EPON技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

林長錐，孫建平，賀 鵬

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

EPON技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

林長錐，孫建平，賀 鵬

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

提出用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信信道的建設(shè)是用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分。針對用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信的需求及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點，描述了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)EPON技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用方式。介紹了一種采用EPON技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，并分析了EPON網(wǎng)絡(luò)的通信原理以及該技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)缺點。最后，結(jié)合EPON技術(shù)的特點，說明該技術(shù)也可以應(yīng)用在用電信息采集系統(tǒng)的本地通信中，為實現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全費控”目標(biāo)做應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

用電信息采集系統(tǒng)；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)；光纖專網(wǎng)

0 引言

用電信息采集系統(tǒng)[1]是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，它承擔(dān)著用電信息自動采集、高效共享和實時監(jiān)控的重要任務(wù)，是智能用電服務(wù)體系的重要基礎(chǔ)。用電信息采集系統(tǒng)，是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的前提，為“分時電價、階梯電價、全面預(yù)付費”營銷業(yè)務(wù)策略的實施提供技術(shù)保障。

用電信息采集系統(tǒng)中遠(yuǎn)程通信信道的建設(shè)至關(guān)重要，它是用電信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)其各功能的技術(shù)基礎(chǔ)，所以采取何種通信技術(shù)來保證采集終端與系統(tǒng)主站之間進行可靠、實時和安全的通信是建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)的關(guān)鍵。文章將介紹一種遠(yuǎn)程通信采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)EPON（Ethernet Passive Optical Network）[2]技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)。

EPON是一種點到多點的光接入網(wǎng)絡(luò)，二層采用802.3以太網(wǎng)幀來承載業(yè)務(wù)的無源光網(wǎng)絡(luò)PON（Passive Optical Network）系統(tǒng)，其最大的優(yōu)勢是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分靈活，節(jié)省光纖資源，系統(tǒng)的可靠性較有源光網(wǎng)絡(luò)高。

1 EPON網(wǎng)絡(luò)簡介

以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，采用點到多點結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（Optical Network Unit）和光分配網(wǎng)絡(luò)ODN（Optical Distribution Network）組成，其中的ODN由無源設(shè)備構(gòu)成[3]。圖1為一種典型的EPON通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1 EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

OLT是一個提供多業(yè)務(wù)的平臺，提供面向無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖接口（PON接口），起著匯聚ONU的作用。OLT除了有網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外，還可以針對電力用戶的實際需求進行帶寬分配等功能[4]。在用戶側(cè)的ONU可為用戶提供網(wǎng)口及其他接口。

O L T放在變電站機房，O N U放在變壓器側(cè)的用戶設(shè)備端附近。POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，是一個連接OLT和ONU的無源設(shè)備，安裝于線路上的光纖分支箱內(nèi)。典型的EPON系統(tǒng)采用的是單光纖雙向傳輸方式，上行使用的波長為1310nm，在上行通信時采用時分復(fù)用TDM（Time-Division Multiplexing）方式，各個ONU根據(jù)OLT指定的時間發(fā)送信息，ONU發(fā)送的信號只會到達(dá)OLT而不會傳到其他的ONU；下行使用1490nm波長，在下行傳輸時采用的是廣播方式，OLT發(fā)送的信號通過ODN傳輸?shù)接脩魡卧狾NU[5]。

2 EPON網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

從EPON技術(shù)發(fā)展至今，其在電信行業(yè)的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)較為成熟[6]。近幾年，隨著智能電網(wǎng)的不斷推進，在電力網(wǎng)中所采用的通信技術(shù)也不斷地革新，由于EPON技術(shù)本身的優(yōu)勢特性，EPON技術(shù)在電力行業(yè)中也引起了廣泛的關(guān)注，已被應(yīng)用到配電網(wǎng)領(lǐng)域。但是，與傳統(tǒng)的電信行業(yè)相比，由于配網(wǎng)的特性及電力運營商自身的特點，在采用該技術(shù)時，需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、應(yīng)用環(huán)境、工程安裝等方面進行改進以滿足電力行業(yè)通信的需求。EPON技術(shù)最突出的優(yōu)勢就是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較靈活，可以組成星型、樹型、總線型、環(huán)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 EPON網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

