PTN承载多形态无线自组织配用电业务实验研究

PTN承载多形态无线自组织配用电业务实验研究

张浩1张鹍2崔荣喜3隋敬麒3李彦1

（1.国网山东省电力公司经济技术研究院山东济南250021；2.国网山东省电力公司山东济南250001；

3.国网东营供电公司山东东营257001）

摘要：山东电力PTN网络建设多年，已初具规模，无线自组网作为新兴技术尚缺乏在电力系统中应用经验。本文主要介绍了无线自组织传输性能测试以及PTN网络传输自组网时延测试的情况，得出了PTN能够承载多形态无线自组织配用电通信系统的结论，可为后续工程提供有效的参考。

关键词：电力通信；规划；措施

一、研究背景

山东电力2011年开始建设PTN网络，目前已覆盖各县公司及县公司第二汇聚点，全部220kV及以上变电站、大部分110kV变电站及少量35kV变电站。山东各地市的PTN数据承载网以环形组网为主，划分为接入层、汇聚层、核心层三层网络。接入层按照GE容量采用双链路接入，汇聚层及核心层按照10GE容量采用环形组网。充分考虑各种风险因素，实现网络的多级保护，维持电网的安全稳定运行。各地市的PTN数据承载网均为全网L2运行模式，未开启L3桥接功能，业务模型为VPWS或VPLS，与SDH均作为传输网并行使用。SDH网络主要承载调度数据网，继电保护、安稳控制、远动、PCM、调度和行政电话中继、远程抄表等E1业务；PTN网络主要提供综合数据网、电视电话会议网、配用电等IP数据业务的传输通道，弥补了SDH网络承载IP业务不灵活、效率低的不足。

二、PTN承载多形态无线自组织配用电通信系统测试

测试1：230MHz频段覆盖及绕射测试

230MHz频段(228.025～230.000MHz)具有优良的无线射频覆盖能力和绕射能力。基于根据无线信号在自由空间中的衰减规律，在确定接收灵敏度的条件下，载频与传输距离是成反比的，即载频频率提高1倍，在自由空间通信距离下降50%，而通信覆盖面积减少约75%。因此230MHz通信相比常用的433MHz、470MHz以及1GHz以上的其他频段具有更强的覆盖能力。另一方面，230MHz的波长约为1.3m，相对于上述频率具有更长的波长，绕射能力更强。我们对230MHz的覆盖和绕射能力进行了实地测试。在固定发射功率和天线增益的条件下，通过对两个无线模块进行拉距测试，观测上下行通信的性能来评价无线模块的覆盖能力。我们选择了知春路盈都中心到五道口之间的道路作为拉距地点，由于是城市环境，在一定程度上该测试也评价了射频的绕射能力。

中心基站：在知春路盈都大厦18层办公室内部署Sub-GHz的通信模块，采用Ti的433MHz芯片，经过修改也可支持230MHz，架设6dBi的玻璃钢天线，发射功率固定在15dBm(30mW)。

测试终端：由一辆5座小客车携带相同的Sub-GHz通信终端模块，可支持230MHz和433MHz，在车顶安装3dBi的小吸盘天线，发射功率固定在15dBm(30mW)

测试结论：

1)230MHz在覆盖范围上比433MHz能力更强。

2）电力专用230MHz受干扰的概率远小于公用频段433MHz。我们在随机选择的仅仅两公里的距离里面就遇到了两处干扰源。

测试2：PTN承载TDM业务时延抖动测试

国家电网公司要求多形态无线自组网接入核心网时延≤100ms。PTN承载时分复用业务的主流协议为非结构化仿真（SAToP）协议，E1业务端到端需经过的处理过程如图所示。结合SAToP封装结构和处理过程，通道时延将主要由6部分组成。

在发送端，E1数据流以8000幁/秒的恒定速率产生，折合每幁时间长度为125s，每幁数据长度32个字节。PW引擎对E1接口进入的数据流进行缓存，当达到设定的切片长度N幁时，将形成一个E1PWE3数据包报文穿越交换网络。数据包到达接收端后，会因到达时间间隔不同而产生抖动。为了使业务依然以8000幁/秒均匀输出，需要设置抖动缓冲（JitterBuffer）。抖动缓冲的实现机制为：等待第k个数据包到达时，才触发第1个包的数据读取。

抖动缓冲器的缓存深度k的设定是一个值得考虑的问题。如果k太大，将导致整体时延增加；如果k太小，则不具备缓冲能力。经过详细推导，得出满足缓冲要求的缓存深度k与封装时间T1、节点数量M，背景业务包长、接口发送速率之间的充分条件为：

我们对PTN承载TDM业务性能进行了实验室测试，并进行了PTN承载继电保护2M业务的测试。

测试结果表明，影响业务时延抖动最显著的两个参数是发送端的切片封装长度和接收端的抖动缓冲区深度。即使是在较大的切片封装长度（128字节）和较大的缓冲区（PDV500us下）条件下，PTN点对点（发收共两设备）收发总体时延1ms左右。通过减小切片封装长度和PDV缓冲区大小，可将点对点时延有效控制在0.5ms以内。从电路整体时延对称性看，在us数量级，对称性良好。

实验室中PTN承载继电保护业务，继电保护无误动作。利用继电保护测试仪加模拟故障信号，继电保护动作。

为了检验不同业务优先级、不同流量的背景流对PTN承载自组织业务的影响，在实验室进行了背景流打压测试。

可见当背景流量优先级较低（0-4）时，自组织业务时延和对称性均不受背景流量的影响；当背景流量优先级较高（5-7）时，背景流量对自组织业务传输存在门限：当背景流量不足以使得网络拥塞时，自组织业务时延、对称等不受影响。当背景流量达到网络拥塞时，自组织业务出现误码，无法正常传输。

三、实验结论

（1）对时延敏感业务，应尽量减小封包切片长度，在克服时延抖动的前提下尽量减小PDV缓冲长度，提高无线自组织业务的优先级、增加线路带宽。

（2）按光纤光速2×108m/s计算，在1000km的光缆长度内，除了收发两端节点，中间串联80个PTN节点依然满足12ms的线路保护对时延大小的要求。由于纵联距离保护仅对通道时延大小有要求，无通道双向对侧性要求，因此PTN具备承载纵联距离保护的能力。

（3）由于纵联差动保护要求收发信道时延对称，而在传输双向时延对称性上，PTN的影响因素较多。目前不宜使用PTN承载纵联差动保护业务。在承载无线自组织业务时延对称性要求较高的业务时，至少应注意两端板卡的配置及缓冲区的清空。

（4）为实现业务双向路径一致，PTN在配置业务时应注意两点：首先是创建业务时应选择双向LSP模式，这保证了在正常工作情况下业务收发路径的一致性。其二是配置保护模式时，首选1∶1LSP/PW保护，其次是1+1双向保护，避免选择1+1单向保护。

（5）网络轻载情况下，网络背景流量、业务优先级对无线自组织业务时延无显著影响。但网络接近拥塞情况下，高优先级的背景流会使无线自组织业务中断。

自2011年至今，PTN网络在山东公司电力通信网已运行6年，为IP业务提供了可靠的承载平台。PTN系统能够有效承载多形态无线自组织配用电通信系统业务的传输，PTN以其对IP业务良好的承载能力、电信级的自愈保护能力、与SDH类似的OAM等优势，是目前IP传送网的主流技术。只要我们认真总结试点经验，加强安全管控，规范业务配置，就可以充分利用这一先进技术为智能电网的建设提供良好的支撑和保障。