浅谈武强电网电力综合业务冗余备份网络的建设

随着经济的高速发展，我县电网规模越来越大，电网结构日趋复杂，电网管理手段越来越先进和多样，业务包括远动数据、语音、视频、 MIS数据等，这就对通道和网络的可靠性提出了更高的要求, 建设电力综合业务冗余备份网络已经非常必要。

一、业务需求分析

我公司99年以前调度自动化只有四遥功能，所传输的业务只有数据和语音且数据量很小，那时的传输通道是电力载波。由于电力载波传输的带宽小，传输速率低(300-600bps)、误码率高，所以99年我们安装了当时比较流行的2.4G点对多点无线扩频通信系统，该系统具有较大的传输带宽和较高的传输速率(600-9600bps)，误码率也很低，业务能力为两话两数。我们将其作为主通道，电力载波作为备用通道且两种通道能够自动切换。但随着2.4G扩频用户的增多，电磁环境逐渐恶化，该系统的传输效果也变得不太理想，2001年曾发生过因为某单位跳频系统超范围使用频段，致使我公司2.4G扩频系统瘫痪。

2002年底我公司利用农网改造资金组建了SDH155光纤通信系统，其中由6个站点组成光环，其余四个数据量较小的站点由PDH作成分支呈辐射状。环路站点光端机配置4E1，综合接入设备为PCM15;每个分站点提供2M带宽，配置 PCM15，可提供6路语音(FXS口)、1路RS232口、1路4线E/M口、1路RJ45口。由于当时国家已将2.4G频段作为蓝牙技术的专用频段，所以我们随之将该系统淘汰，电力载波由于其固有的缺点也被淘汰。应该说SDH-155光通信系统是非常可靠的也能传输多种业务。但随着电力新业务不断增加，2003-2005年我公司先后组建了自动抄表系统、供电所MIS系统、变电站视频监控系统、视频会议系统和OA办公自动化系统。多种业务的投入运行，SDH155光通信系统的带宽资源显得已经不够用，如果将该系统升级换代则很不经济，县公司承受不了。我们于是用光纤收发器和网络交换机组建了一套100M光传输以太网络，用来传输视频数据和供电所MIS数据等，解决了带宽资源不足的问题，但随之而来的问题是由于光纤收发器的可靠性差，经常损坏，致使网络中断，给变电站监控带来不便，尤其是电费回收期间中断后果更是不堪设想。2007年3月份由于调度主站光端机PCM120背板烧毁而又没有备用板，也没有备用通道，造成了SDH光通信系统瘫痪致使远动数据、自动抄表系统和语音等业务长时间中断的严重后果

为了解决这些问题我们对其他县电力系统作了一下调查和了解，他们也都或多或少存在类似情况，初期大家都认为光通信系统特别是自愈环网极其可靠，不会出现通道中断的情况，但随着设备运行时间的延长和老化，都出现过光端机损坏，从而造成一个或多个站点的数据和其他业务的中断。

武强供电公司SDH-155通信系统网络拓扑图

 

 

针对以上情况我们总结吸取了经验和教训，采取了如下措施：一是准备充足的备品备件以备急需之用;二是加强设备的缺陷管理，提高运行维护人员的责任心，及时发现和处理缺陷;三是组建一套经济实用且技术先进、可靠性高的电力综合业务宽带冗余备份网络,该网络将覆盖武强电网9座变电站及10个供电所，涵盖公司所有业务。

二、备份网络传输方式的选择

备用通道的建设原则上不应选用同一种传输介质，该系统应能满足远动数据、自动抄表数据、语音、供电所MIS、视频、OA办公自动化系统的传输要求并且具有高带宽、高传输速率、低误码率、技术先进、扩展性强、经济实用等优点。

