淺談武強電網(wǎng)電力綜合業(yè)務(wù)冗余備份網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我縣電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)管理手段越來越先進和多樣，業(yè)務(wù)包括遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)、語音、視頻、 MIS數(shù)據(jù)等，這就對通道和網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更高的要求, 建設(shè)電力綜合業(yè)務(wù)冗余備份網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常必要。

一、業(yè)務(wù)需求分析

我公司99年以前調(diào)度自動化只有四遙功能，所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)只有數(shù)據(jù)和語音且數(shù)據(jù)量很小，那時的傳輸通道是電力載波。由于電力載波傳輸?shù)膸捫?，傳輸速率?300-600bps)、誤碼率高，所以99年我們安裝了當(dāng)時比較流行的2.4G點對多點無線擴頻通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較大的傳輸帶寬和較高的傳輸速率(600-9600bps)，誤碼率也很低，業(yè)務(wù)能力為兩話兩數(shù)。我們將其作為主通道，電力載波作為備用通道且兩種通道能夠自動切換。但隨著2.4G擴頻用戶的增多，電磁環(huán)境逐漸惡化，該系統(tǒng)的傳輸效果也變得不太理想，2001年曾發(fā)生過因為某單位跳頻系統(tǒng)超范圍使用頻段，致使我公司2.4G擴頻系統(tǒng)癱瘓。

2002年底我公司利用農(nóng)網(wǎng)改造資金組建了SDH155光纖通信系統(tǒng)，其中由6個站點組成光環(huán)，其余四個數(shù)據(jù)量較小的站點由PDH作成分支呈輻射狀。環(huán)路站點光端機配置4E1，綜合接入設(shè)備為PCM15;每個分站點提供2M帶寬，配置 PCM15，可提供6路語音(FXS口)、1路RS232口、1路4線E/M口、1路RJ45口。由于當(dāng)時國家已將2.4G頻段作為藍(lán)牙技術(shù)的專用頻段，所以我們隨之將該系統(tǒng)淘汰，電力載波由于其固有的缺點也被淘汰。應(yīng)該說SDH-155光通信系統(tǒng)是非?？煽康囊材軅鬏敹喾N業(yè)務(wù)。但隨著電力新業(yè)務(wù)不斷增加，2003-2005年我公司先后組建了自動抄表系統(tǒng)、供電所MIS系統(tǒng)、變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)和OA辦公自動化系統(tǒng)。多種業(yè)務(wù)的投入運行，SDH155光通信系統(tǒng)的帶寬資源顯得已經(jīng)不夠用，如果將該系統(tǒng)升級換代則很不經(jīng)濟，縣公司承受不了。我們于是用光纖收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)交換機組建了一套100M光傳輸以太網(wǎng)絡(luò)，用來傳輸視頻數(shù)據(jù)和供電所MIS數(shù)據(jù)等，解決了帶寬資源不足的問題，但隨之而來的問題是由于光纖收發(fā)器的可靠性差，經(jīng)常損壞，致使網(wǎng)絡(luò)中斷，給變電站監(jiān)控帶來不便，尤其是電費回收期間中斷后果更是不堪設(shè)想。2007年3月份由于調(diào)度主站光端機PCM120背板燒毀而又沒有備用板，也沒有備用通道，造成了SDH光通信系統(tǒng)癱瘓致使遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)、自動抄表系統(tǒng)和語音等業(yè)務(wù)長時間中斷的嚴(yán)重后果

為了解決這些問題我們對其他縣電力系統(tǒng)作了一下調(diào)查和了解，他們也都或多或少存在類似情況，初期大家都認(rèn)為光通信系統(tǒng)特別是自愈環(huán)網(wǎng)極其可靠，不會出現(xiàn)通道中斷的情況，但隨著設(shè)備運行時間的延長和老化，都出現(xiàn)過光端機損壞，從而造成一個或多個站點的數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)的中斷。

武強供電公司SDH-155通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

針對以上情況我們總結(jié)吸取了經(jīng)驗和教訓(xùn)，采取了如下措施：一是準(zhǔn)備充足的備品備件以備急需之用;二是加強設(shè)備的缺陷管理，提高運行維護人員的責(zé)任心，及時發(fā)現(xiàn)和處理缺陷;三是組建一套經(jīng)濟實用且技術(shù)先進、可靠性高的電力綜合業(yè)務(wù)寬帶冗余備份網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)將覆蓋武強電網(wǎng)9座變電站及10個供電所，涵蓋公司所有業(yè)務(wù)。

