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[摘 要]电力企业拥有一个内部的通信网络，该通信网络主要应用于电力企业的自动化系统以及办公自动化系统。本文分析MSTP技术来组建电力企业新一代通信网络的适应性分析。MSTP是基于传统SDH技术发展而来的网络技术，继承了SDH传输技术的特点，同时可以提供丰富的数据业务的接入口。本文研究了电力通信业务、MSTP的概念、MSTP技术框架、对不同业务的支持方式，并研究了基于电力系统组建MSTP网络的方法。
[关键词]电力系统；适应性分析；多业务传输平台；电力业务分析；接口类型；网络结构
中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0061-02
1.电力通信业务需求分析
电力通信网络主要服务于电力系统生产管理需要，早期的电力通信网主要用于传输内部行政电话及调度电话等话音信号，近年来用于电力生产运行及行政管理的数据类业务大量增加，由于传统的SDH设备接口类型单一，逐渐无法满足需要。电力系统通信业务可以分为自动化数据通道、继电保护信号通道、行政及调度电话、监控图像、内部计算机网络等类型。从逻辑业务流向来分类，电力系统内中大部分是集中式的业务，即各种业务从各个变电所向中心站汇聚，再转给中心站内的调度中心、监控中心等管理部门，也可由各管理部门反向发送回各变电所。以业务的站点覆盖范围而言，可以划分为地区公司-县公司业务、变电站业务、乡供电所（乡镇营业厅）业务等。地区电力通信业务类型现状如下表1所示：
电力通信业务在通信方式上可以大致分为三种：点对点光纤直连业务、话音及实时数据信号（TDM）、数据业务。
A.点对点光纤直连业务
点对点光纤直连业务主要是继电保护业务，继电保护装置在故障状态时可以直接控制电力设备的合分状态，缩小故障范围，防止事故范围扩大，是电力系统重要的组成部分。继电保护装置对于通信通道的可靠性要求很高，使用的通信接口大致可以分64kbit/s、E1和光纤接口3种。目前本地的继电保护信号主要采用了光纤接口方式进行传输，其传输通道保护的功能在继电保护装置的通信模块已经完成，不依赖于外部通信传输平台，本文不展开讨论。
B.话音和实时数据业务
电力系统拥有内部的交换机网络，包括行政电话交换机及调度电话交换机两个子网络：调度交换网是电力人员操作系统时使用的专用内部网络，与公共电话网完全隔离，行政电话网用于日常行政管理，有接口与公共电话网相连接。两个交换网络通过光传输网向各个变电所及办公地点放送话音信号。实时数据业务主要是变电所自动化系统，需要通过电力光纤传输网传输数据，從而使市区内各个变电所与监控中心及调度中心等管理部门之间建立起双向数据通道，以达到远程监视各变电所状态信息并实施远程控制。自动化系统一般采用主备用通道方式传输，即一个变电所内的自动化装置分别采用64kbit/s、E1两个接口接入不同的通信通道进行数据传输，保证其中一个传输通道中断时不影响自动化数据业务。变电所自动化系统话音业务和64kbit/s数据业务接入SDH传输设备需要先复接入PCM设备，采用E1接口的数据业务则可以直接接入SDH设备。
C.数据业务
近年来，电力系统日常运营管理产生的IP数据业务大量增加，包括原有的程控交换系统也将逐步转为以软交换为主的数据传输方式。原有的SDH传输网络由于硬件的限制，无法提供基于以太网协议的业务传输，这部分业务需求只能依靠信息专业组建的以太网网络来传输，双网运行造成了资源的极大浪费。县级电力公司的大量数据业务与市公司相连接时，也需要传输网络能够提供千兆以太网接口等大容量接口。这种日益增长的数据业务需求增长，客观上迫使电力系统必须搭建一个能够提供一个多种业务接入方式的传输平台。
2.MSTP技术适应性研究
2.1 MSTP技术特点
针对传统SDH网络的种种不足，电力系统亟需构建一个全新的城域网络来取代现有的SDH网络。新网络必须能够适应电力通信的未来发展要求，保证原有业务平滑过渡，相对于原有网络应具有大容量、高灵活性、高扩展性、高生存性、高可维护性等特点。
MSTP是指基于SDH技术，同时实现TDM业务、ATM、FE业务的接入处理和传输，提供统一网管的多业务传输技术。MSTP技术起源于多种通信业务需求的发展，由于近年来数据业务的高速发展，造成原有基于TDM业务为主的SDH网络逐渐不能够满足需要，从而诞生了MSTP这项技术。MSTP功能块模型如图1所示：
