摘 要：介绍了电力调度系统的现状，在分析某省电力调度交换专网发展和运行方式的基础上，提出一种适合该省电力调度交换专网的IP专用交换机(IP PBX)优化方案，该方案通过少量新增及多数搬迁调整调度交换专网的组网架构，建立一张扁平化、集约化、高可靠的调度交换专网。
关键词：调度交换专网；IP专用交换机(IP PBX)；网络建设；优化
随着国家对电力安全生产的重视，电力系统内大部分系统都要求双系统备份的部署模式。电力系统调度作为贯穿电力发、输、变、配、用5个环节，是支撑坚强智能电网的重要手段[1]，故对电力调度系统的安全性、可靠性和运行稳定性提出了非常高的要求，技术选择应充分考虑对整个通信系统安全性的影响。
现阶段电力调度交换专网组网方案主要有3种：基于传统电路交换控制的组网方案，基于软交换控制的组网方案以及传统电路交换与软交换混合组网方案[2]。目前，国网省公司调度交换专网一般分为3层结构，分别是省级调度交换中心(以下简称“省调”)及省级调度交换灾备中心(以下简称“备调”)组成的核心层，地区调度交换中心(以下简称“地调”)及地区第二汇聚点组成的汇聚层，变电站及直属单位构成的接入层。下面分别就上述3种组网方案进行分析。
1 电力调度系统现状
1.1 传统电路交换专网及其优缺点
国家电网的大部分省公司均采用传统的电路交换技术组网，这种组网方式与2008年某省级公司调度交换专网相同，全部采用2 Mbit/s组网。该省调和备调为全省调度交换专网的核心枢纽节点，核心层面配备有2套核心调度交换机，2套设备异机同组、互为备份，与各地调的调度交换机采用2 Mbit/s中继互联；该省级超高压公司配置有2套调度交换机，与省调的调度交换机2 Mbit/s中继互联，与省公司所属的有调度交换机的500 kV变电站采用2 Mbit/s中继互联；接入层面的220 kV变电站、直调电厂的调度交换机与地调的2套调度交换机2 Mbit/s中继互联，不具备调度机的66 kV变电站采用脉冲编码调制(PCM)设备放小号方式实现调度电话。
这种组网方案的优点为：系统可靠性非常高、技术成熟且语音质量好。其缺点有：连接建立的时间长、独占线路、线路利用率低、无纠错机制等[3]；业务模式单一，仅支持语音业务，无法整合语音、数据等多种业务；调度与被调端经常采用点对点PCM设备，浪费投资，调度端大量的PCM设备也占用了机房资源；无法对分布在各地的设备实施远程管理，数据修改、跟踪、存储等，大量的后期维护造成人、财、物资源的浪费。
1.2 软交换专网及其优缺点
目前，国网另一省级公司采用软交换体制的调度交换专网，这种组网方式采用IP全连接，适合全省自上而下已具备良好的IP网络环境使用。接入层站点配置基于IP的智能终端，可支持多媒体业务，已有的模拟电话可通过新增模拟网关接入到软交换系统中；核心层最明显的特点是控制与承载分离，分为软交换核心服务器(1+1冗余配置)和各类应用服务器，系统采用全IP(VoIP)技术将语音信号数字化编码、压缩处理成帧，然后封装成IP数据包在传输控制协议/因特网互联协议(TCP/IP)网络上传输，从而实现IP网络语音通信[4]。
这种组网方案优点是：网络采用分层开放结构，结构简单灵活，具有较好的扩展性和升级能力；网络支持的业务类型多样，终端接入非常灵活，如模拟话机、IP话机、视频话机、智能调度控制台等均可在软交换平台上扩展[5]；软交换采用统计时分复用方式，根据网络能力和用户需求动态分配带宽，故网络资源利用率高；软交换专网管理系统可实时监控维护网内各类设备，也可统一管理、操作所属变电站及下级站点。其缺点有：与传统电路交换专网相比，软交换为保障语音业务服务质量(QoS)要求，对IP网络环境要求高，所有节点的数据设备均需具备多协议标签交换虚拟专网(MPLS VPN)功能，故专网建设投资较大；软交换采用“尽力而为”的无连接服务，与电路交换相比可靠性低；调度端与被调端需要两路不同路由的IP通道，由于部分变电站的数据网通道承载在传输网上，故组织双IP通道往往较为困难。
