一体化IP调度系统在智能变电站中的应用

一体化IP 调度系统在智能变电站中的应用

李如振,朱瑞杰,田志磊,丛

(山东电力工程咨询院有限公司,山东济南250013)

中图分类号:TN915.853

文献标志码:B

文章编号:1005-7641(2011)07-0071-05

第32卷第225期电力系统通信Vol.32No.2252011年7月10日Telecommunications for Electric Power System

Jul.10,2011

0引言

随着电网的不断发展和智能变电站的逐步推

广,用户对多媒体、互联网等业务需求越来越高,而传统变电站的调度交换系统是基于电路交换方式,不支持对新业务的扩展能力。基于分组交换的一体化IP 调度系统除了可以实现程控电话的语音功能以外,还可以实现多媒体数据业务通信,简化网络结构,节省管理维护的人力、物力和费用等,是现代电力通信的发展趋势和用户对电话业务功能的需求所在。

文章研究的一体化IP 调度系统,改变了传统的基于电路交换的方式,采用分组交换,提高了带宽利用率,实现了多媒体数据通信。不仅满足了普通的调度、行政电话业务需求,而且可实现IP 可视通话、IP 可视调度台、无线终端接入等扩展功能,系统更智能、更先进。

1传统变电站调度交换系统现状

目前,传统变电站站内调度交换系统大多采

用程控交换技术,电话业务主要为站内调度电话、行政电话等。其基本的系统结构为电话单机通过双绞线与通信机房内音频配线单元相连,通过

PCM 设备(或程控交换机)接至系统通信传输设

备,然后上传至调度端或公网。

图1传统调度交换系统示意

Fig.1Traditional dispatching switch system

1.1传统变电站存在的问题

传统调度交换系统采用电路交换方式,存在

以下问题:

1)只能完成窄带交换,实现语音和低速数据

通信,不能满足用户对电话业务功能的需求。

2)当前IP 网络发展迅速,不能直接与IP 网

络连接,与其共享资源。

3)现在电话交换网的2M/64k 组网连接,需

要投入大量费用。调度主站需要增加大量的中继板或PCM 设备。

4)用户电话的安装、搬迁、移机等维护工作

量大,另外,机房空间有限使得设备扩容变得困难。

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1.2交换技术体制分析

当前,交换技术最常见的交换方式为源于电话通信的电路交换CS(Circuit Switching)以及源于数据通信的分组交换PS(Packet Switching)。

1)电路交换。电路交换技术的基本特点是采用面向连接的方式。在宽带通信领域,传统的电路交换的不足之处越来越明显,电路交换只能完成窄带交换,实现语音和低速数据通信,而且用户功能由交换机软硬件提供,不开放。增加新功能、新业务很困难。当前IP网络发展迅速,电路交换不能直接与IP网络连接,与其共享资源。电路交换

网络已经发展到了极致,没有新的发展空间。

2)分组交换。分组交换技术是针对数据通信业务的特点而提出的一种交换方式,它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式,将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据,并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段,作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术,在通信之前不需要建立连接,每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中,然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点,这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。

2一体化IP调度系统

2.1一体化IP调度系统的结构组成

一体化IP调度系统结构如图2所示。系统主要由调度交换机、边界控制器、中继网关、网管系统、媒体服务器、IP调度终端、调度台等组成。在一体化IP调度系统中,除了保留现有灵活而强大的专用网电话业务和电话交换网络功能的同时,又将电话网络融进了覆盖广阔的IP网络之中。

网管系统是指管理交换网所使用的软硬件系统,它提供全网的端到端网络视图,能够对网络中的网元/逻辑网元进行统一管理。

IP调度终端用户包括可视化IP电话、调度PC、智能手机等等。它们以10B/100B-T自适应以太网接口(RJ-45)与IP网相连。支持MGCP (Media Gateway Control Protocol,媒体网关控制协议)和SIP(Session Initiation Protocol,会话初始

