国网山东电力携手华为构建首个SPN电力通信网 突破关键生产业务承载难题
来源： 华为 时间： 2022-06-13 14:03
随着智能时代的加速到来，以及新能源技术和ICT技术的快速发展，“能源互联网”成为引领创新驱动发展的“新常态”。所谓“能源互联网”是互联网技术、可再生能源技术与现代电力系统的结合，以及对海量数据的分析、学习和预测能力。而在电力行业，输电线路、变电站视频与图像采集、巡检机器人等的大规模应用，不仅让电网信息流激增，更对电力通信网络的带宽、时延、可靠性以及业务的稳定性和差异化管理提出全新挑战，构建能源互联网，推动电力行业转型升级已是大势所趋。
国家电网在“十四五”期间致力于通过打造“云网融合、泛在互联、灵活高效、开放共享”的新型数字基础设施，为传统电网向能源互联网跨域升级、电网企业向能源互联网企业转型奠定坚实的数字化基础。为此，在最新的2022年工作计划中，国家电网明确要求开展网络切片和SDN网络架构演进试点，推进老旧设备升级替换、性能优化，实现基础资源一键申请和快速开通，同时要求开展“自动驾驶网络”部署实施等，以更好地支撑电力行业的高质量发展。
然而传统电力行业网络不仅业务隔离性较弱，更无法有效承载生产控制类业务；同时在运维方面高度依赖维护人员的经验；再加上光通信网和数据通信网分属两套网管，无法做到统一管理；网络质量检测也停留在带外检测的粗粒度上，一旦出现网络故障，定位通常需要几小时，严重影响了电力业务的稳定性，已经不能满足整个行业的快速发展诉求。
为此，国网山东省电力公司经过综合评估，将目光聚焦在了融合网络切片、SDN、自动化运维等多种优势的SPN技术方案上，希望以此构建面向未来的网络，为电力行业关键业务提供端到端管理，以及低时延、大带宽、高可靠等保障。
作为SPN技术方案的代表，华为SPN解决方案采用SDN架构，其中控制器iMasterNCE具备管理、控制、分析能力，可实现电力数据网和SPN光通信网端到端管理；同时iMasterNCE和转发器配合通过SR-TP及快速重路由技术，还可解决MSTP只有主备两条静态路径的可靠性问题，实现关键业务的“永久在线”；再配合iFIT随流检测技术，实现业务质量的可视化，将故障定位从几小时缩减至分钟级。
因此，国网山东省电力公司选择携手华为，组成了由山东电力经研院牵头，多地市配合的研究团队，围绕关键业务场景进行深入分析研讨，并对SPN的性能、功能进行了严格的离网、现网测试，进一步坚定了选择SPN构建未来网络的信心。
2022年1月，双方携手在日照率先建设了国内电网首张SPN电力生产网，真正突破了传统网络限制，实现了关键生产业务的高效承载，更带来了低时延、大带宽、高可靠、自动运维等全新体验。
作为关系国计民生的基础行业，国家对电网安全有着明确要求。《电力二次系统安全防护规定》（电监会5号令）对电力系统数据传输提出了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”十六字方针，电力系统划分为四个安全区，所有业务都承载在四个大区上，其中一区和二区为生产控制区，三区和四区为管理信息区。生产控制区与管理信息区之间要求物理隔离，一、二区之间要求逻辑隔离。
一区是电力生产的重要环节，直接对电力一次系统进行实时的监测与控制，是安全防护的重点与核心。典型业务主要包括电力数据监测系统、继电保护等能够直接进行控制的业务，传输时延要求毫秒级。二区主要承载要求在线运行但不具备控制功能的业务，例如故障录波等。
针对一区、二区的业务需求与特点，华为SPN方案通过灵活以太（FlexE）交叉技术，在网络入口将业务数据包进行时隙化，中间节点直接对时隙进行交叉，末端节点再将时隙化的信号还原成原始数据包，在整个过程中各种业务严格隔离，从而实现数据传输的确定性和低时延。基于FlexE交叉技术，山东电力SPN电力生产网很好地保障了一区、二区关键业务安全性、稳定性的要求，并实现了控制类业务高可靠、毫秒级时延等新体验，保障业务永久在线；同时借助网络切片技术，还能对更多关键业务隔离和资源独享，提供差异化保障。
三区是管理大区，主要业务是各类生产管理的系统。四区主要是非生的管理信息系统及办公自动化系统。三区、四区的业务特点是实时性不高，但带宽需求较大，然而传统方案增加带宽意味着成本的提升。基于分组内核的SPN架构可实现网络资源共享，进一步节省网络带宽；同时华为SPN还采用PAM4（4 Pulse AmplitudeModulation）编码，将光器件的传输效率提升一倍，在实现带宽提升的同时，更让成本降低了18%。
综合来看，华为SPN电力生产网解决方案助力国网山东省电力公司构建了面向未来的全新网络，不仅突破了传统网络无法承载关键生产业务的难题，还实现了业务刚性隔离和差异化的统一承载；并借助PAM4技术构建了超宽基础网络，同时控制器iMasterNCE，作为统一指挥的大脑，进一步实现了业务快速部署、灵活承载、智能调度和精准排障，为电力生产网保驾护航。面向未来，该网络还具备10GE/50GE平滑升级，100GE/200GE持续演进的能力，可满足未来十年的网络需求。
值得一提的是，结合当前5G电力试点应用，国网山东省电力公司通过网络切片还将实现从无线到有线覆盖发电、输变电、配电的全业务打通，实现电力业务更安全、可靠、敏捷，更高效的承载，加速迈入智能时代。
建立一张全球能源互联网，并推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求是行业发展的重要目标。未来，华为也将继续携手各行业伙伴通过融合技术、创新发展使能电力数字化转型，为电力行业数字化转型保驾护航。