箱(处理后的信息,一般处理为2M信号,也可以处理为以太网信号),最终上高速公路(光传输),实现远距离高速传送。

继保信号如何接入光传输系统?

继电保护信号除了通过专用光纤直连外,要想走高速公路(光传输),也必须转换为电信号,转换的设备叫MUX-2M型继电保护信号数字复接接口装置。该装置安装在变电站通信机房内,与光传输设备放在一起,通过同轴电缆(2M线)与光传输设备的2M出线相连,通过光纤与安装在继保室的光纤电流差动保护或继电保护光纤接口相连。它的作用是实现光(光)电(2M)转换。通过光电转换后,2M信号就可以从光传输设备的2M接口板上高速公路(光传输)了。

什么是接入网?

至此,我们完美解决了在电力系统内,哪些货(信息)要上高速(光传输),集装箱(2M、以太网)怎么上高速(光传输)的问题。接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。可见接入网就是要解决货(客户侧信号,对于电力通信来说,其他电力专业都是客户)如何上高速(光传输)的问题。

什么是SDH?

那么接下来我们仔细研究一下这条高速路就大功告成了。前面都是开胃小菜,下面我们正式进入《highway演义》,一部高速公路路权争霸史。

首先确定一下时分复用(TDM)的概念。TDM就是将一个标准时长(1秒)分成若干段小的时间段(8000段),每一个小时间段(1/8000=125us)传输一路信号,实现在同一个信道上传输多路信号。

怎么理解呢?光路只有一条,我怎么有效利用呢?路权归我,我发车!发车!再发车!我把1秒拆成8000份来用,我1秒钟发出了8000趟车,就问你工作饱不饱合。你以为这就够了吗?这还不够!这还不够卷!要更多的剩余价值除了在时间上卷,我还可以在每一趟车上卷,把货装得满满的,实在箱子都装不下了,我车后面还可以拉箱子,组成车队(155M、622M、2.5G、10G)。谁这么狠啊?SDH!

SDH(Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系),是为不同速率的数字信号的传输提供相应等级的信息结构,包括复用方法和映射方法,以及相关的同步方法组成的一个技术体制。

SDH系统的电路调度就是以TDM为基础的,SDH协议最初是针对语音业务(即固定带宽业务)设计的,主要提供TDM(各种可以间差复用的SDH中的业务,如E1,E3等)接入。

SDH(同步数字体系)是把PDH(准同步数字系列)给干掉了发展起来的,成为了割据一方的大哥,一度统治了传输网,怎么干掉的等我们搞清楚SDH原理之后再讲(SDH和PDH的区别几乎是电力通信问答必考题,稍后我们必须要解决一下),其实区别一眼就可以看得出来对吧,一个是同步,一个是准同步,我们暂且按下不表。

为什么现在的业务都IP化了?

还有一场江湖恩怨在以太网(以太网是目前应用最普遍的局域网技术,取代了其他局域网技术如令牌环、FDDI和ARCNET)ATM(异步传输模式,一种以信元为基础的分组交换和复用技术)之间进行,以太网全面胜利,而且其中又以IP网络协议最为强势,导致后来很多客户侧业务都IP化了(不然你们以为为什么传统电话要变成IP电话),相当于IP网络协议大吼一声,不管你们是啥货(信号),打包物流这一块儿业务,大哥我全都要。

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IP是InternetProtocol(网际互连协议)的缩写,是TCP/IP体系中的网络层协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性:一是解决互联网问题,实现大规模、异构网络的互联互通;二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系,以利于两者的独立发展。根据端到端的设计原则,IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

什么是MSTP?

两位大哥SDH和以太网你看我,我看你,不如我们强强联手,做大做强再创辉煌如何,于是有了MSTP(多业务传送平台),这里埋一个伏笔,在MSTP中SDH还是占主导地位的,以太网只是扮演小弟角色。这也就解释了在目前电力通信应用场景中,2M业务比以太网业务要多得多得多得多。

MSTP是将传统的SDH复用器、数字交叉链接器(DXC)、WDM终端、网络二层交换机和lP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备,即基于SDH技术的多业务传送平台(MSTP),进行统一控制和管理。基于SDH的MSTP技术最适合作为阀络边缘的融合节点支持混合型业务,特别是以TDM业务为主的混合业务。

常见的华为OSN系列设备(110kV站点的OSN2500、220kV站点的OSN3500等)和ECI XDM系列设备(110kV站点的XDM-100、220kV站点的XDM-1000)就是典型的MSTP产品,也就是目前在运的高速公路(光传输),目前在运的我们就要运维啊,那我们必须好好了解一下SDH这位大哥背后的终极奥义。

SDH的底层原理是什么?

这一章节是全文最重要的章节,请你打起十二分精神读,我也尽力用最通俗的比喻来写了,读懂了你甚至可以出去给别人讲了,你也就真正理解掌握了SDH。

前面我们已经讲过了,SDH发车频率是固定不变的,路又只有一条,货那么多,要卷只能在车型上面去卷。你了解SDH那么你一定听过STM,那么STM到底是什么鬼?STM-Synchronous Transfer Module,同步传输模块(既然是模块,我们可以理解为一个车),已知STM-1=155.52Mb/s,STM-N=STM-1*N=155.52Mb/s*N(这里埋个伏笔,后面有具体计算)。

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要上高速了,好激动啊,我们再回顾一下,哪些货物(信息)可以上这趟高速(MSTP)。有PDH、FDDI、ATM、IP等,新的大哥(MSTP)真的还是蛮包容的嘛,正所谓有容乃大。

这么多货物怎么上高速啊,这个时候通信的角色就从修路人转变为了快递员。要把这些货物一层一层打包,一层一层打包,一层一层打包,再发车,发车,发车,再一层一层解包,一层一层解包,一层一层解包。这些货物(信息)不就从A送到B了吗?

