课题10——同步网优化提升专题研究

同步网优化提升专题研究2014年1　1　概述频率同步网作为基础支撑网络，是通信网必不可少的组成部分。它是面向传输网和各种业务网提供高质量高可靠的定时基准信号、保证网络定时性能质量和通信网同步运行的关键网络。近年来，SDH/MSTP和OTN等新技术在电力传输网中得到了广泛应用，对频率同步网在稳定性和同步质量上都提出了新的更高要求，传输设备时钟要求精度由PDH的±50ppm提高到SDH的±4.6ppm，以及网络端到端24小时漂移限值从原来网同步定时链路的10µs提高到现在同步网定时链路的5µs等。随着智能电网建设的不断推进，电网电压等级不断提升，装机容量不断扩大，以及区互连区域电网的互连等，电网业务对时间同步的需求也提出了时间精度优于1µs的更高要求。迄今为止，国网公司不断建设频率同步网来满足电力通信网对频率同步的需求。自从2002年开始建设国网骨干频率同步网以来，随着电网和电力通信网的不断发展，电力频率同步网节点时钟设备已经达到近400套的规模，但由于缺乏完整的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 体系规范，缺少统一规划和统筹建设，电力频率同步网已经突显出建设模式不统一、各级频率同步网设备独立运行、传输网同步定时安排与同步网定时链路组织未能协调统一、频率同步源过分依赖GPS、缺少有效的频率同步网络监管和性能监控手段等诸多问题。电力时间同步网是电网正常运行的基础支撑网络，用来为整个电网业务提供精确统一的相位同步基准，是保障各种电网业务正常运行的重要手段。随着智能电网建设的不断推进和电网规模的不断壮大，需要时间同步的业务种类逐渐增多，对时间同步性能提出了更高的要求。迄今为止，电力时间同步系统分布在各级电网的调度机构和变电站（发电厂），尚未组成时间同步网。随着电网和电力通信网的不断发展演进，特别是特高压和智能电网的不断推进，目前孤立的时间同步系统已经显示出不适应当前电力业务发展需要的问题，比如存在时间同步源安全稳定性不高、时间同步性能缺乏监控管理等诸多问题。首先，时间同步系统主要依赖于卫星授时系统，特别是大量采用了美国的GPS授时终端，2011年前后才开始采用北斗卫星授时终端，还没有形成地面授时的时间同步网。其次，时间同步网和频率同步网分别建设，独立进行维护管理，不仅网络资源综合利用率不高，而且监控管理效率也较低。电网的安全稳定运行既有频率同步的需求又有时间同步的需求，独立建设频率同步网和时间同步系统，网络资源综合利用率不高，运行管理效率低。因此，为了满足高标准、高可靠的时间和频率同步需求，保障各种电网业务的安全稳定运行，同时也为了从根本上解决目前电力同步网标准体系不完整、缺少统一规划和统筹建设所带来的诸多问题，国网公司组织开展了十三五“同步网优化提升”专题研究，重点研究通信网时间和时钟同步网整体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及技术政策；研究时钟区域划分及节点部署方式、各级同步时钟同步方案、时钟信号地面传送方式；全网同步方案及演进路线、技术政策及现有网络的改造路线；研究统一监控和管理平台，规范设备与网管接口，提升监控和管理水平。2　规范性引用文件本报告主要参考国家电网相关规划文件、频率同步网现状调研 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 报告、频率同步网现网测试报告以及国内外频率同步网相关标准进行制定。具体参考文件包括：1)《国家电网公司“十二五”通信网规划》2)《国家电网公司频率同步网现状调研分析报告》3)《国家电网公司频率同步网现网测试报告》4)《国家电网公司时间同步网现状及需求调研分析报告》5)ITU-TG.810《同步网的概貌和术语》6)ITU-TG.811《基准时钟的定时特性》7)ITU-TG.812《适用于同步网节点从钟的定时特性》8)ITU-TG.813《SDH设备从钟的定时要求》9)ITU-TG.822国际数字连接上的受控滑动率指标10)ITU-TG.825以SDH为基础的数字网抖动和漂动的控制11)YDN117-1999《数字同步网的规划方法和组织原则》12)YD/T1267-2003《基于SDH传输网的同步网技术要求》13)YD/T1012-1999《数字同步网节点时钟系列及其定时特性定时的方法》14)YD/T5089-2000《数字同步网工程设计规范》15)DL/T5391-2007《电力系统通信设计技术规定》16)DL/T5392-2007《电力系统数字同步网工程设计规范》3　