专用光纤通信组网应用

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）

从上表中可看出，用电信息采集系统对于EPON的ONU设备也存在双PON口及+RS232/485接口要求。

与传统的调度自动化系统相比，配电网自动化系统中的自动化终端节点数量极 大，一个中等规模子站系统的终端节点数量要有一千多个，同时还具有节点分散、通 信距离短、每一节点的通信数据量小、要求实时性高等特点。因此，在建设配电 网自动化通信系统时，必须充分考虑到每个子站系统及其各个终端对通信速率的要 求。一般地，通信速率的选择依据监控点数据量及实时性要求而定，对不同的配 电自动化终端通信速率的选择，见下表3.2：

表3.2 配电自动化终端通信速率要求 终端 变电站，开闭所RTU FTU TTU 用户读表终端 4、设备使用环境要求分析

相对于输、变电站调度网而言，配电网的另一个显著特征就是设备运行环境不 同，大多数设备要求室外运行，因此必须考虑设备的环境适应性问题。总体而言，配 自动化系统对通信设备的环境因素具体要求如下表3.3

表3.3 EPON在配电网工作环境的要求

配电网工作环境设备要求 EPON满足配电网设备工作环境要求 通信速率 1200-2M 1200-9600 300-9600 300-1200

25

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）

电磁干扰 防浪涌冲击 外观：金属屏蔽机盒，4级EMC性能 电源:宽电压极性保护，防浪涌冲击 设备抗恶劣环境运行 供电方式 耐高温，抗严寒 温度为-30℃—— +75℃ 湿度为10%——90% 支持-48VDC,220VAC ODN中无源分光器不需要电源就能工作。ONU与环网柜，柱上开关，变压器使用相同的电源。 散热方式 安装环境 优选自然散热 无风扇设计，自然散热 室内，室外注意防水，防OLT：110/35KV变电站站内通信机尘 房 ONU：开闭所，配电室，环网柜等。

电力行业特殊的工作环境对EPON设备也提出了特殊的要求，因此EPON 系统在电力配电自动化中的运用绝对不能是简单地移植，用于运营商环境的 EPON设备,必须结合电力行业的实际情况对EPON终端设备加以改造和升级， 通信设备承担着调度命令的下发和监控信息采集的任务，一旦出问题后果不堪设想。 5、业务隔离及数据安全可行性分析

配电自动化通信系统是一个可以承载多种业务的综合通信平台，提供配电网SCADA系统、GIS地理信息系统、集中抄表(AMR)、需方WEB管理等多种业务通道。不同类 型的业务在电力系统中分属不同的部门进行管理。如何界定明确的业务分界 点?如何保障在同一传输平台上不同类型业务之间的通道隔离?如何按照电力业 务运营要求对不同类型的业务分配不同的传输服务质量(QOS)?如何保障敏感业 务数据的信息安全?针对这些配电自动化系统的信息安全要求，EPON系统给予以 下的解决方法:

26

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）

.EPON系统上行采用TDMA(时分复用)方式。各个ONU设备虽然共用一个主干传输通 道，但只在属于自己的时隙内发送数据，避免数据碰撞，实现通道的逻辑隔 离

。

.在OLT, ONU设备之间可以使用标签技术(VLAN, QinQ, PPTP隧道等)实现业务 分界点的划定，保障业务端到端传输，在配电自动化的主站内可以利用三层交换机 或路由器归属到不同的业务平台去管理。

. EPON系统可以提供多种类别(基于通信端口、标签、IP地址、TCP端口等)差异化 通信优先级(SLA)服务，而且通过DBA技术可以动态调整带宽，保障重要的数据优 先发送。

. EPON系统的上行和下行数据可以实现三重搅动(triple churning)和AES-128两 种方式的加密，动态更新加密密钥来防止非法的ONU获取数据，实现敏感数据的加密。

8、网络扩容分析

配电自动化建设是一项长期工程，其网络规模随着地区经济发展和当地市政建设变迁而不断更改、不断扩大。在配电网中开闭所、环网柜、箱变等节点的数量具有不可精确预测性，实际节点的数量发生变化，通信网络要具备相应的调整能力。因此，配电自动化要组建的通信网络是一个不断变化的网络，在建设时要引起足够的重视，否则会给后期的改造带来巨大风险和浪费。

配电网自动化设备终端节点的相对不稳定性，对通信网络的扩容、通信设备 组网能力、通信建设成本提出了新的要求。以下以常见的AON(有源光网络)和 PON(无源光网络)就以上几个层面做分析对比。

有源光网络的特点: 1）设备扩容:需要在扩容节点设备增加一对光接口板(或SFP光模块)实现一个光方向的增加;当节点设备没有冗余的光接口时，只能更换设备。 2）组网能力:节点设备增加的光方向越多，对该设备的安全性、稳定性要求越高，一旦设备损坏，整个下游设备全部中断。 3）建设成本:光接口板及SFP光模块的价格一般为无源分光器的10倍以上;单台工业交换机、SDH/MSTP设备的成本一般为ONU设备的4倍以上。无源光网络的特点:4）设备扩容:只需更换大分路比的分光器，或在网络规划时预留馈线光纤。该设备纯物理器件，可实现恺甲式(地埋)或机架式，只需要插拔相应馈线光纤即可。5）组网能力:不管节点设备增加的光方向有多少，下游节点设备是以并

27

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）

联关系连接在主干光缆上，任何一个ONU设备损坏不影响其他设备正常运行。6）建设成本:无源分光器的价格一般为光接口板及SFP光模块的十分之一上;ONU设备的成本一般为单台工业交换机、SDH/MSTP设备的四分之一。 9、光功率计算

在EPON系统扩容的同时，光功率预算是一个不能忽略的重要问题，根据实 际的组网情况，在网络设计之初就应当考虑将来的扩容方案。例如在某一条手拉 手电力线路中，采用非均分的分光器连接方式实现链型的EPON网络结构，由 于EPON系统受到多级分光的限制 (理论上在非均分的情况下不超过16级分 光) ，在实际应用过程中建议在10级分光以内 (主要是由于分光器和光信号本身 的物理特性决定的) 。这种限制也就意味着在OLT设备的一个PON口方向上最 多只能挂接10个以内的ONU设备，因此电力配网使用EPON技术组网在一定 程度上会受到网络扩容的限制因素影响。根据这个情况，在网络设计之初需要预 留多芯光纤，以方便在网络扩容时直接通过增加OLT设备的业务板卡来增加 PON光接口的方式进行扩容，具体需要预留的光缆芯数数量需要根据现场实际 情况做判断。

不管是采用均分分光器的组网方式还是采用非均分分光器的组网方式，需遵 循的一个基本原则是:OLT设备PON口至ONU设备PON间的光功率代价在27db 以内。

10、OLT设备位置考虑分析

网络规划设计以及建设过程中，OLT设备的应用场景问题也直接决定了在 EPON系统在电力配网自动化过程中的生存能力。根据目前电力线路光缆资源情 况，110KV站点基本具备光缆资源，对于35KV的站点，只有少数站点具备光缆 资源，而大量的lOKV站点目前基本都还没有光缆资源。由于EPON系统的传输 介质是光纤，因此在网络建设时，必须要慎重考虑光缆的敷设问题，而光缆敷设 到哪一级变电站决定了通信系统的覆盖能力，因此光缆的敷设和EPON系统的 组网能力是相辅相成的，需要结合实际情况一起规划。根据电力配网的现状，在 配网中需要大量覆盖光缆已经很明确了，现在需要考虑的就是光缆的敷设走向以 及光纤芯数的规划问题。

28