1创新基金基础性前瞻性及软课题类专用以太网技术研究.docx
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1创新基金基础性前瞻性及软课题类专用以太网技术研究
中国电力科学研究院科技创新
基金项目
可行性研究报告
（基础性、前瞻性及软课题类）
项目名称：
专用以太网技术研究（一期）
申请单位：
信息与通信研究所
起止时间：
2013年1月至2014年6月
项目负责人：
权楠
联系电话：
82813285
电子邮箱：
quannan@
申请日期：
2012年7月
一、
立项背景
1.需求分析
随着智能电网的发展，城域范围电力通信网将形成一个覆盖范围广、终端接入广泛的复杂城域网络，网络的接入密度将堪比公网。
目前公司在城域和终端通信接入网层面，选择了基于IP的以太网体制组成电力通信网（网络上层具有传送层）。
以太网技术在发明之初是为了提供挽留过连接而不是进行业务传送的，随着以太网的应用范围越来越广，以太网带来的连接简便、部署灵活的优势，渐渐被其网络管理、业务保证能力低下的缺陷所替代，以太网的革新进程迫在眉睫，目前公网领域正在着手开展下一代以太网研究，以提供运营级的服务质量。
公网领域面临的问题，电力通信网同样会遇到。
面向电力特别是智能电网的通信需求，未来电力通信接入网将面临如下问题：
1）缺乏端到端业务管理能力。
这一代以太网基于非连接通信，难以实现复杂流向业务的有效管控，不能保证一些高性能需求业务的通道需求，较为自由的通信体系实际上并不满足电力专网业务的需求，同时也难以同骨干网实现体系层面的对接；
2）网络可靠性难以保证。
这一代以太网基于尽力而为的QoS机制，承载线路保护等高可靠性需求业务时，难以提供有保证的服务，相对的，骨干网基于有保证的SDH技术，配电通信网典型设计则能够支持可靠的线路保护业务。
这些问题造成了这一代以太网技术将难以满足未来智能电网业务的需求，有可能影响业务应用。
2.目的和意义
本项目侧重新一代以太网理论和体系研究，通过引用公网领域在下一代以太网研究中形成的成果，形成针对电力专网业务独特需求的专用以太网（DE，DedicatedEthernet）技术体系，在技术体系的关键技术、理论模型方面做出探索性研究。
专用以太网技术研究同公网领域的下一代以太网研究趋势同步，针对专网通信的功能需求特点，预期将能够形成同下一代公网以太网对应的专用以太网体系，将能够为公司城域及终端通信接入网的建设提供支持，专用以太网技术将有可能形成支持交通、厂矿、工控等其他专网领域的通用专用以太网技术。
国家电网公司管理着世界最大的行业专用通信网，开展专用以太网技术研究具有重要的实用意义，是公司科技实力从追赶向引领发展的重要一环。
二、可行性分析
1.国内外研究水平的现状和发展趋势
（1）国外研究水平的现状和发展趋势
目前国外尚未开始专用以太网技术的研究。
在公网领域，下一代以太网是今年的热门研究课题，多种下一代以太网技术不断涌现。
主要有以下几个方向：
1.运营级以太网（CE，CarrierEthernet）
最早由城域以太网论坛（MEF，MetroEthernetForum）在2005年提出。
由大约35家公司（多数是设备制造商）发起成立的城域以太网论坛，旨在把以太网变成能让电信运营商实用的技术，提供与传统电信网络在QoS保证、安全、可运营可管理费等方面具备相同保证能力的以太网，即运营及以太网。
按照MEF的定义，运营级以太网主要以网络能够支持的以太网业务类型和业务能够达到的性能指标为衡量标准，并不专指某种网络技术。
目前MEF已经给出了CE的通用框架、MEN网络参考模型、分层模型、网络管理信息模型及标准互通规范。
2.运营商骨干传输（PBT，ProviderBackboneTransport）
PBT（802.1Qay）是IEEE提出的基于运营商骨干桥（PBB，ProviderBackboneBridge）/802.1ah规范的最新演进技术。
其核心是深入挖掘传统以太网技术及相关设备，通过在相关设备商屏蔽以太网的一些非运营级弊端，结合新一代以太网标准（PBB、以太网OAM），利用现有以太网硬件就可以提供新的转发功能，将以太网由无连接的技术革新为面向连接的隧道技术，使其具有类似SDH的可靠性和管理能力的硬QoS和运营级性能的专用以太网链路。
