配电自动化通信运维培训

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通信运维目录配电自动化通信系统概述PON通信技术成都配电通信网络运行现状成都配电通信网络运维管理12234配电通信系统定位及作用配电主站系统子站（变电站）通信主干网DTU通信接入网FTU一次设备TTU大脑神经躯干手脚配电网基本组成部分4配电通信系统规划要求配电通信网络应满足实时性、可靠性等要求。骨干通信网宜采用光纤专网，终端通信接入网采用无源光网络时应使用专用纤芯。终端通信接入网主要包括光纤专网、配电线载波、无线专网和无线公网等多种方式，应因地制宜，综合采用多种通信方式，并支持SDH、工业以太网与无源光网络混合组网通信。终端通信接入网应规范接口、统一管理。对于“三遥”终端覆盖率较高区域，宜采用无源光网络（xPON）；对于设备级联数较多的线路，可采用工业以太网；对于光纤无法覆盖的区域，可采用电力线载波。采用无线公网技术时，应满足电力二次系统安全防护等有关规定，采用基于VPN的组网方式，并支持用户优先级管理。《配电自动化导则》规定：智能电网中多种接入网技术比较EPON是智能通信接入网的最佳选择电力对EPON的特殊要求术语EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork）：以太网无源光网络一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。OLT（OpticalLineTerminal）：光线路终端以太网无源光网络中的局端设备，主要用于各种控制信息的上传和下达。ONU（OpticalNetworkUnit）：光网络单元以太网无源光网络中的远端设备，主要用于接收并传递控制信息给配网终端，并把来自配网终端的数据上传。ODN（OpticalDistribtionNetwork）：光分路器连接OLT和ONU的无源设备，可将光路一分为多。它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。ODF（OpticalDistribtionFrame）：光配单元盒式或机架式结构，用于光纤通信系统中局端主干光缆的成端和分配。配电自动化通信系统概述PON通信技术成都配电通信网络运行现状成都配电通信网络运维管理19234PON技术背景骨干网：由于光纤的大量铺设，DWDM、OTN等新技术的应用使得主干网络在几年之内已经有了突破性的发展。局域网：以太网技术的进步，由其主导的局域网带宽也从10M,100M到1G甚至10G。接入网：目前最需要突破的地方就在于连接网络主干和局域网以及家庭用户之间的一段，这就是常说的“最后一公里”，这是个瓶颈。

好比：在一个国家的公路系统，干线和各地区干道都已经建成高等级的宽阔的公路，但通向家庭和商家的门口却还是羊肠小道，这个公路网络的效率无法有效地发挥。PON技术标准化状况基于WDMPON目前没有标准，应用较少。EPON和GPON是目前使用最广的PON技术。PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON国际标准ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah国际标准国际标准国际标准国际标准ITU-TG.982国家标准YD/T1077-2000国家标准YD/T1090-2000国家标准国家标准国家标准19881997、200120032004.6PON的优点－节约P2P►N条光纤►2N光收发器P2PCurb

►1条光纤►2N+2光收发器►需要本地电源►大量节约光纤P2MP（PON）

►1条光纤►N+1光收发器►大量节约光纤►大量节约光收发器FTTH几种方式的比较PON的优点－可靠OLTSplitterSplitter网络可靠性高无有源设备PON组网有源设备都是潜在的故障点LanSwitchLanSwitchLanSwitch交换机组网PON属于无源光网络，网络中无有源电子器件，这意味着维护成本将显著降低。由于网络组件数量少，因此故障点也将相应减少，进而运营支出也会最大程度地降低。PON的优点－长距离以太网：0.1KM以太网的100m传输距离是其作为接入技术的最大问题之一，通常只能通过级联交换机延长传输距离，有源设备的增加会导致网络中增加故障点，大大降低网络的可靠性。虽然可以通过光纤来进行传输，但是这又增加了成本。xDSL：1-5KMxDSL技术的传输距离与最大带宽有密切关系，运营商为兼顾距离较远的用户、统一计费标准，通常不会开通xDSL所能达到的最高速率，这样会使用户实际的接入速率比较低。对于只有少数用户的地区，运营商同样需要将昂贵的IPDSLAM设备部署在用户附近。PON：10-20KMPON可以在高带宽的情况下保证10-20KM的传输距离，完全克服了以太网和xDSL技术在距离和带宽上的局限性，使接入方案的部署更为灵活。PON的优点－多用途PON是天然的广播网络，采用单纤波分复用技术，可以在OLT端将有线电视（CATV）信号叠加进PON中，在用户端再通过分离器分离出来，使PON既可以传送数据也可以传送有线电视信号。WDMWDMPSTNInternetCATVOLT合波器1550nmCATV信号→CATV信号分离器ONU传统电视1490nm→1310nm←局端用户端Splitter....PON的优点小结可提供远距离高带宽接入；大量节省光纤和光收发器，降低成本；网络中无有源设备，可靠性高，显著降低维护费用；PON的网络结构可以作为视频广播的传输网络，满足多种业务类型接入。PON通信技术原理

PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；

PON是无源光网络的简称（PassiveOpticalNetwork）；

PON由光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）、光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）和无源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）组成；PassiveOpticalNetwork

无源光网络OLTONUOpticalLineTerminal光线路终端OpticalNetworkUnit光网络单元PassiveOpticalSplitter

无源分光器PSTNInternetCATVONUONUPassiveOpticalSplitter

无源分光器EPON系统构成－OLT在一个EPON系统中，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台（MSPP），它提供面向无源光纤网络的光纤接口。它是整个EPON系统的核心部件，主要完成的功能有：（1）向ONU以广播方式发送以太网数据；（2）发起并控制测距过程，并记录测距信息；（3）发起并控制ONU功率控制；（4）为ONU分配带宽，即控制ONU发送数据的起始时间和发送窗口大小；（5）其它相关的以太网功能。EPON系统构成－ONUEPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网协议，在ONU中可以实现成本低廉的以太网第二层、第三层交换功能。它主要完成的功能有：（1）

选择接收OLT发送的广播数据；（2）响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整；（3）

对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发送窗

口中向上行方向发送。（4）其它相关的以太网功能。EPON技术特点(1)EPON单纤双向波分复用技术OpticalMuxOpticalMux两个波长的信号同时在一根光纤中传输，互不干扰发送和接收在一根光纤中采用不同波长传输：发送：1490nm、1550nm（CATV信号）接收：1310nm1490nm1310nm单芯EPON下行数据-LLID标识技术下行数据传输主要特征采用TDM（时分复用）点对多点广播式传输ONU端口地址被用作数据包ID每个ONU只能获取属于自己的数据包PON网络中，每个ONU可以接受到OLT所有下行数据，但ONU只根据下行数据的LLID标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他的数据。以太网帧OLTONU下行通信示意图分光器业务一业务二业务三22132213221322131223OLTONU1ONU2ONU3EPON技术特点(2)EPON原理：下行帧结构前导码7Bytes帧定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes5555SPD5555LLIDLLIDCRC8以太网MAC帧EPONMAC帧SPD:SPD指示LLID和CRC位置2323分光器业务一业务二业务三222311112223112223TimeSlot（时隙）上行传输主要特征上行采用TDMA（时分多址复用）技术，按时隙发送每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧光信号在分光器处进行耦合可实现冲突检测与避免分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞每个ONU在各自预定时隙发送光信号。所有ONU的光信号通过ODN采用时分复用方式合成。时隙的预定靠OLT与ONU的距离判定分配。ONUOLT上行通信示意图OLTONU1ONU2ONU3EPON上行数据-时分复用技术（TDM）EPON技术特点(3)EPON中TDM的实现EPON中下行TDM的实现EPON中上行TDMA的实现

OLT根据以太网帧的目的ONU在每个以太网帧的Preamble（前导码）中打上不同的LLID（逻辑链路标识），然后复用到GE链路，并广播到该PON下的所有ONU；

EPON下的ONU能够接收到所有用户的下行业务，ONU根据接收到的以太网帧的preamble中的LLID过滤出属于自己的以太网帧：如果该LLID等于OLT给自己分配的LLID，则接收并转发该以太网帧；如果该LLID不等于OLT给自己分配的LLID，则丢弃该以太网帧。

