Пример первичной сети энергетической компании

В этом примере рассказывается о первичной сети крупной энергетической компании ABC-Power. Название компании вымышленное, однако в основе примера лежит под­линный проект.

Компания ABC-Power снабжает электрической энергией большой регион с террито­рией в несколько сот квадратных километров. В состав ABC-Pwer входит несколько крупных электростанций, генерирующих электроэнергию, а также распределительная сеть, с помощью которой энергия доставляется клиентам — крупным предприятиям и массовым потребителям.

Объекты ABC-Power — электростанции и распределительные станции — рассредото­чены по 50 городам и деревням региона. Управляет энергетической сетью трехуровне­вая иерархическая система: центральный узел управления, районные узлы управ­ления, электростанции и распределительные станции. Для управления выработкой и распределением энергии ABC-Power использует различные средства.

О Системы телеметрии и автоматического управления технологическими объекта­ми (электростанциями и распределительными станциями). Эти системы состоят из датчиков, поставляющих оперативную информацию о состоянии энергетиче­ских объектов, а также исполнительных механизмов, с помощью которых объекты управляются, например, энергия перераспределяется из одной части сети в дру­гую. Данные телеметрии передаются в режиме реального времени между объекта­ми, а также на центральное табло, которое используют диспетчеры центрального и региональных узлов управления.

О Специализированная диспетчерская связь. Это система голосовой связи, подобная телефонной, но с большим количеством дополнительных функций, помогающих диспетчерам совместно решать возникающие проблемы.

О Собственная телефонная сеть на РВХ. Эта сеть дополняет возможности диспет­черской системы связи и имеет соединение с национальной телефонной сетью.

О Автоматизированная компьютерная система управления ресурсами предприятия собственной разработки.

Каждая из перечисленных систем состоит из подсистем, расположенных во всех 50 точках присутствия ABC-Power. Очевидно, что для работы систем управления не­обходима качественная телекоммуникационная сеть, связывающая точки присутствия ABC-Power надежными и скоростными каналами.

Долгое время ABC-Power арендовала линии связи со скоростями от 64 Кбит/с до 2 Мбит/с у регионального оператора связи. Эти линии использовались для объедине­ния РВХ и маршрутизаторов/коммутаторов локальных сетей. Системы телеметрии и автоматического управления частично опирались на собственные медные линии связи ABC-Power, которые прокладывались параллельно линиям электропередач к объек­там, не входившим в зону обслуживания регионального оператора связи.

Развитие бизнеса ABC-Power потребовало внедрения новых цифровых коммутаторов РВХ, способных совмещать функции диспетчерской связи и стандартной телефонии; применения мощной интегрированной программной системы управления предприя­тием SAP R/3 вместо разрозненных собственных подсистем аналогичного назначения; совершенствования систем телеметрии и автоматического управления.

Такая модернизация средств управления требовала, в свою очередь, модернизации ли­ний связи — повышения их пропускной способности и надежности.

Анализ вариантов модернизации инфраструктуры линий связи показал, что аренда вы­сокоскоростных каналов 34-155 Мбит/с экономически невыгодна. В результате ABC-Power решила пойти по пути создания собственной первичной сети, используя преимущество существующей сети линий электропередач. По такому пути пошли многие железнодорожные, энергетические и нефтегазовые компании. Прокладка оп­тического кабеля вдоль уже существующих путей следования железнодорожного по­лотна или газового трубопровода не требует больших затрат и обычно быстро окупа­ется.

Первичная сеть ABC-Power была построена за два года. Волоконно-оптический кабель соединил мультиплексоры SDH во всех 50 точках присутствия ABC-Power (рис. 11.20).

Рис. 11.20. Первичная сеть SDH компании ABC-Power

Сеть имеет ячеистую топологию, что позволяет применить методы защиты путей (со­единений) технологии SDH и обеспечить высокую надежность. В сети используются мультиплексоры трех типов: М4, Ml и МА. Мультиплексоры М4 являются мульти­плексорами ввода-ввода уровня STM-4, то есть их агрегатные порты работают на ско­рости STM-4 (622 Мбит/с). Эти мультиплексоры образуют магистральное кольцо, ко­торое связывает крупные региональные узлы управления, а также центральный узел

управления. Мультиплексоры М4 допускают замену агрегатных портов STM-4 агре­гатными портами STM-16 (2,5 Гбит/с), которые работают на одной из волн частотного плана DWDM. Это дает возможность дальнейшего наращивания скорости магистрали сети без замены оборудования, в том числе подключить в будущем сеть SDH к магист­рали DWDM.

