SDH在电力系统的应用

第一篇：SDH在电力系统的应用

目录

摘要..........................................................................................................................................................2 1.SDH技术的叙述.................................................................................................................................3 1.1 SDH的概念...................................................................................................................................3 1.2 SDH的产生背景...........................................................................................................................3 1.3 SDH的传输原理...........................................................................................................................3 1.4 SDH的特点...................................................................................................................................4 2.SDH各个组成......................................................................................................................................6 2.1 SDH的帧结构...............................................................................................................................6 2.2 SDH信息基本单元.......................................................................................................................7 2.3 SDH的复用...................................................................................................................................7 2.4我国制定的复用结构....................................................................................................................9 2.5 SDH的映射原理...........................................................................................................................9 2.6 SDH的网同步.............................................................................................................................11 3 SDH在电力系统中的应用及保护....................................................................................................13 3.1 SDH技术在电力系统应用.........................................................................................................13 3.2 SDH在电力系统中的典型应用.................................................................................................13 3.3 SDH在电力系统中的保护.........................................................................................................15 结束语....................................................................................................................................................19 致谢........................................................................................................................................................20 参考文献................................................................................................................................................21SDH在电力系统的应用

摘要

信息网络是信息社会的重要支撑。在同一网络平台上传输各种业务，减少网络建设和运营费用，是21世纪通信发展的重要方向。为适应电力体制改革，加快电网智能化建设的步伐，电力通信网的规划建设也正朝着这一方向努力发展。但是，怎样保证电网调度通信业务在这个网络平台上满足可用性及可靠性传输，是目前各级电力通信的技术管理部门积极研究的课题，也是国内外设备制造厂商关注的焦点。对于电力系统通信的技术管理部门而言，怎样科学、合理地运用公网设备解决电力通信网的业务传输，既要满足公网业务和专网特种业务的要求，又要降低投资成本，有多种解决方式。随着电网建设的不断发展，电网企业正实施“三化一流”的发展战略，其中最主要的一项发展战略是推行主业现代化。推行主业现代化，就是要以电网为核心，实施统一规划、建设、调度、管理和核算，实现电网运营现代化。以转换经营机制为核心，创造良好的企业形象和先进的经济指标，实现电网管理现代化。以加快信息资源的开发与利用为核心，建设技术先进、安全可靠、适应电力市场需求的信息网络体系。而传输系统是信息网络体系的基础平台，因此作为目前传输系统的关键技术：SDH的传输，当然也就成为是电力系统信息技术应用的关键因素，并且已经成为电力系统信息化极其重要的组成部份。大多数电力生产信息、管理信息及调度信息均需通过SDH的传输网络进行传输。

关键词：SDH；电力系统；

1.SDH技术的叙述

1.1 SDH的概念

SDH（Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系）是一种将复接，线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术所提出来的同步光网络（SONET），国际电话电报咨询员会（CCITT）(现ITU-T)于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制，它可实现网络有效管理，实时业务监控。动态网络维护，不同设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率，降低管理及维护费，实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。

1.2 SDH的产生背景

SDH技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字，数据，图像和视频等，加之通信和计算机的发展，在70至80年代，陆续出现了T1(DS1)/E1载波系统（1.544、2.048Mbps）X25帧中继、ISDN（综合业务数字网）和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术，随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速。经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有内修改或完善已无济于事，SDH就是在这种下发展起来的。在各种宽带光纤接入网技术中，了解SDH技术的接入 网系统是应用是普遍的。SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需专业课的发展，而产生了用户与核心网之间的接入瓶颈的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率，SDH技术自从90年代引入以来，至今已以是一种成熟。标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将SDH技术核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用，标准化的光接口。强大的网管能力，灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。

1.3 SDH的传输原理

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport，N=1，4，16，64），最基本的模块为STM－1，四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM－1或四个 STM－4同步复用构成STM－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向 270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销（Section OverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AU PTR）区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（Rege nerator Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section

OverHead，MSOH）；净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM－N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125×1000000帧，对STM－1而言每帧字节为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM－1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit/s；而STM－4的传输速率为4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s；STM－16的传输速率为16×155.520（或4×622.080）=2488.320Mbit/s。

SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；复用的概念比较简单，复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程。复用也就是通过字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程，由于经过TU和AU指针处理后的各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用复用原理与数据的串并变换相类似。

1.4 SDH的特点

（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；

（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了DXC，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性；

（3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的5％开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用；

（4）由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化；

（5）SDH有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；

（6）SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容。

（7）从OSI模型的观点来看，SDH属于其最底层的物理层，并未对其高层

有严格的限制，便于在SDH上采用各种网络技术，支持ATM或IP传输；

（8）SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整；

（9）标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成本。

2.SDH各个组成

2.1 SDH的帧结构

ITU-T规定了STM-N的帧是以字节（8位）为单位的矩形块状帧结构，如图2-1所示

图2-1 STM-N 帧结构图

从上图看出STM-N的信号是9行×270×N列的帧结构。此处的N与STM-N的N相一致，取值范围：1，4，16，64„„。表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。由此可知，STM-1信号的帧结构是9行×270列的块状帧。由上图看出，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式，信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8位）从左到右，从上到下一个字节一个字节（一个比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。ITU-T规定对于任何的STM等级，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125μs。E1 PDH信号的帧频也是8000帧/秒。需要注意的是，对于任何STM级别帧频都是8000帧/秒，帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。而PDH中的8.448Mbit/s信号速率≠2.048Mbit/s信号速率的4倍。SDH信号的这种规律性使高速SDH信号直接分出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况。从图2-1中可以看出，STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）2.1.1信息净负荷（payload）

信息净负荷由STM-N帧传送的各种业务信号组成。为了实时监测低速业务信号在传输过程中是否出错，在装载低速信号的过程中加入了监控开销字节——通道开销（POH）字节。POH作为信息净负荷的一部分与业务信号一起装载在STM-N帧中，在SDH网中传送。它负责对低速信号进行通道性能监视、管理和控制。

2.1.2段开销（SOH）

段开销是为了保证信息净负荷正常灵活传送所附加的供网络运行、管理和维

护（OAM）使用的字节。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。RSOH和MSOH的区别主要在于监管的范围不同。举个简单的例子，若光纤上传输的是STM-16信号，那么，RSOH监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。RSOH在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N个字节。MSOH开销在STM-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节。与PDH信号的帧结构相比较，段开销丰富是SDH信号帧结构的一个重要的特点。2.1.2管理单元指针（AU-PTR）

AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节（起始字节）在STM-N帧内准确位置的指示符，以便信号的接收端能根据这个指针值所指示的位置找到信息净负荷。管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9×N列，共9×N个字节。

2.2 SDH信息基本单元

2.2.1信息容器（C）

信息容器的功能时将常用的PDH信号适配进入标准容器。目前，针对常用的PDH信号速率，G.707已经规定了5种标准容器：C-

11、C-

12、C-

2、C-3与C-4。

2.2.2虚容器（VC）

由信息容器出来的数字流加上通道开销后就构成了虚容器，这是SDH中最重要的一种信息结构，主要支持通道层连接。2.2.3支路单元（TU）

支路单元是一种为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构，它由低阶VC与TU PTR组成。其中TU PTR 用来指明低阶VC在TU帧内的位置，因而允许低阶VC在TU帧内的位置浮动，但TU PTR 本身在TU帧内的位置是固定的。

2.2.4支路单元组（TUG）

一个或多个在低阶VC净负荷中占有固定位置的TU组成支路单元组。2.2.5管理单元（AU）

管理单元是一种为高阶通道层与复用段层提供适配功能的信息结构，它由高阶VC与AU-PTR组成。其中AU-PTR 用来指明高阶VC在STM-N帧内的位置，因而允许高阶VC在STM-N帧内的位置浮动，但AU-PTR 本身在STM-N帧内的位置是固定的。