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以我们我们最熟悉的E1(2M)为例。

一路话音信号的速率为64kbit/S,将30路话音信号加上两路64kbit/S信号(同步和信令,位于时隙0和时隙15,用于传输控制信令用)就合成了一路E1信号,它的速率为64kbit/S*32=2Mbps。

我们把E1看作一件货物,首先SDH提供一个叫做C12的箱子,这个箱子尺寸(速率)略大于E1,E1装入C12时要塞一些泡沫固定(码速调整)。

C12贴上标签(通道开销)之后形成了带标签的箱子(VC12)。VC12被绳子绑在了固定的位置(指针定位)之后形成TU12。

3个TU12组合在一起(复用)形成了TUG2,7个TUG-2组合在一起(复用)形成了TUG3,3个TUG3又组合(复用)在一起装在了一个叫做C4的大的箱子里。

C4贴上标签(通道开销)后形成VC4。VC4被绳子固定(指针定位)后形成AU4。

AU4加上标签(段开销)后形成集装箱并装入一辆标准车(STM-1 为速率155.520Mbps 的同步传输模块,是SDH信号的最基本模块)中。几个标准车(STM-1,第1级同步传输模块)还可以组成车队(STM-N,第N级同步传输模块)就可以上路运输了。

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我们可以看到E1从VC12到VC4经历了X3、X7、X3的过程,STM-1所容纳的就是63路E1(E1*3*7*3)的信号。其他速率就是STM-1*N,E1*3*7*3*N路的E1容量。

SDH有五种标准容器,分别是C-11、C-12、C-2、C-3、C-4。这些C容器对应的是不同大中小规格的包装箱,包装箱之间怎么装,怎么拼凑,装多少也好,这就是复用的问题,最后也是全部放在VC4里,装到STM-1标准货车上。如果STM-1容量不够,可以组成车队STM-N之后再上路运输,STM-1到STM-N还是一个复用的过程。

因为箱子是一层套一层的,货车每到一个地点把所有的箱子卸下来,全部打开找到相应标签的箱子派送出去,然后又把其他箱子重新一层一层装回去继续下一站,那这是多麻烦的事情啊。所以SDH有一个非常重要的功能,那就是交叉(传输设备的交叉板、交叉主控板,熟悉的陌生人有木有),它能对车队STM-N里的所有VC4、VC12等箱子进行调度,找到本站所需要的箱子,进行派送。

SDH的交叉分为高阶交叉和低阶交叉。高阶交叉对应的颗粒是VC4(155M的大箱子),低阶交叉对应的颗粒是VC12(2M的小箱子)。

一个站点需要将多少个箱子搬来搬去,这是对交叉能力的需求。交叉能力一般有两种表示方法,一种是多少个VC,一种是多少个Gbit/S,两者之间可以换算, 比如128*VC4换算过来就是128*155M,大约就是20Gbit/S。

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开始头疼了对不对,那么我们再回顾一下,整个过程就理解为快递打包过程就完事儿了。

其打包过程(复用过程)无非就是装箱(码速调整)、贴标签(通道开销)、绑定位置(指针定位)、组合(复用)、加车头(段开销)。

还是不太直观对不对,那么我们直接把车队(STM-N)给拆了,看看它到底装了啥(帧结构)。

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来解决前面的伏笔,知道了车队(STM-N)内部的构造(帧结构),我们就很容易算出STM-1(此时N=1)这个标准车的速率。

SDH 的帧传输时按由左到右,由上到下的顺序排成串型码流依次传输,每帧传输时间为125us,每秒传输8000 帧,对于STM-1而言每帧字节为:8 比特/字节×(9×270×1)字节=19440比特,则STM-1的传输速率为19440×8000= 155.520Mbit/s。

同理,STM-4=622M,STM-16=2.5G,STM-64=10G

言归正传。

净荷:用于存放各种货物(业务信息)。

POH(通道开销):在C容器上贴的标签,形成VC虚容器,以便网管能够对VC通道进行监控,知道这箱货物有没有丢失或者出错。

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指针(AUPTR):用作固定,指针就是用来告诉接收端,这个箱子在运输过程中因为抖振动稍微偏移了多少。

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段开销(MSOH):分为复用段开销(MSOH)、再生段开销(RSOH)。复用段开销(MSOH)是对货车STM-N中的每一个标准车STM-1信号进行监控;再生段开销(RSOH)是对车队STM-N整体信号进行监控。

RSOH、MSOH、POH组成SDH从宏观层面到微观层面对整个车队的层层细化监控体系。

如何,都把SDH掏心窝子了,没什么不懂的了吧。讲到这里,不经感慨,SDH大哥你队伍带得挺好啊。

我们再理一遍。货物(信息)在A站上高速(光传输)后通过一层一层的集装箱(SDH的容器)打包,装到标准货车(STM-1)上,如果装不下,那就组成车队(STM-N),再利用时分复用,一秒发8000趟车(车队),走你,通过光缆到了B站,反向操作来一套,跟拆快递是一样一样的,最后货物(信息)成功到达B站,交付给客户(在电力场景中就是通信专业把站端继保专业的数据给了局端自动化专业)。

最后来个SDH网络做一个高能的总结。

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这张神图必须要再来一遍。

把SDH理解成沿着环形高速路运行的车队(先不考虑保护),假设成都、重庆、西安之间用STM-16(2.5G)组成SDH环网。

成都的郊县用STM-4(622M)组成环网,作为成都STM-16网元的子网,以此类推,STM-4(622M)环网下面再有STM-1(155M)组成的子网。

这个STM-1组成的环网,跑的就是我们的标准货车,里面有3个集装箱(TUG3),每个集装箱里有7个大箱子(TUG2),每个大箱子又有3个小箱子(VC12)。标准车车箱就是VC4,小箱子就是VC12。

车队沿着环型高速路不停运行,每到一站,车站就根据网管配置的业务,打开小箱子,把VC12里的信息取出,或者放进2M,占用的是一个STM-1中的VC12时隙,一个VC4有63个VC12时隙。

SDH采样二纤双向复用段保护环组网,一个很大的优点是采用自愈混合环形网结构。

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SDH有抗单次故障能力,采样双向复用保护环。一个通道出现故障,可以从另外一条保护通道进行传输。环形组网的自愈能力是SDH的一个很重要的特点。

SDH和PDH的区别到底是啥?

我们终于可以来解决那道经典的问答题了,SDH和PDH的区别是啥?