虽然现在全数字电力载波机传输带宽和传输能力等已大为提高，但仍赶不上电力新业务的需求和发展，其价格也不菲，一些通信运营商也能提供无线数据服务，但带宽不能满足电力综合业务的要求。经过全面的比较和慎重的考虑，因无线通信方式相对有线通信具有较高的抗自然灾害能力，且无线局域网技术已非常成熟， 在无线接入方案中5.8G频段属于固定无线接入系统中性能价格比最高的优选频段，该频段是国家开放频段，频率占用费低廉，相应设备也比较经济，再加上我县处于华北大平原东中部，无高大建筑物，非常适合该频段的使用。所以我们准备组建5.8G点对多点无线扩频通信系统作为电力综合业务的备用网络。

三、武强电网5.8G无线扩频综合业务冗余备用份络介绍

1、设计方案

1.1业务需求

建立电力调度无线宽带综合业务网络通信系统，具体功能为：

①为每个外围站、所提供8个FXS口、2个FXO口，2个RS232数据口，2个4线E/M接口，4路热线电话，数据通信采用部颁CDT规约兼容POLLING规约;

②提供远程局域网功能，满足电力MIS应用;

③提供多路以太网接口，满足变电站供电所图像监控和视频会议传输接入的需求。

④具有VOIP功能。

⑤具备有、无线通道自动切换能力。

1.2无线传输方案

本方案采用Alvarion BreezeACCESS VL高速无线网桥组建5.8GHz点对多点网络系统。

BreezeACCESS VL高速无线网桥，以其高吞吐量、高可靠性和卓越的传输距离成为替代昂贵的专线等干线系统的理想解决方案，可为各个远程站点提供高速的无线链路。其采用OFDM正交频分多路复用技术，具有高速率、高频率利用率以及抗干扰和多路径效应的优势，可提供高达54Mbps的空中速率, 结合高数据速率和频率复用能力，BreezeACCESS VL扇区天线可提供高达163Mbps的吞吐量，设备提供10/100Mbps以太网接口，是组建远程无线网络的最佳选择。

武强电网所辖9座变电站、10个供电所(1个所在公司院内，其余全部站、所合一)。在无线宽带网络方案中，采用5.8G频率的54M点对多点的无线网络连接方式。其中，在无线网络系统中心点放置3台BreezeACCESS VL系列的中心端设备 AU-D-SA-5.8-120-VL，使网络中心的无线发射范围形成360度，这样就可接受来自不同方向的标配(分站)SU 连接设备的无线网络信号。

每个AU 连接设备标配的定向扇区天线对应相应区域的3个无线远端点，每个远端点采用 1台SU-A-5.8-54-BD-VL设备，通过其室外单元(ODU)集成的 21dBi定向天线对应中心点AU的扇区天线，

本系统空中接口协议遵从IEEE 802.11标准;工作方式采用直接序列扩频DSSS方式(Dir ect Sequence Spread spectrum);带宽资源采用固定分配方案(根据需要也可采用动态分配)。

武强供电公司无线宽带网络示意图如下：

 

 

注：红色线条分隔区域代表中心端设备 AU-D-SA-5.8-120-VL的覆盖范围(120°)

1.3通信接口设计

需要各个分支机构与中心连接的通讯接口包括8路的Fxs接口、2路Fxo接口、2路RS232接口、4路热线电话、2路4线E/M口以及8路VoIP接口。每种不同的接口数据需要通过一套综合接入设备使各种数据在无线网络中无缝传输，并且要求一定的稳定性和可靠性。

为了满足各个分支机构和总部之间的通信需求，需要把各个不同接口的数据通过PCM综合接入设备转换成符合TCP/IP网络格式的数据在无线网络上进行传输，该套综合接入设备要求可以提供上述所有接口，并且我们需要增加一套VoIP语音网关来满足实现VoIP通话的要求。视频信号的传输是由各个分支机构的DVR进行以太网信号的传输，所以需要为视频信号的传输和MIS数据提供以太网接口。

2、设备联接

2.1网络设备联接

在各个无线网络接收端和中心无线网络基站，采用网络交换机连接入以太网络的方式完成信息链路的连接，为了满足应用需求。我们在基站中心选择24口具有网络管理功能的10/100M自适应以太网交换机思科2950，在各个无线网络接收端选择16口的10/100M可网管自适应华为以太网络交换机。