MSTP通过LCAS（Link Capacity Adjustment Scheme， 链路容量调整机制）、虚级联、映射及多种封装协议等技术支持以太网等数据业务在SDH网络上的传输，实现新型业务接入的同时也实现了与原有SDH网络的的平稳对接，避免了原有投资的浪费。比较传统的SDH技术，MSTP的技术优势有：
（1）业务的带宽灵活配置，通过虚级联技术实现多个标准容器的捆绑，灵活调整业务容量，实现带宽利用率的最大化；
（2）可以提供以太网透传、2层交换、灵活的VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）划分、全双工流量控制、优先级控制、带宽共享等功能；
（3）能够提供多种保护方式，除了传统的SDH保护，如MSPRING（Multiplex section Shared Protection Ring，复用段保护）、SNCP（Sub-network Connection Protection，子网保护），还可以针对不同业务提供不同的保护；
（4）可以提供统一的管理平台，管理对象涵盖：SDH、ATM和以太网，完成标准的运行、管理、维护和配置功能。
2.2 MSTP的业务接口分析 MSTP继承了传统的 SDH技术的帧结构，采用了净负荷的概念和指针技术，将多个低速信号复用成高速信号，其复用过程是进行"容器传送"。所谓容器时有规定速率的，按一定时序结构组成的标准信号结构，而容器传送时指将低于容器速率的信号组织在一起，然后封装起来，犹如一个盛满"货物"的容器一样，实现容器的整体"搬运"。
电力系统原有的SDH网络在接入层常用的是C-12容器，这个速率的容器可以供 E1口的PCM业务和自动化数据接入，但是不支持可供以太网数据设备所使用的10M/100M接口。MSTP平台相比较SDH平台最大的不同在于业务接口方式的灵活性，除了SDH平台承载的传统TDM业务之外，还可以提供以太网数据业务以及ATM业务的接入。在承载以太网业务时首先要采用某种协议对数据进行封装，封装协议可以有很多方式，最常用的有PPP/LAPS/GFP三种协议。
MSTP设备支持以太网业务在网络中的带宽动态配置，这是通过VC级联的方式來实现的，也就是利用多个VC容器组成一个更大的容器。举例来说，将5个VC-12通道组合后，形成一个10Mbit/s左右的通道，匹配速率10Mbit/s的以太网业务，或者是将50个VC-12通道组合成一个100Mbit/s通道用于百兆以太网业务的传输，甚至还可以使用一个速率大于100Mbit/s的通道（如使用VC-4，速率155.52Mbit/s）作为百兆以太网业务传输通道。以太网帧映射到SDH容器对应关系如表2所示：
2.3 MSTP组网方式
早期的电力光传输网络缺乏科学的规划，没有能够形成清晰的分层结构，存在严重的平行平面化问题。即网络汇接点均是供电公司中心站，城区以多个中小容量的环网直接平行接入地区公司，造成地区公司中心站设备总数量相当多，而对特定接入站点来说，中心站又仅有1套设备，没有任何互备关系，中心站可靠性并不高。因此对于电力MSTP平台来说，需要涉及到上百个不同的站点，因此必须根据各个站点的地理分布、资源情况、业务容量、重要性及生存性要求，使用网络分层的方法进行规划，使网络规划更有针对性。
综合考虑生存性和经济性，可以选择环形结构作为MSTP网络的基本结构。一方面，环形结构相比较于线形、星形、树形结构拥有更高的生存性，引入各类保护技术后可以很好地满足电力安全生产的需求；另一方面，网孔形结构虽然在路由选择和生存性方面拥有极大的优势，但是其高昂的成本使其经济性较差，同时由于环形结构在以往的网络中应用较多，维护人员拥有较多的实践经验，方便进行调整和维护。
3.结论
MSTP继承了原有SDH技术稳定、保护性能突出等技术特点，同时很好地实现了ATM、以太网技术在SDH平台上的融合。MSTP技术能够保证电力系统原有的实时业务和新发展的数据业务能够整合在同一平台上有效传输，同时又能够兼容电力原有的SDH设备，大大减少重复投资和资源的浪费，因此采用MSTP技术构建新一代的电力通信网络是非常适合的。
参考文献
[1] 朗讯科技（中国）有限公司光网络部.光传输技术[M].北京：清华大学出版社 北方交通大学出版社，2003：136-137.
[2] 乐孜纯，张明，全必胜.光网络实用组网技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008：33-36.
