張明揚
摘 要 描述了電力數據通信網發展的趨勢及福建省電力數據通信網建設的需求。比較了X.25、DDN、N—ISDN、幀中繼、ATM技術組建數據網的方案，并根據福建省電力通信結構的實際情況，選擇ATM技術建立電力數據通信網的方案，從網絡組織、模型，網絡間的兼容，現有資源利用，技術培訓，網絡安全等幾方面論述了福建電力數據通信網的基本設想。
關鍵詞 數據通信網 綜合業務 廣域網 服務質量 異步傳遞方式
分類號 TM 73
DESIGN OF POWER DATA COMMUNICATION NETWORK IN FUJIAN PROVINCE
Zhang Mingyang
Fujian Electric Power Dispatch Center，350003，Fuzhou，China
Abstract This paper describes the development and the demand about electric power data communication network in Fujian province. The schemes for building data network by X.25, DDN, N-ISDN, frame relay technique and ATM technique respectively are compared. According to the actual situation of electric power data communication in Fujian province, the ATM technique is to be selected in the scheme. This paper details the structure, model and compatibility of the network as well as the available resource utilizing, training and network security.
Keywords data communication network integrated services wide area network quality of service (QoS) asynchronous transfer mode
0 引言
經過多年的建設，福建電力通信網已初具規模，通信網絡拓撲結構多以省電力調度(簡稱中調)為中心向各電廠、變電站、地調輻射，通道主要由干線數字微波提供，新近又投運了福州至廈門的光纖通道。雖然近幾年福建省在電力通信建設方面投入較大，但仍然存在通信系統結構簡單、占用通道多、利用率低等現象，通信資源浪費和緊張的矛盾仍然很突出。隨著電力系統運行、管理向高科技和現代化方向發展，對電力系統通信這個重要環節也提出了新的要求。在話音服務得到基本滿足的情況下，今后電力通信業務的增長點將來自數據業務［1］。事實上，我省各專業幾乎都提出了建設其專用廣域網的要求，如水調自動化系統、自動化專業的實時測控系統、通信網綜合網管系統等；電力局、中調及各地電業局、發電廠建設和開發的基于各自局域網的管理信息系統也要求進行廣域網互聯；規劃中的可視會議系統要求提供視頻業務。這些都對數據信息傳送網絡的建設提出了新的要求，而目前我省還沒有一個統一的多業務數據支撐網。如果不統一規劃綜合業務數據平臺，確定我省數據網的主干框架，將更激化通信資源浪費和緊張這對矛盾。國家電力公司在“九五”規劃中要求電網調度自動化完善一級網，建成二級網和部分三級網。就此有關專家發表了很多文章，提出了很有價值的建議，給建立省級數據網提供了寶貴的經驗［2～4］。本文從福建省的實際情況出發，探討了規劃中的省電力數據網建設方案。
1 數據通信網方案比較［5～7］