PDH,准同步数字系列,标准有两种,即欧洲的E系列和美国的T系列标准。中国采用E系列,以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速率。在PDH方式中复用为群路信号的各支路信号的时钟频率有一定的偏差,复用时,为实现同步需在各支路信号中插入一定数量的脉冲。

PCM脉冲调制,对模拟信号采样,8000个样值每S,每个样值8bit,所以一个话路的速率为64kbps。E1有32个时隙,TS0用来同步,TS16用来传送信令,其中30路用来传话音信号的,32个话路的速率为2.048Mbps,即PCM基群,也叫一次群。四个一次群复用为一个二次群,四个二次群复用为一个三次群,依次类推。E1=2.048、E2=8.448、E3=34.368Mbps......

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PDH的缺点有:
(1)没有世界性统一的标准,国际互通困难,阻碍世界一体化发展(欧洲、北美和日本的速率标准不同)。
(2)没有世界性统一的标准光接口规范,设备横向兼容困难(各厂商自行开发的专用光接口在光路上互通时,需要光/电转换器转换成G.703的标准电接口才能互通,缺乏联网灵活性,增加了成本)
(3)准同步复用方式,异步复接(需逐级复用解复用),上下电路不方便,成本高,结构复杂,硬件数量大,也缺乏灵活性(每一个PDH标准中,高次群与低次群的速率之间不是严格的倍数关系,这是因为在将低次群复用成高次群时,加入了一些系统开销,用以表示低次群在高次群中的位置。由于速率不匹配和时钟调整困难等原因,PDH的群无法越级解复用。除几个低速率级信号采用同步复用外,其它高速率级均采用准同步复用,通常采用码速调整技术,即靠塞入一些额外比特,使各支路信号复用成高速信号与复用设备同步,因此很难以从高速信号中提取低速信号,必须经过逐级解复用,既不经济又不灵活)
(4)网络运行、维护和管理能力差,建立集中式电信管理网困难(从PDH群各次群的形成过程可以看出,在一次群的32个时隙中,只有一个时隙用于传输信令;在将低次群复用成高次群的过程中,虽然系统加入了一些开销,但这些开销主要用于解复用,并非用于传输系统指令。因此,在PDH技术体系中,没有安排很多的用于网路运行、管理、维护(OAM)的比特,无法通过发送/接收指令的方式检测系统运行情况,网络管理能力弱,系统发生故障时,自动修复的能力很弱)
(5)兼容性差(PDH网建立在点到点传输基础上,数字信道利用率低,需要多次转接,无法提供最佳传输路由,也难以满足不断出现的各种新业务)

SDH把PDH的缺点全克服了,可以这样理解,PDH是一辆非常死板缺乏灵活性的老爷油车,SDH是全新的具有智能驾驶体验的电动车。

SDH的优点有:
(1)SDH标准世界统一(油车吃各种油,电车统一标准后接入车联网)
(2)SDH网内可用一个标准化的光接口代替大量电接口,增加了网络灵活性和可靠性,降低了成本(标准的蓄电池接口和充电接口,节约成本杠杠的)
(3)SDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构可使高速信号一次直接分出低速支路信号(电车未来模块化组装,拆装灵活,跟小时候玩的四驱车似的)
(4)SDH帧结构中安排有丰富的OAM 开销比特,约占信号的5 % ,使网络OAM 能力大大加强,并能实现自愈环形网结构(我能自动无人驾驶我牛逼呗)
(5)SDH网与现有PDH网络能完全兼容,即可以兼容现有PDH的各种速率(未来我看谁还买油车)
(6)SDH的网管更牛逼,配置更灵活,调度更方便(就问你油车能上网吗?)

这道简答题我们就此终结。你就按照我这个答,没有哪个老师敢扣你一分。

MSTP有什么样的瓶颈?

让我们回到MSTP故事继续讲。

MSTP(目前统治着电力通信的一个小团体)=SDH(大哥)+以太网(小弟)+ATM(小弟), 也就是在SDH的用户侧增加了以太网接口或ATM接口,实现IP化接口。IPover SDH (光同步传输模式上传送IP)。MSTP的核心仍然是SDH,在SDH的基础上进行了改进。

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MSTP这个路霸虽然在一段时间内垄断了高速公路,但是好日子马上就要到头了,随着移动互联网时代的到来,货(信息)只会越来越多,迟早是要超载的。以前一个STM-1(1*155M)的标准货车可以拉好几千人的货(供应几千人打电话),现在客户除了要打电话,还要上网(货量极具增加),客户日益增长的货量同落后的高速运载能力(STM-N,现在N撑死了能到256,STM-256=40G)之间的矛盾,成为了当前的主要矛盾。我摊牌了,装货的箱子(VC4)用完了(带宽遇到瓶颈)。

SDH这个大哥,他骨子里还是TDM,也就是时分复用,也就是时间管理和空间管理大师,大喊着发车发车发车,不断捣鼓车队的那一位,他致命的缺陷就是刚性管道(路就一条,把路给走死了,大哥狭隘了)。

什么是刚性管道

SDH这个大哥,手握一条路,从来不分享路权,就算没有货和人可以拉,我就算空跑都可以,这个条路批给我跑了,那就是我的,你其他货(信息)想走我的道,门儿都没有,爱谁谁,大哥毕竟是大哥,就是刚,一点回旋的余地都没有。

来,假设我STM-1这个标准车只能拉一个客人,那么我的效率就是1个人(STM-1=155M),装不下了怎么办,大哥有车队啊,你如果来64个人,那么我的车队(STM-64=10G)一样可以拉,目前我的效率是64个人,这叫环速率

那万一来65个人怎么办,对不起,大哥(SDH)我无能为力了,这种低效的运客方式就叫刚性管道

大哥也急啊,找来几个臭皮匠(其实是裨将,也就是副将,三个臭皮匠可一辈子也干不过诸葛亮)合计一下。

三个副将针对刚性管道问题提出了三种优化方案:

第一种方案:大哥,一条路堵住了,我们多修路不就完了(多修光缆,多建光路,因为你一条光路已经从155M升级到了10G都还是容量不够了)

大哥大腿一拍:瞎胡闹,钱你出啊,不花时间修啊。

第二种方案:大哥,咱们车队的规模再往上整整呗,咱不差钱儿。

大哥大腿一拍:滚犊子,你去让特斯拉给我整这么大规模的车队去?高速公路不限高的吗?

