MSTP技术在电力通信专网的应用_mstp应用技术研究
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摘要：该文结合电力系统的特点和中长期规划，介绍了MSTP的概念与技术特点及优势，分析了MSTP的主要发展阶段、技术特点和发展趋势，在此基础上提出了MSTP在电力系统中的应用前景和引进策略。
关键词：MSTP；SDH；电力通信；
随着电力系统自动化技术的不断发展，对通信业务种类（如继电保护、远动信息、电力系统信息化）和带宽需求在进一步增加，对电力系统通信可靠性也提出了更高的要求。2005年以前，国内光纤传输网多采用SDH组网技术。近几年，MSTP技术和设备已逐渐成为我国电力系统城域传输网中的主流技术设备。MSTP技术能兼容原有SDH自愈环保护功能，同时有多种形式的接口。因此MSTP技术在电力系统开始得到应用，而且已纳入“十一五”电力通信重大研究课题。
1MSTP概述
基于SDH的多业务传送平台（MSTP，Multi-ServiceTransferPlatform）是对传统的SDH设备进行改进，在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、汇聚和传输能力，是目前城域传送网最主要的实现方式之一。MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。MSTP不但能够完成传统TDM业务的传送，而且能够接入ATM、以太网等分组业务，实现二层的桥接和交换功能，完成数据业务的接入和传送。基于SDH的多业务传送节点MSTP已成为当前城域传送网的主流技术。
基于SDH的多业务传送设备主要包括标准的SDH功能、ATM处理功能、IP/以太网处理功能。基于SDH的多业务传送设备的功能模型如图1所示。该模型主要包括ATM接口所需的功能模型、IP/以太网接口所需的功能模型，其余为标准SDH设备必须具备的功能。
图1MSTP的功能模型图
具体功能要求如下：应满足国际标准中规定的SDH节点的基本功能要求；应至少支持ATM业务或以太网业务的一种；支持ATM业务时，基于SDH的多业务传送节点应支持ATM业务的统计复用和VP/VC交换处理功能；当支持以太网业务时基于SDH的多业务传送节点应支持协议透明，包括IEEE802.1Q等二层协议和IPv4、IPv6等三层协议。
MSTP技术源于SDH，是在传统的SDH设备上增加了以太网和ATM业务的接入、处理、传送能力，并提供统一网管的多业务节点。它既继承了SDH稳定、可靠的特性，又融合了数据网灵活、多样的业务处理能力。SDH与其他技术相比传输容量稍小，通道开销大，频带利用率低，采用指针调整技术使设备复杂性增加，大规模使用软件控制且业务集中于少数几个高级链路及交叉点上，使人为错误、软件故障的危害较大。SDH多业务支持能力不足，目前的MSTP技术均已具备SDH的所有力，MSTP的出现满足了局域网多业务的需求，它在SDH技术的基础上集成了对多种业务（主要是TDM、以太网业务和ATM业务）的支持功能，实现了对城域网业务的汇聚。MSTP能对多种技术进行优化组合，提供多种业务的综合支持能力。
MSTP中的关键技术有封装方式、级联方式、LCAS功能、二层交换和对ATM的支持、多协议标签交换MPLS等。GFP封装提高了数据封装的效率，多物理端口复用到同一通道减少了对带宽的需求，支持点对点和环网结构，并实现不同厂家间的数据业务互联。VC虚级联实现了带宽动态调整，通过虚级联实现业务带宽和SDH虚容器之间的适配，比连级联更好地利用SDH链路带宽，提高了传送效率，同时大大简化了网管配置难度。LCAS可以根据业务流量对所分配的虚容器带宽进行动态调整，大大提高了以太网透传业务的可靠性和带宽利用率，而且在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响。
2引入MSTP的应用前景与策略