電力數據通信網的業務發展不會與郵電通信網完全相同，但趨勢是相同的，傳輸網正由微波逐漸轉向光纖，由PDH轉向SDH，帶寬由2 Mbit/s，34 Mbit/s提高到155 Mbit/s，622 Mbit/s，這給建設數據通信網創造了良好的條件。電力數據通信網的業務種類與郵電通信網也不完全相同，但業務走向多樣化的趨勢是一樣的，不僅要滿足不同需求的多業務傳輸平臺，為系統內的所有用戶提供各種類型、不同等級的業務服務，同時又要滿足調度、監測、話音、電路仿真、視頻、廠網分開后競價上網的各種實時性要求很高的信息在網絡上進行傳送。
因此，該網必須具有良好的服務質量（quality of service，縮寫為QoS）保證、多業務的綜合能力，對突發性和實時性數據的快速響應和對各種通信資源的兼容性。比較目前各種技術方案，ATM技術比較適合我省電力數據通信網的建設需求。
1.1 X.25
X.25是一種網絡協議，采用X.25可構成分組式交換網,它的突出優點是可以在一條物理電路上同時開放多條虛電路,為多個用戶同時使用，網絡具有動態路由功能和復雜、完備的誤碼糾錯功能。X.25協議是在物理鏈路傳輸質量很差的情況下開發出來的,為了保障數據傳輸的可靠性,它在每一段鏈路上都要執行差錯校驗和出錯重傳，以此保證用戶數據安全傳輸。X.25接口速率為64 kbit/s，只能提供非常有限的數據流量。X.25采用存儲轉發工作方式,分組交換過程中的傳輸延時較大,不適應突發性、實時性要求較高，信息量比較大的情況。
當建設成本很低、信息量不大、實時性要求不高時，具備交換能力的X.25網可以考慮作為純數據傳輸的備份方案。但作為建設省級數據網的技術方案，卻不可取。
1.2 DDN
DDN是利用數字通道提供永久性、半永久性連接線路,以傳輸數據信號為主的數字傳輸網絡。它可以提供各種靈活的數據接口,為傳送數據信號服務。在DDN網中,采用了先進的網管技術,進行線路調度、故障監控，可以實現集中管理。線路遇故障時還可以自動路由迂回,提高了用戶線路的利用率。因此DDN在點對點數字專線業務方面有著傳統的專線業務不可比擬的優越性，可提供高質量、高可靠性的專線服務。但DDN接口提供的帶寬是固定的,當用戶不使用時,帶寬也不能分配給其他用戶使用;當用戶需要高帶寬時,網絡也不能立即提供。這樣,就不能滿足信息突發率較高、實時性很強的用戶需求。
電力數據通信網內的長途中繼鏈路以2 Mbit/s接口為主，因此實施DDN很方便，但DDN本質上提供的是基于TDM的專線，替代的同樣是TDM專線的大量PCM電路，不能有效保護原有投資，而且無法充分利用SDH的帶寬資源，因此也不是理想的網絡方案。
1.3 N—ISDN
N—ISDN是在話音交換機基礎上提供的窄帶綜合業務數字服務， 它提供兩種接口，144 kbit/s的2B+D基本接口和2.048 Mbit/s的30B+D基群接口,可在一條用戶電話線上同時接8個終端,有3個終端能同時工作,可向用戶提供電話、數據、傳真、電報、可視圖文、可視電話、靜止圖像傳輸等業務。
目前N—ISDN主要應用于Internet接入、會議電視、數據傳送、DDN備份、局域網互聯等。其提供的帶寬是64 kbit/s～2 Mbit/s。 它向用戶提供可同時進行話音通信的64 kbit/s～128 kbit/s的Internet接入、384 kbit/s會議電視業務和128 kbit/s的多媒體業務等中低速數字接入手段。經過有限投資升級，我省大部分行政交換機可開通N—ISDN的部分業務，利用2 Mbit/s中繼的空閑帶寬，可緩解目前主干數字微波的緊張情況。但是由于N—ISDN技術本身不是數字骨干網，加上專網小話音交換機處理和擴展能力上的限制，N—ISDN提供的多業務能力有限，也不能滿足電力系統通信今后發展的要求。
1.4 幀中繼
幀中繼(frame relay)技術是在分組交換技術基礎上發展起來的,是一種快速分組交換技術。近年來,光纖的逐步普及和其傳輸質量、速度的提高,已使交換網的每一個傳送環節都可實現通信協議的簡化,從而提高了通信效率，幀中繼采用簡化的分組交換協議、統計復用、面向連接及可變長幀的方式,從而提高了傳輸速率和帶寬利用率，降低了網絡延時，用于傳送突發數據十分有效，非常適用于LAN/WAN互聯。
