山东电力省级OTN光传输网的建设及应用

林清海，孙海蓬，翟 彬，栾宏之

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

国家电网公司“十二五”通信发展规划中明确提出建设“数字化电网，信息化企业”、部署“广域相量监测系统”等要求，使得电力生产对通信网带宽、容量、质量、安全等方面提出了更高要求，传统电力调度生产业务类型将由64 k、2 M等转向GE、10GE等大颗粒IP型业务，生产实时类业务和非生产类信息业务的带宽也将迅速增长，并集中向调度端汇集，因此，电力传输专网必须引进适合IP业务承载的技术，构建下一代骨干传送网[1]。

1 省级光传输网第二平面建设的提出

1.1 山东电力省级光传输网发展概况

山东电力光传输网，自1999年开始分一、二、三期光缆工程和基建配套通信工程建成。随着全省近几年光传输网的建设，至2010年底共建成光缆总长度近3万km，光通信站1 700多个。架设的光缆主要有全介质自承式光缆（ADSS）和光纤复合架空地线（OPGW）两种，110 kV及以下线路主要采用 ADSS，220 kV线路主要采用 OPGW，500 kV线路则全部采用OPGW。

至2010年底，省级光传输网光缆（含接入500 kV变的入城光缆）总长度6 350 km，经过近200个通信站，光路传输距离约8 000 km。在“十一五”期间，山东电力省级光缆通信利用基建连续“双过千”的有利时机，建成了以500 kV线路 OPGW光缆为主要传输载体，容量为2.5 Gb/s+10 Gb/s的MSTP网络，覆盖了全省所有500 kV变电站、地市公司和主要省调直调电厂，网络结构为“五横三纵”，并正逐步向网状网发展。目前2.5 Gb/s环网已基本形成1+1链路组网方式，10 Gb/s环网正在向1+1完善。干线环网内新建500 kV变电站均以10 Gb/s和 2.5 Gb/s速率（1+1）接入，支线地市公司、直调电厂及新建500 kV变电站均以2.5 Gb/s速率（1+1）接入。

1.2 山东电力省级光传输网存在的问题

受电网建设特点限制，电力光传输网由分期逐段建设的多项通信工程建成，每项工程受建设规模和资金限制，主要满足本期工程的通信业务需要。光传输网建设的专项通信工程中，往往一个环网的建成需4～5个工程，全部依附基建配套工程建设多达10个工程。即便在宏观层面进行了统一考虑，但网络整体性较差，不符合通信系统“全程全网”的内在要求，无法发挥网络的整体效益，二平面建设前存在诸多薄弱环节[2]。

1）省级网络带宽容量基本饱和，优化后富余度不大。目前省级MSTP 2.5 G和10 G环网带宽容量已基本饱和，其中调度数据接入网、调度管理网、数据通信网和ATM等业务还未考虑保护，调度数据网II平面尚未开通。

随着国网公司以及山东电力集团化运作、精益化管理的不断深入，SG186信息化项目快速推进，特高压、外电入鲁等项目逐步实施，ERP、生产MIS、营销等系统将集中上线运行，调度数据网及综合数据网也将进行扩容，同时，智能电网的建设和发展，较传统电网增加了信息的收集和整合以及对业务的分析和优化，新增通信业务容量大量增加，即使对2.5 G和10 G环网进行双环优化，现有传输网仍无法满足扩容后需求。

2）电网改造频繁，导致通信业务过渡困难。国网一级干线在山东光缆里程超过1 600 km，覆盖山东大部分区域，涉及到的通信站点共计12个，全部为链型电路，在一次电网改造时，通信业务过渡困难，急需2.5 G颗粒迂回转接。电网改造频繁且周期较长（大多5天以上），华北网和省网虽然成环，但开环运行时间过长会导致传输网运行的压力增大，发生光缆中断时会造成大量通信业务的中断。

3）业务种类快速转型，通信传输制式及接口不适应IP化发展趋势。除线路继电保护业务仍为TDM电路交换方式外，大量业务应用迅速向分组化、网络化转换。IP数据业务已占通信网络容量的90%以上，并将继续提高。现有的光通信网采用MSTP多业务传输平台技术体制，核心技术采用电路交换，不适应数据业务的突发性特点，无法实现带宽动态分配。

4）现有网络结构不完善。现有MSTP光传输网络大多随一次系统分期建设，局部光缆网络不完善，没有完全形成网状网，网络的保护和自愈能力受到限制，一旦发生断纤等网络故障，网内的某些节点将成为孤岛，不能对业务提供可靠保护；网络的业务保护方式比较单一，缺少先进的保护、恢复和路由选择功能；部分业务调度需要层层转接，维护比较复杂、业务开通时间较长；网络管理难以适应网络拓展新业务的需要，不同的业务无法做到差异化管理。

5）地市公司接入500 kV站光纤问题较多。 大多数地市公司的出局光纤存在纤芯不足的问题，光通信系统的整体备用纤芯有限，东营、莱芜、日照公司甚至已经没有额外的纤芯可用，通过继续增加SDH电路来进行扩容存在一定的困难。而且入城光缆易受外力破坏，可靠性不高。

