用电信息采集系统EPON建设方案浅论

用电信息采集系统EPON建设方案浅论发布时间：2010年06月30日o分享分享到...新浪微博腾讯微博豆瓣空间搜狐微博QQ空间腾讯朋友网易微博百度搜藏开心网告诉聊友推荐打印收藏文/黄强建设用户用电信息采集系统，可以及时、完整、准确地掌控用户用电信息。数据通信系统做为用户用电数据的关键传输通道，需要选择最合适的技术手段和组网方案，确保用电信息采集的运行安全可靠和数据实时传输。方案背景改革开放30年，随着电力体制市场化改革进程的不断推进，为建设可持续发展的和谐社会，更好的实现节能减排，阶梯电价政策执行的脚步已经迈近。而电力用户用电信息的实时采集是此项政策实施的重要技术手段，同时用电信息采集系统是智能电网的重要组成部分，是实现与电力用户双向互动、提升用户服务能力、建立智能用电服务体系的技术基础。通过建设用户用电信息采集系统，可以实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地掌控电力用户信息。为此，作为用户用电信息采集系统的三个重要部分----业务主站系统、用户信息采集、数据通信系统，在建设中要充分考虑如何满足用户用电数据实时采集的需求。其中数据通信系统做为用户用电数据的传输通道更为关键，需要选择最合适的技术手段，确保用户用电信息采集安全、可靠、准确的运行。前期部分网省公司已经采用GPRS和CDMA无线通信技术做为远程通道试点建设用户用电信息采集系统，这两种方式在保证系统通信可靠性、满足实时性及安全性要求方面都会存在一些问题。GPRS/CDMA方式需要借助运营商的资源，用户用电信息承载于运营商的网络上，存在一定的安全隐患，同时GPRS/CDMA和230MHz在可靠性和实时性方面也存在问题。而光纤方式组网相对前两种方式，无论在保证系统通信可靠性，还是满足实时性及安全性要求方面都较为合适。由于用户均处于电网的最末端，如果全面采用点对点方式的光纤覆盖，会导致成本过高，因此，综合考虑节约投资，采用EPON技术做为用户用电信息采集系统的远程传输通信最为适合。电力采集系统EPON系统建设方案1.EPON技术适合电力采集系统应用电力系统具有接入点分散、野外环境复杂、接入点扩容变化大的特点，要求通信接入系统稳定可靠、扩展便捷，而且成本最优。EPON作为全IP化宽带光纤接入系统，可以有星型、F型、一字型等多种组网方式，能很好满足电力系统的接入需求,如图1所示。图1EPON用电信息采集系统应用模型无源光网络可以很好地工作于野外环境，对雷电、电磁波等干扰具有天然免疫能力。OLT一般放置于高压变电所机房，沿变电站敷设光缆，采用总线型接入方式，通过分光器就近接入各变电站。总线型光纤接入方案实例如图2所示。图2总线型光纤接入方案实例当增加变电站时，可以就近从分光器引出分支光路接入，无需额外增加设备。对于可靠性要求高的接入环境，可以采用“手拉手”网络，实现全光路保护，如图3所示。图3“手拉手”结构的全光纤保护组网2.EPON部署方式建议用户用电信息采集系统应用EPON技术来组网时，其中要重点考虑的是组网拓扑结构和设备(OLT)的作用。一般来说，能够适合各网省公司以及直辖市的采集系统应用部署模式有集中和分布两种形式。主站集中式部署仅在省公司部署一套主站系统，实现统一的通信接入平台，直接采集全省范围内的所有现场终端和表计，集中处理信息采集、数据存储和业务应用，这种方式只适合用户数较小的区域。主站分布式部署，每个地市公司一套系统，由于低电压等级变电站数量众多，如果ONU均直接连接到市公司的OLT上，会对网络稳定运行带来影响。在电力行业的广域网项目中，网络划分为核心、汇聚、接入三个层次，其中汇聚层非常关键，起到了承上启下的作用。为此，在用户用电信息采集系统中必须根据这三层架构进行组网，设置分布式多台OLT分担地市公司的负载。同时，还可以将多台OLT之间进行环网连接，实现一个可靠的保护。如图4所示。