幀中繼作為純粹傳輸數據的網絡方案是合適的，但其QoS保證和支持多業務的能力十分有限。至今為止，電力通信網內尚未見開通幀中繼業務，沒有必要專門投資該未經系統內實踐過的技術。
1.5 ATM
ATM技術幾乎與幀中繼同時出現，采用統計復用的方式，將來自不同信息源的信元匯集到一個緩沖器內排隊，隊列的輸出是根據信息到達的快慢隨機插入到ATM復用線上，各種業務按其實際信息量來占用網絡帶寬，并且不管業務源的性質多么特殊，網絡都按同樣方式接入，有效地利用了帶寬，具有很大的靈活性，做到完全多業務綜合。對網絡技術而言,ATM具有開放式的可適配各種類型和各種速率的接口，包括各種PDH電接口和SDH/SONET（synchronous optical network，同步光纖網），速率從2 Mbit/s，34 Mbit/s，155 Mbit/s到622 Mbit/s。這些物理接口可用做用戶到網絡的接口和寬帶網絡接口物理層，它不但能滿足用戶對寬頻帶高速傳輸信息的需求,而且使當前的廣域網與局域網融為一體, 幫助用戶解決網絡、網絡與用戶中的各種技術和兼容難題，為實現語音、視像和數據等信息在網絡中的高度集成化，提供了一個簡化、統一的網絡結構，特別適用于現實的電力系統通信。
在對話音通信的支持方面，多業務ATM交換機可支持多種PBX接口，能翻譯PBX信令并直接路由實現各種呼叫，無需經匯接局轉接。由于采用信元傳輸，還可以對語音信號進行壓縮，進一步減少帶寬占用率。ATM提供的強大路由能力大大簡化了程控交換機的組網設計。
ATM具備電路仿真能力，使現有的傳統TDM設備（如PCM等）投資得到保護，而且有效地支持DDN和視頻應用。
由此可知，ATM在單一交換平臺上為支持多種業務提供了充分的可靠性、靈活性和綜合性，并能完成網絡的平滑過渡和資源的合理利用，是建立福建電力通信數據網首選的基礎傳送平臺。
2 福建省電力通信現狀
福建省電力數據通信網目前作為三級網以X.25方式連接在國家電力數據一級網上，該網主要服務于省局調度自動化專業，不涉及省局以下范圍和其他業務。擴大業務范圍是我省電力通信系統建設的重要任務。省內電力數據通信網的建設不同于一級網，覆蓋的區域小，需兼顧的方面少。針對我省實際情況，在業務預測的基礎上，將采取有重點、分階段、逐步發展的方針建設ATM技術的數據網。
2.1 有利因素
a.省局已建成福州至水口、莆田、泉州、漳州、廈門的SDH 622 Mbit/s光纖主干線，南平、三明、龍巖等光纖主干線也在規劃之中，為采用ATM技術建設數據通信網提供了條件；
b.成熟的可得到的硬、軟件的選擇范圍大，如路由器、服務器、網絡設備、交換設備、存儲設備等；
c.有國際公認的工業標準可采用，使數據網的結構更具有開放性和通用性；
d.有先進的設計工具和測試工具，一級網和電信數據網及其他省局建設經驗，建設開發的周期短。
2.2 不利因素
由于我省各地區經濟發展不平衡，地區的通信網建設規模和格局也各不相同，形成我省電力數據通信網建設中的劣勢：
a.地調各自申請64 kbit/s點對點通道,建立了路由器專線網，結構為遠方單點接入的星形網，無法形成路由保護，可靠性差，吞吐率小而且帶寬利用率低，浪費了寶貴的長途電路資源。這種局面目前還在發展；
b.缺乏統一規劃和全局觀點，有的單位自行投資敷設城域短途光纜或無線設備，造成重復建設，設備、資源分散，維護水平低；
c.由于依附于電力基本建設，電力通信專網沒有按統一的標準進行規劃和實施，電路資源分布很不平衡，往往在某一條支線上帶寬非常富裕，而在干線上則很擁擠。如我省閩北地區通道極為緊張，閩南則有富余；又如新上的622 Mbit/s的SDH光纖通信設備終端落在泉州變、后石變電站，沒有入局，大量的帶寬資源尚無法利用。
3 建設福建省電力數據通信網的思考
3.1 網絡組織
我省電力數據通信網分為兩級，中調為主級，地調為次級。這樣可以靈活地在網絡上進行交換節點的增減，而不必修改省局在國家電力數據一級網上的路由表。以地調為次級，各電廠就近接入地調系統，這樣省局主級路由選擇清楚且較快，路由表較小。
3.2 網絡模型