2.2.6管理单元组（AUG）

一个或多个在STM帧中占有固定位置的AU组成管理单元组，它由若干个AU-3或单个AU-4按字节间插方式均匀组成。

2.3 SDH的复用

要通过SDH网络传输业务信号，必须先将业务信号复用进STM-N信号帧当中。ITU-T规定了一整套完整的信号复用结构（也就是复用途径），通过这些途径可将PDH 3个系列的数字信号以及其它信号通过多种形式复用成STM-N信号。ITU-T规定的复用结构如图2-3 7

图2-3复用映射结构

从上图可以看出，从一个有效负荷到STM-N的复用途径不是唯一的。例如：2Mbit/s的信号可通过两种途径复用成STM-N信号。

SDH网络中的复用包括三种情况：

(1)低阶SDH信号复用成高阶SDH信号。

(2)低速支路信号（例如E1、E3、E4）复用成SDH信号STM-N。

(3)大于C-4容量（139.760Mbit/s）的高速信号（如高清晰度电视信号和IP路由信号）复用进STM-4和STM-16。

第一种情况在前面已经提及，复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的。复用的个数是4合一，即4×STM-1→STM-4，4×STM-4→STM-16。在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM-N帧中，段开销并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去。SDH网络的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用（例如：将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1→STM-4），而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤。这就要求SDH网络需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代125μs缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤。第三种情况通过级联的方法实现。

级联是一种结合过程，把多个虚容器组合起来，使得它们的组合容量可以当作一个保持比特序列完整性的单个容器使用。级联分为相邻级联和虚级联。VC-4相邻级联就是将相邻的X个C-4的容量拼在一起，相当于形成一个大的容器，来满足大于C-4的大容量客户信号传输的要求。VC-4级的虚级联就是把X个不同的STM-N中VC-4拼在一起形成一个大的虚容器作为一个整体使用。

2.4我国制定的复用结构

尽管低速信号复用成STM-N信号的途径有多种，但是对于一个国家或地区则必须使复用途径唯一化。中国的光同步传输网技术体制规定了以2Mbit/s信号为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU-4的复用途径，其结构见图2-4所示

图2-4 中国的SDH基本复用映射结构

2.5 SDH的映射原理

2.5.1映射的基本概念

映射是一种在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处），将支路信号适配进虚容器的过程。象我们经常将各种速率（140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/s）信号先经过码速调整，分别装入到各自相应的标准容器中，再加上相应的低阶或高阶的通道开销，形成各自相对应的虚容器的过程。2.5.2 映射的种类

为了适应各种不同的网络应用情况，有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种模式。2.5.2(1)异步映射

异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制（信号有无帧结构均可），也无需与网络同步（例如PDH信号与SDH网不完全同步）。利用码速调整将信号适配进VC的映射方法。在映射时通过比特塞入将其打包成与SDH网络同步的VC信息包，在解映射时，去除这些塞入比特，恢复出原信号的速率，也就是恢复出原信号的定时。因此说低速信号在SDH网中传输有定时透明性，即在SDH网边界处收发两端的此信号速率相一致（定时信号相一致）。

此种映射方法可从高速信号中（STM-N）中直接分/插出一定速率级别的低速信号（例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）。因为映射的最基本的不可分割单位是这些低速信号，所以分/插出来的低速信号的最低级别也就是相应的这些数率级别的低速信号。2.5.2(2)比特同步映射

此种映射是对支路信号的结构无任何限制，但要求低速支路信号与网同步（例如E1信号保证8000帧/秒），无需通过码速调整即可将低速支路信号打包成相应的VC的映射方法，注意：VC时刻都是与网同步的。原则上讲此种映射方法可从高速信号中直接分/插出任意速率的低速信号，因为在STM-N信号中可精确定位到VC，由于此种映射是以比特为单位的同步映射，那么在VC中可以精确的定位到你所要分/插的低速信号具体的那一个比特的位置上，这样理论上就可以分/插出所需的那些比特，由此根据所需分/插的比特不同，可上/下不同速率的低速支路信号。异步映射能将低速支路信号定位到VC一级就不能再深入细化的定位了，所以拆包后只能分出VC相应速率级别的低速支路信号。比特同步映射类似于将以比特为单位的低速信号（与网同步）进行比特间插复用进VC中，在VC中每个比特的位置是可预见的。2.5.2(3)字节同步映射

字节同步映射是一种要求映射信号具有字节为单位的块状帧结构，并与网同步，无需任何速率调整即可将信息字节装入VC内规定位置的映射方式。在这种情况下，信号的每一个字节在VC中的位置是可预见的（有规律性），也就相当于将信号按字节间插方式复用进VC中，那么从STM-N中可直接下VC，而在VC中由于各字节位置的可预见性，于是可直接提取指定的字节出来。所以，此种映射方式就可以直接从STM-N信号中上/下64kbit/s或N×64kbit/s的低速支路信号。为什么呢？因为VC的帧频是8000帧/秒，而一个字节为8bit，若从每个VC中固定的提取N个字节的低速支路信号，那么该信号速率就是N×64kbit/s。2.5.2(4)浮动VC模式

浮动VC模式指VC净负荷在TU内的位置不固定，由TU-PTR指示VC起点的一种工作方式。它采用了TU-PTR和AU-PTR两层指针来容纳VC净负荷与STM-N帧的频差和相差，引入的信号时延最小（约10μs）。采用浮动模式时，VC帧内可安排VC-POH，可进行通道级别的端对端性能监控。三种映射方法都能以浮动模式工作。前面讲的映射方法：2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s映射进相应的VC，就是异步映射浮动模式。2.5.2(4)锁定TU模式

锁定TU模式是一种信息净负荷与网同步并处于TU帧内的固定位置，因而无需TU-PTR来定位的工作模式。PDH基群只有比特同步和字节同步两种映射方法才能采用锁定模式。

锁定模式省去了TU-PTR，且在TU和TUG内无VC-POH，采用125μs的滑动缓存器使VC净负荷与STM-N信号同步。这样引入信号时延大，且不能进行端对端的通道级别的性能监测。综上所述，三种映射方法和两类工作模式共可组合成五种映射方式，我们着重讲一讲当前最通用的异步映射浮动模式的特点。异步映射浮动模式最适用于异步/准同步信号映射，包括将PDH通道映射进SDH通道的应用，能直接上/下低速PDH信号，但是不能直接上/下PDH信号中的64kbit/s信号。异步映射接口简单，引入映射时延少，可适应各种结构和特性的数字信号，是一种最通用的映射方式，也是PDH向SDH过渡期内必不可少的一种映射方式。当前各厂家的设备绝大多数采用的是异步映射浮动模式。

浮动字节同步映射接口复杂但能直接上/下64kbit/s和N×64kbit/s信号，主要用于不需要一次群接口的数字交换机互连和两个需直接处理64kbit/s和N×64k/s业务的节点间的SDH连接。

2.6 SDH的网同步

2.6.1网同步的基本原理

所谓同步，是使网内运行的所有数字设备都工作在一个相同的平均速率上。如果数字传输不能保持同步，如两个数字网络之间不同步、或同一数字网内的设备彼此不同步、或收发之间不同步等，则会使被传输的数字信号发生混乱，根本无法达到预定通信目的。如若发送时钟快于接收时钟，接收端就会丢失一些数据，即所谓漏读滑动；如若发送时钟慢于接收时钟，接收端就会重读一些数据，即所谓重读滑动。因此为保证传输质量，不仅要使网络中的设备保持良好的同步状态，而且还应保证网络本身、网络与网络之间保持良好的同步状态。2.6.2 网同步方式

在目前的SDH网络中节点时钟的同步有两种方式：主从同步方式和相互同步方式。

2.6.2（1）主从同步方式

主从同步方式使用一系列分级的时钟，每一级时钟都与其上一级时钟同步。在网络中最高一级的时钟称为基准主时钟或基准时钟（PRC），它是一个高精度和高稳定度的时钟，该时钟经同步分配网（即定时基准分配网）分配给下面的各级时钟。目前ITU-T将各级时钟分为4类: 1.基准主时钟，符合ITU-T G.811建议;2.转接局时钟，符合ITU-T G.812建议；3.端局从时钟，符合ITU-T G.812建议；4.SDH网元时钟，符合ITU-T G.813建议；通常，同步分配网采用树形结构，将定时基准信号送至网内各节点，然后通过锁相环使本地时钟的相位锁定到收到的定时基准上，从而使网内各节点的时钟都与基准主时钟同步。这是一种单端控制方式，如图2-6-2所示。