图4用电信息采集系统EPON系统除基本的EPON协议外，还必须考虑骨干网络的可靠性和健壮性，应具有丰富的二三层特性和端口种类，以及高可靠性、高性能的特点。110kV/35kV配变核心主站和10kV配变子站组建千兆IP主干环网，通过快速环网保护协议实现主干环网高带宽以及小于50ms的快速无缝切换功能，全面提高主干环网效率及可靠性。整个网络向上接入电力数据通信骨干网，向下接入本地集抄网，实现全省数据网与集抄网的无缝接入。如图5所示。图5OLT环网架构放置用电信息采集终端的公变开闭所、环网柜至配变子站的分支网采用EPON接入技术，不仅可以高效利用光纤资源，就近接入，而且OLT单设备通过双主控备份、电源备份可以解决硬件单点故障隐患点。OLT还可以通过快速环网保护技术组环实现链路和设备备份，安全可靠性得到极大提升。3.分布式部署方式中二三层技术应用比较现有电力行业的传输资源和网络基本覆盖到110kv变电站，各个OLT需要与变电站中的传输设备或已有的数据网设备连接，从而实现各种信息数据的传输。在应用EPON技术建设用电信息采集系统过程中，为避免三层设备全部集中于主站系统造成安全风险，大规模组网情况下需要EPON网络承担三层功能。1)纯二层网络存在安全隐患。纯二层网络是一个大的广播域，存在广播风暴、ARP攻击等各种安全隐患，将对整个网络产生巨大影响，如消耗设备的CPU资源甚至造成满负荷、抢占上行的链路带宽导致正常业务异常。EPON系统包含三层路由设备，可以天然隔离广播风暴和ARP攻击，即使发生异常，也可以把负面影响控制在其相应的VLAN区域内，避免对整网产生影响。2)纯二层网络中，系统抄表总站的设备压力巨大，并且存在VLAN资源不够的问题。系统抄表总站的网络设备与每个采集器都直接互通，每个采集器的数据报文都需要直接透传到系统抄表总站的网络设备上。据了解，全国有260多万个采集器，平均每省有近10万个，这样总站需要终结10万个采集器的VLAN数据报文，对总站网络设备的要求很高。另外，VLANID资源只有1～4096，远远无法满足10万个采集器的需求。虽然可以采用QinQ等多层封装的技术，但这样会造成巨大的整网配置工作量和管理复杂度，增加后期定位解决问题以及扩容的成本。3)OLT采用二层部署，势必需要由现网中110Kv变电站的路由器做为网关，这样就需要在路由器上为EPON系统配置大量的VLAN信息和网关地址，从而大量增加路由器的路由表，使路由器负载提高，影响其稳定运行，对现有电力通信数据网的稳定运行带来安全隐患。其次，需要路由器消耗自身的性能为OLT提供服务，例如大量的ARP信息全部由路由器来维护。随着业务的扩展，终端数量的不断增多，路由器的ARP表容量势必急剧增长，一旦超出路由器自身的规格，将导致终端用户无法接入，不但影响用电信息系统还会影响现有网络业务接入。另外，后续用电信息系统通信网络需要调整和维护时，都要对路由器的配置进行调整，这将大大增加日常维护的工作量，而且一旦配置错误，必然会影响到电力通信数据网，不利于现有数据网的稳定运行。4)纯二层网络的QoS能力很差。采用纯二层组网时从采集器、集中器、ONU、OLT直到抄表总站的网络设备QoS保障能力很弱，无法对来自同一个采集器的多种业务进行区分。虽然二层网络中的VLANTAG带有802.1p优先级字段，但是多个采集器上的报文，经过集中器、ONU、OLT的层层汇聚之后，仅凭802.1p的几个优先级，根本无法再区分出各自的业务，也就无法实现端到端的精细化QoS管理。5)纯二层网络实现广域网接口部分的技术复杂，不便维护。纯二层组网时，OLT以及总站设备的E1/STM-1等广域网链路必须使用“桥接”等陈旧且复杂的二层技术，一一配置VLAN和SDH通道的对应关系，大大增加了网络配置的工作量和维护的难度，也会增加设备的处理压力。因此，当用电信息采集系统规模建设时，应采用通过三层路由设备上接SDH传输网络的网络架构，只有网络规模较小时可以考虑纯二层设备上联SDH网络的模式。