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EPON在智能电网应用中的网络可靠性浅析

 

1 概述
    日新月异的智能家电、智能家庭、智能建筑、智能社区、智能交通、电动汽车等发展,都离不开智能电网的基础支撑。电力的智能化应用,将全面提升从发电、输配电到用电设施的整体效率,促进电力用户节能降耗。同时,通过实施电力光纤到户等智能电网工程,将使电网与电信网、广播电视网、互联网等有机融合,依托丰富的电网资源,构建开放式的公共网络。按照国家电网的智能电网三步走计划,2010~2011年是第一阶段,在这一阶段网络基础设施投资在总投资中占据极大比例,尤其是接入层面,目前电力如通信和广电一样,已开始在配网或城域网较大规模引入EPON建设,提升网络带宽。


EPON非常适合智能电网的应用部署:
    1. EPON能提供较大的带宽。一方面电网智能化对带宽提出很大需求,比如现在对电网的监测控制业务就需要比以前更大的网络带宽支持;另一方面,电力还在过去进入通信领域的基础上继续向该领域扩展,提出负荷光缆要入户提供通信业务。EPON甚至未来10G EPON的能力将对电力后续业务发展提供良好的基础。
    2. EPON非常适合电网的组网。EPON的无源分光器使用链形、树型组网结构的传输,很容易沿用灵活的光纤链路将信号分下去。特别是电网中光纤需要沿着电缆线铺设,这与电信运营商完全不一样,而EPON可以支持双纤手拉手的组网模式将成为电网主要的应用形态。
    3.EPON多业务的承载能力。EPON经过多年的发展,已具备各种设备形态,可以提供非常灵活的接口,在设备上能够灵活承载不同的业务,比如TDM专线、语音、数据业务、视频监控等。
但是电力通信网络特别是智能电网中,最重要的还是可靠性问题。通信网中如果中断一根光纤,只会影响极少用户;而电网里如果一根光纤中断,则将使整个配网无法运转,带来极大社会问题。
由于EPON完全基于光纤的传输媒介,不会受到电磁辐射的干扰,从可靠性的角度来讲,EPON具有天然的优势,但是仅有这个优势还是不足以证明EPON的可靠性。本文就从网络拓扑的角度对EPON无源光网络在智能电网应用的可靠性问题做一些深入的分析。

 

2、EPON网络的简单原理
    一个典型的无源光网络系统由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)、光分配网络(ODN)组成。OLT放在核心机房,ONU作为用户端设备放在各种业务接入点使用。ODN包括分路器(Splitter)和光纤,光分路器是无源光纤分支器,是一个连接光线路终端和光网络单元的无源设备,它的功能是分发下行数据并集中上行数据。

    EPON在下行方向采用时分复用技术,上行方向执行时分复用相关接入协议。由于上行方向上的给定时刻只允许一个用户传输,为了避免不同用户的冲突,采用了多点控制协议(multi-point control protocol,MPCP)。另外,为了提供通信的保密性,EPON在上下行方向上还提供了128bits加密能力。
在实际组网中,由于光路的OLT和ONU传输时延不同,以及由于系统环境温度的变化及器件老化等原因导致传输时延变化,都会导致不同ONU上发出的信号在光线路终端处发生上行信号的冲突,因此EPON对光器件的控制支持测距和补偿等功能。

3、EPON网络结构可靠性分析
   3.1 EPON网络拓扑
   PON网络的拓扑主要有星形和总线形两种基本类型,如图所示。其它类型的拓扑如树形、环形拓扑均为星形和总线形的组合或变形。

    根据分路器所处的位置,将分路器分为两种:主分路器和支分路器,主分路器定义为连接OLT的第一个分路器,剩下的分路器全部为支分路器。同样,根据光纤所处的位置,将光纤分为三种类型:主干光纤、支干光纤和分支光纤,主干光纤定义为OLT 与主分路器的光纤,支干光纤定义为分路器之间的光纤,分支光纤定义为分路器与ONU间的光纤。
网络中可能发生故障的地方包括线路与设备,设备包括OLT和ONU,线路包括主干光纤、支干光纤、分支光纤和分路器,分路器故障又分为主分路器故障和支分路器故障。

    3.2 EPON网络可靠性分析
    我们可以按照EPON网络拓扑中每个网络部件的故障影响率来评估系统的可靠性指标。
    以一次性故障的情况来分析,对于1:32的星形EPON结构,不同部件故障的系统影响率和系统可靠性。