2.2室内、外设备安装

2.2.1分站室内设备

无线网桥的室内设备(IDU)通过双绞线连接到交换机，另外通过一条CAT-5专用连接线连接到无线网桥的室外模块。室外模块通过高频转接线连接到室外架高天线。架高天线通过物理方式固定在专用塔架或其他高空设备上。

Fxs、Fxo、RS232以及热线电话的信号通过分站的PCM转换成E1链路的信号，再通过TDMoP转换成以太网信号通过无线网桥传输到中心的相应的TDMoP中并转换回E1信号接入到中心PCM中。所以PCM用E1链路连接到TDMoP，TTDMoP需要用双绞线连接到交换机。VoIP网关直接连入交换机。

 

 

分站设备连接示意图

2.2.2主站室内设备

主站室内设备(IDU)安装同分站室内设备安装的区别有以下几点，在中心端的连接中需要在无线桥的室外模块与天线之间增加与合路器的连接;三个无线桥同时接入交换机的三个端口;中心TDMoP的9个端口连接到交换机，9个E1的输出端连接到中心PCM的9个E1端口中。IPBX直接连接换机。

 

 

主站设备连接示意图

2.2.3室外设备和天线安装

室外设备(ODU)和天线安装在专用塔架上，具体安装高度为15米-20米。

2.3供电与电气防护

为了保证系统的稳定运行，各个设备中心供电系统采用UPS供电，以保证系统在非正常断电的情况下的稳定运行。

在安装室外设备的同时要考虑室外设备的日常防护措施。在我们采用的室外架高天线设备有相应的配套防水和防雷接地套件。

2.4网络管理

Alvarion 在提供设备同时提供网管软件一套，其网管功能是目前市场上所有无线产品功能最全使用最方便的。设计采用菜单选项方式，显示直观。

主要功能如下：

l 设置无线网络参数

l 软件升级

l 信号强度指示

l 功率调节

l wep加密设置

l 无线设备的IP地址设定

l 收发包数据统计功能

l IEEE802.11参数设置

l 无线设备的远程复位缺省参数的调用。

l 管理权限

3、设备选型

3.1无线网桥

选用BreezeACCESS VL。BreezeACCESS VL高速无线网桥提供10/100Mbps以太网接口和独立快捷的系统架构。

产品主要特性：

BreezeACCESS VL高速无线网桥具备丰富的特性，确保连贯、可靠的联网业务，这些特性包括：

● 采用OFDM(正交频分多路复用)技术，确保高速数据速率，最高可达11MHz、频谱利用率高，并有优异的抗干扰和多路径效应的能力

● 点对多点系统

● 支持近距离的非视距传输

● 室内-室外架构确保了前所未有的覆盖范围及可靠性

● 自适应调制方式(BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM)，可根据无线链路质量自动选择合适的速率以 达到最佳性能

● 强大的QOS机制

● 丰富的过滤方式，可对IP地址和MAC地址

● 对802.11，VLAN透明

● 极高的系统性能、接收灵敏度

● 与任何标准以太网交换机及路由器兼容

● 高性能价格比的室内/室外分体式结构

● 基于HTTP的浏览器管理工具，操作简便，可进行单个设备的管理和无线方式软件升级

BreezeACCESS VL系统组件：

BreezeACCESS VL产品是室内/室外分体式结构，每个设备都由室内单元(IDU)和室外单元(ODU)两部分组成，室内和室外单元之间使用CAT-5低损耗屏蔽缆线连接，传输电源、信息数据、管理控制信号。

1) AU-D-SA-5.8-120.VL(主站)

是包含10/100Mbps自适应网络接口、电源接口的室内单元以及室外射频单元，工作在5.725-5.850GHz频段，基站设备的吞吐量为54Mbps; 120度扇区天线;110-220 VAC电源.。

2) SU-E-5.8-54-BD-VL(分站)