網絡模型分3個層次，即傳送平臺、業務平臺和應用系統。
傳送平臺主要完成主層和次層的互聯及各層網和本區域互聯。它包括ATM交換網、SDH傳輸網、寬帶用戶接入網、以太網/ATM轉換器、網絡交換機、路由器等。這些是數據網和接入數據網的基礎。物理結構構成見圖2。圖中的以太網/ATM轉換器用以完成以太網到ATM網的復接功能及ATM網到以太網的分接功能。
業務平臺是提供對語音、數據、圖像等各種信息需求的支撐平臺，對信息處理的突變性和實時性要求較高，包括以下幾方面。
a.會議電視業務：可在國家電力系統或省局系統內召開和參加電視會議；
b.虛擬專網：利用新建和已有的寬帶資源構成寬帶網絡，提供高速數據通道組建省局和各地區局的局域網，以傳輸數據、圖像、語音等；
c.視頻點播(VOD)：可隨時檢索、查看與自已業務有關的視頻節目；
d.管理、信息業務：主要是Web服務、域名服務、新聞和消息服務、信息查詢服務、MIS信息服務（如公文管理、計劃信息管理、基建信息管理、設計信息管理、科研信息管理）、供電競價上網服務，該服務是一項新業務，也是一項很重要和復雜的業務。
應用系統主要為電力調度和生產運行提供先進的管理和處理手段，包括：省局與地區局調度間的實時數據；省局與廠站間的實時數據；通信網絡運行、監測、管理的實時數據；水情水調實時數據；配電自動化的實時數據；故障錄波數據；微機遠動和保護數據、監測數據；生產報表數據等。
3.3 統籌規劃分期建設
電力數據通信網的設計、建設、維護是一項非常復雜的系統工程，除了堅持國家電力公司提出的“一體化”要求外，還要特別注重在規劃設計和建設中保護現有設備的投資，充分利用現有資源，實現平滑過渡。因此應由通信部門統籌全省電力傳輸網絡系統的整改擴充，使資源重新合理配置，以達到最高的效率。根據我省的發展規劃，今后電力數據通信網的主要建設將轉向光纖通信，逐步在各地區節點間建立光纖通道，并發展各地區的光纖網絡。這種基礎建設不可能一步到位，因此寬帶ATM的主層數據網可先建，地區的數據網利用現有的通信資源建成過渡網，新網和傳統網、電路交換與ATM交換、微波和光纖將會長期共存，相互補充。其典型結構見圖3。
主干網上ATM交換機以155 Mbit/s光纖連接或34 Mbit/s電接口連接，以帶有ATM端口的路由器與外界廣域網相連，以交換式以太網集線器與傳統以太網連接，也可以交換式以太網集線器與路由器接到低速局域網上，也可用路由器將10 Mbit/s以太網、16 Mbit/s令牌等子網和主干網相連。這樣既能較好地解決兩者的互聯互通，支持多種業務，又能保證支持原有網絡最基本的要求，確保傳統的電力系統關鍵性數據的通信業務質量不會由于網絡基礎的轉型而下降。這是統籌規劃中必須考慮的重要問題。使整個網絡結構既留有發展升級的余地，又要在一定時期內保持相對穩定。 此外，新設備、新技術逐步在全系統范圍引入后，需要有一支高素質的專業應用運行、日常維護的隊伍。因為電力系統的通信建設發展很快，很多專業人員還停留在載波通信專業基礎上，長期專注于傳統通信領域的建設，在數據傳輸領域介入不深，尤其地區局的通信力量相對薄弱。雖然我省近年來在建設管理數字微波、數字程控交換機、SDH光纖通信等新設備的過程中不斷得到鍛練，已擁有了一支專職管理維護隊伍，但加強數據通信網絡新技術培訓的任務仍十分艱巨，我省計劃在數據網建設實施之前，對省內各級有關技術人員進行系統培訓，這種培訓包括應用和維護兩方面的技術。
3.4 重視網絡安全
為保證數據網安全、健康、有序地發展，應規范網絡的運行管理，在網絡互聯的物理結構上應安裝防火墻，在網絡運行中應采取有效的技術措施，防范網上黑客，避免網絡癱瘓。從行政和法律上加強網絡管理，杜絕危害社會安定、敗壞社會風氣的有害信息在網上傳播泛濫，使網絡真正服務于生產和科研。
作者簡介：張明揚，男，1965年生，主要研究電力系統通信和網絡技術應用等。
作者單位：福建省電網中心調度所 350003 福州
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