图2-6-2 主从同步方式

等级主从同步方式的主要优点是网络稳定性较好，组网灵活，适于树形结构和星形结构，控制简单，网络的抗滑动性较好。主要缺点是对基准主时钟和传输链路的故障较敏感，一旦基准主时钟发生故障会造成全网的问题。为此，基准主时钟应采用多重备份以提高可靠性。采用等级主从同步方式不仅与交换分级网相匹配，也有利于改进全网的可靠性。等级主从同步方式在各国公用电信网中获得了广泛的应用。

2.6.2(2)相互同步方式

在互同步系统中，不分时钟级别，不设主时钟，所有的时钟皆采用互连方式。

即每个时钟通过锁相环受所有接收定时基准信号的共同加权控制，在各时钟的相互作用下，如果网络参数选择合适，可以实现网内时钟的同步。由于高稳定、高可靠基准时钟的出现，主从同步法获得广泛应用；而互同步法因易形成扰动，实际中已经很少采用。SDH在电力系统中的应用及保护

3.1 SDH技术在电力系统应用

3.1.1 网络架构设计

电力输电网的网架结构，决定了电力通信网分级、分层、分区的传输网络拓扑结构。国调中心至各大区(省)调度中心的电力通信为一级传输网、大区调度中心至各省级调度中心的电力通信为二级传输网、省级调度中心至各地区级调度中心的电力通信为三级传输网、地区级调度中心至各县级调度所的电力通信为四级传输网、各县级调度通信网便是电力通信的五级传输网。在实际建设过程中,还需要根据实际情况 ,考虑网络建设和管理的复杂度 ,确定网络的层次架构。3.1.2 SDH用户接入设备的布置

省调配置一套SDH用户接入设备,将各地区通信网至省调及上级调度的主通道业务信号进行分叉/复接,实现业务重组;区调配置一套SDH用户接入设备,将各县通信网,发电厂至区调、省调的主通县调配置一套SDH用户接入设备 ,将各变电所 ,发电厂至区调、省调的主通道业务信号进行分叉/复接,实现业务重组。SDH用户接入设备,其基本是一套高性能的STM1的SDH网,并能够接入到STM16的网络中组成SDH子网。

3.1.3 业务实现过程

考虑将来的业务扩展 ,根据业务需要分配带宽颗粒 ,在传输系统中 ,一次变分配4个左右2M , 二次变分配3个2M ,局间提供分组交换所需2M。综合业务接入网设备满足如下需求:2/ 4 线音频专线接入、Z接口延伸业务、热线电话、POTS普通电话接入、继电保护DDN专线业务、以太网等业务。3.1.4 保护方式的选择分析

SDH的特点是其光环自愈功能。在光纤被切割等故障发生时仍能在短的时间内恢复通信 ,这在保证整个通信系统的可靠性方面起重要作用。在实际设计过程中需要结合节点的分布根据不同的保护方式主要有两种不同的网络配置方案: SNC较适应于网孔型的网络结构;自愈环保适应于环网结构,网络通信容量较大,结构简单的大型网络更为适用。

3.2 SDH在电力系统中的典型应用

3.2.1电力专网通信系统多业务传输解决方案的典型应用

一、行业典型应用要求或前提

即使在网络拓扑结构比较复杂的情况下，如何保证电力通信高可靠性的要求？如何保证通信系统良好的可扩展性？如何保证通信系统的多种业务要求？

（1）以最省的方式组建SDH自愈网，且升级扩容方便；

（2）站业务容量不大，但总体要求接口丰富；

（3）设备具有高稳定性，且可以统一监控。

二、方案简述及组网图

针对以上要求，运用其专门研制的高性能高适应性的系列产品，提供了完善的光纤通信解决方案。

（1）H9MOX-1641型MSTP多业务光纤传输平台，可支持多达12个光方向，尤其适合在复杂的网络拓扑条件下组网。MSTP与传统的SDH兼容，具备传统SDH的特点，同时克服了传统SDH的不足。它采用统计复用的方式对数据进行封装，采用分布式以太网OVERSDH技术，具备2.5层数据交换能力。在由五个站点构成的环网中，以太网数据对整个系统的带宽要求仅仅为45M,由于采用了分布式交换系统，其使用效率远远高于传统的SDH传输方案。

（2）三光方向的站点，采用H9MOS型SDH设备。

（3）两光方向的站点,以及光方向不超过两点的站点，采用H9MO-155型SDH设备。

（4）远端站点容量较小，推出8＋1单板型PCM设备，具备8路以64K为单位的业务接口，种类齐全：普通语音接口、4E&M接口、2E&M接口、RS232接口、RS485接口、2&4线音频接口、磁石接口、64K/128KV.35接口、64KG.703接口、热线接口。和一路以太网接口或两路N*64KV.35接口。

（5）端站点多，站点接入容量小的特点，使用了最多可接入14个E1设备的PCM局端设备，型号为：H5P-14，每个单板上一个2M容量，对外提供8路以64K为单位的业务接口和一路N*64K的数据接口。具有极高的性能价格比优势。

所有的设备可纳入统一网管，每个设备都可提供RS232或RS485的监控通道。在调度中心可对每一个变电站实行监控。如图3-2-1

图3-2-1电力专网通信系统多业务传输组网图

3.2.2 SDH电力通信承载网的应用

电力通信承载网建设的需求分析

电力通信承载网在为电力系统服务方面需为省局、电厂、变电站及与市局之间提供业务通道的基础服务。电力通信承载网主要承载的业务包括：

数据业务——包括线路继电保护和电网安全自动装置数据、调度自动化（SCADA）、电能计量系统、变电站综合自动化、电力市场数据和管理信息业务等。

话音业务——包括调度电话、行政电话、会议电话。

视频业务——包括视频会议系统及变电站自动监控系统等。

多媒体业务——信息检索、科学计算和信息处理、电子邮件、web应用、可视图文、多媒体会议、视频点/广播、因特网接入业务和IP电话等话音业务；

通过更加深入地分析，我们可以看出： 在业务需求方面，目前大部分省份的电力通信网络还无法实现管理信息系统横向数据的充分交互，这和目前选用的通信手段很有关系。通过SDH或者ATM作为业务承载层，只能实现点到点的业务实现，面对点到多点、多点到多点的业务需求，实现起来就非常困难。在财务自动化系统内，也同样存在这样的问题。此外，在办公自动化方面还有信息发布、文档查询、公文流转批阅、会议管理、电子邮件以及信息采编等。数据业务的需求已超过了电力通信网络发展的速度，只有承载在分组化宽带网络上，充分利用万兆、千兆、百兆高带宽优势；充分利用MPLS、电信级以太网等先进技术才能更好的承载这些重要业务。

在拓扑结构的选择上，由于电力通信网络光纤电路覆盖面大，节点多且分散，距离长，业务密度集中，电路分期呈链形建设，很难形成网状拓扑，也就无法发挥网状拓扑的多路由可选、可靠性高、生存性强的优势。而链形和星形拓扑虽然符合电力系统通信电路分段建设的特点，但是其可靠性差，瓶颈现象严重成本较高。基于电信级以太网技术的环形网络有多样的环网类型（相交环、相切环、环与链），灵活的组网能力和成熟的自愈技术，更适合电力通信光网络的组网。如图3-2-2

图3-2-2电力通信承载网

综上所述，电力公司需要建设一个可靠安全、高速高效的多业务承载网络，这个网络应该是具备高可靠性、高安全、高宽带、大容量、智能化的分组化网络。

3.3 SDH在电力系统中的保护

3.3.1 加强通信网络的设计

电力系统专业通信网的主要特点有：(1)用户分布点多面广；

(2)容量小但种类多，数据信息通道所占比例高；(3)随着电网飞速发展，通信网络变化大；(4)对电路要求的可靠性更高。

根据这些特点，要求设计通信主干网络时，必须做到可靠、灵活方便、并具有可持续发展能力。针对SDH光纤通信而言，SDH的灵活方便性、通用性、自愈能力是其它设备无法比拟的，但是可靠性方面可通过网络设计利用SDH的优点来加以弥补。对于可靠性的要求，根据实际而定，一般以做到“任何一个站出现大故障，不能影响其他站的正常运行；任何设备的任何一块板或某一个元件出现故障，不能影响本设备的正常运行”为设计标准。3.3.1(1)建立混合环形网