目前PBT已经被ITU-T和IEEE纳入技术规范研究程序。
目前PBT标准正在发展，在面向连接以太网技术框架明确后，还会在以太网OAM、以太网保护、以太网管理和控制平面等技术上进一步发展。
3.分组传送网（PTN，PacketTransportNetwork）
PTN技术是集成了面向MSTP网络在多业务、高可靠、高质量、可管理和时钟方面优势，同时又具备以太网低成本和统计复用优势的综合性以太网技术。
PTN技术是已经实用并开展产品化的新一代城域以太网传送技术，目前市场上产品已经成熟，且多家运营商已经开展推广工作，同时，公司电网内已经具备部分PTN试点。
公网领域的下一代以太网技术主要面向公网业务需求应用，侧重城域范围的大颗粒数据汇聚，在网络OAM、端到端业务管理方面符合电力通信的需求，但是在网络可靠性、低时延业务保证方面，尚不能达到电力通信的要求。
（2）国内研究水平的现状和发展趋势
目前国内尚未开始专用以太网技术的研究。
在公网的下一代以太网技术研究方面，主要采取同步国际研究进度的方式，国内部分组织参与了国际下一代以太网的研究工作。
2.项目承担单位的研究基础
（1）项目承担单位研究水平的现状
信息与通信研究所与国内外多个通信研究机构、通信标准化服务机构、运营商和设备厂家建立了密切的合作联系，如：
国家标准馆，信息产业部标准化研究所，可以及时跟踪并获取最新的技术进展、通信标准、规范及其他相关资料。
中国电力科学研究院资料室拥有多种国内外期刊，所有实验室均可通过院Intranet与Internet连接,可以方便地通过Internet了解当前相关技术的发展动态，并可通过E-mail同国外相关公司、机构取得联系。
所有这些为理论研究提供了良好的条件。
信息与通信研究所一直从事电力通信领域的研究工作，在该领域积累了较丰富的科研实践经验，并培养了一批高素质的研究人员，形成了结构层次合理的研究梯队，具有很强的科研开发能力。
信息与通信研究所具备的研究水平和实验室环境,可以在人力、技术、实验及仿真环境上保障本项目的高质量完成。
完成的主要科研项目有：
1）1998年承担了国家电网公司科研项目：
同步数字体系（SDH）光纤通信技术在电力系统的应用研究。
该项目获得中国电力科学研究院科技进步二等奖；
2）1999年起，中国电力科学研究院承担了国家电力公司科技项目“低压配用电电力线高速通信技术研究”，取得多项研究成果，并研制了2Mbps、14Mbps高速PLC系统及其装置，在国内多个地区低压配用电进行了试点应用。
该项目获得了2002年中国电力科学研究院科技进步一等奖、2003国网公司科技进步一等奖、2003中国电力技术一等奖。
3）2000年承担了国家电网公司科研项目：
全介质自承式光缆（ADSS）应用技术研究。
该项目获得国家电网公司科技进步一等奖，中国电力科技进步二等奖；
4）2002年承担了中国电力科学研究院创新基金研究项目：
基于SNMP的电力通信网光缆监测系统。
该项目获得中国电力科学研究院科技进步二等奖，国家电网公司科技进步三等奖；
5）2002年，中国电力科学研究院承担了国家电力公司科技项目“实用化45Mbps高速PLC的研究和开发”，结合电力线高速数据通信系统，研究和开发了基于全电力线的智能小区、智能家居自动化系统，构建基于低压配用电的集INTERNET上网、智能家电控制、三表抄收、安防报警等于一体的智能化数字小区，并在沈阳供电公司建立了示范系统，为电力线通信技术和智能家居的应用开辟新的领域。
该项目获得了国网公司科技进步一等奖。
6）2004年承担了华北电网公司通信网资源管理技术规范研究与系统方案设计项目，该项目获得中国电力科学研究院科技进步二等奖；
7）2004-2006年间,分别承担浙江电网等公司的OPGW光缆耐雷击性能研究；
8）2004-2006年间,为国内十多个光缆厂家进行了60多项OPGW光缆雷击、短路电流专项研究；
9）2006年承担了国家电网公司科研项目：
工频通信技术在配电网的应用研究，该项目获得中国电力科学研究院科技进步一等奖；
10）2007-2008年承担了国家电网公司科研项目：
1000kV交流同塔双回输电线路OPGW接地方式研究，该项目已通过验收；
11）2008年承担了国家电网公司科研项目：
光纤复合架空地线（OPGW）覆冰安全性能及型谱规划研究，该项目已完成全部研究工作，等待验收。