图2一体化IP调度系统结构示意

Fig.2The structure of integrated IP dispatching

system

协议)。每一个IP终端有一个独特的MAC地址,它可将电话与调度交换系统的数据库进行相互识别,该地址在设置时输入到调度交换系统的编程接口的数据库中。

在IP呼叫与通话过程中,语音经过数字化编码与压缩之后,以分组包的形式发出。

调度台是一个能完成调度系统的人机界面。

媒体服务器进行录音、回放、转发音频流、混音等。

调度交换机是调度交换系统的核心,它负责实现用户线接入、中继接续、计费、设备管理等功能。在一体化IP调度系统中,调度交换机包含IP 网关,媒体网关子卡等部件。

IP网关卡由网关控制器、信令网关和媒体网关三个部分组成。它将VoIP网关的全部功能集成在一块板卡上,在网络中起到VoIP终端控制、信令传递、中继接口的作用。完成交换平台的中继媒体通道(媒体中继)接续,电话端口信号的压缩,TDM/UDP(TCP)协议转换,拨号号码与IP地址之间的网络寻址映射等功能。

媒体网关子卡,安装在IP网关板卡上,具有8、16或32个等多种容量规格,供用户选配。MRC 提供了用于将PCM呼叫转换为IP分组报文的媒体信令。从而,将标准的TDM协议的会话,转换为因特网协议的会话。

会话边界控制器是与Internet网直接连接应用的场合下的一种解决方案。如图3所示,会话边

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界控制器安装在IP专网和IP公网交接处,位于防火墙之后,用以完成IP专用网络地址与IP公众网络地址之间的映射,在IP专用网和IP公众网之间的防火墙上开出一个专用通道,让挂在远端异域的IP网关下的话机能顺利地通过防火墙进入调度交换平台。

会话边界控制器在网络中起到专用VoIP代理呼叫服务器的作用。在内外两个网络(专网、公网)的边缘,会话边界控制器具有一个IP公网的固定地址(外网地址)和一个IP专网地址(内网地址)。防火墙不允许公网上的一个未注册的“非法地址”进入内网。而会话边界控制器的外网地址却不受防火墙的限制。挂在远端异域的IP终端向中心网关发出的呼叫,先到达会话边界控制器。会话边界控制器通过核对来话者的物理地址(“MAC”,具有唯一性)来确定其合法性,然后从内网地址将这个合法的呼叫接到内网中心网关。会话边界控制器的公网固定地址“CA”(Call Address)必须在安装异域远端设备时进行设置。使得远端的呼叫都能指向中心会话边界控制器。

VoIP电话网关,是一种对外提供模拟电话接口或中继接口的独立VoIP网关设备。它是专门为解决相对集中而容量较小的模拟电话用户以及与调度交换平台之外的其他PBX接口而设计制作的。VoIP电话网关提供优异的语音技术和中继接口技术,可使普通模拟电话(SLT)或其他几乎所有型号的PBX得以通过IP网络连接到中心交换平台。

2.2安全防护措施及QoS服务质量

2.2.1安全防护措施

1)所有的来自Internet的信息对系统的访问必须取得会话边界控制器的合法认证后方可得到服务器的注册,所有Internet用户看到仅仅是2台互为备份会话边界控制器。

2)任何除特定的IP地址外任何信息对系统及网络的访问都是非法的,通过在系统中设置访问IP地址列表,对于不在列表内IP地址对系统的访问直接拒绝并记录访问的IP地址信息。

3)系统对运行的数据库文件进行备份并保存,在特殊的条件下,系统发生灾难性故障,在较短时间内就可以完整导入数据库,而且备份的数据库文件还可以外围存储。

2.2.2QoS服务质量

时延是IP环境下的典型问题之一。延时增加到250ms时(单向延时),话语交叠就显得尤为重要。延时过长会明显地影响质量,比如,回音问题就成为主要问题,严重的延时可能会影响到叠加现象。系统可采用符合G.168(扩展性回声消除)尖端的回声消除装置,可使用强大的无阻塞资源,例如,DSP硬件、足够的压缩比、VAD(语音激活检测)、DTMF检测及RTP数据包控制器。有效地限制延时,争取最佳效果。

为了尽可能避免拥堵现象,系统配合现有的路由器,可设置内置的QoS装置,如:DiffServe、RSVP等。通过使用较长的数据包(含较大的有效载荷),可通过减少每一个通话每一秒种的RTP 数据包的数量,从而降低带宽要求及网络堵塞的可能性。也可采用一个数据包多个帧结构、语音压缩等方法,将拥堵问题降低到最低。

在现有数据网开通IP电话,可通过化分专用VLAN用于IP电话的通信,对该VLAN打开相应的端口既不影响现有数据网的通信安全,而且也能够保证对IP系统的开放及正常使用。从网络的充分利用及安全性的考虑,需要对IP电话带宽进行预留,可保证当前容量配置的IP电话正常通话。随着业务发展,还可进行扩容,必要时需要扩充现有的数据网络。