比较简单的网络设计是组成如图的3-3-1(1)SDH基本环行结构，该结构由一对光纤组成，STM-N信号同时在顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输。在正常状态，一个或多个STM-M(M N)信号，或者其他能在STM-N帧内携带的业务，同时在环内沿CW和CCW方向发送。在接收点将出现两个一样的通道信号，一个作为主信号，一个作为备用信号。由于进入环中的支路信号要通过整个环传输，因此在整个环内携带的业务的可用总带宽不能超过STM-N容量，该带宽由环内所有节点共享，而且任何节点上的分插业务带宽都不能重新使用，因此在初次设计时期，应配置最大可用容量。

图3-3-1(1)SDH基本环行结构图

当光缆被切断或某一节点设备失效时，两个环(CW和CCW)中的一个仍可维持有效信号。通过通道选择有效信号控制通道倒换，从而维持正常的业务。这样便发挥了SDH的优点，提高了网络的可靠性。3.3.1(2)建立保护链路

电业局拟建东、西2个SDH环网，如图3-3-2(2)所示。东环、西环均为SDH 2纤自愈环。SDH设备已采取复接器保护，线路保护，2纤自愈环保护，分支接口的1＋N保护，电源的1＋N保护等。仅对设备的可靠性而言，基本保证了任何一块板(或一个元件)出现故障，不影响该机的正常运行的要求。SDH的自愈功能克服了由于某些原因出现大的故障或停机检修时，只影响本身的通信，而不影响其它各站之间的通信，但是当中心站的A1和A2机出现大的故障而停机时，就意味着中心站与东环或西环的通信全部中断，这种情况是不允许发生的。因此，根据电力通信的特点，设计网络方案时，在A1机至D机和A2机至C机之间各设置了一条联络光路，充分利用D机、C机的路由保护功能，将东环或西环各

机的信息经D机或C机同时送到A1机和A2机，使A1机和A2机起到互为备用的作用。这种A1机、A2机互为保护的方式还必须与3630智能PCM基群配套使用，利用3630PCM具有2个2M口进行自动倒换。

图3-3-2(2)双SDH环网图

3.3.2选择合理的SDH设备及网管系统

目前，世界各大电信公司均推出了自己的SDH产品，生产SDH设备的主要厂家有：美国AT＆T(2000系列)，法国A1catel,瑞典Ericsson(ETNA体系)，加拿大北方电信(Fiber-world体系)，中国的华为和中兴，德国西门子和日本富士通等。3.3.2(1)SDH设备分类

SDH设备根据其种类可划分为终端复用器TM，再生中继器REG，分插复用器ADM和数字交叉连接设备DXC,在组网时要生视设备的各种接口的合理配置与设备在网络中的恰当运用问题 3.3.2(2)选择合理的SDH设备

在建设SDH 信网络时 作为一项系统工程必须根据实际情况下选择合理的SDH设备,进行详细的规划与设计。只有这样 ,才能在电力通信投资较少、建设周期较长的情况下 ,达到预期的效果。3.3.2(3)SDH网管系统

SDH的网管系统不再停留在简单的维护终端和告警管理上，而且能自动处理和管理所接网络中各站设备的各种信息，并能对系统运行进行分析，还能通过远端维护接口来处理和管理其他网络中各站设备的各种信息，同时，能做到与PDH设备网管在一定程度上的兼容。

SDH传输网做为电力通信网，完善的SDH管理系统对全网的服务质量和维护成本有着深刻的意义，和以往的PDH传输系统相比，SDH技术在起帧结构中安排了相当丰富的开销字节用于网络的OAM&P。目前由于ITU-T在网元一级的管理标准比较完善，如G.784G.774系列、Q.811、Q.812等建议，而网络一级的管理标准特别是信息模型还正在完善之中。

尽管SDH网络管理系统的内容相当丰富，但SDH管理系统的管理功能依然可以用TMN的五大管理功能进行描述，即故障管理功能，性能管理功能，配置管理功能，安全管理功能和记账管理功能。

由于SDH设备不同三家的产品不同，在网络管理方面存在异种ADH管理系统的互操作问题，即对被管理的SDH网络资源的模型化，并具有一个共同的外部协议传送的管理信息结构。和TMN一样，SDH管理系统也秉承了ISO/OSI

管理中面向目标（对象）和客户、服务器方法，用管理目标抽象表示SDH传送网的物理资源和逻辑资源。

另外，由于SDH传输网对其网络管理的依赖性较大，因此，在对网络管理软件操作的过程中，一定要注意操作的规范化，在进行软件版本升级过程中，要时刻注意网络的运行情况，做好处理突发事件的准备。

结束语

SDH作为新一代的传输网体制，正迅猛发展。SDH通信模式，可以实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。可以接入各类电力通信业务,以此形成电力通信网络的综合化、数字化、智能化和宽带化。我们在规划或建立新的通信系统时，应首先考虑使用SDH设备，这样就可以实现高效、高智能、高灵活和高生存能力、维护功能齐全、操作运行廉价的电力通信网，不仅可以更好地为电力系统生产、调度等服务，而且还使电力专用通信网今后以竞争力很强的价格进入市场，为电力公司开创新的收入来源、创造更好的经济效益打下基础。

致谢

非常感谢王维维老师在毕业设计阶段给我们的悉心的指导和热心的帮助，从最初的选题到开题报告，从写作提纲到一次又一遍的指出其中的具体问题，严格把关，循循善诱。在论文完成之际，谨向老师表示最崇高的敬意和最衷心的感谢。

参考文献

[1]殷小贡.刘涤尘.电力系统通信工程[M].武汉:武汉大学出版社,2000.[2]肖萍萍.SDH原理与技术[M].北京:北京邮电大学,2006.[3]钟西岩.电力系统通信与网络技术:中国电力出版社,2005.[4]吴凤修.SDH技术与设备:人民邮电出版社,2006.[5]李方建.SDH光传输设备开局与维护:科学出版社,2011.[6]邢道清.电力通信:机械工业出版社,2009.[7]华北电力调度通信中心.电力通信专业:中国电力出版社,2007.[8]何一心.光传输网络技术:SDH与DWDM:人民邮电出版,2008.[9]谢桂月.有线传输通信工程设计:人民邮电出版社,2010.[10]许建安.电力系统通信技术:中国水利水电出版社,2007.21

第二篇：在电力系统应用SDH研究论文

摘要：近年来，随着我国电网规模的不断扩大，对电力系统通信网络的可靠性和灵活性、自愈性提出了更高的要求。文章结合笔者自身的工作经验，分析了我国光通信网络的发展现状，并从SDH光纤通信网络的应用、优化和升级三个方面，分析了电力SDH光纤通信网络在电力系统中的应用。

关键词：电力；SDH光纤通信；网络组网优化

1我国电力光通讯网络的现状分析

1.1SDH在电力系统通信网络中的推广和应用

电力通信网络包含的内容比较多，一般其所包含的业务比较复杂，例如有：视频会议电话系统、计费和计量相关信息、稳定安全运行系统和装置、调度语音电话、变电站的各类自动化服务信息、行政语音电话以及继电保护信息等。每一种不同的业务在光纤网络中所对应的自愈方式、宽带、误码率等等都不同。就目前状况来看，因为传统的PDH在实现网络自动化，促进发展方面需要较多的背靠背设备，具有一定的繁琐性，所以其逐渐被分片的SDH取代。SDH在促进通信网路发展方面具有较大的作用，其提取的信号比较多，并且能够通过自身的优势节省较多的设备，为促进网络通信发展提供了有效的作用，因此得到了不断的推广和应用。