综合以上分析，同时从后续实际运行维护的角度考虑，用户用电信息采集系统采用分布式三层架构比较合适。4.EPON系统的安全性安全对于用电信息采集系统而言是至关重要的，因为它是营销管理业务应用系统的基础数据源的提供者，为了确保其安全性和可靠性，首先应做到统一规划，全面考虑，应采用多种先进技术，如环网保护技术、VPN业务隔离技术、虚拟交换网与EPON融合技术、防火墙技术、加密技术、网络存储与备份技术、网络管理与用电采集器/集中器统一管理技术等，在系统的各个层面（操作系统、数据库系统、应用系统、网络系统等）加以防范；另外，在系统的日常运行管理中，加强规范管理、严格安全管理制度。原有变电站有物理安全边界，同时也是可信的接入网络，然而目前用电采集的通信网络向配变和用户电表侧延伸，安全边界发生了变化，缺乏保护措施的配电子站更容易受到攻击，因此需要有整体安全措施部署，以抵御黑客、病毒、恶意代码等对用电信息采集系统或周边无防护措施的系统发起的恶意破坏和攻击，特别是能够抵御集团式攻击，防止系统运行受到严重破坏以及保密信息泄漏。如图6所示，整体安全方案的部署方面主要分为三个层次：图6整体安全防护部署第一层次为终端认证，ONU通过对集中器进行MAC认证以及IP+MAC绑定，实现对终端的安全识别，同时还可限制用户接入的速率，避免对上层网络和系统的流量冲击。此外OLT还可以对ONU进行接入的安全认证，避免非法ONU的接入。第二层次为业务隔离，通过ONUUNI的端口隔离、OLT的PON端口隔离和网关的网段隔离，实现各终端间的业务隔离，避免相互干扰和控制；同时ONU与OLT之间采用加密方式进行通信，确保信息传输的安全性。第三层次为深度检测与防御。变电站内目前基本没有部署任何安全防护措施，而安全防护边界已被推到变电站，变电站OLT需要考虑部署更深层的安全防护方案。推荐在OLT设备处部署电力定制深度业务识别系统，对终端业务的合法性进行实时检查，一旦发现非法操作或入侵操作立刻告警甚至切断该业务。为了方便管理和维护，可及时对业务特征库进行集中更新，以适应用电业务的发展。通过以上三个层次的整体安全防护部署，确保合法终端和合法业务的接入，有效避免黑客对用电信息采集系统和周边系统的入侵，实现城市用电系统的整体安全。结束语用电信息采集系统是坚强智能电网建设的重要内容，是支撑阶梯电价执行的基础条件，EPON做为用电信息采集系统的传输平台，可以满足网络架构、网络安全、后期维护、系统管理等多方面要求。结合用电信息采集系统的主站部署模式提出的部署三层OLT与现有网络进行无缝连接，提供了一个先进、易维护、安全、可靠的EPON网络，不仅实现用电信息业务的统一接入和用电通信网的一体化建设，而且促进用电通信规范化管理，为用电智能化建设提供坚强的技术支撑。电力用户用电信息采集系统主站软件是基于电能信息采集领域最新技术规范，结合营销业务、智能电网、线损管理的要求推出的新一代电能信息采集整体解决方案。该方案实现了面向所有电力用户、电厂上下网关口、变电站联络线关口的电能信息一体化采集与监测，构建了购、供、售一体化电能信息中心，并与营销业务系统各业务模块紧密集成，为电力生产管理、营销业务应用以及智能电网建设提供了双向互动的基础技术平台。主站软件结构示意一、产品概述主站软件基于分层全方位开放系统设计思想，系统采用模块化、分层分布式结构，确保采集、计量、计费、统计、分析和决策等各项功能、各个环节的可靠性及可升级性。各模块可分布式运行于系统网络的每一个节点。二、产品特点主站软件采用模块化设计，系统由前置机模块、服务器模块、人机界面模块、数据库编辑器模块、绘图模块、WEB发布模块等组成，组网灵活，既可实现双机双网热备，也可单机运。各模块可根据需要灵活配置在网络的各个节点，满足用户不同的系统需求。三、系统主站模块组成●前置机模块（CCM）1)接收服务中心模块远程操作命令，调用相应规约解析，并下发到采集终端2)接收终端数据调用规约，解析为服务中心模块认知的数据格式，并将数据发送到服务中心模块3)