第三种方案:大哥,咱不能吃独食,在数字时代,咱们要调整战略啊,咱们要《价值共生》,要从竞争逻辑转向共生逻辑。

大哥(SDH):说人话!

答曰:把路权让出来,把高速路划分成几个车道(波道),多个车队共享路权。

大哥(SDH):准了。21世纪什么最贵,人才!去办吧。

你猜怎么着,波分诞生了。

什么是波分复用?

波分,顾名思义,波分复用,WDM。

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一路信号光=一个单车道
WDM波分复用=多车道
WDM就是将多个车道(波道)的车辆(信号)放到同一条道路(光纤)中进行传送,实现了低成本超长距离传输,路由器最远传输距离有限(GE/10GE:80km、100GE:40km),IP设备、SDH设备同样面临传送距离和光纤资源有限的问题,但WDM不会有这个困扰,并具有以下特点:
(1)超大容量传输
(2)节约光纤资源
(3)各信道透明传输,平滑升级、扩容
(4)利用EDFA(掺铒光纤放大器)实现超长距离传输
(5)提高系统的可靠性(光电器件)
(6)可组成全光网络
以前SDH跑不远啊,跑累了就要进站休息,换辆车接着跑(SDH光路光缆长度通常在80km以下,没到80km之前就进SDH站点了,而变电站之间的距离一般也不会超过80km,这样一看SDH确实挺适合电网的,唯一的问题是不能无限扩容,而且设备厂商也在不断推进设备升级,以后SDH就变成了升级后的波分设备的一部分板卡和功能,这一下没忍住,扯得有点远)。
WDM跑得远啊,中间跑不动了(光功率越来越低,信噪比越来越小)怎么办,进加油站(光放站,直接放大光信号,但是会带来更多的噪声)加油,进休息区(中继站,将信号进行再生放大,彻底干掉噪声)吃饱饭精精神神接着跑。

于是乎,高速公路现在的格局变成了这样。
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高速公路:光缆光纤主信道

巡逻车:OSC光监控信号(光监控信道不会对主信道造成影响)

加油站:光放站(OLA)、中继站(REG)

灰色车辆:不同的客户侧业务信号,又称灰光、白光,中心波长=850nm(损耗大)、1310nm、1550nm(衰耗小)

彩色车辆:不同通道(波长)内的承载业务,又称彩光,特定波长的光,通过OTU光转换单元接入灰光信号进行波长的转换变彩光,具有3R功能(整形、定时、再生)。通过合分波单元(40波、80波)进行合分波处理。

车道:光的波长

这盛世终于如你我所愿,来给大家展示一下彩虹大道。

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光的波长不同,在光纤中的传输损耗就不同。为了尽可能减少损耗,保证传输效果,需要找寻到最为适合传输的波长。经过长时间摸索和测试,1260nm~1625nm波长范围的光,由色散导致的信号失真最小,损耗最低,最适合在光纤中传输。

C波段的波长范围为:1530纳米-1565纳米,一般称之为“常规波长”
L波段的波长范围为:1565纳米-1625纳米,一般称之为“长波长”

波段选择相当于选择高速公路的路面材质,肯定是衰耗越小越好,如丝般顺滑,我们常选择C波段。

这里又根据车道间隔大小,分为两类:

车道间隔为20nm的,为稀疏波分,又称粗波分(CWDM)。车道间隔小于等于0.8nm的,为密集波分(DWDM)。

车站(WDM站点)的类型根据彩色车辆(业务)的上下逻辑又分为:

端站(OTM):全上全下
OADM站:部分上下(不上下的业务做穿通,WDM的OADM为FOADM(特定波长从固定端口上下))

知道了这些,我们画一些WDM的高速路设计图纸(组网拓扑)就毫无压力了。

点到点(OTM-80km-OLA-OTM)
链状(OTM-OLA/REG(OADM)-OLA/REG(OADM)-OTM)

WDM得到了大哥的赏识,现在的WDM不仅在城市主干道(城域波分:城域接入、城域汇聚、城域核心)里使用,还在跨市、跨省、跨国、跨海道路上(长途波分)使用。

WDM的具体工作方式是各种类型的货物(业务信号)都被装载到一辆辆汽车中,汽车按照预先分配的车道(波道)行驶。中间汽车需要加油我们还设置了加油站(光放站OLA)。司机需要吃饭休息补充恢复体力(这里实在是编不下去了,如果硬要合理编,我们可以这样理解,我们拉的货全是苹果,苹果在路上混了不干净的东西生了虫(产生了噪音),再不处理苹果就只剩渣了,必须停下来,把苹果卸下来,把虫全部处理干净,再装车,再出发),我们为他们设置临时休息区(中继站)。当然我们还是离不开智能交警系统的支持(光监控OSC或电监控ESC)。

随着人们运货需求的不断增加,车道数也由刚开始的16或32一下子扩充到40、80、160,目前施工水平(制造工艺)已经突破了200个车道(波道)。

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波分复用有什么样的瓶颈?

单纯的WDM只是跟TDM换了一下套路,一个是在卷时间(纵向内卷),一个是在卷光的波长(横向内卷),本身还是问题多多的。

(1)交通管理消息传递不畅(OAM缺乏,OAM是操作、管理、维护)

WDM的初衷就是为了解决带宽不够的问题,没有考虑到带宽提高后,管理也要跟上的问题。现在最大的问题是车多了,如何对每一辆车的状态做到了如指掌,交警(OSC)感到力不从心。

SDH老大哥笑道:我们车队都有统一的管理机构,每一辆车上都有司机和售票员,分工明确,还用实时视频监控(在线监测),大哥我时刻都能了解车队及每一辆车的运行状况,WDM,你还差得太远呢(まだまだです:You still have lots more to work on)。

(2)调度不够灵活

WDM在设计之初就有一个严重缺陷:比如一个货物要从成都运到重庆,预先分配的车道是10车道(第10波),那么从成都到重庆全程都是第10车道,不能更改,除非你经过了好几个高速段(光再生段),如成都-内江、内江-重庆,那么你在内江站可以有一次更换车道的机会,而且这种更换车道的代价是为你这次的行为专门修一条小路(布放光纤)。