1.2电力SDH光纤通信网的发展普遍滞后于电网发展

目前，我国电网运用量不断加强，运行规模逐步扩大，SDH光纤的发展相对来说并不超前，并且施工基本是分批次进行的，所以通信网络的机构和路径都受到了一定的制约。随着电网的技术不断加强，规模不断加大，SDH的运行也逐渐复杂化，相关装置对电网的传输延时、可靠性等都提出了较高的要求。同时，我国的SDH系统也逐渐出现了稳定性不强、运行状况不佳、结构不合理、扩展性不高以及管理不健全等问题。因此，在对目前现有的通信特点和网络运行框架分析的同时，对SDH光纤进行结构优化和系统健全管理成为了其发展的需求。

2电力SDH光纤通信网络的组网优化

2.1现有电力系统通信网络的特性

分析电力系统通信网络主要是用来为系统的调度和生产服务，因为各种调度信息不断发生着变化，所以SDH的业务流量也不断进行着改变，要想对网络结构进行分析，首先要对通信系统的特征进行分析。其特征总结为以下几点：①电力系统的站点较多、密度较大。因为网络传输的信息量较大，所以要确保在24h之内不间断地运行。②因为电力系统是和国民生活相关联的，所以电力通信系统所发出来的信息对于系统安全运用有重要的作用。其行业特点决定其要有较高的可靠性。③基于电力系统的后期发展来说，要尽量促使电力通信网络的配置和框架结构灵活，为后期结构调整做好充分的保障。④很多光纤通信是实行的无人值班工作，所以对其信息化程度具有较高的需求。

2.2电力SDH光纤通信网路的应用

2.2.1需要具备良好的自愈能力和可靠性

所谓自愈能力是指在光纤正常运行过程中，如果发生突然中断以及难以连接等故障，光纤网络可以进行自动倒换保护，自动排除故障，维护现有业务的正常运行，SDH光纤能够通过自愈能力实现网络的正常运行，在实施自动保护过程中，其设置可以分为单双向通道实施，具体可以通过子网连接保护、单双复用段保护、1：N保护、1+1保护等模式。在SDH网络拓扑中常见的有五种结构，分别有树形、链形、网孔形、星形、环形，其中环形和链形较为常用。而我国常用的结构为环形结构，这种结构既能确保高可靠性，又能很好的实现自愈功能。在具体的应用过程中，SDH光纤的芯数有四芯和两芯，一般地市级通信网络通常使用两芯，既能节省成本，又能确保业务正常运转，并且在运行中往往采用两芯SDH光纤构建二纤单项通道。SDH二纤单向通道倒换环如图1（a）、（b）所示。如图1，利用两根光纤构成P1和SI，PI是保护装备，SI是传输信号的主环，两者的业务方向相反，通过“单端桥接、末端倒换”的结构，实现“并发选收”的功能，可以优先选择两者中信号较好的进行接收。如图1（a）所示，信号AC从A端馈入，经S1环顺时针方向传送，经P1环逆时针方向传送，接收端C选取S1环与P1环送来的信号较好的一路接收。如图1（b）所示，一旦B、C之间出现故障，无法连接，那么经过S1传送出来的AC信号就无法有效传出，那么，倒换开关就会自动从S1切换到P1，信号就会从P1经过传送AC信号，能够保证正常的网络运行。就是通过这种双向备用的网络模式，能够及时的排除网络故障，确保光纤网络的正常运行，实现网络的自愈。

2.2.2SDH网络分层结构的优化

我国“十五”规划对电力通信做出了新的要求，要求采用两级调度体制，并且由500kV和220kV变电站进行负责，110kV变电站由各区负责，实现了三层网络结构，集控中心将各地调550kV变电站组成核心层；各区220kV变电站组成汇聚层；110kV变电站组成接入层。其中110kV接入层进行业务接入然后传入汇聚层，再由汇聚层传送到核心层，核心层进行统一调度。这种三层网络结构可以有效的实现网络业务上的分层管理，是二级管理的集中体现。伴随着网络传送技术的进一步发展，电力通信网络主要呈现中心式的发展特征，主要由上级中心层向下级周边区进行推进。而SDH网络技术也朝着扁平化模式发展，也就是将这种模式逐渐融入到接入层和汇聚层中。因此，对SDH网络进行不断优化，能够进一步的实现信息的集中化、整合化，实现网络结构的扁平化发展模式，便于网络业务的迅速开展和集中调度，实现网络的良好运行和管理。网络核心层主要包括通信枢纽、通信中心、通信节点、备用通信中心，网络在接入通信点时，要根据所属业务范围，接入就近的业务通信点。而接入层具有汇聚和接入的两种功能，不仅可以将各个节点的业务进行整合，而且能够接入通信业务，实现资源的有效整合。

2.2.3SDH光纤通信网络的升级

SDH光纤通信设备主要有两种升级方式，一种是容量的升级，例如：将系统容量从STM-1升级到STM-4或STM-16。另一种是网络拓扑升级，例如：可以对节电设备进行升级，将其复用器由原先的终端性改为上下分插或数字交叉连接，这样能够实现光纤网络的升级，而且能够提高使用效率。

3结语

随着科技的不断创新，电力通信技术不断发展，新技术的发展必然会促进设备的优化和更新，对电力系统的探索也永不止步。本文对SDH在电力系统中的应用进行分析和探究，谈了相关发展，并针对其发展中存在的问题进行分析，找出一系列解决对策，同时对组网方式配置、板卡有线等问题进行了探究，最后提出了SDH光纤设备的升级和优化技术。

参考文献：

[1]梁芝贤,穆国强.SDH网络的优化与改造[J].电力系统通信,2007,(174).[2]朱文甫.电力SDH通信网的自愈模型构建及仿真实现[D].北京:北京邮电大学,2013.

第三篇：Gis在电力系统中的应用

GIS在电力系统中的应用

GIS的简介和功能

GIS即地理信息系统(GIS, Geographic Information System)是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。地图制作和地理分析已不是新鲜事，但GIS执行这些任务比传统的手工方法更好更快。而且，在GIS技术出现之前，只有很少的人具有利用地理信息来帮助做出决定和解决问题的能力。电力GIS是将电力企业的电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产及管理等核心业务连接形成电力信息化的生产管理的综合信息系统。它提供的电力设备设施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系统中。通过GIS可查询有关数据、图片、图象、地图、技术资料、管理知识等。

一、GIS特点

1、开放性

具有开放式环境及很强的可扩充性和可连接性。GIS技术支持多种数据库管理系统，如 ORACLE、SYBASE、SQLSERVER等大型数据库；运行多种编程语言和开发工具；支持各类操作系统平台；为各应用系统，如SCADA、EMS、CRM、ERP、MIS、OA等提供标准化接口；可嵌入非专用编程环境。

2、先进性

GIS平台采用与世界同步的计算机图形技术、数据库技术、网络技术以及地理信息处理技术。系统设计采用目前最新技术，支持远程数据和图纸查询，利用系统提供的强大图表输出功能，可以直接打印地图、统计报表、各类数据等。可分层控制图纸、无级缩放、支持漫游、直接选择定位等功能。系统具备完善的测量工具，现场勘查数据，线路杆塔等设备的初步设计，并可直接进行线路设备迁移与相关计算等，实现线路辅助设计与设备档案修改。具有线路的方位或区域分析判断功能，为用户提供可靠的辅助决策，综合统计分析，为管理决策人员提供依据。特别是把可视化技术和移动办公技术纳入GIS系统的总体设计范围。地图精度高，省级地图的比例尺达到1：10000或1：5000，市级地图比例尺达到1：1000或1：500，地图能分层显示山川、水系、道路、建筑物、行政区域等。

3、发展性

具有很强的可扩充性和可连接性。在应用开发过程中，考虑系统成功后进一步发展，包括维护性扩展功能和与其它应用系统的街接与整合的方便。开发工具一般采用J2EE、XML等。

