总体设计方案 - RS系列串口在PTN架构上的实现

　　在PTN 上实现RS 串口的功能，可以采用修改PWE3协议，为RS串口开发一套功能模板，将RS协议的相关参数进行预设，来增加对RS 串口的支持，称为RSover MPLS，如图3（a）所示。但这种方式将无法遵循国家国际标准，不具有通用性，改变了原产品的功能结构，因此不宜采用。

　　在不改动原始协议的情况下，只能采用先使用PWE3中认可的某种协议，再硬件转换为RS协议的方式。因为RS协议速率低，为减少带宽浪费，所以选用几种仿真通信协议中速率最低的E1协议来承载，称为RS over E1方案，如图3（b）所示。此方案原理同在PTN 设备外加挂E1-RS 协议转换器，但其管理和控制均由PTN 统一管理。

　　3.2 硬件设计

　　基础设备SPTN 8500采用模块化设计，由于是分组核心，因此设计结构相较SDH 等通信设备而言更类似于路由器，包含子架（提供背板总线），电源主控一体板和各种接口的业务板三部分，因此本次开发可以不对原设计进行改动，仅开发一种新的业务板卡即可。欲开发的RS串行接口业务板可以E1接口业务板为基础，增加转换电路，并将对外E1接口改为RS接口，采用RJ 45型物理接口规格。

　　3.3 协议切换

　　RS 232/485/422协议本质类似，只是接口电路略有不同，可通过在板卡上将该接口电路独立出来，通过更换子电路板来完成协议间的切换。其中RS 485可通过RS422接口电路并线完成，而RS 232的电平与RS 485/422不同，不便于统一设计。最终设计为RS 232和RS 422两种子电路板，插接在RS接口板上。RS 422子电路板上设置并接跳线，可切换为RS 485协议。

　　3.4 业务模型

　　PTN之上承载的业务分为E-Line、E-LAN和E-Tree三种业务模型，分别对应于 p2p、mp2mp 和p2mp 三种拓扑模型。虽然RS 484/422是p2mp模型，但RS 232仅可工作在p2p模式。且由于RS业务是承载于E1通道之上，因此必须采用E-Line模型。

　　3.5 寻址方式

　　对于RS通信而言，其有自己的地址查找方式，这里关注在PTN内部对每个RS通道的寻址方式。有两种方案。一是LSP法，如图4（a）所示，每个E1口在仿真时可手工配置一条LSP来对应，这样每个E1口仅能包含1个RS串口。E1的速率是2.048 Mb/s，而RS在异步模式下最高也仅能达到115 Kb/s，带宽利用率仅为5.6%，如果希望提高带宽的利用率，即在一个E1仿真通道中实现多个RS通道，那么仅采用LSP就难以区分，必须再设计一套在 E1通道中为各RS寻址的方案，如使用IP地址标识同一E1下不同的RS通道，称之为IP法，如图4（b）所示。IP法可以提高带宽的利用率，但使PTN 结构层次更加复杂，加大了配置和管理的难度，并且由于增加一层IP报头封装，影响转发效率。经过分析，认为RS接口数量不多，而且RS 485/422还可以在设备外先行进行并线汇接，进一步减少接口需求数量，因此宜采用LSP寻址方案。

　　3.6 管理平面

　　设备的管理平面需增加RS 配置模块，可依据E1配置模块加以修改。另需在管理软件中为RS 串口建模，建立相应的标志、配置模板和告警模板。

　　3.7 控制平面

　　由于采用LSP 寻址方案，RS 通道与E1 通道为1∶1对应，因此控制平面无须再进行功能扩展，对RS通道所使用的保护检测手段直接运用E1方案即可。

　　4 部署应用

　　搭载RS串行接口的PTN设备已在某电力通信专网进行实地部署应用，试运行承载的业务主要是电力生产调度数据。

　　4.1 应用拓扑

　　搭载RS串行接口的PTN设备在某供电公司组网拓扑如图5所示，共使用该型设备将8个变电站与区域调控中心相连。根据光缆路由，分别组成东环和西环两个光纤环网。

　　4.2 承载业务

　　每台设备采用双电源主控板配置，充分考虑可靠性。每台设备上不仅配置常规的FE网板和E1板，还配置搭载RS接口的串口板。为保障网络可靠性，东西双环都独立配置了环网保护。

　　应用场景中的主环均由变电站节点组成，每节点均有调度数据网、SCADA、视频监控、工作票系统和电能量采集等业务。其中电能量采集业务的电能表数据采集采用RS 485方式，经过在站内并线后，通过PTN环网在调控中心处集中，经过串口服务器的数据合并，一同送至主站系统的前置采集服务器，完成电能量数据的采集过程。如图6所示。

　　4.3 应用效果

　　在实际应用中，对本设计方案进行了一系列测试。

　　经实际测试，主站端采集XJ变一块电表时，平均响应时间≤1 s.在采集P+、P-、Q+和Q-四个量的情况下，单块电表经过数据交换，采集完毕的平均时间<4 s.与现场采集的时间比较，通过PTN传输系统的时延仅有不到1 s的延迟增加。在一个RS 串口并联采集8 块电表的情况下，传输系统总时延<2 s.多于8块电表终端需要采集的情况下，可增用一个RS口，同时采集不会增加时延。同样测试项目下，对下一跳节点LH变进行测试，传输系统总时延同样<2 s，没有发现较大变化。

　　供电公司在建设县域光纤骨干通信网时，通过技术选型比较，放弃了传统的SDH/MSTP 体系，选用PTN 分组核心体系，在获得更好性能的同时，成本也有所降低，已取得较好的经济效益。电能量系统采集的需求除可以使用PTN 进行改造设计外，也可以使用E1接口下挂E1/RS协议转换器来实现。两种方案相比，PTN改造方案减小了时延和不必要的故障点，无需单独考虑取电，并且可以统一管理，而成本相似，可以说进一步提高了现有投资的效益成本比。

　　5 结语

　　本课题依据电力业务实际需要，提出在原PTN标准架构上进行二次开发，增加对RS串口支持的需求，综合了开发量、改造难度、成本和性能等方面的考虑，确定了较合适的方案进行设计，完成了产品试制和实际部署应用，获得了预期效果，取得了较好的效益。

　　本课题的完成，为满足电力通信需求提供了新的方案，但其方案仍有可改进之处。对于RS接口板的管理，可以增加终端故障检测的功能，并建立相应的告警集合，对PTN 管理系统进行扩充，以便对通道进行全方位检测。另外对接入端的冗余也是改进的一个方向，可考虑采用两个RS接口互为主备，为RS的DTE终端提供更加完善可靠的接入。