12）2008年承担国家电网公司科研项目：
配电网通信体系及综合业务平台研究，该项目以通过验收。
13）2010年承担了国家电网公司重点可研项目：
低压电力特种光电复合缆多网融合技术研究，该项目已完成全部研究工作，等待验收。
14）目前正在承担研究国家电网公司科研项目：
智能配用电复合通信技术研究、面向农村电网的通信技术研究和应用项目等。
（2）项目承担单位的人力资源
1）项目负责人
权楠，信息与通信研究所通信与物联网研究室工程师，一直从事电力通信领域科研工作，在电力数据网、以太网方面具有一定研究积累。
同本项目相关的科研经历有：
电力通信网建设方案、规划：
《天津生态城智能电网综合示范工程建设方案》、《天津电网智能化规划编写》、《内蒙电网智能化规划编写》。
科技项目：
国家电网公司科技项目《配电网通信体系及综合业务通信平台研究》、国家电网公司科技项目《低压电力特种光电复合缆技术研究与应用》、南方电网公司《智能电网中的通信技术及体制研究》、华北电网公司《多网融合下的配用电通信网络最优化体系研究》
标准规范：
国家电网公司标准《终端通信接入网建设典型设计规范》
项目负责人在本项目中总体安排项目进度，负责项目管理，承担项目的核心研究内容。
2）核心研究人员
汪洋，信息与通信研究所通信与物联网研究室主任，高级工程师，从事骨干网科研工作，负责项目进度监督，承担同国际标准组织的技术交流、科研机构工作协同安排工作。
黄毕尧，，信息与通信研究所通信与物联网研究室工程师，从事电力数据网研究，国际标准归纳收集工作，承担项目内容中国际标准消化吸收工作。
丁慧霞，信息与通信研究所通信与物联网研究室主任工程师，从事电力通信骨干网、数据网研究工作，具有大量研究积累，负责项目中专用以太网核心体系设计与标准提出。
周静，信息与通信研究所通信与物联网研究室工程师，从事电力通信骨干网、数据网研究工作，承担项目中专用以太网关键技术研究工作。
张睿汭，信息与通信研究所通信与物联网研究室工程师，从事电力通信数据网、交换网与可靠性评估工作，承担项目中专用以太网协议与接口一致性研究工作。
高希，信息与通信研究所通信与物联网研究室助理工程师，从事电力通信骨干网研究工作，承担项目中同国内研究机构工作协调与研究成果归纳工作。
3）其他研究人员
本项目边缘研究内容部分由项目合作单位承担，合作单位研究人员不进行一一列举。
序号
姓名
单位
职称
投入月数
主要工作内容
1
卢锟
信息与通信研究所
助理工程师
18
调研工作及成果汇总
2
滕玲
信息与通信研究所
工程师
18
调研协调工作
3
王妙心
信息与通信研究所
助理工程师
18
电力业务需求分析
4
卢立峰
信息与通信研究所
工程师
12
城域专用以太网方案设计
5
王楠
信息与通信研究所
工程师
12
专用以太网OAM关键技术研究
6
刘国军
信息与通信研究所
工程师
12
专用以太网QoS关键技术研究
7
王智慧
信息与通信研究所
工程师
6
接入层专用以太网方案设计
8
苗新
信息与通信研究所
高级工程师
6
国际组织交流协调
（3）项目承担单位的硬件环境
信息与通信研究所有国家电网公司多个重点实验室：
特种光缆及光通信系统实验室、电力通信网络实验室以及信息系统安全实验室等。
电力通信网络实验室重点面向电力系统进行通信系统、通信设备的测试及仿真工作，是电力行业内专业从事电力通信技术研究、电力通信故障分析、电力通信仿真技术研究及电力通信业务应用研究的权威实验室机构。
实验室建设以来已经成为国家电网公司重要的技术支撑部门，先后承担了公司总部和各级单位的多项技术服务及测试评估与检测任务。
电力通信网络实验室已开展了通信电源、光传输设备、调度交换机、PCM设备、基于以太网的无源光网络系统、网络同步性能等测试研究项目，包括纵横向项目、技术服务；同时也开展了网络优化、网络评估、业务仿真等方面的研究，并计划开展相关项目的检测认证和工程检验工作。