二、电力GIS特点

电力GIS除具备GIS的基本特点外还具备如下特点：

1、电力系统运行参数实时性及信息的动态变化性，需要对瞬间信息及时收集、处理和分析。电力GIS对数据处理、存储容量和传输速度均有较高的要求。

2、电网的多属性数据要求GIS具备足够的稳定性和可靠性。根据电力行业技术标准及电力企业业务需求，系统具有良好的可维护性。电力GIS能够实现数据的一次输入和多次输出，以保证数据的一致性操作，实现数据的统一管理和多层保护等，构建高可靠性和高准确性的业务系统。

3、电力系统是一个庞大复杂系统，电力网的广域性和电力设施的分散性及设备的多样性，实时信息量大，系统接口复杂，信息的覆盖面广，电网的各种电压等级及多用户连接等需要GIS具备拓扑分析和转换能力。

4、电力GIS的单机工作站方式已经落后，且不适合电力企业信息系统实际需要。电力行业目前应用的GIS平台安装在局域网环境下，在网络的应用和开发上整合信息，实现资源共享。

5、电力GIS具备安全保护的特点，电网设备的高精确度测量的经纬度坐标数据是国家基础信息资源，是国家安全的信息。

三、GIS在电力行业的应用

1、面向对象的数据建模，具有建模规则库、电网图的编辑及输出工具。电力GIS平台包括基本构件层、系统环境层、数据库连接层、图形与数据接口工具层、应用系统层等。分层建立各种数据模型，并建立各层的连接关系。建立地理层信息与设备信息的拓扑和映射关系。电力GIS支持多空间同屏显示和多空间关联建模、多空间索引。

2、支持多种图形处理与管理，实现数据的多层映射，多维空间映射，提供完整、准确的地图信息、高精度图片、准确的技术参数，标尺准确，高精确度杆塔位置，按用户需要自动生成专用地图。

3、数据搜索快捷、线路图表查询准确和统计功能齐全。电力GIS实现电网数字化描述，其目的是能对电网实现快速查询，及时掌握电网运行状态，快速诊断电网故障，提高处理事故能力，保证电网运行质量以及提高用户服务质量。GIS可对图形数据、可执行图形和属性数据的嵌套操作与映射查询关系运算；根据电力系统提供的配电设备的图形、属性信息与地理位置、地形数据、环境数据、线路走向数据、线路设备历史档案和即时信息，对线路设计方案、施工方案、抢修和停电措施提供决策依据及辅助决策。

4、电力GIS能够实现与电网调度自动化系统、电力用户关系管理系统、电力营销系统、电力市场管理系统等应用系统共享相关信息。支持多种管理应用系统的连接，其中包括与企业的MIS系统融为一体。GIS系统中的设备管理对其生命周期实行全过程跟踪，包括对设备信息的查询、属性数据的修改、设备的维修信息管理等。

5、电力GIS对信息库进行安全保护，制定管理与使用的安全保密措施和机制，包括内外网络的隔离、重要电力设施电子地图和设备信息数据库的保护等。安全措施在系统总体设计与建设中充分考虑，并严格实施，对应用系统的数据实现多层安全保护，设置用户权限以保证系统资源共享下的安全，使系统能在可靠安全的环境下运行。

电力系统所管辖的电网线路和设施分布在广阔的地域上，因此就很需要有GIS来为其所用。电力信息系统与其它信息系统不同之处在于它需要在数据库中记录地理信息，而且有两种类型的地理信息：电力设施的详细位置信息和设施之间的空间关系信息。

GIS系统是通过GIS技术对电力系统基础数据进行计算机管理，能够在地理背景图上管理配电网图形资料和非图形参数，真实反映电网线路的实际走向、各种电力设备的地理位置、对所属电力用户的供电方式等各种信息，并结合DMS中实时控制和离线应用，在地理背景图上显示电力系统实际运行状况。

通过GIS软件技术对配电网基础数据进行计算机管理，把GIS系统中实时控制和离线应用有机结合，形成一个具有空间概念（地理环境信息）和基础信息（电网资料和用户资料）的分层管理数据库，既能方便地进行查询和管理，为配电网运行管理提供一个有效的、具有地理信息的网络模型，又为GIS系统提供基础数据库平台，支持系统许多应用软件的开发和其他功能的实现，如故障投诉管理、配网工作（设计、施工和检修）管理、用电营业管理系统等。

电力客户服务中心系统“95598”，用于处理用电客户进行故障报修、投诉举报、咨询登记、信息查询等业务，对于用户来说，更多的是进行用户用电的故障报修，信息员可以根据用户提供的地点，从GIS系统中通过相关操作查询与之相对应的用户杆号，然后通过座席系统Agent下发派工单到配电抢修班或其他相关部门，指挥抢修车辆达到现场进行维修，再由抢修相关人员将现场故障情况及处理结果及时反馈给客户服务中心。

配电GIS与电力客户服务中心系统“95598”相结合，可以快速、准确的根据用户的故障投诉电话判断发生故障的地点、抢修队伍目前所处位置、及时派出抢修人员，缩短停电时间。近几年，电力系统相继开发建设了一大批GIS应用系统。如大连供电公司配电地理信息系统，长春供电公司用电GIS综合管理系统，南昌供电局SCZDA/AM/FM/GIS自动化主站系统，贵阳南区供电局配网地理系统，甘肃送变电工程公司输电管理地理信息系统等。下面介绍在系统运行管理方面

GIS在电力系统运行管理方面的应用

1、北京供电公司配电生产管理信息系统自2002年1月在北京供电公司、海淀、朝阳、丰台、石景山供电分公司和电缆管理处等单位安装以来，运行稳定，很大程度上提高了公司管理水平和工作效率。

2、山西省电力公司和山西晋城供电分公司2002年12月开始实施的“基于空间信息的电网综合管理系统”实现了山西电网的全面统一管理。

3、江苏省电力公司信息中心，积极推进电力GIS的应用和研究，把输电管理系统、调度管理信息系统、客户服务系统建立在GIS平台上。

4、上海沪西供电所通过电力GIS搭建数字电网实时系统，监控辖区内150万用户的用电状态，改革供电服务业务方式，通过GPS卫星定位系统准确定位，对电力线路实施维护。从电力输电预警系统分析线路运行故障，向班组发布抢修指令。利用GIS系统输出出事现场电路设备信息和接线分布图，为抢修车赶赴现场的工程人员提供准确的设备和线路信息。

GIS为电力信息化建设做出了巨大贡献，对电力行业的发展起到了积极促进作用，但同时应当看到我国电力GIS与国外先进水平还有很大差距。美国在20世纪90年代初就提出了“数字地球”的概念，而我国的地理信息系统才刚刚发展几年。相信我国电力GIS的应用空间和应用深度还很大，相信通过我们的努力会将电力GIS的水平提高到一个新的高度，电力GIS在不久的将来会到达光辉的顶点。参考文献：

1.《大连供电公司配电地理信息系统-查询版操作手册》，深圳市雅都软件股份有限公司，2004年9月出版

2.《配电GIS户外数据采集系统的建设与思考》，袁晨 赵晓纯，2006年12月发表

3.《手持GPS在配网地理信息系统的应用》，农村电气化，2007年第4期

作者介绍：

第四篇：SDH在铁路GSM-R系统中的应用

SDH在铁路GSM-R移动通信系统中的应用

A perception on the application of SDH

in GSM-R mobile communication system

骆友曾

摘要：本文介绍了SDH网络拓扑结构和常见的网络保护方式，并结合客运专线的业务需求提出了适合于GSM-R移动通信系统的组网方案。

Abstract：This issue introduces the SDH network topology and some common methods of network protection as well.To meet the needs of business of Passenger Dedicated Line, together with the two elements discussed above, the issue proposes the formation of the network program suitable for GSM-R mobile communication system.关键字：GSM-RSDHASONSNCPMSPPPMESHLMSP

Key words：GSM-RSDHASONSNCPMSPPPMESHLMSP

随着铁路运输行业的快速发展，大量的客运专线已开工建设，列车设计时速已达到350km/h，随着列车的运行速度的越来越快，传统的无线列车调度通信系统由于其技术相对落后、功能单一，已经不能满足快速列车需要实时传送大量‘车—地’综合信息的需求，专门为高速铁路运输系统设计的GSM-R移动通信系统被引进到国内。