SDH老大哥笑道:我们遇到类似的情况时,就在内江修一个大的调度中心(SDH站点),所有问题都解决了。(这里还真不是瞎比喻,内江因为地处成都和重庆的正中心,处于交通枢纽地位,新建的内江综合客运中心站将与高铁内江北站整合形成一个集公路客运、高速铁路、城市公交、出租车以及社会车辆等于一体的城市综合性交通枢纽,实现多种交通形式的“零换乘”。你们再仔细体会一下,就会发现,每个变电站内的光传输设备扮演的角色就是那个实现“零换乘”的交通枢纽站)

(3)容易堵死(保护不完善)

在城市主干道或省际快速道路上,为了提高效率,在高速设计时就考虑到与普通道路的区别,只设置几个很少的出口,其它是全封闭的。

这样带来的后果是一旦发生拥堵或交通事故,乘客就会闹得不可开交(业务中断)。

想想我们SDH的货车司机,一看到前面堵车,果断抄小路。可能会有几个货物不能在目的地下货(少量业务中断),但是绝大部分货物都能顺利送达。究其原因,就是有大量可用迂回路由,再加上灵活的调度。

交通运输局(ITU-T:国际电信联盟电信标准分局)看到问题所在,从以下几个方面进行改革:

(1)为所有上路车辆增加监控设备以及必要的安全管理员(增加OAM开销
(2)在交通枢纽节点增设调度枢纽(增加业务调度(车道间调度【光层调度】和货物间调度【电层调度】
(3)依托调度枢纽,加上在道路上预留一部分车道或一部分车辆,为所有车辆提供完善的保障(完善保护机制

SDH大哥笑道:这也叫改革,我们一直都是这样做的,就是容量没你大,距离没你远而已。

WDM回应道:调度管理这方面确实还是老大哥你拿捏得到位些,小弟我自愧不如,小弟我先来自我检讨一下:

(1)映射/解映射,时延高
(2)两次支路路径,成本高
(3)人工现场调接,X小时
(4)业务恢复后调波带来二次中断
(5)支线路强绑定,带宽效率低

什么是OTN?

合作共赢才是唯一道路,这是一次历史级别的握手,优势完美互补,OTN,一套全新的模式,一段全新的历史诞生了,那就是NG WDM(Next Generation,下一代的波分),对应的产品是OptiX NG WDM系列产品,变电站最常用的产品是OSN 1800V(V=5型),因为我们的站点处在离用户最近的地方,使命是让客户的信息进入高速公路(OTN光网络),所以OSN 1800V处在OTN骨干网络的最底层,也就是OTN网络的接入层,OSN 1800V典型应用场景是:

“乡-县”长距离传送
大容量回传中心站
城域大带宽传送
大客户专线

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OTN在WDM基础上为了增加SDH调度特性做了三大最重要的升级:

首先,OADM站点可以由FOADM站点升级为ROADM高速公路超级枢纽站点。

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Colorless类型枢纽站(Colorless场景下,上下波端口对波长不敏感,每个端口可以上下任意波长)

车流少,不设置专用车道,都走普通车通道

Drectioned类型枢纽站(Drectioned场景下,从AMx和DMx端口上下的本地业务只能通过IN/OUT口传送到唯一方向)

单一方向的枢纽站

Drectioneless(Drectioneless场景下,从IN/OUT端口上下的本地业务可以通过AM1/DM1-AMx/DMx口传送到任意方向)

大的换乘站

Contentionless

大的换乘站,有多个不同类型车辆的出入口

Flexible Grid

大车走大车道,小车走小车道

最牛的枢纽站为:CDCG ROADM(多维度可重构分插复用器)

C:任意端口可上下任意波长
D:任意波长可以去任意方向
C:来自任意方向的波长可以在任意端口上下,保护相同波长
G:波道间隔可调谐

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其次,引入最新的自动驾驶技术,ASON(Automatically Switched Optical Network)自动交换光网络,相当于智能交通导航,让光传送网(OTN)具备自动倒换控制的大脑。ASON支持多路由策略,支持优化、预置、恢复。丰富恢复策略构筑ASON网络业务强自愈能力。

建设ASON网络给高速公路集团(运营商)带来巨大的价值。
(1)加速网络演进
(2)ASON网络更可靠,抗多次断纤
(3)简化网络运维,降低OPEX(运营成本)

最后(Last but not least)

WDM的OTU是传统收发合一的OTU,OTN将OTU拆分成为线路侧和支路侧,中间增加电层交换单元,这样带来的好处是业务侧保持大颗粒和大的交叉粒度,还实现了业务的解耦,避免统一的交叉粒度。

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(1)面向未来,保护客户投资,新增业务,只需增加支路板(因为WDM的OTU是传统收发合一的OTU,新增业务需要增加新的OTU单板)。
(2)200G时代,OTN汇聚更节约波长及成本,通过OTN交叉,所有业务都可以享用200G大管道,节约波长,提升系统容量。
(3)OTN线卡可以支持电层ASON,实现自波长级别的保护。
(4)OTN(M客户业务+N线路类型)比传统WDM备件数量(M客户业务*N线路类型)少。

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概括一下OTN这个新的大哥的特点:

SDH的基础是TDM,OTN的基础是WDM。WDM完美解决了TDM的劣根性,可以无限扩展车道。OTN为了解决WDM的缺陷,又融入了SDH的一些优点,如丰富的OAM开销(操作、管理、维护)、灵活的业务调度、完善的保护方式等。

OTN对业务的调度分为:光层调度和电层调度。
光层调度可以理解为是WDM的范畴,电层调度可以理解为SDH的范畴。

所以简单的说:OTN=WDM+SDH

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复杂来说:OTN(optical transport network,光传送网),是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网,是下一代的骨干传送网

OTN将SDH 强大完善的OAM&P(O是操作、A是管理、M是维护,P是供应,强大的OAM&P能力实现了网络管理的智能化)理念和功能移植到了WDM 光网络中,有效地弥补了现有WDM 系统在性能监控和维护管理方面的不足。OTN 技术可以支持客户信号的透明传送、高带宽的复用交换和配置(最小交叉颗粒为ODU1,约为2.5 Gbit/s),具有强大的开销支持能力,提供强大的OAM 功能,支持多层嵌套的串联连接监视(TCM) 功能、具有前向纠错(FEC)支持能力。超大容量、超大带宽、统一传送、易管理。

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OTN和SDH有何本质不同?