二、備份網(wǎng)絡(luò)傳輸方式的選擇

備用通道的建設(shè)原則上不應(yīng)選用同一種傳輸介質(zhì)，該系統(tǒng)應(yīng)能滿足遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)、自動抄表數(shù)據(jù)、語音、供電所MIS、視頻、OA辦公自動化系統(tǒng)的傳輸要求并且具有高帶寬、高傳輸速率、低誤碼率、技術(shù)先進、擴展性強、經(jīng)濟實用等優(yōu)點。

雖然現(xiàn)在全數(shù)字電力載波機傳輸帶寬和傳輸能力等已大為提高，但仍趕不上電力新業(yè)務(wù)的需求和發(fā)展，其價格也不菲，一些通信運營商也能提供無線數(shù)據(jù)服務(wù)，但帶寬不能滿足電力綜合業(yè)務(wù)的要求。經(jīng)過全面的比較和慎重的考慮，因無線通信方式相對有線通信具有較高的抗自然災(zāi)害能力，且無線局域網(wǎng)技術(shù)已非常成熟， 在無線接入方案中5.8G頻段屬于固定無線接入系統(tǒng)中性能價格比最高的優(yōu)選頻段，該頻段是國家開放頻段，頻率占用費低廉，相應(yīng)設(shè)備也比較經(jīng)濟，再加上我縣處于華北大平原東中部，無高大建筑物，非常適合該頻段的使用。所以我們準(zhǔn)備組建5.8G點對多點無線擴頻通信系統(tǒng)作為電力綜合業(yè)務(wù)的備用網(wǎng)絡(luò)。

三、武強電網(wǎng)5.8G無線擴頻綜合業(yè)務(wù)冗余備用份絡(luò)介紹

1、設(shè)計方案

1.1業(yè)務(wù)需求

建立電力調(diào)度無線寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，具體功能為：

①為每個外圍站、所提供8個FXS口、2個FXO口，2個RS232數(shù)據(jù)口，2個4線E/M接口，4路熱線電話，數(shù)據(jù)通信采用部頒CDT規(guī)約兼容POLLING規(guī)約;

②提供遠(yuǎn)程局域網(wǎng)功能，滿足電力MIS應(yīng)用;

③提供多路以太網(wǎng)接口，滿足變電站供電所圖像監(jiān)控和視頻會議傳輸接入的需求。

④具有VOIP功能。

⑤具備有、無線通道自動切換能力。

1.2無線傳輸方案

本方案采用Alvarion BreezeACCESS VL高速無線網(wǎng)橋組建5.8GHz點對多點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

BreezeACCESS VL高速無線網(wǎng)橋，以其高吞吐量、高可靠性和卓越的傳輸距離成為替代昂貴的專線等干線系統(tǒng)的理想解決方案，可為各個遠(yuǎn)程站點提供高速的無線鏈路。其采用OFDM正交頻分多路復(fù)用技術(shù)，具有高速率、高頻率利用率以及抗干擾和多路徑效應(yīng)的優(yōu)勢，可提供高達(dá)54Mbps的空中速率, 結(jié)合高數(shù)據(jù)速率和頻率復(fù)用能力，BreezeACCESS VL扇區(qū)天線可提供高達(dá)163Mbps的吞吐量，設(shè)備提供10/100Mbps以太網(wǎng)接口，是組建遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇。

武強電網(wǎng)所轄9座變電站、10個供電所(1個所在公司院內(nèi)，其余全部站、所合一)。在無線寬帶網(wǎng)絡(luò)方案中，采用5.8G頻率的54M點對多點的無線網(wǎng)絡(luò)連接方式。其中，在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中心點放置3臺BreezeACCESS VL系列的中心端設(shè)備 AU-D-SA-5.8-120-VL，使網(wǎng)絡(luò)中心的無線發(fā)射范圍形成360度，這樣就可接受來自不同方向的標(biāo)配(分站)SU 連接設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)信號。

每個AU 連接設(shè)備標(biāo)配的定向扇區(qū)天線對應(yīng)相應(yīng)區(qū)域的3個無線遠(yuǎn)端點，每個遠(yuǎn)端點采用 1臺SU-A-5.8-54-BD-VL設(shè)備，通過其室外單元(ODU)集成的 21dBi定向天線對應(yīng)中心點AU的扇區(qū)天線，