1.3 省级光传输网第二平面建设的必然性

国家电网公司做出了以建设坚强智能电网为主线，以推进“三集五大”工作为重点，加强“三个建设”，推进“两个转变”的战略部署，建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，构建以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网的战略发展目标，坚强智能电网建设和“三集五大”管理模式是“十二五”期间电网发展的主要特点。

电力光传输网依赖电网建设和服务于电网的特殊性，必然需对光传输网进行完善优化，利用DWDM技术建设光传输网的二平面是最优的选择[3]。

1）电网生产建设的需要。随着坚强电网的建设，同样建设了可靠的光缆，电网发展到哪里，光传输网就建到哪里。电网发展更需要高可靠的光传输网提供通信服务，但随电网结构调整对传输网进行的改造，造成一些薄弱环节和安全隐患。DWDM通信技术对SDH业务的透传功能，可以快速灵活的过渡2.5 G或10 G大颗粒业务，保持原有SDH网架结构不变。解决光缆中断时业务的过渡问题，降低传输网运行的压力，大大提高网络的可靠性。

2）光传输设备技术经济效益的需要。光传输设备寿命长，技术更新快，寿命期内采购到同型号的设备困难，同一网内相同型号的设备更能充分发挥网络的整体效益。从实际情况来看，光传输网建设虽适度超前，因电力光传输网的建设特点，造成网络功能降低，没有实现投资效益的最大化。现有省级传输网采用SDH/MSTP技术体制，扩容潜力有限，大容量DWDM技术应用成熟，衍进的交叉功能更使组网和电路调度的灵活性更强，性价比高。

3）业务发展的需要。服务好电网企业，不但要满足电网生产业务的需求，还要满足公司经营管理和信息化建设的需要，需快速及时地提供高可靠、大容量、多类型、多用户的业务。MSTP/SDH技术体制虽能够较好地满足调度、保护、调度数据网等生产业务传输，但用于承载经营管理信息业务时，存在业务流向、流量、接口诸多不适之处。DWDM技术支持多种客户信号封装和透明传输，对高带宽数据客户业务的适配和传送效率显著提升[4]。

2 山东电力省级光传输网第二平面建设原则及方案

2.1 第二平面建设原则

2.1.1 网络运行可靠性

合理选择布点位置，覆盖省、备调中心及所有500 kV变电站及地市公司，利用220 kV及以上等级可靠性较高的OPGW光缆。主、备调同时形成异地容灾备份。

依托可靠性较高的500kV骨干光缆，以500 kV变电站为支撑节点来构建网络的坚强网架，地市公司作为业务接入点以支路的形式（1+1）接入骨干网架。

省中心作为山东电网调度的中心枢纽，设置两套位置及拓扑相对独立的设备作为冗余备用，保证山东电网需要的生产管理及调度数据信息业务安全、快速、及时的传输至中心站，同时减轻中心站的带宽压力。

采用网络中可靠的保护机制和恢复机制，利用ODUk SNCP保护方式，通过电层交叉的双发选收功能进行保护。

2.1.2 业务通道安全性

按照电路层、通道层、传输媒介层三层分别建设；电路层不影响其他电路业务；通道层、传输媒介层业务端口不变，只调整保护通道和承载保护通道的传输层。

图1 光传输网二平面建设方案

省级光传输网主要承担省调至地调、超高压公司、500 kV变电站和省调统调电厂的业务，省级光传输网的业务由省中心站与各供电公司、500 kV变电站、省调发电厂之间建立物理上两个相互独立的传输通道分别承载。

2.1.3 资源利用充分性

符合规划要求。坚持目标明确、结构合理、层次分明、远近结合、局部服从整体的原则。

充分利用已有光缆。分析光缆的可用性，积极整合现有光传输资源，发挥已建光缆的作用，提高通信网整体性能。

2.2 第二平面建设方案

山东电网覆盖区域较广，构建单环对系统性能要求较高[5]，而且可靠性不强，借鉴原MSTP网拓扑结构，依托各500 kV变电站及其配出光缆构建骨干层框架，形成南北两个主干环网结构，环网容量为40×10 Gb/s，覆盖山东所有29个已投运500 kV变电站及18个地市公司（含超高压），部分末端500 kV变电站以支线接入主干环网，各地市公司以两条相对独立的物理路由接入所在地区的500 kV变电站。同时根据已建光缆资源，形成南北环之间N条联络线[6]，保证相对独立的南环和北环在各自断纤的情况下可通过这几条联络线保持链路的通畅。省公司双冗余节点及备调节点作为信息汇聚中心分别连接南北环，保证所属17地市公司信息的高可靠性汇聚。

随着光缆资源的不断丰富，网络远期将逐步形成Mesh型拓扑结构[7]，任意一点至省公司均具备2条以上的路由，当某条路由发生故障时，将通过GMPLS智能恢复功能，自动寻找另外一条备用路由，从而实现网络业务的恢复。省级传输网二平面方案见图2。

