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SPN在云南电网中的部署及应用研究

发布时间:2022-03-03  作者:云南电力调度控制中心 陈龙,罗海林,孙严智  阅读量:

“十四五”期间,随着云南电网公司全面数字化转型及数字电网建设战略部署的逐步落实,各业务领域信息化、智能化水平将大幅度提升,按照规划,云南电网将于2025年建成数字电网。随着数字电网的建设及变电站视频与图像采集、巡检机器人等技术的大规模应用,可以预见“十四五”期间云南电网变电站的带宽需求将呈现出爆炸性增长,迫切需要通过新技术全面提升变电站、供电所综合数据网带宽。

 

电网需求分析及承载网技术选择

 

云南电网除承载生产业务的调度数据网以外,还有承载生产管理业务的综合数据网,根据业务属性又分为综合数据网三区和综合数据网四区;其中三区业务主要包括视频采集业务、智能管理业务、北斗高精度定位通道等,四区业务包括生产管理系统、GIS系统、OA办公系统;此外还有承载IP电话和视频会议的语音视频专网业务。除了带宽需求的急剧增加,对数据网的不同业务安全隔离度以及业务差异化管理也提出了更高的要求,各个分区业务之间需要实现逻辑隔离或物理隔离,业务之间也存在质量保障的优先顺序,同时该网络必要时最好还能承载一部分原有SDH网络上的专线业务。

针对电网上述需求,综合评估了SPN与SDH及下一代OTN网络三种技术。

- SDH技术:技术成熟,稳定可靠,仍是点到点专线业务的首选承载网络。但目前SDH标准已多年不再更新,线路侧带宽最高只有10Gbps,作为大容量的数据承载网相对SPN及OTN无带宽优势,同时基于MSTP平台的以太网封装效率较低。

- 下一代OTN技术:下一代OTN技术基于4合1融合技术,能够接入任意速率的任意业务,如PCM、SDH、OTN、分组业务,解决了传统OTN封装小颗粒业务如VC12等映射层级过多的问题,可以与传统OTN对接;各种业务可以映射到最匹配的管道中,任意汇聚到大容量的波长中统一传送。但是OTN暂不支持L3转发,如要实现此功能,需要叠加额外的路由器,将导致架构复杂、成本高,同时OTN的线路板卡相对SPN的以太网接口来说成本较高。

- SPN技术:SPN技术线路侧接口带宽可以达到200Gbps,采用智能管控及网络切片技术,SPN设备FlexE端口基于TDM时分复用的硬管道可实现时隙调度、刚性隔离、独占带宽、通道之间不相互影响。针对电力通信网不同业务的安全隔离要求,可部署切片实现不同区域电网业务的承载,满足不同的带宽、时延、同步等需求。SPN目前还支持L3 VPN到边缘的转发,当前提供10Mbps小颗粒粒度的切片层网络支持能力,能更好地适应电网点到点专线业务。控制层面基于SDN架构,网络能力开放、高效灵活,业务可视、可管、可控。SPN线路侧板卡采用标准以太网接口,相对来说具备价格优势。

从实现原理角度,OTN本质上还是基于TDM模型来承载分组业务,而SPN本质上是基于PTN演进而来,天然的是分组数据的承载网,并在此基础上兼顾了适合电网专线业务的承载技术,因此,基于云南电网主要用于承载综合数据网的业务需求场景及成本因素,最终选择了SPN技术。

 

SPN中业务模型的部署分析

 

目前云南电网SPN网络结构采用核心落地层、骨干层、汇聚层以及接入层四层结构。地调为核心落地层,重要的500kV或220kV站点作为骨干层,骨干层采用口字型组网。220kV或110kV站点作为汇聚层,各汇聚环独立,并双归或三归至骨干汇聚节点。接入节点部署至35kV站点,接入站点成环双归至同一汇聚环或单支下挂,部分未成环站点单支线接入。

自动化、电能量等点到点专线业务,基于SE-XC交叉的硬管道技术,采用10Mbps的小颗粒业务模型承载。

针对数据网等分组业务,目前在业务层面主要有L2 VPN和L3 VPN两种部署模式,考虑到电网的网络拓扑和业务流向,选择L2 VPN模式。

根据电网业务流量需求分析可知,目前变电站三区主要业务为生产管理VPN,包括视频及环境监测系统、输电设备在线监测装置、生产管理终端;变电站四区主要业务综合VPN主要为接入办公网络的电脑终端。对于电网来说,目前SPN承载的地区综合数据网业务流向较为单一,均为厂站端至地调主站数据中心或中调主站数据中心,地区网层面均为接入层站点至地调的数据转发,暂时没有接入层站点至汇聚层站点、核心层站点互访需求,也没有厂站之间的综合数据网互访的需求。因此L3 VPN部署至边缘节点暂时缺少实际的业务场景支持。同时考虑到业务配置以及后期运维及故障处理的难易程度,选用切片+L2 VPN的业务部署方案。

全网部署L2 VPN,SPN启用切片+隧道功能,实现语音视频、变电站三区、变电站四区之间的切片物理隔离,各自形成一张独立的逻辑网络,通过切片内SR-TP的分组转发,也可实现二层数据汇聚收敛功能,通过在汇聚路由器子接口创建VPN的方式,可等效实现厂站端路由在三层灵活转发,以及路由策略和安全防护策略的单站控制。未来根据业务需求,L2 VPN也可在线升级至L3 VPN部署,无需修改业务IP。

 

SPN在电网中的业务规划

 

根据云南电网的业务需求和网络模型,目前初步规划了4类业务模型,并规划了不同的切片带宽。

- 专线业务:全网规划5Gbps带宽切片,专门用于开通SE-XC小颗粒业务切片;点对点专线每条业务带宽10Mbps,全程点到点物理隔离。

- 语音视频切片:全网规划5Gbps带宽切片,用于承载语音视频业务,单站业务SR-TP隧道带宽为10Mbps,切片内业务之间统计复用。

- 综合数据网三区切片:全网规划10Gbps带宽切片,用于综合数据网三区业务,110kV及以下单站业务SR-TP带宽为10Mbps,220kV单站业务SR-TP隧道带宽为20Mbps,切片内带宽统计复用。

综合数据网四区:全网规划10Gbps带宽切片,用于综合数据网四区业务,110kV及以下单站业务SR-TP带宽为10Mbps,220kV单站业务SR-TP隧道带宽为20Mbps,切片内带宽统计复用。

业务保护方式采用基于1:1的SR-TP隧道保护,同时支持基于重路由的SR-BE保护方式。核心路由器和接入交换机之间采用IP FRR配合BFD协议,监测中间隧道状态,做到主站核心路由器的设备保护。

 

SPN作为一种移动5G承载网的新技术,虽然在行业专网中的应用还处于探索阶段,但SPN所具备的一系列特性,契合电网数据网络的需求和未来的发展趋势。未来SPN也会基于专网用户的需求不断演进,以满足各种行业用户的需求。

 

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