OLT给每个ONU发布授权（grant）：授权以窗口的形式存在，特定的窗口发布给特定的ONU；（grantwindow由Gate发布给ONU）

ONU仅在属于自己的grantwindow中向OLT发送上行业务

OLT发布grantwindow时已经考虑了各ONU与OLT距离的差别（RTT）MPCP协议示意：ONU自动注册——可实现即插即用MPCP（多点控制协议）主要功能：1、ONU的自动发现和加入、测距、报告链路拥塞情况；2、在原有的以太网CSMA/CD基础上引入了新的MAC控制信息；3、OLT使用GATE和REPORT消息实现时钟同步和时隙分配，REGISTER和ACK信息用来控制自动注册和应答过程。OLTONU4ONU1发现时间窗口发现时间窗口注册请求：MAC地址注册请求：MAC地址注册:LLID注册：LLID注册确认注册确认ONU2EPON技术特点(4)EPON原理：MPCP协议MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制——MPCP来协调数据的有效发送和接收：系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告，从而优化PON系统内部的带宽分配MPCP有两种GATE操作模式：初始化模式和普通模式。初始化模式用来检测新连接的ONU，测量环路延时和ONU的MAC地址普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽EPON原理：MPCP帧格式GATE（OLT发出）允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据REPORT（ONU发出）向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。REGISTER_REQ（ONU发出）在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER（OLT发出）在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。REGISTER_ACK（ONU发出）在注册规程处理过程中表示注册确认。EPON原理：注册过程指OLT对系统中的ONU进行注册，主要用于系统中增加ONU时或者ONU重新启动时。在Discovery过程中OLT的执行动作：OLT必须周期性的发送Discovery检测帧。所有的“discoveryGate”帧都是以广播方式发送的。在Discovery过程中ONU的执行动作：在上电启动或复位时，ONU进入Discovery状态。等待来自OLT的“DiscoveryGate”消息。如果所收到的消息类型为Discovery，且消息中的逻辑PHYID与自己相同或为缺省值时，就对此消息做出应答。EPON原理：测距补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）是光信号在OLT和ONU之间一个来回的时间，单位是TQ，即16ns。通过RTT值，能够看出该ONU距离OLT设备有多远。一般来说，1公里的光纤长度能够形成大约630的RTT值。在注册过程中，ONU对新加入的ONU启动测距过程OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间OLT也可以在任何收到MPCPPDU的时候启动测距功能RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4其中：T3-T2=T4-T130DBA（动态带宽分配DynamicallyBandwidthAssignment）：一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制。EPON技术特点(5)为什么需要DBA？

---可以提高PON端口的上行线路带宽利用率

---可以在PON口上增加更多的用户

---用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务---DBA是OLT基于用户的业务等级协议（SLA），结合ONU的本地队列状态的汇报或者业务预测动态的给ONU发布上行业务授权带宽。SLA的方式：OLT基于不同的LLID进行业务分类ONU对不同的队列进行优先级分类OLTONU1ONU2P0P1P2远动业务视频监控其他业务ONU内部调度询问带宽需求询问带宽需求报告带宽需求报告带宽需求分配时隙根据DBA算法分配每个ONU的带宽分配时隙根据业务优先级实现队列ONU1重新被分配后的时隙长度带宽需求发生变化11DBA示例场景32EPON技术特点(6)OAM管理功能：完成ONU的认证、配置功能在线的性能监测、各种故障告警和远端故障指示、远端近端环回等OLT对ONU进行远程管理通信协议，有一定的开放性和扩展性基本支持功能：RemoteFailureIndication（远端故障指示）RemoteLoopbak（远端环回）LinkMonitoring（链路监视）扩展功能ONU版本管理ONU配置管理EPON系统的安全性EPON采用的一点对多点结构，即在EPON中是以广播的方式实现下行数据的传输，一个恶意的ONU可以接收到所有的下行信息，因此安全性是一个很重要的问题。如何解决？对数据进行加密数据链路层只对MAC帧的负荷信息加密，帧头信息则没有加密。这种方案可以防止恶意的ONU获取负荷信息，但是其他ONU的地址还是有可能被恶意的ONU截取。物理层对整个比特流（包括帧头和CRC）进行加密。需要每个ONU采用不同的密匙，即使是收到属于别的ONU的数据帧，也不能够将其解密成具有正确格式的帧。加密算法：AES-128：安全性很高，但不符合国内的商用密码管理条例Churning：安全性较低，简单Triple－Churning：提高了churning的安全性，由于互通要求，采用TripleChurning算法密钥由ONU以OAM消息的方式传送给OLT，OLT利用这个密钥根据特定的加密算法对下行数据进行加密密钥更新：密钥必须周期性更新密钥同步：因为密钥需要定期更新，所以需要一个同步机制，使ONU能够知道当前使用的哪个密钥EPON系统的安全性EPON系统主要组网方式单链及树状结构环状结构环带链结构手拉手保护手拉手保护倒换条件国网对EPON设备的要求配电自动化通信系统概述PON通信技术成都配电通信网络运行现状成都配电通信网络运维管理142234总体概述成都供电公司配电自动化实施区域目前主要为成都供电公司配电运检工区负责的成都市中心城区三环路以内包括武侯区、锦江区、青羊区、成华区、金牛区以及高新西区、高新南区的10千伏配电网，供电面积覆盖主城区193平方公里，供电区域如下图所示：

