（国网河北省电力公司信息通信分公司 河北石家庄 050000）
1引言
随着智能电网和信息化建设的大力推进，分组数据在众多业务中的比例占据主导地位，电力业务不仅对通信网络的稳定性、可靠性、准确性要求越来越高，同时也对通信网络灵活、高效的业务接入能力和多样化的服务质量提出了新的要求。现网中传统的SDH/MSTP网络对于生产控制类业务具有良好的承载能力，但无法满足大量IP业务传输需求。业务的发展为PTN技术提供了发展空间，目前它已经成为支撑电力通信网主流技术之一。PTN设备均内置了自动保护倒换算法和性能/告警监视功能，它们能保证在网络故障的条件下具备自愈能力。当发生故障时，PTN网络中的自动保护倒换可以确保数据的完整性和维持服务质量。
2 PTN技术及特点
PTN是一种面向连接的分组交换技术，支持多业务传送，不仅可以承载以太网业务，而且可以兼顾传统的ATM、TDM业务。其两个重要特征是分组和传送，分组特性主要体现在其传送灵活、统计复用、扩展性强、可靠性高等方面，传送特性主要体现在其高效的QoS机制、端到端的通道管理及OAM操作、多种保护方式、精确的时间和频率同步等方面。
PTN相较于其它网络来说，在带宽管理机制和流量工程控制方面更为高效，OAM和网管系统更为便捷。同时，PTN提供的网络保护机制和隔离技术，使得它在传输业务时更加安全和可靠。因此，PTN具有以下技术特点：
（1）支持端到端的组网，能够提供更加适合IP业务传输的弹性通道，对业务颗粒适应能力强，带宽利用率较高。
（2）提供可靠的网络保护，具备通道自愈能力，支持基于OAM和网管命令来触发保护倒换，主备路径切换时间可以控制在50ms以内。
（3）具有完善的OAM故障管理和性能管理功能，实现快速故障检测和故障定位，通过分层监控，为业务的端到端管理创造良好条件。
（4）为多种业务提供差异化QoS保障，通过队列调度，可为用户提供具有不同服务质量的等级保证，确保多业务稳定并行传输。
3 PTN保护倒换功能
随着电力通信网的发展，带宽要求越来越高，网络数据流越来越丰富，对PTN承载网的可靠性要求也越来越高。在网络出现故障时，为提高网络的可用性，对PTN网络提供保护成为必备的特性。PTN保护可分为网络级保护、网络边缘保护和设备级保护三种，如图1所示。
图1 PTN网络保护图
（1）PTN网络级保护
PTN网络级保护主要保护网络传送业务的安全，按保护对象不同，分为线性保护和环网保护。线性保护主要对象为VP通道和VC通道，即LSP和PW，主要包括LSP/PW1+1保护、LSP/PW1:1保护。环网保护主要对象为PTN的段层，主要包括环网Wrapping保护、环网Steering保护。
（2）PTN网络边缘保护
PTN网络边缘保护是保护客户侧业务到PTN设备的安全，包括LMSP保护、LAG保护、MC-LAG保护、VRRP保护等。
（3）PTN设备级保护
设备级保护主要保护设备关键部件，如控制单元，交换单元，时钟处理单元等。包括设备板卡冗余备份保护和TPS保护等。
根据电力通信业务需求，PTN保护配置方式各异。对于时延和可靠性要求较高的TDM业务一般配置的保护方式为LSP/PW 1+1、LSP/PW 1:1方式，对于带宽要求较高但对时延和可靠性要求相对较低的以太网业务一般配置LSP/PW1:1和环网Wrapping保护方式。
4 PTN保护倒换对电力通信业务性能的影响
4.1 倒换对TDM业务传输时延影响分析
在SDH传输网中，TDM业务不用经过封装，其倒换时延取决于发生故障到倒换完成的这段时间，完成倒换后业务立即恢复。在PTN网络中，正常情况下，TDM业务的单向传输时延由封装时延、转发时延、传播时延、抖动时延组成，单台PTN设备的包转发时延大概为50us，封装时延为每帧125us，转发时延+传播时延按200km、10个站点来计算大概为1.5ms，抖动时延大概为1.5ms~2ms，端到端时延大概为5ms左右。而在PTN保护倒换过程中，其传输时延不仅包括从发生故障到倒换完成这段时间，还应该包括重新接收包后目标端重建TDM业务流时间。这部分时间与业务仿真有关，在TDM业务仿真过程中，数据通过端到端伪线仿真封装入以太网包，包中TDM数据净荷越大封装时间就越长，丢失包后对TDM业务数据损伤就越大，业务流重新建立时间就越长，倒换的传输时延也随之加长。完成主备路径切换后，发送端有可发送的包时已经等待了一个封装包的时间，接收端可能会丢弃第一个倒换损伤包，这两种情况都会增加传输时延。
4. 2倒换对以太网业务传输可靠性影响分析
从业务的角度来看，PTN网络发生线性LSP或环网Wrapping保护倒换时，业务数据从主用路径切换至备用路径，而设备目标端接收的是同一源端发送的数据包，从主用路径故障到切换至备用路径的时间内，设备的目标端会处于一种接收不到数据包的状态，也就是会发生丢包。丢包时间长短与触发保护倒换的机制有关，PTN保护倒换触发条件为检测到CC/CV帧丢失或接到APS倒换请求。CC/CV帧为3.3ms发送一次，当目标端连续3帧收不到CC/CV帧会产生帧丢失告警，并通过保护路径向源端以3.3ms的间隔连续发送三个APS报文，源端在接收到APS报文后才会触发倒换，再加上层软件的参与，因此从发生故障到执行倒换，一般会超过10ms，也就是说目标端至少有10ms时间收不到包。
4.3 实验室测试结果分析
在实验室测试中，进行了LSP1+1、LSP1:1以及环网Wrapping保护倒换状态下对TDM业务传输时延以及对业务可靠性能影响的测试测试发现PTN在发生LSP 1+1路径保护倒换时TDM业务传输时延要大于正常传输情况下的时延。在发生LSP1:1、环网Wrapping保护倒换及返回过程中业务会有一定数量的丢包。
（1）从业务传输时延角度分析，电力通信以太网业务传输时延一般为秒级，根据LSP1:1保护倒换和环网Wrapping保护倒换测试结果，其倒换及返回时延均小于50ms，满足电力通信以太网业务性能需求。但是对于电力通信TDM（E1）业务，正常情况下通道的传输时延满足其性能需求，保护倒换状态下其传输时延有所增加，满足调度电话、自动化业务需求。
（2）从业务的可靠性角度分析，PTN保护倒换会导致业务产生丢包现象。从实验室测试效果来看，丢包率均小于0.01%，满足电力通信以太网业务可靠性能需求。
5 结束语
本文围绕PTN网络保护倒换机制对电网各类业务的性能影响问题，采用分析与实际测试相结合的方法进行了研究，总结出了电力通信业务性能指标需求，分析出了PTN倒换对其产生的影响。
作者简介：
董正坤（1982.10-），男，河北石家庄人，华北电力大学通信工程学士，工程师，单位：国网河北省电力公司信息通信分公司研究方向：电力系统通信
论文作者:董正坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/9
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