1.3 混合组网及其优缺点
为了保留电路交换的高可靠性，同时享受软交换带来的业务多样性等优势，业界探索了基于电路交换和VoIP软交换相结合的混合组网方式，国网内多个省公司、地市公司采用该组网方案。这种组网方式对传统电路调度交换专网不做全网改造，仅在省调、地调、省调直调电厂的调度交换机新增IP中继网关，从而与新增的软交换系统互联，500 kV/220 kV变电站(以下简称变)或电厂原具备双模功能的调度台通过2 Mbit/s专线和IP分别接入两个系统，无IP调度台的站点新增IP调度台或IP电话接入软交换系统。通过软件实现调度台统一接续，达到双机或三机同组效果，将传统电路交换的主备系统与软交换系统统一，实现数据共享，达到3套系统同步通信，实现两网融合[6]。
这种组网方案优点是：原本布置PCM设备的站点可替换为IP调度台，节省了大量投资，PCM设备的退网也解决了运维管理难的问题；新建的软交换系统基本上独立于2 Mbit/s传输网，IP调度台与传统话机成为两套互为备用的独立电话系统，实现双通道双设备，进一步提高了调度电话的可靠性；在已有电路交换专网通过内置中继网关与软交换互联，配合调度终端实现双模接口冗余、跨网重组等功能，与现有网络无缝融合，保护了前期投资。其缺点有：核心层和汇聚层站点最低需要配置2套不同体制的调度交换汇接设备，仅为实现单一调度电话功能部署两张网络造成资金浪费；网络结构较为混乱，接入层站点设备种类繁多。
2 某省省级电力调度交换专网发展过程
a.2005至2006年，某省级电力调度交换专网经历两期新建后基本形成了省、地两级汇接中心的双平面调度交换专网，覆盖省调、地调、500 kV/220 kV变及直调电厂，组网通道均采用2 Mbit/s数字通道。
b.2008至2011年，该省级电力调度交换专网经历3次扩容改造后，每个地区除地调外在2个集控中心配置了2套具有IP功能的调度行政合一交换机，并且2套调度交换机以异机同组的方式运行，最终形成了以220 kV变/操作队为接入节点，地区局/集控中心为汇聚节点，该省级调度及其和B备调为核心节点的网络拓扑结构，接入方式2 Mbit/s、IP并存。同时，在超高压局配置了2台具备IP功能的调度交换机，500 kV变采用2 Mbit/s、IP方式接入超高压局。
c.2012至2014年，随着IP调度交换机扩容工程、调度交换网容灾工程及农网改造工程的实施，调度主机侧授权软件根据规划一次性预留出至“十二五”末期所有接入节点(含国网和农网变)的数量，新建站点仅购买用户侧硬件即可接入调度交换网中。调度交换网容灾工程对于2套IP调度行政合一交换机设置在同一个节点的地区进行搬迁，满足通信网络容灾的要求。农网改造工程对农网变电站统一配置了IP调度电话，为农网变电站统一调度管理奠定基础。
当前该省级调度交换专网现状见图1。
图1 某省调度交换专网现状
3 某省省级电力调度交换专网IP优化方案
3.1 某省省级IP PBX组网远景方案
为了保护前期投资，建立一个网络架构清晰、复杂度低的调度交换专网，结合该省电力调度交换专网现状及发展历程，提出一种基于IP专用交换机(IP PBX)技术的优化改造方案，采用有VoIP功能的调度程控交换技术组网，形成变电站/电厂→地调/第2汇聚点→省调/备调逐级汇接结合复合双归的网络结构。从层次上看省调和备调、地调和第2汇聚点在功能上应完全一致，在结构上应互为备用，在业务上应相互独立。“十二五”末期，省调、各地调、变电站的电路交换设备逐步退出运行，全省核心层面的3套调度机整合为2套，各地区汇聚层面的4套调度机整合为2套，各地调PCM设备随调度机一同退出运行。除电厂外的站点全部采用IP方式接入调度交换专网中。该省级IP PBX调度交换组网远景方案见图2。