GSM-R移动通信系统可实现跨越国界的高速和一般列车之间的通信，能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用，而且GSM-R移动通信系统是由已标准化的设备改进而成，在原有的GSM移动通信系统上增加了ASCI（高级语音呼叫业务）特性和铁路应用，能实时地提供列车控制信息，如‘车—地’信号控制数据，能灵活地提供调度所需的语音调度服务，如语音广播、组呼、增强多优先级与强占业务、功能寻址、位置寻址、接入矩阵等。

目前，GSM-R移动通信系统已在青藏铁路格拉段，胶济铁路开通运营，实现了列车调度通信、列车控制数据传输、调度命令和车次号传送、区间公务（公安、维护等）通信等功能，铁道部正在进行大量的二次开发研究，以期满足旅客列车服务信息、机车工况等铁路信息化应用的需求。

随着大量客运专线的开工建设和开通运营，GSM-R移动通信系统必将在客运专线上得到广泛应用，网络保护显得尤为重要，在高速铁路上面任何细小的失误都可能造成巨大的损失和灾难。

高速铁路传输系统设计基于SDH网络，这就要求SDH系统必须具备有效快速的自愈保护功能。网络结构介绍

SDH通信网络是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点（网元）和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性（信道的利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。

网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图1所示。

(a)链形

(b)星形TMTMADMADMDXC/ADMTMTM

TM

(c)树形DXC/ADMTMADM

TM

TM

TMADMTM

(d)环形

(e)网孔形

图1 基本网络拓扑图 图5.1 链形网

此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。这种拓扑的特点是较经济，在SDH网的早期用得较多，主要用于专网（如铁路网）中。

 星形网

此种网络拓扑是将网中某一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网（接入网和用户网）。

 树形网

此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。

 环形网

环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式。这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。环形网常用于本地网（接入网和用户网）、局间中继网。

 网孔形网（MESH）

将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠性更强，不存在瓶颈问题和失效问题。但是由于系统的冗余度高，必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。网孔形网主要用于长途网中，以提供网络的高可靠性。SDH的保护方式简单介绍

 复用段保护环MSP

复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。SDH复用段共用保护环的特点是将复用段能支持的总的净负荷容量平分给工作容量和保护容量，两者分别经相反的方向由不同的环来传送。所谓共用就是指光缆切断或节点失效时，环的保护容量可以由多节点环的多个复用段共用，这就使得这种结构在正常条件下的业务量携带能力比其他环要大。在非失效条件下，共用保护环中的空闲保护容量可以用来传送低优先等级的业务量。

 线性复用段保护LMSP

这是一种专用的端到端保护机制，可以适用于任何物理结构（网状、环或混合形式），既可以是单向倒换，又可以是双向倒换。路径保护通常用来对付服务层的失效以及客户层的失效和性能劣化。保护方式可以是使用专用保护路径的１＋１方式，也可以是１：１方式，此时保护路径可以用来支持额外业务量，而且需要自动保护倒换（ＡＰＳ）协议来协调两端的操作。由于ＶＣ路径保护是专用路径保护机制，因而对于网路连接内的网元数没有限制。

 子网连接保护SNCP

子网连接保护（ＳＮＣＰ）既适用于高阶通道，又适用于低阶通道。为了支持子网连接保护，需要有两个专用通道，一个携带业务量，另一个作备用。这种保护机制的最大特点是可以适用于任何物理传送结构，例如网孔形、环形或任意混合拓扑，而且既可以用来保护完全的端到端通道，又可以仅保护通道的一部分。后面这一点是与前述线性ＶＣ路径的主要区别点，使其在网络应用上有更大的灵活性。

 通道保护环PP

对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到简单的TU-AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。例如在STM-16环上，若收端收到第4 VC4的第48个TU-12有TU-AIS，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。

二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环——S1；一个为备环——P1，如图2所示。两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务。

图2 二纤单向通道倒换环

3适合于GSM-R系统的SDH组网方式

由于铁路系统的特殊性，单一的组网方式已经不能适用于铁路通信的需要。多种网络互联业务保护方案的出现使得单一拓扑结构的光传输网络保护方案得到了补充和加强。

如果全网采用MSP环状组网，那么随着站点数量的增加，某一处出现断纤或者站点故障倒换时间将无法获得保证，对于铁路系统来说这无疑是致命的。

如果全网采用PP环组网，某一处出现断纤或者站点故障，虽然倒换时间可以保证，但是STM-N的业务无法获得保护。

如果传输层采用1+1线性复用段，虽然多处断纤均能保证各站快速倒换不影响业务，但是如果某一站发生掉电，那么这个车站两侧的通信将完全中断。

参考大多数欧洲高速铁路建设方案,传输层最好采用MESH组网，采用具有ASON功能的传输设备。

接入层：根据基站的交织分布状况，在每两个车站之间组成一个或两个二纤通道保护环，用于对GSM-R基站、程控交换接入业务的汇聚，并对业务进行保护，确保即使在一个环路上某个甚至所有基站出现故障时，铁路沿线仍能提供完全覆盖，达到了ETCSLEVEL2的要求，从而极大地提高了网络的安全性和可靠性；根据业务需要，在车站、相关管理中心、控制中心、动车段区间等配套机构之间可组成1个二纤复用段保护环，用于将线路上的业务输送到相关管理、控制中心；另外，对于大型的车站，由于本身占地范围大，配套附属设备多，所以在大型车站组1个二纤通道保护环，用于提供车站内业务（例如站房、配电所、公安等信息）的承载。

接入层各环保护倒换时间均小于50ms。

骨干层：在控制中心、铁路沿线各车站等节点之间组成二纤MESH（网状）智能保护环，传送GSM-R业务到移动交换中心；同时，还可以利用骨干环中空闲的通道对接入层业务实现二次保护。在重要车站之间利用第三方光纤，形成骨干层的网状结构，提供重要业务的智能恢复，由骨干层设备在多点失效情况下，自动计算恢复业务。

骨干层复用段环保护倒换时间均小于50ms。结束语

客运专线、高速铁路要求高度可靠、高度安全和快速接入的通信网络，以保证列车的高速安全运行。随着光网络技术的进一步发展，OTN技术的逐渐成熟，更多的新技术得到应用，通信网络将具有更强大的生存能力，业务的保护能力和倒换速度也将会越来越强。

第五篇：关于光纤通讯在电力系统中的应用

光纤通讯技术在电力系统中的应用

【摘 要】随着经济的不断发展，各行各业对电力的需求越来越大，要求电力系统不断应用新材料、新技术，提高服务质量。光纤通信具有电绝缘性能高、抗干扰能力强、容量大、传输质量高等优点，提高了电力通信能力，成为电力系统的重要技术和信息的主要运输方式。

【关键词】光纤通讯技术；电力系统；应用

电力通信承载着数据、语音、宽带、IP 等常规业务，是电力系统重要而关键的组成部分。电力通信的安全保障与工作效率的提升对整个电信系统的高效、安全运行起着重要的作用。在电力系统中应用光纤通信技术，就可以实现系统的高效、安全和稳定运行。而且，随着光纤通信技术的不断进步，能够促进电信通信行业的快速发展。

1光纤通讯技术

光纤通讯技术是光导纤维通讯技术的简称，就是利用光导纤维传输信号、实现信息传递的一种通信方式。光纤由纤芯、包层和涂层组成，内芯非常细，包层对纤芯起保护作用，涂层的作用就是增加光纤的韧性，达到保护光纤的目的。光纤通讯传输的介质是光纤，在电力信息传输过程中，系统中所采用的光纤不是单独的一根，而是由许多单根光纤组合在一起，完成信息的传递。从技术上分析，光纤通讯技术主要包括以下几个过程：

（1）发射信号。就是使用特定波长的激光器并采用密集波分复用技术发射信号的过程。在这个过程中，要求有足够大的带宽，能够保证光源输出波长的相对稳定，从而避免了浪费，降低了运行成本。