54Mbps 速率，支持连接网络，可外接高增益天线，支持远距离传输。

3.2网络交换设备

中心站采用24口可网管的思科2950以太网交换机，分站采用可网管的16口华为交换机。

3.3 PCM综合接入设备

在中心选用IDM-240T集中型综合业务复用设备，在分站选用IDM-30CN综合业务接入设备，IDM-30CN设备，可通过各种接口卡，将话音、数据、图像等信号通过电缆或光纤传输，延伸到各用户区域。

3.4 TDMoP分组电路仿真设备

l 选用TDMoP-1分组电路仿真设备。 通过IP网透明传输成帧、未成帧E1和分帧E1(N*64K)信号,符合G.703相关规定; 符合Metro Ethernet Forum/IETF Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge (PWE3)标准。

l 1/2/4/8个E1电路、1个10/100Base-Tx数据口和1个10/100Base-Tx上行口。

l 提供L2或L3选择，选择L2时，能获得较高的带宽利用率，可在WLAN上传输更多 的E1端口;选择L3时，传输包的寻址基于IP地址，可穿透路由器等复杂网络设备。

l 点对点，点对多点连接，满足不同应用需求。

l 可平滑多达32ms网络延时。

l 输出时钟源可选：内时钟、外时钟、网络适配时钟或从E1接收线路提取时钟。

l E1信息在分组交换网络(Packet Switched Network)上的传输具有严格的Qos保证。

3.5VOIP设备

选用RT-CCP1000S 作为VOIP产品。

RT-CCP1000S是既顺应VoIP通信发展趋势，又兼容传统电路交换方式。支持多点VoIP组网，可广泛应用于中小型企业内部办公通信网络、以及语音网关等应用。

CCP2400语音网关系列是高智能、多用途的VoIP接入网关。可以使用CCP2400系列网关通过各种宽带接入方式向用户提供语音和传真业务。

4. 各种业务传输通道的主、备自动切换

第二通信通道系统依托无线网络技术，并针对电力系统的自有特点进行了有针对性的设计，以实现在光缆中断后电力系统的正常通信不受影响。

4.1远动数据和自动抄表数据的主、备通道切换

远动数据和自动抄表数据的主、备通道切换由调度自动化主站软件控制，主站同时接收主备通道数据，但只对主通道数据进行处理，当主通道中断无上传报文时转而处理备用通道的数据，切换时间为0秒。

4.2语音业务的切换

因为光通信系统和扩频通信系统同时提供语音业务，所以每个变电站、供电所都有两种语音通信方式互为备用。

4.3视频、供电所MIS、OA办公自动化业务的切换网络信号自动切换功能的实现：

 

 

系统逻辑结构图

系统结构说明：

系统由交换机、光传输设备、无线网桥等设备组成，在两个远端之间放置两台交换机，利用三层交换机的高级功能实现双链路的相互备份与自动切换。

系统功能实现方式：

用户b与服务器a进行通信，通过交换机g和交换机h中连接的两种链路有线和无线进行传输，当光纤传输设备c和d之间的光缆连接正常时，通过设置STP(生成树)协议，使交换机g的2端口处于阻塞状态，拒绝接受由交换机H的4端口发送过来的数据，这样就可以避免在网络中产生环路而形成广播风暴。当光纤传输设备c和d之间的光缆连接中断时，交换机g会监测到1端口的链路发生故障，无法传输数据，这样就会重新检查各个端口的连接状态，检查完毕后，交换机g发现2端口可以进行数据传输，并将2端口的状态转换为转发状态，这样2端口就可以接收交换机H的端口4发送过来的数据。这样的链路切换对用户来说是完全透明的，形成了可靠的双链路备份。

四、效果检验

整个系统安装调试完毕后，我们组织有关技术人员进行了初验收，首先测试了系统带宽，空间带宽为54M/每三个站，实际带宽为26-32M/每三个站，在图象传输为24桢/秒800*600分辨率，每站同时传输4路图象，其他所有业务全部开通的情况下，带宽资源足够。数据传输误码率和网络丢包率达到要求。人为将光纤通道断开，经测试远动实时数据主备通道切换时间0秒，满足远动数据的实时性要求;网络主备通道切换时间为60秒。整个系统达到了设计目标。