無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力配網(wǎng)自動化通信中的應(yīng)用研究

2013-09-30 16:43:51 論文聯(lián)盟　點(diǎn)擊量：評論 (0)

長期以來我國電力投資的重點(diǎn)都是發(fā)電廠以及輸電設(shè)備的建設(shè)和完善，對配網(wǎng)系統(tǒng)的投入相對較少，導(dǎo)致配網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理。

長期以來我國電力投資的重點(diǎn)都是發(fā)電廠以及輸電設(shè)備的建設(shè)和完善，對配網(wǎng)系統(tǒng)的投入相對較少，導(dǎo)致配網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理。為了提高輸電網(wǎng)以及配電網(wǎng)的可靠性，我國必須進(jìn)一步完善電力應(yīng)急機(jī)制和電力配電自動化，因此迫切需要一種靈活性強(qiáng)、帶寬高、保護(hù)機(jī)制好、管理智能化以及性價(jià)比高的通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化，而無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(passiveopticalnetwork，PON)正好符合這些要求，因此對無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力配網(wǎng)自動化通信中的應(yīng)用展開研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

PON技術(shù)的概述

PON系統(tǒng)的工作原理

作為一種樹狀結(jié)構(gòu)的全光網(wǎng)絡(luò)，PON采用點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PON系統(tǒng)由局端的光線路終端(OLT)、用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)構(gòu)成。ODN全部采用無源器件，不含有任何電子器件及電子光源，包括光纖和光分路器或耦合器，用于連接一個(gè)OLT和多個(gè)ONU。OLT到ONU的傳輸(下行方式)采用TDM廣播方式，連續(xù)不斷地將信息傳輸給每個(gè)ONU。ONU到OLT的傳輸(上行方式)采用TDMA(時(shí)分多址復(fù)用)方式，各ONU只有在OLT分配給自己的時(shí)隙內(nèi)將信息傳輸給OLT。PON系統(tǒng)的工作原理見，圖1：

PON技術(shù)的分類比較

無源光纖網(wǎng)絡(luò)PON消除了局端和用戶端之間的有源設(shè)備，大大降低了維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，并且有效的節(jié)約了光纖資源，是未來FTTH的主要解決方案。目前PON技術(shù)主要可分為以下三種：

(1)APON，其二層采用的是ATM封裝和傳送技術(shù)，最高速率為622Mbps，但由于成本較高、帶寬較低、ATM技術(shù)復(fù)雜等原因，目前已經(jīng)基本退出了市場;

(2)EPON，其二層采用的是以太網(wǎng)技術(shù)，它提供1，25Gbps的速率，將來速率還能升級為10Gbps。它將以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)完美地結(jié)合在一起，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，因此非常適合IP業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)，其芯片和設(shè)備發(fā)展都比較成熟，市場占有率較高;

(3)GPON，其二層采用的是ITU-U定義的GFP，能提供所有標(biāo)準(zhǔn)的上行速率和1.25、2.5Gb/s下行速率。在高速率業(yè)務(wù)支持方面，GPON占據(jù)明顯的優(yōu)勢，但成本要高于EPON，另外產(chǎn)品的成熟度也略遜于EPON。

有源光網(wǎng)絡(luò)和無源光網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別

有源光網(wǎng)絡(luò)(ActiveOpticalnetwork，AON)中，ONU設(shè)備串聯(lián)在光纖網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)ONU收到的信號時(shí)經(jīng)上級ONU光-電-光變換后的信號。而在無源光網(wǎng)絡(luò)中，ONU設(shè)備是通過光分路器并接在光纖網(wǎng)絡(luò)上，各ONU收到的信號都由OLT直接發(fā)送下來。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要增加支路時(shí)，有源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須在支路節(jié)點(diǎn)增加光接口板以實(shí)現(xiàn)光方向的增加，而無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則只需更換光分路器，采用分路數(shù)更多的光分路器即可增加光方向，因此無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴(kuò)充比有源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更方便，且投資成本更低。與此同時(shí)，無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有更可靠的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)機(jī)制，具體包括：(1)單節(jié)點(diǎn)保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障不影響其他節(jié)點(diǎn)工作，同時(shí)具備抵抗多節(jié)點(diǎn)同時(shí)失效的能力;(2)全網(wǎng)保護(hù)，可以采用完全相同的雙光平面保護(hù)機(jī)制，提供1+1的通道保護(hù)盒1+1的電路保護(hù)，自動切換光平面，有效保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力配網(wǎng)自動化通信中的應(yīng)用