目前，电力通信网络实验室面积300平方米，实验室配置了大量的实验仪器及设备，主要设备有SDH测试仪（MP1590B）；2M误码测试仪（JDSU）；网络性能分析仪（IXIA）；光时域反射仪（EXFO）；CD、PMD综合测试仪（EXFO）；光万用表；光缆连接工具箱；光功率计；GPS天线2部、同步时钟源、同步测试仪；数字电压表（DF1931A）；毫伏表（Thurlby1905a）；绝缘测试仪（Fluke1508）；交直流钳形表（Fluke318）；红外测温仪（Fluke66）；温湿度测试仪（Fluke971）；Speedtech；三相电力质量分析仪（Fluke434/435）；电阻箱（1A/180A，48V）；蓄电池恒流放电测试仪；示波器（TDS3012B）；电能质量分析仪（43B）；数字合成函数信号发生器/计数器（F40）；直流电源（TPR3003-3C）；USB数据采集系统（8321B）；直流负载。
利用传输平台、测试系统和业务终端开展大量的研究工作，所取得的成果在电力系统能够快速得到应用和推广。
特种光缆及光通信系统实验室使用面积700平方米，拥有各种测量、实验设备及仪器仪表共计60多台（套）。
包括光纤色散分析测试仪、光时域反射计、融接机、高精度光源、光功率计、光开关和数字式荧光示波器等全套进口仪表。
主要进行电力特种光缆（OPGW、ADSS）的环境性能（光缆的耐电腐蚀特性、光缆温度衰减特性、光缆热老化试验、渗水、滴流、低温下弯曲、低温下冲击和光缆的抗紫外线等）、机械性能（光缆的拉伸、应力应变、冲击、压扁、反复弯曲、卷绕、扭转、过滑轮等）和电气性能（光缆的抗雷击试验和大电流试验）的试验和研究工作，是国内唯一可以进行特种光缆全性能试验的实验室。
目前实验室的硬件配置和研究水平居国内领先，其中OPGW耐雷击试验系统、短路电流温升快速采集与测量装置、ADSS光缆耐电腐蚀实验系统、紫外线老化实验装置具有国际先进水平。
所取得研究成果已在电力系统推广应用。
信息系统安全实验室是国家电网公司重点实验室，具有进行项目实验的基础网络环境、仪器和设备，率先开展了电力行业风险评估、等级保护、应用软件安全测评的研究与实践，承担了公司应用系统及自动化产品的安全测评、信息安全产品选型测评、国产化信息产品测评工作；为国家电网公司电网生产运行控制系统的建设提供了全面的信息安全标准制定、应用测评、安全监理等技术支持；承担过国家信息安全标准、十余项省部级以上重大科技本项目的研究工作；参与电力二次系统安全防护总体方案的起草，开发出逻辑强隔离装置、调度证书系统、纵向加密认证管理中心等软硬件产品；为24个网省级电力公司、150余个地市级电力公司、50多个发电厂和变电站提供过信息安全评估、测评与等级保护服务。
此外，在实验室人员方面，信息与通信研究所一直从事电力通信领域的研究工作，在对电力系统通信的充分研究与理解基础上，在该领域积累了较丰富的科研实践经验，并培养了一批高素质的研究人员，形成了结构层次合理的研究梯队。
经过多年工作积累及国家电网公司项目的资助，实验室科研队伍结构合理，人员齐备，具有很强的科研开发与测试能力。
三、项目研究内容
1.研究内容
1）专用以太网关键技术调研
调研多种下一代以太网技术及体系的标准化情况、QoS技术（802.3x、802.1Q/p、RSVP、RRP、SLA、SLS、PIR、CIR）、OAM技术（802.1agCFM、802.3ahEFM、ITU-TSG13Y.1730/1731、MEFE-LMI）、可扩展性技术（802.1Q、802.1ad、802.1ah）、可靠性技术（ITU-TG.8031、Y.1036、ERP、RRP）、多点到多点技术（PLSB、STP、VPLS）。
调研多种工业以太网技术、IEC61850中对以太网实时性进行的探索和关键技术。
2）专用以太网体系研究
研究多种电力业务的以太网通信需求，研究专用以太网的通用框架、分层结构、功能平面设计、节点形态和特征、关键技术体系。
3）专用以太网关键技术研究
研究专用以太网的QoS技术、OAM技术、可扩展性技术、可靠性技术、多点到多点技术。
4）专用以太网的电力业务承载技术
研究专用以太网的电力应用场景、多种电力业务的承载方案（虚拟层承载、电路层承载、隧道层承载、段层承载）、QoS实现方案、可靠性保证和组播方案。
2.各研究内容之间的关联性分析
研究内容1）是项目的调研积累部分，研究内容2）提出架构体系，基于2）的体系3）对系列关键技术进行研究，结合3）研究成果，4）提出面向电力业务的专用以太网实现方案。
3.项目研究的关键点、难点以及创新点
项目研究的关键点在于消化、吸收公网领域下一代以太网的关键技术，将其运用至专用以太网的研究中，并使之具有专网特点，支持电力业务的应用。
项目研究的难点有：