相比于其他通信技術(shù)而言，用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信中采用EPON組網(wǎng)具有很多明顯的優(yōu)勢。

a）具有較寬的傳輸頻帶，理論值可達(dá)到1.25Gb/s，其通信容量大。

b）由于EPON采用的是無源技術(shù)，所以設(shè)備使用壽命比較長，維護方便。

c）組網(wǎng)靈活，具有星型、樹型等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

d）在信息傳輸過程中，其損耗較小，傳輸距離比較遠(yuǎn)，無需中繼設(shè)備，最遠(yuǎn)可達(dá)到20km。

e）采用該種技術(shù)，其信息傳輸?shù)陌踩暂^高，抗電磁干擾能力強。

f）無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡單，運行維護成本低。

但是，在建設(shè)EPON網(wǎng)絡(luò)時也需要認(rèn)識到該技術(shù)的不足。

a）在確定采用何種分光比的分光器時，需要綜合考慮ONU與O L T之間的距離、插入損耗的因素，需要專門設(shè)計安裝方案。

b）EPON網(wǎng)絡(luò)具有冗余保護功能，所以其成本較高。

c）可擴展能力不夠好，在已建好的EPON網(wǎng)絡(luò)中，若想新增一個節(jié)點，就得重新計算分光器與ONU之間的關(guān)系。

3 EPON遠(yuǎn)程通信組網(wǎng)

用電信息采集系統(tǒng)可分為主站層、通信信道層以及采集設(shè)備這三個層面，其中的通信信道層連接的是系統(tǒng)主站與采集層之間的通信，稱為遠(yuǎn)程通信，一般采用配電光纖專網(wǎng)、無線專網(wǎng)、GPRSCDMA3G等無線公網(wǎng)和載波通信等技術(shù)。

光纖專網(wǎng)是一種電力公司內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)，是根據(jù)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)而總體規(guī)劃建設(shè)的，覆蓋全網(wǎng)的配電線路。目前，35kV及以上的變電站已形成骨干光纖網(wǎng)，具備了向下延伸的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。光纖專網(wǎng)可分為有源網(wǎng)絡(luò)和無源網(wǎng)絡(luò)，在用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信中，以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）具有可以在多叉樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（與現(xiàn)有配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)吻合）的網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)高速的光纖通信、較強的適應(yīng)性、較好的可擴展性、信道建設(shè)成本和維護成本低等技術(shù)優(yōu)勢。采用EPON光纖專網(wǎng)進行遠(yuǎn)程通信的用電信息采集網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 EOPN通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

現(xiàn)有的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)基本上都采用SDH/MSTP技術(shù)，用電信息采集系統(tǒng)主站與變電站之間的通信就是利用現(xiàn)有的骨干光纖通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)諸多電力業(yè)務(wù)的傳輸。從圖3可以看出，用電信息采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信可分為兩個部分：主站到變電站（OLT設(shè)備）之間的光纖骨干通信網(wǎng)絡(luò)和OLT設(shè)備到ONU設(shè)備之間的光纖接入通信網(wǎng)絡(luò)。

EPON無源光纖專網(wǎng)建設(shè)的重點是光纖接入網(wǎng)，即OLT與ONU之間的通信。ONU設(shè)備和采集終端通過以太網(wǎng)接口連接，向上通過EPON無源光纖將采集到的電力數(shù)據(jù)傳輸給OLT，OLT負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)信息綜合，進而通過IP方式接入骨干光纖通信網(wǎng)，最后傳輸?shù)竭_(dá)主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)也通過IP的方式對EPON網(wǎng)絡(luò)中的ONU設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)訪問。

［1］ 陜西省電力公司，陜西省電力職工培訓(xùn)中心.用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］閻德升.EPON——新一代寬帶光接入技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［3］ 克雷默.基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)［M］.陳雪，譯.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.

［4］ 程哲，石堅，宋開衛(wèi).基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)［J］.計算機與數(shù)字工程，2007（7）:59-62.

［5］ 張浩，卜憲德.EPON技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)通信，2010，213（31）：42-45.

［6］ 酈清，管瓅莉.EPON技術(shù)在電信接入網(wǎng)演進中的應(yīng)用［J］.科技信息，2009，27（5）:23-26.

The Application of EPON in Remote Communication of Electric Information Acquisition System

LIN Chang-zhui，SUN Jian-ping，HE Peng
（Electrical and Electronic Engineering College，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The remote communication channel of electric information acquisition system is an important part of the electric information acquisition system.Aiming at the needs of remote communication in electric information acquisition and the characteristics of distribution network topology，this paper describes the application of EPON in electric information acquisition system.The article introduces a remote communication network based on EPON in electric information acquisition system，analyzes its communication theory，and the advantages and disadvantages of EPON are given.Finally，according to the features of EPON，it is proved that EPON can also be used in local communication in electric information acquisition system,which will realize the target of“all cover，all collection，all fee-control”.

electric information acquisition system；EPON；fiber private network

TM933

A

1671-0320（2012）05-0036-03

2012-06-27，

2012-07-21

林長錐（1986-），男，福建三明人，現(xiàn)為華北電力大學(xué)電子與通信工程碩士研究生，研究方向為電力通信；

孫建平（1974-），男，河南南陽人，2003年畢業(yè)于北京大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為傳感器件與檢測技術(shù)等；

賀 鵬（1987-），男，山西呂梁人，現(xiàn)為華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)碩士研究生，研究方向為基于高級量測體系的智能配電網(wǎng)。