1大同供电公司 山西 大同 037006
摘要：本文通过分析EPON的典型架构特点，根据配网通信系统的带宽需求分析模型，重点分析了配网通信的业务需求，介绍了大同配网骨干通信层和接入通信层的建设情况，并给出了基于EPON技术的大同配网通信系统组网方案。
关键词：EPON、配网通信系统、带宽需求分析、组网方案
1 配网通信系统
1.1配网通信方式的选择
目前的通信方式一般可分为无线方式和有线方式。
无线通信方式在数据传输速率、数据保密性上存在严重不足，目前它们主要作为有线通信的补充。
有线通信方式中的架空明线和电缆由于线路衰耗大，频带窄，抗干扰能力差，因此在电力系统中只能用作近距离的传输通道；专线拨号和配电线载波传输速率较低，且容易受到干扰；目前现场总线种类繁多、标准不一，因此在组网灵活性上稍微不足。与上述几种普遍的通信方式相比，光纤通信传输频带宽、信息容量大，传输损耗小，可实现光电隔离，不易受电磁干扰，组网方便、灵活而且便于网络维护。
1.2 EPON通信技术的优点
以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的网络重组；与现有以太网有着良好的兼容性；方便的网络管理等。
1.3 EPON的基本网络架构
EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网，其典型拓扑结构包括树型、星型、总线型和环型，它由网络侧的光线路终端（OLT）、光分路器（POS）和用户侧的光网络单元（ONU）组成。
在下行方向,位于控制中心的OLT可以将IP数据、语音、视频等多种业务，采用广播方式，通过无源POS分配到各个ONU中。在上行方向,EPON采用TDMA技术将多个ONU采集的配网终端的运行状态数据组织成一个TDM信息流传送到控制中心的OLT。
2 基于EPON技术的配网通信系统
2.1配网通信带宽需求分析
在此我们构建一个实际模型来详细分析配网自动化系统中通信带宽的需求，从而为配网自动化通信技术的选取提供一定的理论参考。
地区调度中心下辖1个A配电网子站下挂着1个B开闭站，B开闭站共有10条馈线，每条馈线分别连着1个箱变，每个箱变连着10部终端采集电表，接下来我根据模型来详细分析其带宽需求。假定每部电表每秒钟采集10,000个信息包，则每条馈线就能采集100,000个信息包，馈线将这些信息分别传输到各自的开闭站中去，那么经过简单的计算就可以知道在忙时总共有1,000,000信息包并发传输到B开闭站。进一步假定每个消息包的平均长度为1/μ = 100 bits，每个信息包的平均花费时间（即时延）为T=10ms，平均包到达率为λ=106/s。在这里我们考虑的节点模型中的数据包与配电子站的服务器是按照M/M/1队列理论来传输的，每个节点的数据包都服从泊松分布，同时内部的到达时间（t=1/λ）和服务时间（x=1/μ）都是服从指数分布的。由文献[3]的排队理论可知：
其中，公式（2-1）中μc是系统的服务率，λ是平均包到达率，公式（2-2）中Ts =1/μc是平均传送时间，ρ=λ/μc是系统的带宽利用率。分别将μ，λ和T代入公式（2-1）就可以估算出传输所需的线性带宽为100.01Mbps。由公式（2-2）可以看出，当网络带宽利用率ρ接近1时，每个数据包在系统中的传输时延(平均花费的时间)将趋向无穷大，这势必会造成信息通信的阻塞。在时延的变化范围很广的情况下，由公式（2-1）和（2-2）给出系统的传输带宽，并不是非常严格的。如果我们将时延限制为10ms传输99％的信息包，那么我们就需要一个更大的带宽。此时的时延就超过了定义的阈值（T=10ms），由文献[4]可知：
（2-3）
将p1 =0.99，t=10ms，1/μ=100bits，λ=106/s代入公式（2-3）中估算出此时的系统带宽为100.056Mbps。很明显可以看出公式（2-3）得出的带宽要比公式（2-1）得到的带宽大。
2.2 EPON的配网通信组网方案