电力通信业务有其自身的特点，因此，在电力系统能否广泛应用MSTP技术，以及如何合理利用MSTP技术已经成为目前研究的热点问题。随着网络建设与投资逐渐从长途网转向城域网与接入网，以及市场竞争格局的开放和形成，城域网成为新的建设与竞争焦点。由于数据业务特别是企业的高速上网及企业间的互连业务逐渐形成了新的业务增长点，原有的面向TDM业务的SDH解决方案已不能满足市场竞争和发展需求，因此，建立高效经济的支持多业务的城域网已经成为各运营公司的共同目标，城域网在整个电信网的作用也越来越重要，面向的不仅是普通用户，更要考虑大客户和企业用户等。城域网的业务类型从单纯的TDM业务为主、2Mbit/s为颗粒，向数据业务为主、宽带接口过渡。业务类型的变化必然带来物理层基础网络的变化。传统的SDH技术主要是适应TDM业务的传送，在传送带宽可变的分组业务时显得力不从心，但SDH技术经过多年的发展，其技术成熟、强大的保护管理能力以及互联互通性却又是其它新技术无法比拟的。因此在SDH技术上增加对数据业务的支持，特别是以太网业务的支持，对于已有SDH网络和大量TDM业务的运营商是最直接有效的解决方案。基于SDH的多业务传送平台（MSTP）正是在这种环境下产生的。基于SDH的多业务传送节点MSTP已成为当前城域传送网的主流技术。需要指出的是，仅将数据业务映射至SDH容器或级连容器，而不提供数据包交换能力的MSTP设备，虽然与通过接口适配方式相比并无任何改进。
传统SDH设备的结构往往是DXC4/4和DXC4/1级联，E1业务的提供需要VC212和VC24两级交叉，而MSTP采用直接的交叉连接方式，使得E1、E3和T3等电路业务的接入一步到位，减少了设备的层次，帮助用户节约了费用，同时提高了产品的可靠性。传统的SDH设备没有数据业务接入功能，有一些传统的SDH设备增加了数据接口，也是通过适配到E1、E3等电路形式提供的，数据业务经过多级适配效率低下，带宽无法满足用户需要。SDH多业务平台直接将数据业务映射至SDH容器，减少了中间的协议速率适配，提高了带宽利用率。
2.1MSTP在电力通信中的应用
随着电网的发展，各种数据信号的传输要求越来越多，传统的传输方式基本上是以2Mbit/s接口为主，在传输速率上受限制较多。MSTP的主要特点是实现了IP信号的传输，MSTP可以提供以太网的透明传送功能，IP信号成为传输的趋势，特别是引入了QoS保证的MSTP后，都可以用FE/GE的接口实现高容量、高速率的组网和互连互通，如变电站视频监控系统等的远程接入。目前正在兴起的变电站无人值守要求，使得变电站的视频监控系统正在逐步推广，一个发展趋势就是大量的数字视频监控应用。纵观目前数据视频监控市场的主流设备提供商，无不将其系统构建在基于IP的MPEG2编码和压缩技术以及基于IP的视频数据存储、检索和访问控制技术上，这些系统所采用的摄像头基本上都可以提供直接的MPEG2编码以及以太网数据端口。因此，在数字视频监控系统的网络承载设备上（特别在广域网方面），用户数据能继续保持以太网帧格式，省略复杂、昂贵的分组到TDM的映射过程，并对用户分组进行严格的服务质量等级分类。
2.2MSTP在调度数据网业务上的应用
以传统的远动业务为例，通常的远动业务是经过模拟转数字、数字转模拟之后，实现业务互通，因此通道利用效率非常低，由于需要多重转换，故障率也是很高的。随着EMS系统的发展，变电站综合自动化系统及基于IEC61850-1-104网络化通信规约应用得越来越广泛，传统的远动需要采用更大的带宽和网络化的通道来支持。为保障电力系统重要业务的安全要求，国家电监会第5号令要求电力系统的调度数据网络必须与办公信息网络物理层隔离。采用路由器设备（支持E1广域接口）可以取消PCM、Modem等设备，提高了数据传输效率，减少了故障点，为此，建议在新的EMS系统建设中广泛采用。该设备系统结构如图2所示。
图2中路由器仅用于组建相对独立的调度专线网络，实际功能只起到协议转换器的作用。为此，利用MSTP以太网板卡来替代路由器，在传输网中采用点对点的E1通道作为专线，在接口上表现为FE，则可直接提供给EMS前置采集机，如图3所示。
图2EMS系统E1专线方案图
图3EMS系统E1专线MSTP技术方案图
EMS两条通道中的一条是在调度数据网中，另外一条则是采用MSTP以太网点对点技术来实现。