[3] Mosharaf K，Talim J，Lambadaris I，etal.A Multi-Threshold Wavelength Allocation Scheme for Fairness Management in WDM Ring Networks[Z].The 2nd International Conference on Broadband Networks，2005：326-328.
[关键词]电力系统；适应性分析；多业务传输平台；电力业务分析；接口类型；网络结构
中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0061-02
1.电力通信业务需求分析
电力通信网络主要服务于电力系统生产管理需要，早期的电力通信网主要用于传输内部行政电话及调度电话等话音信号，近年来用于电力生产运行及行政管理的数据类业务大量增加，由于传统的SDH设备接口类型单一，逐渐无法满足需要。电力系统通信业务可以分为自动化数据通道、继电保护信号通道、行政及调度电话、监控图像、内部计算机网络等类型。从逻辑业务流向来分类，电力系统内中大部分是集中式的业务，即各种业务从各个变电所向中心站汇聚，再转给中心站内的调度中心、监控中心等管理部门，也可由各管理部门反向发送回各变电所。以业务的站点覆盖范围而言，可以划分为地区公司-县公司业务、变电站业务、乡供电所（乡镇营业厅）业务等。地区电力通信业务类型现状如下表1所示：
电力通信业务在通信方式上可以大致分为三种：点对点光纤直连业务、话音及实时数据信号（TDM）、数据业务。
A.点对点光纤直连业务
点对点光纤直连业务主要是继电保护业务，继电保护装置在故障状态时可以直接控制电力设备的合分状态，缩小故障范围，防止事故范围扩大，是电力系统重要的组成部分。继电保护装置对于通信通道的可靠性要求很高，使用的通信接口大致可以分64kbit/s、E1和光纤接口3种。目前本地的继电保护信号主要采用了光纤接口方式进行传输，其传输通道保护的功能在继电保护装置的通信模块已经完成，不依赖于外部通信传输平台，本文不展开讨论。
B.话音和实时数据业务
电力系统拥有内部的交换机网络，包括行政电话交换机及调度电话交换机两个子网络：调度交换网是电力人员操作系统时使用的专用内部网络，与公共电话网完全隔离，行政电话网用于日常行政管理，有接口与公共电话网相连接。两个交换网络通过光传输网向各个变电所及办公地点放送话音信号。实时数据业务主要是变电所自动化系统，需要通过电力光纤传输网传输数据，從而使市区内各个变电所与监控中心及调度中心等管理部门之间建立起双向数据通道，以达到远程监视各变电所状态信息并实施远程控制。自动化系统一般采用主备用通道方式传输，即一个变电所内的自动化装置分别采用64kbit/s、E1两个接口接入不同的通信通道进行数据传输，保证其中一个传输通道中断时不影响自动化数据业务。变电所自动化系统话音业务和64kbit/s数据业务接入SDH传输设备需要先复接入PCM设备，采用E1接口的数据业务则可以直接接入SDH设备。
C.数据业务
近年来，电力系统日常运营管理产生的IP数据业务大量增加，包括原有的程控交换系统也将逐步转为以软交换为主的数据传输方式。原有的SDH传输网络由于硬件的限制，无法提供基于以太网协议的业务传输，这部分业务需求只能依靠信息专业组建的以太网网络来传输，双网运行造成了资源的极大浪费。县级电力公司的大量数据业务与市公司相连接时，也需要传输网络能够提供千兆以太网接口等大容量接口。这种日益增长的数据业务需求增长，客观上迫使电力系统必须搭建一个能够提供一个多种业务接入方式的传输平台。
2.MSTP技术适应性研究
2.1 MSTP技术特点
针对传统SDH网络的种种不足，电力系统亟需构建一个全新的城域网络来取代现有的SDH网络。新网络必须能够适应电力通信的未来发展要求，保证原有业务平滑过渡，相对于原有网络应具有大容量、高灵活性、高扩展性、高生存性、高可维护性等特点。
MSTP是指基于SDH技术，同时实现TDM业务、ATM、FE业务的接入处理和传输，提供统一网管的多业务传输技术。MSTP技术起源于多种通信业务需求的发展，由于近年来数据业务的高速发展，造成原有基于TDM业务为主的SDH网络逐渐不能够满足需要，从而诞生了MSTP这项技术。MSTP功能块模型如图1所示：
MSTP通过LCAS（Link Capacity Adjustment Scheme， 链路容量调整机制）、虚级联、映射及多种封装协议等技术支持以太网等数据业务在SDH网络上的传输，实现新型业务接入的同时也实现了与原有SDH网络的的平稳对接，避免了原有投资的浪费。比较传统的SDH技术，MSTP的技术优势有：