OTN的电层调度工作方式与SDH还是有些不同的地方。

回顾一下老大哥SDH的特点:
(1)发车,发车,发车,但发车频率是统一的,1秒发车8000次,制度规定,无法更改(沿袭PDH制度)。
(2)通过组成车队(STM-N)来提高容量,高容量的车队一般是由4个低一个容量级别的车队再组队而成,所以不同容量的车队结构是不一样的。字节发送顺序为:由上往下逐行发送,每行先左后右。

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OTN电层调度的工作特点:
(1)所有标准车的大小、规格、容量均统一,外形尺寸:4行*4080列(OTUk采用固定长度的帧结构,且不随客户信号速率而变化,也就是说,不能像STM-N一样可以组成N规模的车队)

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(2)根据需求提高发车频率(基于ODUK的交叉功能使得电路交换粒度由SDH的155M提高到2.5G、10G、40G从而实现大颗粒业务的灵活调度。当客户信号速率较高时,相对缩短帧周期,加快帧频率,而每帧承载的数据信号没有增加)

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OTN优点:
(1)不必像SDH一样不断研发更大容量的车,减低研发成本。
(2)统一结构,便于管理。
(3)跨区域运输方便(不同厂家互通方便)。
(4)理论上,可以通过提高发车频率就可以无限提高容量,实现方式更简单明了,但是提升容量传输距离会受影响。

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OTN在电力行业的定位是什么?

在电力通信网中,OTN的定位还是实现超远距离、超大带宽传输问题,可以为大颗粒业务提供传输通道,有如下特点:

OTN网络传输的业务主要为电力调度数据网骨干层和电力数据网通信网骨干层的大颗粒业务,同时也可以承载SDH传输网链路。

应根据电力调度数据网骨干层和电力数据通信网骨干层业务带宽需求,合理分配波道资源,安排主用波道、保护波道、预留波道和测试波道。

OTN容量宜采用40波和80波(也就是把高速公路路面分成40或80根道),单波速率宜为10Gbit/s。

电力系统OTN网络分为省际/主干、省内/省干网络。

OTN节点宜设置在各级电网公司本部和调度控制/通信中心等信息汇聚点。

重要的OTN节点宜配置两套OTN设备接入干线网络。

至此传统意义上的光传输系统就全部讲完了,但是江湖恩怨还在继续,书接上回我们继续讲。

SDH和以太网两大阵营又衍生出哪些新技术?

在MSTP中,SDH是大哥,以太网是小弟。以太网不愿意一直当小弟啊,怎么办呢?以太网看了一眼之前他教训过的小小弟ATM,眉来眼去之后,大呼一声王侯将相宁有种乎!

MPLS(多协议标签交换)诞生了。

多协议标签交换(MPLS=Multi-Protocol Label Switching)是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。多协议的含义是指MPLS不但可以支持多种网络层层面上的协议,还可以兼容第二层的多种数据链路层技术。

它是现有路由和交换协议的接口,如IP、ATM、帧中继、资源预留协议(RSVP)、开放最短路径优先(OSPF)等等。

以太网的声势越来越大,再加上又有MPLS助阵,逐渐有了可以抗衡SDH的实力,所以才有了SDH与以太网的初步融合,诞生了MSTP。但MSTP还是SDH主导,以太网、ATM只能是配角,以太网并不高兴,秘密谋划着什么。

为了对抗SDH阵营,以太网大力发展自己的势力范围,走农民起义模式,先将末端IP化(业务侧IP化)。IP可以作为SDH的货物,通过SDH进行传输。

那么问题来了。

SDH当初开发时就对货物有严格的外形要求,必须是“块状结构”,而且大小也是标准的,每一个座位也是按照这个要求做的,这样运输的效率最高。

后来IP这种长相奇特(格式不同)的货物越来越多,通过GFP,HDLC,PPP等封装协议,MSTP可以把非固定带宽业务封装到SDH帧中。因此,MSTP可以支持IP、ATM等业务的接入。说白了,MSTP就是在SDH车辆上给IP和ATM留了几个VIP专座而已,问题是IP还是不能很好地运输

IP有的小巧,有的肥大(IP帧长可变)。如果SDH/MSTP中的IP较少,问题不大。如果IP占到一半以上,恐怕车辆的改造成本就太大了。

MSTP的出现,将SDH这个老大哥的辉煌至少延长了10年,而且它还在不断进化,如果分组业务(我们一再强调的SDH的非主营业务)低于50%,仍有成本优势。但现在的问题是IP货物越来越多,以太网想要自立门户,而且要以太网自己说了算,不能再受制于SDH了。

同时SDH老大哥也在想,能不能将车队分成二层,一层给原来的业务,一层专门给IP预留,这样就可以兼顾了。

百家争鸣才是最好的时代,运输公司主要分为两派,SDH阵营和以太网阵营。

我们先说SDH阵营,由于先前MSTP成立时,SDH占有绝对的股权,导致现在以太网严重不满。

现在SDH阵营经过研究后又推出了MSTP+(Hybrid MSTP),50/50股权分配,车辆变成二层,二层分开管理和调度,两套调度体系(双内核交叉),也不失为一种好的补偿措施。

再说说野心更大的以太网阵营,以太网阵营有两大分歧:

一种认为帮派自己成立的运输公司不让SDH的客户(TDM业务)上车,如果一定要进来,必须改头换面——伪装(仿真),同时我们没有时间上的保证(无时间同步),我们纯粹为我们以太网服务,我们的运输公司名叫IP-RAN。

IP-RAN(Internet Protocol - Radio Access Network,无线接入网IP化)是针对无线基站回传应用场景进行优化定制整体解决方案,是一种基于IP包的分组复用网络。以路由器技术为核心,具备伪线(Pseudo Wire,PW)仿真、同步等能力,通过提升交换容量,提高了OAM能力和保护能力。IP-RAN本质为分组化的移动回传,简单地说是IP化的移动回传网,从无线基站到基站控制器之间的传送网络IP化。(是不是发现跟SDH一点关系都没有了,对,人家压根儿就是不想带你玩儿)