1）专用以太网体系既需要符合下一代以太网特征，由需要满足电力业务的特殊需求，因此在其体系设计上，将成为难点，须采取多方交流，谨慎评估的方式加以解决。
2）专用以太网系列关键技术方面，如何在公网领域研究基础上，进行技术的针对化、细节化扩展丰富，使其满足电力业务需求特征，将成为难点，需要结合内外科研力量，进行难点攻关。
项目的创新点有：
1）专用以太网作为新提出的面向专网应用的下一代以太网，目前尚未有任何研究组织开展研究，其本身为项目最大的创新点。
2）专用以太网关键技术中，面向电力业务应用特点的关键技术将成为项目的创新点。
4.研究方法
本项目采用消化吸收+自主创新的研究方法。
项目前期工作侧重公网领域下一代以太网技术的调研和吸收工作，项目后期工作侧重结合电力业务需求，自主创新研究专用以太网系列关键技术。
在项目工作方法上，项目预期以信息通信研究所为项目主导单位，联合工信部电信研究院（MEF成员）和相关业界大型企业，形成产研结合的研究团队。
四、项目研究计划
1.研究计划
（说明：
用甘特图详细描述项目的研究计划，包括时间、责任人、研究内容等。
）
2.关键环节
1）专用以太网体系研究前期（2013.5-2013.6）
该环节是专用以太网体系研究的关键设计环节，承接调研内容部分，进行调研内容的归纳汇总，并以汇总成果为基础，进行专用以太网体系的设计，如何既能吸收调研成果，同时形成合理的体系设计是专用以太网研究的关键。
2）专用以太网电力业务承载技术研究（2014.4-2014.6）
该环节是承接专用以太网关键技术研究，形成电力业务承载方案的关键研究环节。
形成多种专用以太网关键技术的有机结合方案，如何为电力业务形成合理的典型设计方案将成为项目研究内容实用性的关键。
五、预期目标和成果形式
1.预期目标
（说明：
阐明项目研究预期达到的目标，包括预期解决的问题、达到的水平等。
）
通过本项目的研究，将能够初步形成面向专用网络的下一代以太网体系架构、关键技术和电力应用方案，这种专用以太网体系及技术方案，将成为国际首创的专用以太网解决解决方案。
同时，专用以太网技术在电力系统之外，将能够提供给交通、采矿等具有较大范围以太网布设需求的行业领域，形成能够推广的专用以太网解决方案，并有可能申请纳入国际标准，形成具有中国自主产权和公司发展特征的通信领域技术标准，引领国际产业发展。
2.成果形式
序号
成果名称与形式
完成时间
1
《专用以太网技术调研报告》
2013.6
2
《专用以太网体系及关键技术研究报告》
2014.3
3
《专用以太网在电网中的应用研究报告》
2014.6
4
学术论文4篇
项目期间
5
形成专用以太网系列标准规范初稿
2014.6
六、项目经费预算
1.预算表
单位：
万元
科目名称
预算金额
备注
（一）直接费
1.人工费
19
（1）专职研究人员费
19
（2）临时性研究人员费
0
2.设备费
0
（1）仪器、设备购置费
0
附件1
（2）仪器、设备试制费
0
附件2
（3）软件购置费
0
附件3
3.业务费
30
（1）材料费
0
附件4
（2）资料费
12
（3）印刷出版费
3
（4）专利与知识产权事务费
1
（5）会议费
3
（6）差旅费
5
4.专家咨询费
8
（二）外委支出
0
1.外委研究支出
0
附件5
2.仪器设备租赁费
0
3.外协测试试验与加工费
0
附件6
合计
51
2.预算说明
附件1：
仪器、设备购置预算明细表（单价5万元以上）
单位：
万元
序号
设备
名称
设备
型号
单 价
（万元/台件）
拟购置数量（台件）
总价
主要技术性能指标
购置理由、用途、拟安置单位（与本课题、子课题关系）
询价单位
报价
预算单价
单价5万元以上设备合计
单价5万元以下设备
累计
附件2：
仪器、设备试制预算明细表（单价5万元以上）
单位：
万元
序号
设备名称
单台价值
（万元/台件）
拟试制数量（台件）
总价
主要技术
性能指标
试制理由和用途
（与本课题、子课题关系）
询价单位
报价
预算单价
单价5万元以上设备合计
单价5万元以下设备
累计
附件3：
软件购置预算明细表（单价2万元以上）
单位：
万元
序号
软件名称
软件
型号
单价
（万元/套）
拟购置数量（套）
软件总价
生产国别与地区
主要技术性能指标
购置理由、用途、拟安置单位（与本课题、子课题关系）
询价单位
报价
预算单价
单价2万元以上软件合计
升级会员 