（1）业务的带宽灵活配置，通过虚级联技术实现多个标准容器的捆绑，灵活调整业务容量，实现带宽利用率的最大化；
（2）可以提供以太网透传、2层交换、灵活的VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）划分、全双工流量控制、优先级控制、带宽共享等功能；
（3）能够提供多种保护方式，除了传统的SDH保护，如MSPRING（Multiplex section Shared Protection Ring，复用段保护）、SNCP（Sub-network Connection Protection，子网保护），还可以针对不同业务提供不同的保护；
（4）可以提供统一的管理平台，管理对象涵盖：SDH、ATM和以太网，完成标准的运行、管理、维护和配置功能。
2.2 MSTP的业务接口分析 MSTP继承了传统的 SDH技术的帧结构，采用了净负荷的概念和指针技术，将多个低速信号复用成高速信号，其复用过程是进行"容器传送"。所谓容器时有规定速率的，按一定时序结构组成的标准信号结构，而容器传送时指将低于容器速率的信号组织在一起，然后封装起来，犹如一个盛满"货物"的容器一样，实现容器的整体"搬运"。
电力系统原有的SDH网络在接入层常用的是C-12容器，这个速率的容器可以供 E1口的PCM业务和自动化数据接入，但是不支持可供以太网数据设备所使用的10M/100M接口。MSTP平台相比较SDH平台最大的不同在于业务接口方式的灵活性，除了SDH平台承载的传统TDM业务之外，还可以提供以太网数据业务以及ATM业务的接入。在承载以太网业务时首先要采用某种协议对数据进行封装，封装协议可以有很多方式，最常用的有PPP/LAPS/GFP三种协议。
MSTP设备支持以太网业务在网络中的带宽动态配置，这是通过VC级联的方式來实现的，也就是利用多个VC容器组成一个更大的容器。举例来说，将5个VC-12通道组合后，形成一个10Mbit/s左右的通道，匹配速率10Mbit/s的以太网业务，或者是将50个VC-12通道组合成一个100Mbit/s通道用于百兆以太网业务的传输，甚至还可以使用一个速率大于100Mbit/s的通道（如使用VC-4，速率155.52Mbit/s）作为百兆以太网业务传输通道。以太网帧映射到SDH容器对应关系如表2所示：
2.3 MSTP组网方式
早期的电力光传输网络缺乏科学的规划，没有能够形成清晰的分层结构，存在严重的平行平面化问题。即网络汇接点均是供电公司中心站，城区以多个中小容量的环网直接平行接入地区公司，造成地区公司中心站设备总数量相当多，而对特定接入站点来说，中心站又仅有1套设备，没有任何互备关系，中心站可靠性并不高。因此对于电力MSTP平台来说，需要涉及到上百个不同的站点，因此必须根据各个站点的地理分布、资源情况、业务容量、重要性及生存性要求，使用网络分层的方法进行规划，使网络规划更有针对性。
综合考虑生存性和经济性，可以选择环形结构作为MSTP网络的基本结构。一方面，环形结构相比较于线形、星形、树形结构拥有更高的生存性，引入各类保护技术后可以很好地满足电力安全生产的需求；另一方面，网孔形结构虽然在路由选择和生存性方面拥有极大的优势，但是其高昂的成本使其经济性较差，同时由于环形结构在以往的网络中应用较多，维护人员拥有较多的实践经验，方便进行调整和维护。
3.结论
MSTP继承了原有SDH技术稳定、保护性能突出等技术特点，同时很好地实现了ATM、以太网技术在SDH平台上的融合。MSTP技术能够保证电力系统原有的实时业务和新发展的数据业务能够整合在同一平台上有效传输，同时又能够兼容电力原有的SDH设备，大大减少重复投资和资源的浪费，因此采用MSTP技术构建新一代的电力通信网络是非常适合的。
参考文献
[1] 朗讯科技（中国）有限公司光网络部.光传输技术[M].北京：清华大学出版社 北方交通大学出版社，2003：136-137.
[2] 乐孜纯，张明，全必胜.光网络实用组网技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008：33-36.
[3] Mosharaf K，Talim J，Lambadaris I，etal.A Multi-Threshold Wavelength Allocation Scheme for Fairness Management in WDM Ring Networks[Z].The 2nd International Conference on Broadband Networks，2005：326-328.