一种认为帮派应该吸收一些SDH的客户,SDH经营了这么多年,它的客户还是很多的(还有很多TDM业务需求),同样进来后还是要改头换面——伪装(仿真),然后在我们的帮派里活动,出帮派后再去掉伪装还原成自己原来的模样,这个帮派取名叫PTN。

PTN叫做packettranslate network(分组传送网)。因为MSTP/SDH以电路交换为核心,承载IP业务效率低,带宽独占,调度灵活性差,所以,PTN应运而生。

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PTN(分组传送网,Packet Transport Network)是指这样一种光传送网络架构和具体技术:在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面,它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计,以分组业务为核心并支持多业务提供,具有更低的总体使用成本(TCO),同时秉承光传输的传统优势,包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。

PTN=MPLS-IP+OAM+保护,其增强了开销(吸取了SDH的优势)、对业务的保护(吸取了SDH的优势),“-IP”可以简单的看做是“对MPLS的简化”,去掉我们不需要的东西(例如复杂的各种握手协议等)。

从协议上看,PTN遵循的叫做TMPLS,即经过改进的MPLS(多协议标签交换),即TMPLS=MPLS-IP+OAM

PTN的OAM所提供的各种在线、离线的管理维护信息十分丰富,对PTN每层都作了高效率而且规范的定义,可以说不比SDH引以为傲的开销字节差多少。

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无论哪种方式,伪装(易容)术总少不了,随后就开发了PWE3易容术。

在PTN运帮派中又有2大派别:
一派是融合MPLS、易容术PWE3和MSTP的产物:MPLS-TP派别(主流派别,厂家有华为、中兴、烽火等,完美解决了传统SDH 在以分组交换为主的网络环境中的效率低下的问题)。

一派是融合了QinQ和MSTP的产物:PBT派别(非主流派别,只有北电)。

所以我们现在看到的PTN绝大部分是MPLS-TP派别。

随着相互学习,现在的IP-RAN和PTN的差别也越来越小了,IP-RAN的优势是三层无连接服务,但PTN现在也可以实现了。以前PTN为了传输SDH的客户TDM业务,专门开发了时间和时钟同步系统叫1588系统。IP-RAN也学过来了,也支持这一系统了。

真应了那句话:分久必合,合久必分啊!

电力配网通信中常听到的EPON又是什么?

PON是一种典型的无源光纤网络,是指 (光配线网中) 不含有任何电子器件及电子电源,ODN全部由光分路器 (Splitter) 等无源器件组成,不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端 (OLT),以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元 (ONU) 。

PON网络(宽带无源光网络):由OLT(光线路终端)、Splitter(分光器)、ONU(光网络单元)组成。具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。

从OLT到ONU之间那部分线路是无源的,所以称之为无源光网络。

PON系统采用WDM(波分复用)技术,实现单纤双向传输。(所以电力配网中连接OLT和ONU的是单纤)

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APON技术是20世纪90年代中期开发完成的,当时ATM被视为能够提供各种类型通信的唯一协议,而PON是最经济的宽带光纤解决方案,因此,将数据链路层ATM技术与物理层PON技术相结合的APON是当时的最佳组合。

APON系统由于技术协议成熟完备,因此产品的标准化和成熟度也比较高,设备性能和功能在PON系列产品中是最好的。但随着ATM协议的逐渐退出,同时APON的产品价格仍显偏贵,使得APON无法得到广泛应用。

随着以太网(Ethernet)技术的高速发展,把简单经济的Ethernet技术与PON的传输结构结合起来的EPON(Ethernet over PON)概念开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。与基于ATM协议的APON相比,EPON最大的优越性在于允许设备制造商运营商放弃复杂昂贵的ATM和SONET器件,消除WAN/LAN连接中ATM和IP之间的协议转换,从而使网络大为简化,成本降低。

同时,以以太网技术为核心的EPON还有许多其他优点,包括协议成熟,技术简单,易于扩展,面向用户等,非常适合目前IP业务量飞速发展的应用环境。

随着10G以太网技术的成熟,EPON系统的传输的速率将会由目前的1000Mbit/s增加至10Gbit/s。

电力传输业务的发展趋势?

只要搞清楚前文论述的所有技术问题,再回过头来理解电力行业的电力光传输系统问题就轻而易举。

随着电网发展和建设,各类电力设施均需接入电网企业的数据网络进行数据交互,按照国家相关法律法规要求,电网企业的通信网络应划分为生产控制大区与管理信息大区,生产控制大区与管理信息大区进行物理隔离,生产控制大区应进一步划分为控制区(安全I区)和非控制区(安全Ⅱ区),管理信息大区可进一步分为安全Ⅲ区和安全Ⅳ区。

根据电力业务安全防护要求与业务特点,电网业务可分为两大类。一是生产控制类业务,服务于电网生产,承载在生产控制大区,如继电保护、安全稳定装置、调度自动化、调度电话、广域相量测量等;二是管理信息类业务,服务于电网企业管理,承载在管理信息大区Ⅳ区,如行政电话、视频会议系统、ERP、行政办公等。

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随着智能电网的建设和电网数字化转型的深入开展,电力业务有以下发展趋势:

(1)状态检测与感知方面,“新能源、新业务”大规模引入。新能源有太阳能、风能、分布式储能等,新业务有EV充电桩、智慧园区、智慧家居等,对业务提出了新需求:状态监测、泛在感知、闭环控制。

(2)系统保护方面,“控制”由局部向全域扩展,电源结构深刻变化,电网调节能力严重下降,长距离、大容量、交直流混联,电网稳定形态更加复杂,全局电网系统协调控制成为必然。

(3)精准负荷控制,“控制”由骨干向末梢延伸,从输变电控制,向配电网、分布式电源和用户侧末端拓展,控制点数量由十万级演变为百万级,控制时延由准实时进阶为实时,控制频次由低频变为高频。

随着电力传输业务的发展,给电力通信传输网的稳定性与大带宽都提出了更高的要求。

电力传输网络现网架构是怎么样的?