作為整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵，通信系統(tǒng)的功能至關(guān)重要，因此才配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)必須具備如下特性：系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行在各種惡劣的環(huán)境中，應(yīng)變能力和穩(wěn)定性能要高;系統(tǒng)能對網(wǎng)絡(luò)中的任何緊急事件作出快捷準(zhǔn)確的反應(yīng)，實(shí)時(shí)性要好;系統(tǒng)的拓?fù)潇`活多變，設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，安裝、攜帶和維護(hù)比較方便;系統(tǒng)支持全雙工，既滿足主站向終端下發(fā)控制命令，又滿足終端向主站上傳數(shù)據(jù)，必要時(shí)還需同時(shí)雙向收發(fā)信息;系統(tǒng)必須充分利用已有資源，努力縮減投資，極大地提高整個(gè)系統(tǒng)的資金、設(shè)備和人力投入。

必須綜合考慮電力配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和業(yè)務(wù)要求，采用PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入，其常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有如下兩種：

(1)星形結(jié)構(gòu)。主站(供電公司)和每個(gè)子站(變電站)之間都有一芯光纖連接。OLT放置在主站中心機(jī)房，分路器可以放置在中心機(jī)房也可以放置距離各個(gè)站點(diǎn)相對距離都比較近的集控站或營業(yè)廳，分路器和OLT之間通過一芯光纖連接，從而節(jié)省光纜的數(shù)量。在站點(diǎn)內(nèi)放置用戶終端ONU，子站設(shè)備通過ONU實(shí)現(xiàn)與主站設(shè)備的互聯(lián)互通。由于ONU有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，每個(gè)接口的優(yōu)先級和帶寬都可以靈活設(shè)置，可以對立劃分不同的虛網(wǎng)，因此，PON系統(tǒng)不但可以為各種業(yè)務(wù)提供靈活的網(wǎng)絡(luò)接入，也可為站點(diǎn)的業(yè)務(wù)接入提供良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。通過增加相應(yīng)的語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備和合波設(shè)備，電話和有線電視也可以通過PON系統(tǒng)在一芯光纜上實(shí)現(xiàn)，從而為用戶提供更多的信息接入服務(wù)。

(2)鏈形結(jié)構(gòu)。鏈形結(jié)構(gòu)是PON系統(tǒng)的另一種接入方式，由于光纖呈鏈?zhǔn)椒植迹虼伺c星形接入相比可以更大程度上節(jié)省主干光纖資源。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，PON系統(tǒng)可采用多級分光且分光功率不等的光分路器方案，即在只有一芯或幾芯光纜資源的情況下采用功率不等的光分路器逐點(diǎn)匯聚。在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中供電公司(主站)和各個(gè)站點(diǎn)由一根光纖連接起來，從OLT沿著光纜敷設(shè)的路徑到達(dá)第1個(gè)站點(diǎn)時(shí)，由分路器進(jìn)行分光。分光后，一路經(jīng)一芯光纖接人站點(diǎn)ONU設(shè)備，另一路接著到下一個(gè)站點(diǎn)，依此類推。這種接入方式可以大大節(jié)省主干光纖資源，提高光纖資源的利用率。各個(gè)站點(diǎn)雖然經(jīng)過多級分光實(shí)現(xiàn)，但從網(wǎng)絡(luò)管理上仍然是二級結(jié)構(gòu)，即從OLT到每一個(gè)ONU都是直接連接的中間，不經(jīng)過其他設(shè)備，從而保證了扁平化管理。

小結(jié)

接入網(wǎng)是用戶將網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備通過電話線、無線設(shè)備或光纖等接入國際互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)相互通信的方法，其主要方式有公共交換電話網(wǎng)絡(luò)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、數(shù)字用戶線路、光纖到戶接入等多種方式。其中光纖到戶接入的快速發(fā)展已成為寬帶城域網(wǎng)建設(shè)中的必然趨勢，其技術(shù)主要為無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(PON)和有源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(AON)，其中PON技術(shù)相對而言發(fā)展更快些，設(shè)備安全性高、成本低、帶寬高、機(jī)房投資少且建網(wǎng)速度快，無疑會成為未來光纖到戶接入最理想的接入方式。

雖然配電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量大且分散，但是每個(gè)測點(diǎn)傳遞的數(shù)據(jù)量較少，基于PON技術(shù)的通信接入方案在通信速率、成本、可靠性等方面均能較好地滿足電力配網(wǎng)自動化的通信要求，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展靈活。隨著光電器件的技術(shù)發(fā)展和價(jià)格的下降，PON技術(shù)將在未來的電力配網(wǎng)自動化通信中受到越來越多的應(yīng)用。

責(zé)任編輯：和碩涵

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