本系統(tǒng)空中接口協(xié)議遵從IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn);工作方式采用直接序列擴頻DSSS方式(Dir ect Sequence Spread spectrum);帶寬資源采用固定分配方案(根據(jù)需要也可采用動態(tài)分配)。

武強供電公司無線寬帶網(wǎng)絡(luò)示意圖如下：

注：紅色線條分隔區(qū)域代表中心端設(shè)備 AU-D-SA-5.8-120-VL的覆蓋范圍(120°)

1.3通信接口設(shè)計

需要各個分支機構(gòu)與中心連接的通訊接口包括8路的Fxs接口、2路Fxo接口、2路RS232接口、4路熱線電話、2路4線E/M口以及8路VoIP接口。每種不同的接口數(shù)據(jù)需要通過一套綜合接入設(shè)備使各種數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)中無縫傳輸，并且要求一定的穩(wěn)定性和可靠性。

為了滿足各個分支機構(gòu)和總部之間的通信需求，需要把各個不同接口的數(shù)據(jù)通過PCM綜合接入設(shè)備轉(zhuǎn)換成符合TCP/IP網(wǎng)絡(luò)格式的數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸，該套綜合接入設(shè)備要求可以提供上述所有接口，并且我們需要增加一套VoIP語音網(wǎng)關(guān)來滿足實現(xiàn)VoIP通話的要求。視頻信號的傳輸是由各個分支機構(gòu)的DVR進行以太網(wǎng)信號的傳輸，所以需要為視頻信號的傳輸和MIS數(shù)據(jù)提供以太網(wǎng)接口。

2、設(shè)備聯(lián)接

2.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備聯(lián)接

在各個無線網(wǎng)絡(luò)接收端和中心無線網(wǎng)絡(luò)基站，采用網(wǎng)絡(luò)交換機連接入以太網(wǎng)絡(luò)的方式完成信息鏈路的連接，為了滿足應(yīng)用需求。我們在基站中心選擇24口具有網(wǎng)絡(luò)管理功能的10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)交換機思科2950，在各個無線網(wǎng)絡(luò)接收端選擇16口的10/100M可網(wǎng)管自適應(yīng)華為以太網(wǎng)絡(luò)交換機。

2.2室內(nèi)、外設(shè)備安裝

2.2.1分站室內(nèi)設(shè)備

無線網(wǎng)橋的室內(nèi)設(shè)備(IDU)通過雙絞線連接到交換機，另外通過一條CAT-5專用連接線連接到無線網(wǎng)橋的室外模塊。室外模塊通過高頻轉(zhuǎn)接線連接到室外架高天線。架高天線通過物理方式固定在專用塔架或其他高空設(shè)備上。

Fxs、Fxo、RS232以及熱線電話的信號通過分站的PCM轉(zhuǎn)換成E1鏈路的信號，再通過TDMoP轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)信號通過無線網(wǎng)橋傳輸?shù)街行牡南鄳?yīng)的TDMoP中并轉(zhuǎn)換回E1信號接入到中心PCM中。所以PCM用E1鏈路連接到TDMoP，TTDMoP需要用雙絞線連接到交換機。VoIP網(wǎng)關(guān)直接連入交換機。

分站設(shè)備連接示意圖

2.2.2主站室內(nèi)設(shè)備

主站室內(nèi)設(shè)備(IDU)安裝同分站室內(nèi)設(shè)備安裝的區(qū)別有以下幾點，在中心端的連接中需要在無線橋的室外模塊與天線之間增加與合路器的連接;三個無線橋同時接入交換機的三個端口;中心TDMoP的9個端口連接到交換機，9個E1的輸出端連接到中心PCM的9個E1端口中。IPBX直接連接換機。

主站設(shè)備連接示意圖

2.2.3室外設(shè)備和天線安裝

室外設(shè)備(ODU)和天線安裝在專用塔架上，具體安裝高度為15米-20米。

2.3供電與電氣防護

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，各個設(shè)備中心供電系統(tǒng)采用UPS供電，以保證系統(tǒng)在非正常斷電的情況下的穩(wěn)定運行。

在安裝室外設(shè)備的同時要考慮室外設(shè)備的日常防護措施。在我們采用的室外架高天線設(shè)備有相應(yīng)的配套防水和防雷接地套件。

2.4網(wǎng)絡(luò)管理

Alvarion 在提供設(shè)備同時提供網(wǎng)管軟件一套，其網(wǎng)管功能是目前市場上所有無線產(chǎn)品功能最全使用最方便的。設(shè)計采用菜單選項方式，顯示直觀。