由于不同电压等级的变压站、输电线路和厂站归属不同的管理责任方,按照目前国家电网的管理运营模式,涉及到国调、区域调度、省(自治区、直辖市)调度与地市(区县)调度。相对应的,电力骨干通信网包括省际骨干通信网、省级骨干通信网和地市骨干通信网三个层级。

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省际骨干通信网是指电网总部(分部)至省电力公司、总部直调发电厂及变电站以及各分部之间、各省电力公司之间的通信系统。省级骨干通信网是指省(自治区、直辖市)电力公司至所辖地市电力公司、直调发电厂及变电站,以及辖区内各地市公司之间的通信系统。地市骨干通信网是指地市电力公司至所属县公司、地市及县公司至直调发电厂、35kV及以上电压等级变电站及供电所(营业厅)等的通信系统。

按照功能分类,电力骨干通信网由传输网、业务网和支撑网所组成,承载着电力行业各种业务的传送,以满足电力生产、输送和消费等各个方面的需求。

传输网是指为了实现各类业务信息传送的网络,负责节点连接并提供任意两点之间信息的透明传输,由传输物理介质、传输设备组成,主要包括SDH传输网、波分网、OTN传输网等。

业务网是指向用户提供语音、视频、数据等通信业务的网络,包括调度数据网 、综合数据网 、电话交换网(包括行政交换网和调度交换网)等。

支撑网是指为了保障传输网、业务网正常运行的支撑系统,用于传递监控信号、增强网络功能、提高服务质量,主要包括同步系统、网管系统和信令系统。其中,同步系统为整个电力通信网提供同步时钟,包括频率同步和时间同步;网管系统是对传输网及其承载的业务网进行综合监控和管理;信令系统主要是指语音电话交换设备间的交换信令方式及规范。

业务网构建于传输网之上,在支撑网的协助下,完成电网企业的各类信息传输与数据处理。

由于传输网提供基础的底层传输通道,其安全、稳定运行直接影响业务网运行,为了确保传输网的高可靠性,传输网一般按照双平面运行,即A、B两个平面:A平面采用SDH技术体制,主要满足电网生产实时控制业务的可靠传送需求;B平面采用OTN技术体制,主要满足电网生产IP化的数据业务及管理业务大带宽传送需求。

干线采用100G平台OTN或者10GMSTP产品组成OTN下挂MSTP或者双平面方式组网。省干以下网络绝大多数采用MSTP组网,速率大多数在2.5G以下,个别地市采用PTN。

为了保证业务安全OTN采用波长隔离、MSTP时隙、PTN伪线方式进行物理隔离来保障业务安全。继电保护业务采用MSTP或者光纤直连。

电力传输网络今后的发展趋势是什么?

国家能源局对电力通信安全要求:安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证。地县调度网中的A平面SDH用于生产控制类业务可靠传输,B平面OTN用于管理信息类业务,数据网汇聚。

包含继电保护在内的生产实时控制业务,传输技术体制一直是SDH,网络技术的演进应该谨慎避开此类业务。OTN下沉到地市,重点是扩展管理信息类业务及新兴业务带来的大带宽需求。与生产控制类业务的传输网络需要遵循“网络专用,横向隔离”的安全标准。

网络采用分层(OTN+MSTP)方式建网,网络清晰,故障排查和解决速度快。这样做的好处是设备成熟,稳定性高,兼容现有网络,网管向前兼容,对现网设备可有效管理,继电保护等重要业务采用MSTP承载最为安全,高效。

网络分级建设。C1/C2/C3干线采用超100G大容量EOTN设备组网。随着电力新需求的出现,带动带宽需求大幅提升,C4/C5级网络可采用OTN下沉或者MSTP带宽升级(如622M,2.5G升级为10G)MSTP设备完成小颗粒业务的接入,OTN完成大颗粒业务的接入和调度。在满足业务需求前提下,整个网络灵活、高效、经济。根据各省情况,可采用双平面对业务区分承载,其中,OTN采用波分隔离、MSTP时隙、PTN伪线方式进行物理隔离,保障业务安全。

OTN+MSTP组网方式得到了现网多年的验证,从安全性,维护方面等更适合电力行业的业务发展需求。

混合设备与OTN+MSTP组网方式对比如下表所示。

混合设备(如MS-OTN)
OTN+MSTP
架构
统一平台,三种交叉单元合一
交换平台独立,分别组网
组网
一种设备完成三种功能,网络交接处一台设备
OTN下挂MSTP,MSTP负责小业务颗粒接入,汇聚,同时完成继电保护业务等重要业务的传送,OTN负责IP业务接入以及对MSTP汇聚后的业务进行传送
运维
网络不清晰,出现故障影响范围大
网络清晰,出现故障影响小,排除故障快
安全性
物理隔离性无法验证,保护方式达不到能源局要求
完全物理隔离,保护方式完美切合能源局要求,且有多年现网验证
成熟度
在电力行业未有大规模应用,产业链不全
在电力行业大规模应用,产业链齐全
兼容性
同现网设备对接不兼容,网管不兼容
和现网无缝对接
性能
E1倒换延迟增大
E1倒换满足电力要求
标准
非标
标准

OTN下沉演进,随着电力业务发展,省干可采用更大交叉能力的设备或将系统升级。同时将OTN下沉到地市层面,以满足新增业务需求。OTN下沉是未来城域接入的方向。从上述对比看,混合型设备从架构、运维、安全性、成熟度、标准等都无法满足电力网络的需求。

OTN下沉部署有以下特点:
(1)100G/超100G速率
(2)单光纤40/80波系统
(3)多业务统一承载
(4)光层一跳直达,极大降低时延
(5)端到端保护,刚性、物理隔离,保证QOS

OTN下沉的优势非常明显,由SDH的带宽小、小颗粒调度变为大带宽、大颗粒调度,且扩容方便,OTN业务封装效率更高,且可多级串联连接监控。

总结

最后这段荡气回肠的短篇小说,浓缩成了下面几张图,便浓缩出了光传输的整片江湖。

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《highway演义》讲完了,20070字,40张图,完整记录了一部高速公路路权争霸史。

现在电力通信江湖是属于SDH、EPON、PCM的,但未来会有OTN、5G等更多的传说。

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