3 山东电力省级光传输网二平面建设及应用

山东电力省级光传输网二平面采用DWDM技术体制，于2011年5月正式建成投运，北环共16个节点，跨段全长约1 600 km，南环共14个节点，跨段全长约1 200 km。初期主要解决省到地市快速增长的高带宽IP数据业务需求，实现了18地市公司（含超高压）至省公司20 Gb/s直通带宽，至备调10 Gb/s直通带宽，至500 kV变电站10 Gb/s直通带宽，承载有PTN 10GE、SDH 10G及2.5G、PTN GE等业务，基本满足未来五年省到地市业务传输需求。

图2 光传输网二平面建设目标

3.1 设备选型

山东电力省级光传输网二平面共新建50个通信节点，全部采用华为提供的OSN6800及8800设备，该系列设备支持光、电融合交叉功能，其中光交叉（ROADM）为基于单个波长的交叉，支持任意波长到任意端口的指配，配合可调谐波长转换器，可实现光网络波长自由上下；电交叉（OTH）为基于单个ODUk颗粒的交叉，支持任意ODUk到任意波长的交叉，可以实现业务的端口到端口灵活调度。虽然纯光层配置组网具有节省成本、实现简便、减少故障点等优势，但是根据电力专网业务传输的特点，核心节点大量业务经常需要复杂的无规则的时隙转接，而且业务的颗粒大多为子波长级的ODU0、ODU1、ODU2等，同时长距跨段必须通过电再生的方式实现信号的传输，电交叉功能又可有效解决波长阻塞等问题，综合比较，光电融合交叉型设备是最适合山东电力省级传输网二平面建设的设备类型。

网络的骨干节点设备部署ROADM功能模块，采用ROADM纯光层配置，站点的维度取决于目前站点的光方向及后期可能达到的光方向，以次实现任意波长的多方向调度，网络接入节点及信息汇聚中心节点（业务上下终端节点）部署OTH电交叉功能，实现网络对子波长级（ODUk）业务的灵活调度，在10 G/2.5 G/GE业务多样化的今天可以提高效率，提高波长利用率。通过设备的电交叉功能，还可利用省级电路交叉实现地市级传输网网络结构的优化，如A市电网由于覆盖区域问题，处于末端节点的某220 kV变电站只能通过单路由接入A市调度中心，通过与B市的500 kV变电站省级DWDM设备的链接，可分别在B市500 kV变电站、B市地调、省公司、A市地调做电交叉电路，实现该220 kV变电站至A市地调的第二条电路沟通。

3.2 网络保护方式

网络保护方式采用特有的ODUk SNCP（即E-SNCP）保护[8]。相对传统的基于光功率判断的1+1保护，E-SNCP保护倒换更为准确可靠，通过电层交叉单元实现对业务的双发和选收，每个传输方向的保护通道都与工作通道走不同的路由，即发送端通过桥接的方式分别通过子网1（工作SNC）和子网2（保护SNC）将业务传向接收端，而接收端则通过一个倒换开关按照倒换准则从两个方向选取一路业务信息。而且因为主备路由均通过电层配置，可以通过网管实现便捷管理和控制，不再像传统OTU 1+1保护一样难以控制和管理。

各地调至500 kV变电站均采用双路由1+1保护，业务侧客户信号经过线路板后采用电交叉方式生成（复制）两路相同波长信号，分别传至不同的合分波板，经过不同的光纤路由传至500 kV变电站的ROADM站点，实现信号的东西向传输，实现备份的功能。环网节点间采用ROADM光交叉功能，分别向东西向同时传输，实现业务互为备份保护的方案。

3.3 网络规划

远期结合特高压直流光缆的建设，将形成省备调中心间至少6条直达路由，有效实现通信网络容灾建设要求。当网络达到一定程度的MESH化后，开启ASON功能，加强网络保护功能的同时，更能对重要业务实现不同服务等级（SLA）的保护设置。

逐步实现地市公司的跨地区接入，从而满足地市公司通过三个以上方向接入干线环网的结构，提高地市公司汇聚业务的可靠性[9]。

由于现有骨干MSTP环网容量瓶颈问题，省级传输网二平面的建设将覆盖省内所有500 kV变电站，依托可靠的500 kV光缆组网，并解决远期智能电网发展带来的500 kV变电站业务增长需求，如综合数据网、高清视频监控、输变电在线监测、集控一体化等业务。

通过以上过程，组建了层次结构清楚，业务恢复迅速，电路调度方便，带宽利用率高，网络生存性、扩展性良好的山东电力省级光传输网二平面通信网络，解决了山东电力现有省级一平面网络带宽接近饱和、网络保护和自愈能力受限、网管分层不清晰等问题，提高了省调至500 kV站、地区供电公司、统调电厂的电路传输带宽，满足了智能电网建设和公司现代化管理的业务需求。

4 结语

随着电网一次网架的改造和建设，光缆资源的增加、ASON技术的引入以及新型号设备的出现必将推动山东省级传输网二平面网络结构的完善和优化。当然，网络建设将是一项长期稳步推进的工作，需要逐步发现问题并解决问题，以最大化的建成一个高稳定度和高可靠性的省级传输网。