3智能变电站一体化IP调度系统建设方案

智能变电站站内电话业务与传统变电站相同,即满足站内调度电话、行政电话业务即可。由于智能变电站大多为少人值守或无人值守变电站,站内房间少。因此,与现有变电站相比,其电话业务需求量少,电话需求主要是满足人员巡检维护时的少量通话使用。

目前,电力调度交换系统已经拥有大量的调度交换机,形成了电路交换为主的调度交换网络,只需在原有调度交换系统上增加接口网关、协议软件、功能模块、电话终端等部件,即可实现电力系统的VoIP综合化网络体系,即一体化IP调度

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系统。在保留现有灵活而强大的电力专网电话业务和电话交换网络功能的同时,又将电话网络融进了覆盖广阔的IP网络之中。

智能变电站与调度主站之间建设一体化IP 调度系统,系统实现的核心是调度主站的调度交换机,要将电话网络融合进IP网络中需为调度交换机增加IP网关卡以及相关的协议软件,以实现VoIP终端控制、信令传递、中继接口的功能。变电站侧只需将IP终端(包括IP电话、调度PC等)通过以太网接口,经光传输设备实现与主站调度交换机互联。由于光传输设备以太网接口有限,需配置网络交换机作为IP终端的接入。

通过无线路由器可实现无线IP终端的接入功能,给运维人员带来很大的方便,提高工作效率。配置1套中继网关设备,实现与市话的连接,该设备分别与站内网络交换机和当地PSTN 网相连,下行接口与站内电话相连,这样还可实现系统中所有的电话拨打该地PSTN的电话时均为市话。图3为智能变电站一体化IP调度系统示意图。

图3智能变电站一体化IP调度系统示意Fig.3The integrated IP dispatching system in

intelligent substations

智能变电站与调度主站间的一体化IP调度系统,主要实现了以下功能:

1)满足了变电站内调度电话的需要,满足运行维护人员的工作需求。

2)基于分组交换的方式,提高带宽利用率,实现了可视化IP电话通信、调度PC联网功能,系统更智能、更先进。

3)通过无线路由器实现了IP终端的无线接入功能,使终端接入更加灵活,方便运维人员的工作。

4)简化了网络结构,变电站内无需新上程控交换机(或PCM设备),直接与调度主站程控交换机相连,节约了成本,更减少了运行维护的人力、物力和费用。

5)通过中继网关设备,可实现与市话的连接,还可实现系统中所有电话拨打该地PSTN电话时均为市话。

4结语

一体化IP调度系统改变原有程控交换的方式,采用分组交换的方式,从而提高了网络带宽利用率,同时,该系统简化了网络结构,节省了管理维护的人力、物力和费用,更重要的是该系统实现了多媒体数据业务通信,实现了可视化IP电话、无线IP电话与调度台间的互通,以及调度PC的接入联网功能,对变电站调度交换系统的建设有着较为重要的意义和广阔的发展前景。

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李如振(1965—),男,河南南乐人,高级工程师,从事电力系统规划与送电线路设计工作。

朱瑞杰(1985—),男,山东菏泽人,助理工程师,从事电力系统通信研究与设计工作。

田志磊(1984—),男,山东潍坊人,助理工程师,从事电力系统通信研究与设计工作。

丛琳(1983—),女,山东济南人,助理工程师,从事电力系统通信研究与设计工作。

(收稿日期:2011-04-11;修回日期:2011-05-16)

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Applications of integrated IP dispatching system in intelligent substations

LI Ru -zhen,ZHU Rui -jie,TIAN Zhi -lei,CONG Lin

(Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.,Ltd.,Jinan 250013,China)

Abstract:Based on the current status and existing problems on dispatching switch system in traditional substations,this paper simply analyses circuit switching and packet switching technique,particularly expounds the structure of integrated IP dispatching system.It discusses the scheme of integrated IP dispatching system in intelligent substations,which can meet the requirements of dispatching and local telephone within substations,improve bandwidth utilization,and save cost.

Key words:Packet switching;integrated IP dispatching;Intelligent substation

中国电机工程学会电力通信专委会第八届学术会议·智能通信·李如振等一体化IP 调度系统在智能变电站中的应用

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