术语、定义和缩略语（1） PRTC（T&F）（PrimaryReferenceTimeClock）基准时频时钟，由单个或多个铯钟+两个卫星接收机+双铷钟时频单元构成，属于自主基准时频时钟，能够同时输出时间和频率信号，简称PRTC。（2） LPRTC（T&F）（LocalPrimaryReferenceTimeClock）区域基准时频时钟，由两个卫星接收机+双铷钟时频单元构成，属于非自主基准时频时钟，能够同时输出时间和频率信号，简称LPRTC。（3） STC（T&F）（SlaveTimeClock）从时频时钟，内置铷钟或高稳晶振，需从基准时频时钟获得时间和频率输入参考信号，能够同时输出时间和频率信号，简称STC。（4） PRC（PrimaryReferenceClock）基准时钟，由单个或多个铯钟+两个卫星接收机+2级节点从钟设备构成，属于自主基准时钟，只输出频率信号，简称PRC。（5） LPR（LocalPrimaryReferenceclock）区域基准时钟，由两个卫星接收机+2级节点从钟设备构成，属于非自主基准时钟，只输出频率信号，简称LPR。（6） SSU-T（SynchronisationSupplyUnit-Transit）2级节点从钟单元，内置铷钟，只输出频率信号，需从基准时钟获得频率输入参考信号。（7） SSU-L（SynchronisationSupplyUnit-Local）3级节点从钟单元，内置高稳晶振，只输出频率信号，需从上级时钟获得频率输入参考信号。（8） BITS（BuildingIntegratedTimingSupply）大楼综合定时供给设备，可以内置铷钟或高稳晶振，只输出频率信号。若内置铷钟，称为2级BITS，在本文中等同于SSU-T，若内置高稳晶振，称为3级BITS，在本文中等同于SSU-L。（9） SEC（SDHEquipmentClock）SDH设备时钟，内置普通晶振，为SDH设备提供频率同步信号。（10） 第一基准时钟第一基准时钟是同步区内的第一优选基准源头。在基于时频融合的目标网络中，第一基准时钟是指PRTC；在频率同步网优化方案中，第一基准时钟可以是PRC或LPR。（11） 第二基准时钟第二基准时钟是同步区内的第二优选基准源头。在基于时频融合的目标网络中，第二基准时钟是指LPRTC；在频率同步网优化方案中，第二基准时钟则是LPR。（12） 辅助基准时钟辅助基准时钟根据实际网络情况设置在传输长链系统上，用于控制极长定时链路的漂移累积，或是作为传输长链系统的备用定时来源。在基于时频融合的目标网络中，辅助基准时钟是指LPRTC；在频率同步网优化方案中，辅助基准时钟则是LPR。4　运营商同步网现状4.1　运营商频率同步网现状国内运营商频率同步网组网技术同样涉及组网方式、组网结构、定时链路组织等方面，发展历程与国外相比总体上比较类似，只是时间点上存在一定差异，从80年代末至今，国内运营商频率同步组网技术发展大致也可分为以下三个阶段。第一阶段是从80年代末到90年代初，无独立数字频率同步网，同步信号基于交换机进行分配。在这个阶段，在90年代初，原邮电部颁布了《邮电部电话交换设备总技术规范书》和《数字网内时钟和同步设备的进网要求》，对数字网内各级时钟性能作了规定。当时国内电信网上存在8国9制的交换机，其时钟性能大多存在不符合技术规范的地方。例如：法国ALCATEL公司的E10B时钟缺少必要的维护功能；加拿大北方电讯公司的DMS-100和美国AT&T公司的No.5ESS的三级时钟，既不符合CCITT兰皮书G.812建议，也不符合我国国家标准；部分德国西门子公司的EWSD的时钟无快捕功能，且仅有二级时钟一个品种；瑞典爱立信公司的AXE10的时钟无快捕功能，且部分AXE10的时钟无保持功能；比利时ALCATEL公司S-1240时钟部分性能和富士通公司的F-150的时钟部分性能与我国国家标准和CCITTG.812建议不符。