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周晓东，许奇功，陈功伯
(国网福建省电力有限公司信息通信分公司，福建 福州 350001)
随着电力通信专网建设的不断深入，电力调度通信网正从调度脉冲编码调制(pulse code modulation,PCM)数据传输向互联网协议(internet protocol,IP)数据网络过渡[1-2]。当前，电网公司原有PCM设备在电网通信中仍然有较为广泛的应用[3]，同时，电力调度新业务发展需要IP软交换模式支持[4-5]。因此，在PCM退役过程中，亟需解决电力调度PCM设备与电力调度软交换数据转换问题，满足调度放号设备的正常运行。
国内外学者对PCM设备与电力调度软交换数据转换问题作了大量研究。文献[6]提出了1种基于网络节点的IP与E1协议转换方法，通过在网络节点上部署软交换设备，在网络协议层进行IP与E1协议转换。文献[7]提出了1种基于硬件电路的IP与E1协议转换方式，实现PCM设备与电力调度软交换数据的转换。文献[8]提出了1种基于互联网协议的语音通信(voice over internet,protocol,VoIP)技术的电力PCM与软交换转换方法，在PCM设备端布署VoIP设备，将PCM的E1协议转换成IP协议后传输。文献[9]提出了1种基于带记忆功能的E1与IP协议转换方法，通过记忆数据映射，实现PCM设备与电力调度软交换设备的协议转换。由此可见，PCM设备与电力调度软交换数据转换的方法多样，且取得了一定的成绩。但上述研究中，所有的电力调度业务均采用同1种转换元件，存在数据转换成本高、速率低的问题。
为解决电力调度传输网络中存在的E1与IP分组业务转换难度大、转换速率低的问题，本文提出了1种基于网络切片的IP over E1方法。该方法设计了1种网络切片通信链路，对多类型的电力通信业务进行虚拟功能划分，并在不同的网络切片中进行传输，从而有效地解决了现有方式在同1种转换元件传输成本高、转换效率低的问题。该方法首先将要传输的PCM设备的E1数据打包成IP数据；
然后对电力调度的语音电话、计量通信、调度自动化、雷电定位等信息进行网络切片，并封装成独立的E1数据帧进行数据传输；
最后，在接收端通过E1数据帧拆解完成IP数据包的重组发送。
基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法主要包括IP over E1数据发送侧、传输侧和接收侧3部分内容。电力调度通信IP over E1方法框架如图1所示。
图1 电力调度通信IP over E1方法框架图
在IP over E1数据发送侧环节，将电力调度的语音电话、计量通信、调度自动化、雷电定位等数据打包成 IP 数据，并将各类电力调度业务数据IP包进行网络切片后封装成E1数据帧，以便在E1通信链路上传输。在数据传输侧环节，将 E1 数据帧通过 E1 数据链路传输到对端设备，并在对端设备上重新生成工作时钟。在数据接收侧环节，E1 数据帧拆解完成 IP 数据包的重组发送。
2.1 IP over E1数据发送
2.1.1 IP包处理
IP包处理的目的是将电力调度语音电话、计量通信、调度自动化、雷电定位等数据打包成IP数据，以便通过电力软交换传输。首先，IP包处理模块将电力调度业务数据处理成IP包。其次，IP包处理模块根据IP包的媒体存取控制(media access control,MAC)位址和IP地址进行路由过滤[10-11]。在此基础上，IP包处理模块判断IP数据包是否满足路由规则。若满足，则在原有IP包上增加IP包头信息、唯一序列号和校验信息。最后，IP包处理模块将此信息发送到E1数据封装模块。电力调度业务IP包中的内容P为：
(1)
式中：na为电力调度业务数据个数；
l为电力调度业务数据；
ba为IP包头信息；
Da为唯一序列号信息；
ja为校验信息。
2.1.2 E1数据帧封装
E1数据帧封装的目的是将电力调度业务IP信息转换为E1时隙传输信息。E1数据帧分为32个时隙[12]。其中，TS0时隙用于传输同步信息，其余31个时隙可用于数据的传输。为保障IP数据能在E1通道上的可靠、有效传输，IP over E1数据发送端将传输数据按电力调度业务进行切分后，进行E1数据帧的数据传输。
网络切片是1种按照电力调度通信需求组网的方式[13]，可以在同1个E1数据帧上分割出多个虚拟电力调度业务的端到端网络。电力调度业务网络的每个切片上都进行了逻辑隔离，以便进行可靠、安全传输。网络切片的内容Ha为：
(2)
式中：nb为网络的切片数量；
s为单个网络切片；
σ为ZIP分布指数，网络切片概率呈ZIP分布；
r为网络切片的业务数量。
2.2 E1数据传输
E1数据传输的目的是依托电力调度用户光传输专用网络进行IP数据传输。其中，电力调度业务E1数据传输单元采用同步数字体系(synchronous digital hierarchy,SDH)设备对外部提供电力调度E1通道[14-15]。电力调度业务数据IP被封装成E1数据帧后，在电力调度E1信道中进行数据透明传输。在E1信道数据传输过程中，E1协议与电力调度业务IP数据层的具体协议类型无关，可通过E1数据传输多种协议类型的数据包。