На мультиплексорах Ml и МА (агрегатные порты STM-1 155 Мбит/с) построена сеть доступа. Она охватывает все энергетические объекты и более мелкие региональные узлы управления. Сеть доступа сочетает ячеистую топологию с древовидной, обеспе­чивая защиту только наиболее ответственных путей. Мультиплексоры МА отличают­ся тем, что они оснащены большим количеством портов PDH для подключения обо­рудования наложенных сетей — телефонной, компьютерной и сети телеметрии/ управления (рис. 11.21).

РВХ

Создание собственной сети SDH позволило ABC-Power с большим запасом обеспе­чить потребности предприятия в высокоскоростных линиях связи. Этот запас компа­ния собирается частично использовать для коммерческой деятельности в качестве ISP.

Выводы

Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, с помощью ко­торой можно достаточно быстро создать постоянные каналы, организующие произвольную то­пологию.

В первичных сетях используют технику коммутации каналов различного типа: с частотным (FDM), временным (TDM) и волновым (WDM/DWDM) мультиплексированием.

В сетях FDM каждому абонентскому каналу выделяется полоса частот шириной 4 кГц. Сущест­вует иерархия каналов FDM, при этом 12 абонентских каналов образуют группу каналов перво­го уровня иерархии (базовую группу) с полосой 48 кГц, 5 каналов первого уровня объединяют­ся в канал второго уровня иерархии (супергруппу) с полосой 240 кГц, а 10 каналов второго уровня составляют канал третьего уровня иерархии (главную группу) с полосой в 2,4 мГц.

Цифровые первичные сети PDH позволяют образовывать каналы с пропускной способностью от 64 Кбит/с до 140 Мбит/с, предоставляя своим абонентам скорости четырех уровней иерархии.

Недостатком сетей PDH является невозможность непосредственного выделения данных низ­коскоростного канала из данных высокоскоростного канала, если каналы работают на несмеж­ных уровнях иерархии скоростей.

Асинхронность ввода абонентских потоков в кадр SDH обеспечивается благодаря концепции виртуальных контейнеров и системы плавающих указателей, отмечающих начало пользователь­ских данных в виртуальном контейнере.

Мультиплексоры SDH могут работать в сетях с различной топологией: цепи, кольца, ячеистой топологией. Различают несколько специальных типов мультиплексоров, которые занимают спе­цифическое место в сети: терминальные мультиплексоры, мультиплексоры ввода-вывода, кросс-коннекторы.

В сетях SDH поддерживается большое количество механизмов отказоустойчивости, которые защищают трафик данных на уровне отдельных блоков, портов или соединений: EPS, CP, MSP, SNC-P и MS-SPRing. Наиболее эффективная схема защиты выбирается в зависимости от ло­гической топологии соединений в сети.

Технология WDM/DWDM реализует принципы частотного мультиплексирования для сигналов иной физической природы и на новом уровне иерархии скоростей. Каждый канал WDM/DWDM представляет собой определенный диапазон световых волн, позволяющих переносить данные в аналоговой и цифровой форме, при этом полоса пропускания канала в 25-50-100 ГГц обес­печивает скорости в несколько гигабит в секунду (при передаче дискретных данных).

В ранних системах WDM использовалось небольшое количество спектральных каналов, от 2 до 16. В системах DWDM задействовано уже от 32 до 160 каналов на одном оптическом волок­не, что обеспечивает скорости передачи данных для одного волокна до нескольких терабит в секунду.

Современные оптические усилители позволяют удлинить оптический участок линии связи (без преобразования сигнала в электрическую форму) до 700-1000 км.

Для выделения нескольких каналов из общего светового сигнала разработаны сравнительно недорогие устройства, которые обычно объединяются с оптическими усилителями для орга­низации мультиплексоров ввода-вывода в сетях дальней связи.

Для взаимодействия с традиционными оптическими сетями (SDH, Gigabit Ethernet, 10G Ether­net) в сетях DWDM применяются транспондеры и трансляторы длин волн, которые преобразу­ют длину волны входного сигнала в длину одной из волн стандартного частотного плана DWDM.

В полностью оптических сетях все операции мультиплексирования и коммутации каналов вы­полняются над световыми сигналами без их промежуточного преобразования в электриче­скую форму. Это упрощает и удешевляет сеть.