核心节点(省调和备调)各设置1套IP调度机，2套调度机采用2×2 Mbit/s中继互联，异机同组运行；汇聚节点(地调和第2汇聚点)各设置1套IP调度机，2套调度机采用2×2 Mbit/s中继互联，异机同组运行；省调和地调之间、备调和第2汇聚点之间采用2×2 Mbit/s中继互联，组成“口”字型网络结构；220 kV/66 kV变自地调和第2汇聚点延伸IP调度台，直调电厂采用2 Mbit/s中继与地调和第2汇聚点的调度机互联。
该方案基于IP网络技术，全部采用具有VoIP功能的调度程控交换机组网，面向新增众多调度对象开放技术，开创了国内电力系统调度交换专网通信组网的新模式。
图2 某省IP PBX调度交换组网远景方案
3.2 网络优化步骤
a.对该省级调度机改造。拆除省调现有的2台传统程控调度机并配置1套VoIP调度程控交换机，与B备调的Hipath4000 VoIP型调度机异机同组运行，省调调度机分别采用2×2 Mbit/s数字中继与B备调互联，与其网调1×2 Mbit/s互联。结合调度交换专网远景规划，省调新增的调度机对14个地调的调度机各开通2×2 Mbit/s数字中继，A等5个地区地调IP调度机原对B备调的2 Mbit/s数字中继本期改接至省调新增调度机上，C等9个地调调度机对省调的2 Mbit/s数字中继板利用旧的现有板卡。
b.对A等5个地区调度交换专网改造。A等5个地区的调度交换专网组网现状相同，以A地区为例，地调现有2套IXP2048型调度机，2个集控中心各有1套Hipath4000型调度机，I×P2048型调度机分别以2×2 Mbit/s数字中继与省调调度机、集控中心调度机互联，分别采用1×2 Mbit/s数字中继与2个500 kV变和直调电厂/用户变的调度机互联，66 kV变/风电场等自地调调度机通过PCM放号实现调度电话。
分别将D和E集控中心的Hipath4000型调度机搬至A地调和一个变电所，地调I×P2048型调度机对直调电厂和500 kV变的2 Mbit/s数字中继全部改接至地调和该变的Hipath4000调度机上，其对用户变的PCM电话全部改接至地调Hipath4000调度机上，待所有业务全部倒接到Hipath4000调度机上，将2套I×P2048型调度机拆除。拆除220 kV变现运行的电路交换调度机并配置1套IP触摸屏调度台和1套IP按键式调度台。
c.对C等9个地区调度交换专网改造。搬迁C等9个地区集控中心2套VoIP调度机中的1套至地调，另一套至第2汇聚节点，拆除地调的电路交换调度机。搬迁后将省调对地调的2 Mbit/s数字中继改接至地调IP调度机上，220 kV变现运行的IP调度台分别注册到2台IP调度机上。地调和集控中心现有的调度交换机均为VoIP调度交换机，故仅需搬迁部分调度机和新增2 Mbit/s数字中继，无须新增调度机。
3.3 优化效果
该省级电力调度交换专网IP PBX优化方案实施后，将带来以下改进。
a.多业务融合，网络后期扩展能力强。经过优化后，网络接入层IP化，具备接入语音和数据业务，如果后期国网调度交换专网全面向IP软交换过渡，可直接在核心层和汇聚层构建软交换平台，接入层可直接利旧使用，不会造成投资浪费。
b.节省投资。经过改造取消了大量的PCM专线设备，变电站和厂站仅需配置价格低廉的IP接入终端，设备投资大大缩减，同时节省了机房面积。
c.统一调度交换机数据配置。在调整优化网络结构的同时，同步开展省内所有调度交换机数据配置优化工作，统一省主备调、地主备调的路由配置和迂回方案等数据。
4 结束语
通过实施提出的调度交换专网IP PBX优化方案，使该省级调度交换专网架构更扁平化、更清晰，有效提升网络整体的可靠性，降低运维人员的工作压力，全面提高交换专网管理水平，做好坚强智能电网调度的有力支撑。
