“电力 5G”融合技术通信网架构设计.pdf
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1、Microcomputer Applications Vol.39,No.10,2023文章编号:10 0 7-7 57 X(2023)10-0212-04技术交流“电力十5G”融合技术通信网架构设计微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第10 期陈家1,孙志峰1,曾铮1,隋璐捷,汪龙志,杨春(1国网湖北省电力有限公司信息通信公司,湖北,武汉430 0 7 7;2.湖北华中电力科技开发有限责任公司,湖北,武汉430 0 7 7)摘要:电力通信网的可靠性影响着电网的稳定运行,为了保证电力业务的可靠传输,融合第五代移动通信技术建设“电力十5G”通信网,基于电力数据通信特征分析通信网架构,使用5G通
2、信技术加强通信网的承载能力。在数据交换网络中完成串行数据与并行数据的转换,通信容量为40 9 6 40 9 6 通道,构建可靠路由最优化模型,对电力通信网络可靠路由的时延、路由跳数和可靠性进行约束。搭建测试环境进行实验,通过实验表明,该研究的通信网络在业务数量达到最大时,网络可靠度为0.036,网络节点占用率整体高于2 0%以上。关键词:第五代移动通信;通信网架构;数字交换机;通信容量;可靠路由中图分类号:TP37文献标志码:ADesign of Communication Network Architecturefor“Power+5G”Fusion TechnologyCHEN Jiali
3、n,SUN Zhifeng,ZENG Zheng,SUI Lujie,WANG Longzhi,YANG Chun?(1.Information and Communication Company of State Grid Hubei Electric Power Co.,Ltd.,Wuhan 430077,China;2.Hubei Huazhong Electric Power Technology Development Co.,Ltd.,Wuhan 430o77,China)Abstract:The reliability of the power communication net
4、work affects the stable operation of the power grid.In order to ensurethe reliable transmission of power services,this study integrates the fifth-generation mobile communication technology to builda power+5G communication network,analyzes the communication network architecture based on the character
5、istics ofpower data communication,and uses 5G communication technology to strengthen the carrying capacity of the communicationnetwork.The conversion of serial data and parallel data is completed in the data exchange network,and the communication ca-pacity is 4096X4096 channels:A reliable routing op
6、timization model is constructed to constrain the delay,routing hops and re-liability of the reliable routing of the power communication network.A test environment is built to conduct experiments.Through the experiments,the communication network proposed has a network reliability of o.036 when the nu
7、mber of servicesreaches the maximum,and the overall network node occupancy rate is higher than 20%.Key words:5th generation mobile communication;communication network architecture;digital switch;communication capaci-ty;reliable routing文献4系统采用了基于TCP/IP的以太网技术进行通信网0引言的组网工作,引人了运维相关技术到管理体系中,对通信网近年来在电力“四化
8、”建设的背景下,电力系统中的各类络中的设备和网络服务进行远程监测和配置;文献5系统技术和管理模式都需要进行改革,当前通信网缺失统一的建采用了基于SNMP网络管理协议对网络服务平台进行管设规划和标准,导致跨区域服务能力存在缺陷,需要进一步理,实现了自动化采集电力通信网目标数据和平台共享,结加强电力通信网的建设工作1-2。合以太网工具完成日常运维管理;文献6 方法通信网的主近年来的电力通信网运维管理研究中:文献3方法使干网络使用了多协议标志交换协议,并提出了多维数据通信用路由器、交换机、网桥等通信设备建设了电力通信专网,进架构,应用网络故障定位、流量监控等功能。当前有些研究行了网络管理服务主机和管
9、理工作站的集成化部署和管理;中电力通信网各地供电企业独立部署,集成化层面还具有一作者简介:陈家(198 5一),男,硕士,高级工程师,研究方向为电力通信、5G通信技术、信息系统、网络安全、数据通信网;孙志峰(198 0 一),男,博士,高级工程师,研究方向为电力通信、电力通信光缆、电力传输网技术;曾(198 5一),女,本科,高级工程师,研究方向为电力通信、电力交换技术、无线通信;隋璐捷(1994一),女,硕士,工程师,研究方向为电力通信、5G通信技术、电力交换技术;汪龙志(1995一),男,硕士,工程师,研究方向为电力信息、网络安全、数据通信网;杨春(198 4一),男,本科,工程师,研究方
10、向为电力通信、无线通信、5G通信技术。.212Microcomputer Applications Vol.39,No.10,2023定的改进空间,尚未完成本地管理业务和运维数据视图的有机统一。1“电力+5G通信网架构设计1.1通信网整体设计为解决电网侧与用户侧之间的通信问题,本文设计了“电力十5G通信网,应用第五代移动通信系统(5G),基于电力系统中不同的业务场景建立不同的组网方式,提出多业务接入的通信网架构,使得电力业务在多个区域网络之间进行灵活切换7。本文利用5G通信技术中的网络切片、网络功能虚拟化、软件定义网络等技术解决无线传输网络中有效承载和业务系统中的问题,实现同时服务多个电力用户
11、,并保证不同安全等级的时延要求8。5G通信的理论峰值速率可达到10 Gbit/s,并支持EMBB、M M T C、U RLLC 等场景,有效满足局域网内部的实时通信要求。“电力十5G”通信网架构如图1所示。数字交换机网路交换机光网络交换机光线路终端集中控制系统数据交换组件1L5G网络公共接入设备接入站点网络设备网管分光器V1115G基站5G基站图1“电力+5G通信网架构在“电力十5G”通信网整体模型中,由控制平面、数据平面和应用平面组成,用户根据不同种类的业务需求借助应用面的接口API调用控制面的各类控制服务,控制面主要由控制器和操作系统组成,数据面包含了网络交换机、核心交换机、数据交换组件等
12、装置,完成网络中数据处理等功能。控制面接收到系统内负载和流量的变化情况后对网络流量进行一定的控制,减少了网络反应时间,并加快了流量分发给其他系统的时间。在通信网络内支路之间相互建立数据链接时,控制面及时反应数据链路状态,进行相关的障碍处理97。通信网络中光网络单元向用户提供多个业务接口,并配合光线路终端接收广播数据流。网络设备网管采用了点对点接入和无源光纤传输技术,在通信网中提供各类业务服务,前置设备用于接收NR信号并将其转换为Wi-Fi信号,以技术交流连接到公共接人单元10。1.2基于FPGA的数字交换机设计本文基于FPGA技术可编程语言对数据交换机进行设计,增加母线数量和扩展交换容量,加快
13、输入输出母线的速率。数字交换机发送端将内部的并行数据转换为串行数据进行发送,数字交换芯片具有32 条输入母线和32 条输出母线,每个母线的输人输出数据速率为8 M/s以上,通信容量实现40 9 6 40 9 6 通道数据存储器的每个存储单元为8 bit的并行码。数字交换机各模块结构如图2 所示。微处理器接口模块读数据存4096x8bit储器模块8M数据存串储器控并制模块1一时钟控制主机应用程序服务器实时通信服务器电力管理主站&数据交换组件。口前端设备光网络单元光网络单元1公共接入单元元公共接入单元公共接入单元电力监控终端电力监控终端装电力监控终端微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第10 期
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