成都供电公司10kV通信接入网，主要采用了EPON网络为主，载波通信及无线公网GPRS技术为辅的接入方式。EPON网络作为提供数据传输的支撑性网络，连接绝大部分配网终端与自动化主站，而载波通信与无线公网GPRS则主要用于通信光缆无法敷设到达及无法修复的点位。成都配电自动化通信网络终端在线点位总计为2300余个，其中EPON通信网络覆盖终端、设备数量及投资占比最大，运行期间保持终端在线率95%以上，具体包括：配电主站机房内核心路由器2套

城区监控中心机房内汇聚交换机8套EPON站端通信设备（OLT）50套EPON在线终端点位（ONU）2200余套截至2015年8月中旬，配网光缆总计2138.7公里，其中ADSS光缆835.6公里，普缆1303.1公里，较去年年底增加约250公里。成都配电通信网络总体运行现状成都配电通信网络运行情况

EPON网络拓扑的逻辑图如下所示：EPON网络采用三层架构，分别为接入层、汇聚层、核心交换层。整个网络结构清晰，接入层、汇聚层、核心层均为千兆带宽，带宽资源丰富，既保证了当前业务需要，又为未来网络的拓展预留了足够的空间。核心交换层：主要设备为汇聚交换机和核心路由器，采用星型结构组网，在公司本部中心机房分别布置一主一备两台核心路由器，四个城区汇聚中心的核心交换机采用光纤直连方式上行至核心路由器，两台核心路由器再分别上行至成都配电自动化专网平台；汇聚层：主要设备为EPON通信接入设备（OLT）和汇聚交换机，主要采用“链型+环型拓扑”结构方式组网，在四个城区分中心（锦江、高新、青羊、金牛）分别放置一主一备两台核心交换机，各变电站OLT设备通过不同物理路由，采用主备光路的光纤直连方式分别上行至汇聚交换机；接入层：主要设备为EPON通信接入设备（ONU、OLT），所有配电自动化终端设备通过ONU采用双总线手拉手型、双总线类环型、双总线型三种组网方式连接至OLT。

成都配电通信网络架构成都配电通信网络-无线公网

目前成都配电网自动化终端（RTU、DTU、TTU、FTU等）通过GPRS无线通信终端连接到移动运营商内部GPRS网络，再通过移动运营商与配电网自动化主站系统之间的有线数据专线连接到主站系统，实现数据透传。GPRS无线通信终端使用专用的接入点名称（APN，AccessPointName）连接到GPRS网络，在通过身份认证后获得无线GPRS网络的私有IP地址，与主站系统构成了一个广域的虚拟专用TCP/IP网络，从而提供了配电网自动化终端与主站系统的双向通信链路。无线公网架构及安全性1.直接通过物理方式隔绝数据卡与公网的所有连接，使数据卡仅能通过专用通道传输数据，无法访问公共网络；2.移动公司在网络平台上布置有专用接入路由器，针对安全性考虑，布置有防火墙进行保护，通过移动公司专线接入公司内部网络，专用APN通道解决客户数据传输安全性问题；3.公网无线接入,通过配电前置服务器实现公网数据接收预处理，并以文本文件的格式通过反向物理隔离装置传入安全一区，安全一区解析文件形成实时数据，保证数据实时性要求。配电自动化通信系统概述PON通信技术成都配电通信网络运行现状成都配电通信网络运维管理149234EPON现场终端设备情况EPON通信系统日常运维网管的日常维护及现场设备的在线监测工作设备日常检修与巡视配网光缆巡视与检修消缺配合一次线路迁改各种资料和台账的制作EPON通信常见故障判断排查与处理（1）OLTGE板故障故障分析及影响范围：GE板又称上联板，它一旦出问题将影响本台OLT下挂站点所有ONU的数据传输。由于GE板承担着本站OLT所有数据的处理和传输工作，它的作用类似于传统传输设备中的交叉矩阵板，非常重要。

故障处置：重启OLT设备使业务恢复。EPON通信常见故障判断排查与处理（2）OLTPON板或PON口故障故障分析及影响范围：PON板又称下联板，它承担着下联ONU的数据处理。整张卡如果出现故障将影响所有下挂在本板卡的ONU。基于故障现场处理经验，发现PON板出现故障的主要原因有两点：一是板卡过热，机柜大都为四面封闭式，灰尘积压很多，加之板卡的光口有16个，密度大发热高，导致板卡跑死；二是光模块故障，此故障一般出现在运行比较久的站点，光模块老化。