主要功能如下：

l 設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

l 軟件升級

l 信號強度指示

l 功率調(diào)節(jié)

l wep加密設(shè)置

l 無線設(shè)備的IP地址設(shè)定

l 收發(fā)包數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能

l IEEE802.11參數(shù)設(shè)置

l 無線設(shè)備的遠(yuǎn)程復(fù)位缺省參數(shù)的調(diào)用。

l 管理權(quán)限

3、設(shè)備選型

3.1無線網(wǎng)橋

選用BreezeACCESS VL。BreezeACCESS VL高速無線網(wǎng)橋提供10/100Mbps以太網(wǎng)接口和獨立快捷的系統(tǒng)架構(gòu)。

產(chǎn)品主要特性：

BreezeACCESS VL高速無線網(wǎng)橋具備豐富的特性，確保連貫、可靠的聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，這些特性包括：

● 采用OFDM(正交頻分多路復(fù)用)技術(shù)，確保高速數(shù)據(jù)速率，最高可達(dá)11MHz、頻譜利用率高，并有優(yōu)異的抗干擾和多路徑效應(yīng)的能力

● 點對多點系統(tǒng)

● 支持近距離的非視距傳輸

● 室內(nèi)-室外架構(gòu)確保了前所未有的覆蓋范圍及可靠性

● 自適應(yīng)調(diào)制方式(BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM)，可根據(jù)無線鏈路質(zhì)量自動選擇合適的速率以 達(dá)到最佳性能

● 強大的QOS機制

● 豐富的過濾方式，可對IP地址和MAC地址

● 對802.11，VLAN透明

● 極高的系統(tǒng)性能、接收靈敏度

● 與任何標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機及路由器兼容

● 高性能價格比的室內(nèi)/室外分體式結(jié)構(gòu)

● 基于HTTP的瀏覽器管理工具，操作簡便，可進行單個設(shè)備的管理和無線方式軟件升級

BreezeACCESS VL系統(tǒng)組件：

BreezeACCESS VL產(chǎn)品是室內(nèi)/室外分體式結(jié)構(gòu)，每個設(shè)備都由室內(nèi)單元(IDU)和室外單元(ODU)兩部分組成，室內(nèi)和室外單元之間使用CAT-5低損耗屏蔽纜線連接，傳輸電源、信息數(shù)據(jù)、管理控制信號。

1) AU-D-SA-5.8-120.VL(主站)

是包含10/100Mbps自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口、電源接口的室內(nèi)單元以及室外射頻單元，工作在5.725-5.850GHz頻段，基站設(shè)備的吞吐量為54Mbps; 120度扇區(qū)天線;110-220 VAC電源.。

2) SU-E-5.8-54-BD-VL(分站)

54Mbps 速率，支持連接網(wǎng)絡(luò)，可外接高增益天線，支持遠(yuǎn)距離傳輸。

3.2網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備

中心站采用24口可網(wǎng)管的思科2950以太網(wǎng)交換機，分站采用可網(wǎng)管的16口華為交換機。

3.3 PCM綜合接入設(shè)備

在中心選用IDM-240T集中型綜合業(yè)務(wù)復(fù)用設(shè)備，在分站選用IDM-30CN綜合業(yè)務(wù)接入設(shè)備，IDM-30CN設(shè)備，可通過各種接口卡，將話音、數(shù)據(jù)、圖像等信號通過電纜或光纖傳輸，延伸到各用戶區(qū)域。

3.4 TDMoP分組電路仿真設(shè)備

l 選用TDMoP-1分組電路仿真設(shè)備。 通過IP網(wǎng)透明傳輸成幀、未成幀E1和分幀E1(N*64K)信號,符合G.703相關(guān)規(guī)定; 符合Metro Ethernet Forum/IETF Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge (PWE3)標(biāo)準(zhǔn)。

l 1/2/4/8個E1電路、1個10/100Base-Tx數(shù)據(jù)口和1個10/100Base-Tx上行口。

l 提供L2或L3選擇，選擇L2時，能獲得較高的帶寬利用率，可在WLAN上傳輸更多 的E1端口;選擇L3時，傳輸包的尋址基于IP地址，可穿透路由器等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