2.3 E1数据接收
①E1数据帧的解封装。
电力调度E1接收端在获取传输的电力调度业务E1数据后，对数据帧进行解封装，以实现E1数据帧的时钟数据恢复、帧定位、业务信息解析等功能。电力调度E1信道解封装信息Pd为：
Pd=Hc×φ=(ga,oc,gb)
(3)
式中：φ为E1数据帧解封装函数；
Hc为E1电力调度业务包数据；
ga为帧时钟；
oc为帧业务信息；
gb为帧定位信息。
②IP 数据包片段组装。
电力调度IP数据处理单元在接收到解封装的E1转IP的片段数据后，首先将其重新组装成完整的IP数据包，然后通过校验算法对IP帧头标志、包序号进行校验，从而判断电力调度业务IP包数据的完整性和一致性。
循环冗余检验(cyclic redundancy check,CRC)算法是一种基于数据计算校验码，从而判断数据在传输过程中是否存在丢失、篡改的算法。CRC校验码e(y)为：
e(y)=B(y)u(ya)=neu(e)+g(y)
(4)
式中：u(ya)为电力调度业务IP数据传输校验码ne次多项式；
B(y)为传输信息；
u(e)为e次多项式信息；
g(y)为(ne-1)次校验的多项式。
通过CRC算法，可判断电力调度业务IP包数据的完整性和一致性，并监控传输性能。
③控制单元。
接收侧的控制单元主要实现IP数据包及 E1 数据帧的数据缓存、收发监测和异常告警等功能。
基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法流程如图2所示。
图2 电力调度通信IP over E1方法流程图
为验证文中所提基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法的有效性，在某省的电力公司的调度通信网络中进行了实际应用。
本文所提调度通信网络的PCM设备为32路电话、2路以太网口，数据格式支持NRZ、Manchester等。E1口最大的传输速率为115.2 Kbit/s。
用于与本文方法进行比较的方法是文献[16]中的VoIP方法。该方法在电力调度通信IP over E1中广泛应用，具有行业通用性。
①电力调度IP over E1转换时长。
电力调度IP over E1转换时长是指IP数据转换为E1数据，通过传输、解封装过程的时长。该时长指标是IP over E1的性能核心指标。IP over E1转换时长越短，说明转换性能越好。
选择IP over E1的电力调度业务数据包数量为10个、20个、30个、40个、50个、80个、100个、160个、200个，采用本文所述基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法与电力调度广泛使用的VoIP方法比较转换时长。电力调度IP over E1转换时长对比如表1所示。
表1 电力调度IP over E1转换时长对比表
由表1可知，基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法中的IP over E1转换时长短于VoIP方法。因此，本文方法的转换性能更优。
②电力调度IP over E1转换准确率。
电力调度IP over E1转换准确率是判断电力调度业务IP数据包转换为E1数据包准确性的核心指标。其计算方法为校验成功的电力调度IP数据包与传输总体的数据包的比值，取值范围为0～100%。该指标数值越大，说明电力调度IP over E1转换准确率越高。
选择电力调度业务IP数据包个数为1 000个、2 000个、4 000个、6 000个、8 000个、10 000个。采用本文所提基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法与电力调度广泛使用的VoIP方法比较转换准确率。电力调度IP over E1转换准确率对比如图3所示。
图3 电力调度IP over E1转换准确率对比图
由图3可知，本文所提基于网络切片的电力调度通信IP over E1方法中的IP over E1转换准确率为99.86%，高于VoIP方法的99.03%。因此，本文方法的转换准确率更优。
为解决电力调度传输网络中存在的E1与IP分组业务转换难度大、转换速率低的问题，本文提出了1种基于网络切片的IP over E1方法。在数据发送端，将要传输的电力调度业务数据打包成IP数据，基于网络切片技术将IP数据包切片后，封装成E1数据帧。在此基础上，通过E1链路进行数据传输，在接收端通过E1数据帧拆解，然后进行IP数据重组、校验，并完成IP数据包的重组发送。在某省电力公司应用本文方法的运行结果验证了该方法的有效性。
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