随着电网的发展，各种数据信号的传输要求越来越多，包括传统的远动信息、电能量采集系统信息、新兴的电力市场信息、变电站计算机监控系统和变电站视频监控系统等。MSTP设备提供丰富的业务接口，通过灵活的组网方式，可以为用户提供各种方式的VPN服务，主要包括专线VPN和共享环VPN。一般而言，目前共享专线VPN和共享环VPN均采用VLANID进行用户安全隔离；而透传专线VPN具有更高的安全特性，用户之间绝对隔离但是带宽利用率不高。
作为一种处于应用初期的新的技术体系，设备制造商对MSTP投入了大量资金进行研发，因此，当前若投资建设MSTP，建网成本和运营维护成本会很高，MSTP的成本只有在大规模投入商用之后才会相应下降。此外，MSTP业务模式仍处于发展和探索阶段，MSTP技术基本框架中的一些参数流程还要不断修正。应该综合考虑以上各方面因素，选择适当时机部署电力MSTP体系。但MSTP在电力通信专网的应用还存在一定的问题和安全隐患主要表现在以下三个方面。
电力通信专网的特殊性：电力专网产生和发展有其特殊性，电力通信专网是为满足系统内部的生产指挥调度及管理等特殊通信需求而建设的。因此电力通信设备选型基本标准是技术成熟、可靠性高、实时性强、具有很大的耐“冲击”性，能够适应电力系统复杂的通信网络结构，PSTN网络经过上百年的磨砺，具有成熟、可靠和廉价的特点，针对电力系统而言，技术上是合适的选择，而且PSTN网还有足够的潜力可供挖掘。相比而言，MSTP作为一种新技术，其自身的发展方向还未明朗，因此市场走向还需观察。
注重经济效益：充分利用现有资源、保护投资需要根据业务需求和光缆资源情况来选择合适的组网方案，充分考虑现有资源的消化利用、新增投资的最小化、网络的安全稳定性以及技术的可实现性等问题；坚持以应用推动网络建设的原则，积极整合和优化现有传输设备、传输通路和光缆线路资源，并注意与现有设备的融合；应尽量采取升级方式(现有设备能够升级而代价又比较小)来实现MSTP功能，努力提高传输设备和通道的利用率。应用MSTP技术时，要考虑到原有旧的SDH设备是否支持MSTP技术，是否有足够的槽位插入以太网板卡，主控板是否支持MSTP功能，网管能否管理MSTP板卡。在使用MSTP功能时，必须充分考虑更换交叉板卡、主控板卡及其网管系统。
设备选型及MSTP技术兼容性。目前，不同厂商的MSTP产品对数据业务的支持能力是不同的，有的只能实现对数据业务的透明传输，有的则具有二层交换能力；有的只支持以太网业务，有的则可以同时支持以太网、RPR和ATM。由于以太网映射方式和带宽管理的实现方式不同，目前不同厂家的设备还无法实现互联互通。因此，在MSTP技术应用过程中，要充分考虑其兼容性，必要时要对其兼容性进行测试。在今后MSTP设备的选择上，应尽量采用同一厂商的设备，以加强业务的互通性和可管理性。另外，还要注意与现有主流设备的兼容。
3结束语
MSTP技术是电信行业提出的，比较适合在电信城域网、边缘接入和汇聚层中应用，在电力系统中的应用还有待进一步的论证。电力系统应用MSTP建设网络时，要注意保护投资，充分分析业务的适用性，以实现产值的最大化。如何进一步扩展业务种类、提高网络的服务质量是运营商最关心的问题之一。MSTP的网络体系还包括如安全、计费、现有网络兼容和过渡等内容，这些内容都是MSTP需要研究的课题。另外，为了支持MSTP，高性能、低价格的集成电路技术需要有大的突破，信号处理算法和能力也会影响MSTP的网络体系，还需要对MSTP若干重大问题进行深入的研究。展望未来，MSTP产业链各方在一个统一网络平台上开展。MSTP运营商必须建立一个统一的开放的网络平台，使得各项业务都可以在采用这个平台。总之MSTP技术的引入将会带来电力通信的一次新的革命。
随着技术的不断完善，MSTP已经在城域网中大规模运用。充分挖掘MSTP的潜在优势，进一步加强与数据业务的融合是MSTP商用中亟待解决的问题。作为3G，软交换以及NGN的最佳传输平台，MSTP技术仍在不断的发展之中，引入自动交换光网络（ASON）功能，利用独立的ASON控制平面来实施自动连接管理，快速响应业务的需求，提供业务的自动配置、网络拓扑的自动发现、带宽动态分配等更为智能化的策略，大大增强MSTP自身的灵活有效支持数据业务的能力。智能化是MSTP技术发展的又一个重要方向。
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