l 點對點，點對多點連接，滿足不同應(yīng)用需求。

l 可平滑多達(dá)32ms網(wǎng)絡(luò)延時。

l 輸出時鐘源可選：內(nèi)時鐘、外時鐘、網(wǎng)絡(luò)適配時鐘或從E1接收線路提取時鐘。

l E1信息在分組交換網(wǎng)絡(luò)(Packet Switched Network)上的傳輸具有嚴(yán)格的Qos保證。

3.5VOIP設(shè)備

選用RT-CCP1000S 作為VOIP產(chǎn)品。

RT-CCP1000S是既順應(yīng)VoIP通信發(fā)展趨勢，又兼容傳統(tǒng)電路交換方式。支持多點VoIP組網(wǎng)，可廣泛應(yīng)用于中小型企業(yè)內(nèi)部辦公通信網(wǎng)絡(luò)、以及語音網(wǎng)關(guān)等應(yīng)用。

CCP2400語音網(wǎng)關(guān)系列是高智能、多用途的VoIP接入網(wǎng)關(guān)。可以使用CCP2400系列網(wǎng)關(guān)通過各種寬帶接入方式向用戶提供語音和傳真業(yè)務(wù)。

4. 各種業(yè)務(wù)傳輸通道的主、備自動切換

第二通信通道系統(tǒng)依托無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并針對電力系統(tǒng)的自有特點進行了有針對性的設(shè)計，以實現(xiàn)在光纜中斷后電力系統(tǒng)的正常通信不受影響。

4.1遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)和自動抄表數(shù)據(jù)的主、備通道切換

遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)和自動抄表數(shù)據(jù)的主、備通道切換由調(diào)度自動化主站軟件控制，主站同時接收主備通道數(shù)據(jù)，但只對主通道數(shù)據(jù)進行處理，當(dāng)主通道中斷無上傳報文時轉(zhuǎn)而處理備用通道的數(shù)據(jù)，切換時間為0秒。

4.2語音業(yè)務(wù)的切換

因為光通信系統(tǒng)和擴頻通信系統(tǒng)同時提供語音業(yè)務(wù)，所以每個變電站、供電所都有兩種語音通信方式互為備用。

4.3視頻、供電所MIS、OA辦公自動化業(yè)務(wù)的切換網(wǎng)絡(luò)信號自動切換功能的實現(xiàn)：

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明：

系統(tǒng)由交換機、光傳輸設(shè)備、無線網(wǎng)橋等設(shè)備組成，在兩個遠(yuǎn)端之間放置兩臺交換機，利用三層交換機的高級功能實現(xiàn)雙鏈路的相互備份與自動切換。

系統(tǒng)功能實現(xiàn)方式：

用戶b與服務(wù)器a進行通信，通過交換機g和交換機h中連接的兩種鏈路有線和無線進行傳輸，當(dāng)光纖傳輸設(shè)備c和d之間的光纜連接正常時，通過設(shè)置STP(生成樹)協(xié)議，使交換機g的2端口處于阻塞狀態(tài)，拒絕接受由交換機H的4端口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，這樣就可以避免在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生環(huán)路而形成廣播風(fēng)暴。當(dāng)光纖傳輸設(shè)備c和d之間的光纜連接中斷時，交換機g會監(jiān)測到1端口的鏈路發(fā)生故障，無法傳輸數(shù)據(jù)，這樣就會重新檢查各個端口的連接狀態(tài)，檢查完畢后，交換機g發(fā)現(xiàn)2端口可以進行數(shù)據(jù)傳輸，并將2端口的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這樣2端口就可以接收交換機H的端口4發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。這樣的鏈路切換對用戶來說是完全透明的，形成了可靠的雙鏈路備份。

四、效果檢驗

整個系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，我們組織有關(guān)技術(shù)人員進行了初驗收，首先測試了系統(tǒng)帶寬，空間帶寬為54M/每三個站，實際帶寬為26-32M/每三個站，在圖象傳輸為24楨/秒800*600分辨率，每站同時傳輸4路圖象，其他所有業(yè)務(wù)全部開通的情況下，帶寬資源足夠。數(shù)據(jù)傳輸誤碼率和網(wǎng)絡(luò)丟包率達(dá)到要求。人為將光纖通道斷開，經(jīng)測試遠(yuǎn)動實時數(shù)據(jù)主備通道切換時間0秒，滿足遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)的實時性要求;網(wǎng)絡(luò)主備通道切換時間為60秒。整個系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。