基于EPON技术的配网通信系统分为五个部分：分别是配电网主站系统、前置机、EPON系统、网管监控系统以及配网终端监控设备。主站主要完成信息提取、分析以及优化等各种管理功能，并对通信汇聚设备、通信终端设备的进行集中管理，利用人机交互的工作方式，来提高配网自动化系统的运行效率保证配电网的正常运行；前置机主要是负责网络数据链路的建立和数据收发的透明中转；EPON系统将配网主站系统与各终端子站系统联系起来，完成数据信息的上送与下发。POS是一个简单的分路器设备，它不需要电源不受电磁干扰，可以置于户外环境中，易于维护。ONU可以提供FE、RS232、RS485等接口与RTU、FTU、TTU、DTU等设备互联，并且能适应各种恶劣环境，可以将终端采集到的数据向上发送给控制中心也可向下发给监控设备；网管监控系统主要实现通信网络的实时监控，日常维护工作；配网监控终端主要完成配网的数字量与模拟量的采集工作。
3 EPON技术在大同配网的建设情况
3.1 配网通信骨干层建设
大同市配网自动化主站规划设在大同供电公司营销楼8层，距地调通信枢纽机房仅200米，为了满足配网自动化信息交互可靠性、安全性、实时性，同时可作为地区通信枢纽节点的容灾备份，在此次配电自动化建设中，新增中兴ZXMPS385A（具备ASON功能）1套，建设大同配电自动化主站至地调、城西变电站、开源路变电3条光缆，将大同配网自动化主站以10G光链路通过3条不同的路径经北郊、开源路、地调接入地区自动光交换（ASON）网中（已于2012年底建成）。此次配网自动化建设涉及城东、御河、大庆路、南郊、迎宾路、育才路6座110kV变电站，将不具备622M接入的部分站点升级为622M，通过2条不同的路径就近接入220kV变电站的ASON节点，用于承载变电站OLT汇聚的10kV配电站点信息。
3.2 基于EPON技术的接入层建设
作为接入层通信，变电站至配电终端的通信网络建设技术体制光纤专网、无线专网、无线公网、配电线中低压载波等多种通信方式可供选择。本次大同配网接入层优先选择实时性、可靠性、扩展性好的EPON光纤专网技术，实现“二遥”、“三遥”开关站、配电室、柱上开关、环网柜等站点的通信。
3.3 EPON网络管理系统
大同配网自动化通信系统配置有EPON网管系统，实现对OLT和ONU的统一管理，EPON网络管理系统支持配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、告警管理等功能，能够通过连接在OLT上的网管监控系统，管理与ONU相连的终端监控设备（如FTU，TTU，RTU，DTU等）。可直观显示网络部署情况及设备链路当前状态，通过物理位置视图提供直观监视，清晰展示OLT到ONU逻辑关系，显示OLT、ONU设备、分光器和链路的运行状态。
4 结束语
本文结合大同配网建设需求，采用EPON光纤通信技术建成了主干网—接入层—终端用户的高度一体化通信网络平台，系统采用分层网架，EPON上行光接口组建环形网络，下行采用双向链路的保护方式，实现了骨干层和接入层的双向保护，系统可靠性高，运行稳定，提高了大同配网管理水平，提升核心区域配网经济技术指标，推进配网“调控一体化”进程，实现配网系统的信息化、自动化、互动化，为配电“大生产”、“大运行”的精益化管理打下坚实的基础。
参考文献
[1]阎德升,边恩炯,王旭,刘鸣.EPON-新一代宽带光接入技术与应用[M].机械工业出版社.2007.01:45~49
[2]龚静.配电网综合自动化技术[M].机械工业出版社.2008:98~104
[3]Leonard Klein rock, Queueing Systems, Vol1: Theory, NewYork: Wiley, 1975:94~109
[4]ITU-D,Teletraffic Engineering Handbook[S].Geneva,Iversen,V.B, 2003
[5]黄盛.智能配电网通信业务需求分析及技术方案[J].电力系统通信.
作者简介：冯利伟（1982—），男，汉族，山西大同人，硕士研究生，工程师；工作单位：山西省电力公司大同供电公司发展策划部
论文作者:冯利伟
论文发表刊物:《电力技术》2016年第6期
论文发表时间:2016/10/16
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