（2）合波。在信号传输之前，使用波分复用器对信号进行结合，这一过程主要包括输入波导过程、耦合波导过程、阵列波导过程以及最后的输出波导过程。

（3）放大信号。就是应用专用设备对信号进行放大。通过放大的信号，便于传输，便于接收，有利于整个光纤传输系统灵活、高效和稳定运行。

（4）分离有效信号。就是按照有效原则，对原来合成一组的光信号进行精确分离的过程。经过分离后的信号，分别与相对应的耦合器进行耦合。

（5）接受有效信号。有效信号经过解复用过程，再经过滤波器，然后传送到接收器中，完成一级传输，并根据实际情况进行下一级传输。

2光纤通讯技术用于电力系统的优点

相对于其他材料和技术，光纤用于电力系统的通信有明显的技术优势：

（1）通信容量大。相对于电缆或铜线，光纤有较大的传输带宽，光纤通信的容量要比微波通信大几十倍，光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。电力系统的信息传输具有单个信息量小、总数据量大的特点，而且对信息传输的准确性要求较高。采用光纤通讯技术可以实现每一路信号都由特定的波长进行传送，大大提升了传输的准确性。光纤通信具有的这种容量大和传输距离远等优势是其它传输介质所不能企及的。

（2）损耗低，中继距离长。在电力通信系统应用中，应用的光纤通常为石英光纤。石英光纤的传输损耗小，比其它任何传输介质的损耗都低。从中继距离来比较，由石英光纤组成的光纤通信系统比其他介质构成的系统要长得多。

（3）保密性能好，抗电磁干扰能力强。石英制成的光纤不易被腐蚀，绝缘性好，对电磁干扰有较强的免疫力，也不受其他人为释放的电磁的干扰。在实际应用中，光纤往往与高压输电线路平行架设，与电力导体进行复合构成复合光缆，石英光纤能够避免线路之间的干扰，能够实现信号的保真。同时，石英是一种绝缘介质，交变电磁波在石英光纤中既不会产生感生波动电压，也不会产生与传输信号无关的其他噪声。

（4）光纤直径纤细、质地柔软。光纤的芯径极细，由多芯光纤组成的光缆直径小，采用这种光纤作为传输信道，占用空间小，解决了地下传输管道难于铺设的问题，节约了施工成本。而且，光纤重量轻，柔韧性好，在飞机、火箭、人造卫星和宇宙飞船等特殊领域有着广泛的应用。

（5）保密性能好。信息是共享的，但同时也是需要保密的。这不仅仅是电力通信的需要，更是个人信息安全保证的需要。采用光纤通讯技术，能够保证每一组信号都用专有的频率和波段进行传送，有较好的保密效果。

（6）原材料资源丰富。用于生产光纤的原材料资源比较丰富，生产成本低，而且光纤具有温度稳定性好、寿命长等特点，因此，成为各个行业、各个系统广泛应用的优质材料。

3电力通信系统中常用光纤的特点和应用

在电力通信系统中，最常用的光纤有光纤复合地线、光纤复合相线和自承式光缆等。

（1）光纤复合地线。含有一定光纤单元的地线称作光纤复合地线。这种光纤单元具有地线的作用，可以防止输电线路发生雷击现象，使用起来安全可靠。而且还具有光纤的优点，能够利用地线中的光纤传输信息，在使用过程中不需要特别的维护，比较适用旧电路的改造和新线路的建设。

（2）光纤复合地线。光纤复合地线就是将光纤单元复合在输电线路的一种电力光缆，有效解决了架空线路的受限问题，充分利用了电力系统的线路资源，节约了电能和资源。

（3）自承式光缆。自承式光缆分为金属自承式和全介质自承式两种。金属自承式光缆结构简单、生产成本低，在实际应用中不需要考虑热容量和短路电流等因素。全介质自承式光缆直径小、质量轻，绝缘性能强，具有稳定的光学性能，特别是在事故状态下能够减少停电造成的损失。

4光纤通讯技术在电力系统应用中的发展前景

电力系统光纤通信网已经成为我国规模较大、发展较为完善的专用通信网，光纤通信在保障着电力系统安全、稳定运行，满足人民生产和生活方面起到了积极作用，受到了人们的普遍欢迎。总体而言，光纤通讯技术在电力系统中的应用越来越广泛，并朝着超高速、超大容量、超长距离传输的方向发展，提高了光纤传输的承载能力和系统的处理速度。

（1）新型光纤的使用。随着经济和社会的不断发展，传统的单模光纤已经不能满足长距离、高质量的信号传输了，迫切需要研发功能强、质量高、安全性能好的新型光纤。当前，随着干线网、城域网的建设和发展，两种新型光纤得到了广泛认可：①非零色散光纤，它是一种经过改进的色散位移光纤，综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。②无水吸收峰光纤。这两种光纤都能实现低损耗、低色散传输，传输容量能够实现几百倍、几千倍甚至上万倍的增长，可以带来巨大的经济效益。

（2）光复用技术。光复用技术是光纤通信技术应用中最活跃的一个领域，它的技术应用和技术进步极大地推动了光纤通信事业的发展。为进一步提高光纤的利用率，人们采用了各种光的复用方法，其中最重要的是波分复用、频分复用和码分复用技术。①波分复用技术。波分复用技术就是在一根光纤上同时传送多个不同波长的光载波，提高了光纤的传输能力，有较强的方便性和灵活性。同时，还可以利用不同波长沿不同方向传输来实现单根光纤的双向传输。②频分复用技术。当相邻两峰值波长间隔小于 1nm 时，称为光频分复用系统。它的光载波间隔非常密，一般用于大容量高速通信系统或分配式网络系统。传统的频分复用系统器件如合波器、分波器等技术已很难对光载波进行区分，要求用分辨力更高的技术来选取各个光载波。目前，采用的主要有可调谐的光滤波器和相干光通信技术等。③光码分复用技术。光码分复用技术通过直接光编码和光解码，实现光信道的复用和信号交换。这种技术较好地解决移动通信中抗多径衰落、抗干扰问题，提高了网络的容量，改善了系统性能，增强了系统的保密性和网络的灵活性。

（3）光联网的应用与发展。光联网有效改善了传统联网中存在的不足和弊端，不仅实现了超大容量的光网络，增加了网络的范围和节点数，而且还增强了网络的透明度，使不同系统、不同信号得到了有效的连接，网络的灵活性大大增强。另一方面，光联网还实现了网络的快速恢复。在发生故障时，因为恢复时间非常短，对电力系统的正常运行不会造成太大的影响，也不会造成太大的损失，降低了建网、运行和维护成本。正是因为光联网有着非常多的优点，适应了电力系统的发展需求，促进电力通信迈上了一个新的发展台阶。（4）光孤子通信。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离、无畸变的通信，在零误码的情况下完成信息传递。光孤子是一种特殊的超短光脉冲，非线性效应和群速度色散相应平衡，即使经过长距离传输后，波形和速度都能够保持不变，完全摆脱了光纤色散对通信容量和传输速度的限制，被认为是最有发展前途的传输方式之一。

（5）全光网络。全光网络是指信号在网络传输和交换过程中始终以光的形式存在。传统的光网络虽然也实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍然采用一些电器件，限制了通信网干线总容量的进一步提高。全光网络系统的传输是以光节点代替电节点，节点之间都是全光化，所有的信息都是以光的形式进行传输与交换的，提高了网络资源的利用率。

（6）光放大技术和光交换技术。光放大器的成功开发及其产业化是光纤通信技术的一项重要成果，大大地促进了光孤子通信、全光网络和光复用技术的发展。采用光交换技术可以克服电子交换有关容量方面的瓶颈问题，能够实现协议透明性和网络的高速率，提高网络的而且能够节省大量的建网和网络升级成本。

5结 论

光纤通信技术已涉及到电力、交通、广播电视、计算机、军事等各个领域，为各行各业的发展提供了良好的技术基础和发展机遇。而电力信息又是各个系统的基础所在，只有确保电力信息传输的安全，才能发挥光纤通讯技术的独特优势，才能保证各行业、各系统、各领域的高效运行，提高电力通信的质量和能力，从而促进经济的发展。

参考文献

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