总的来说，这一阶段既是电话交换网网同步发展阶段，也是发展数字频率同步网的起步阶段，其标准的制定也滞后于业务网的建设与发展；而且，因为国内运营商数字网发展迅猛，交换机时钟不能适应和满足其发展需求，所以，国内运营商网络同步很快跨越了这一阶段。第二阶段是从90年代中到90年代末，基于PDH链路组建独立的数字频率同步网。在这个阶段，频率同步信号不再依附于数字交换设备时钟进行分配，而是主要依靠PDH系统组建独立的同步网，由其统一向各种需要频率同步的通信设备提供参考定时。在此期间，原邮电部相应颁布了《数字同步网的规划方法与组织原则（暂行规定）》。该标准的制定，大大促进了国内高质量的独立数字同步网的组建。由于随着SDH技术应用的迅速发展，以及PDH传输系统的迅速退网，所以，国内运营商数字频率同步网也很快就跨越了这一阶段。第三阶段是从90年代末至今，基于SDH传输网络组建独立的数字频率同步网，并开始研究基于分组网络的频率同步网组网技术。SDH传输网需要频率同步（否则，会出现指针调整损伤），而且对短稳（相位短期变化）要求比较高，而数字交换网交换机时钟已不能满足SDH的要求，并且PDH系统迅速从运营商传送网中退出，因此，数字同步网必须基于SDH传送网组建。这一点在国内表现得尤其突出，特别是一些新的运营商，因为其所有的传送网都是基于SDH建设的。如何基于SDH传送网组建一个高质量、高可靠的数字同步网也就成了各运营商需要解决的重要课题。因此，信息产业部对《数字同步网的规划方法与组织原则（暂行规定）》进行了修订，规定了从单一基准的主从同步组网方式到多基准混 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 步组网方式的演变和从基于PDH组建同步网到基于SDH组建同步网的逐步过渡等重要内容。2003年，信息产业部还颁布了《基于SDH传送网的同步网技术要求》，规范了基于SDH组建多基准分布式同步网的技术要求，明确了基于SDH传送网进行定时传送的方法。2010年前后，随着网络分组化趋势日益显著，以PTN和POTN为代表的分组传输网技术在国内各个运营商开始得到部署和应用。从近期来看，不同运营商对于传输技术的演进策略存在差异，比如传输分组化得到了中国移动极大的重视，PTN技术在网络中得到大量应用；而中国联通所采用的策略则截然不同，仍以MSTP技术为主来承载各种业务，只是对原有MSTP技术进行了部分功能增强，以更好地实现对分组业务的承载；中国电信则采用了PTN、POTN和IPRAN等技术并举且更加灵活的发展策略。然而，从长远来看，传输网络分组化趋势非常明显，基于分组网络组建频率同步网将成为今后同步网的发展趋势。国内运营商适时开展基于分组网络的频率同步网组网技术研究和试点，业界根据国内实际网络现状和需求，着手进行分组同步相关标准的研究工作。在2013年，通信行业标准YD/T2551-2013《基于分组网络的频率同步网技术要求》正式发布，规范了基于分组网络组建频率同步网的技术要求，明确了基于分组传输网络进行定时传送的方法。为今后各运营商基于分组网络建设频率同步网提供了依据。从上世纪90年代中期开始，经过多年的建设和发展，各运营商已形成了较为完善的频率同步网，为需要同步的通信设备提供了安全可靠的定时保障，确保整个通信网络的高质量运行。根据上述同步网发展演进过程，目前国内运营商频率同步网仍主要处于第三阶段。在组网技术方面，国内运营商频率同步网采用混合同步方式，在全国按省、直辖市和自治区划分同步区，每个同步区内采用主从同步方式，处于全同步工作状态，同步区之间以准同步运行。在混合同步工作方式下，为了满足规范要求，明确规定一级基准时钟频率准确度应优于±3E-12（高于ITU-TG.811的要求），以确保达到国外通信的滑码指标要求。在等级结构和节点设置方面，国内运营商频率同步网的等级结构为三级，每个等级均有明确的节点时钟设备设置要求。1) 一级节点设置一级基准时钟。一级基准时钟包括全国基准时钟(PRC)和区域基准时钟(LPR)两种。PRC是由铯原子钟组或铯原子钟与全球定位系统GPS(或其它卫星定位系统)而构成。它产生的定时基准信号通过定时基准传输链路送到各省、自治区、直辖市(以下简称省中心)。我国幅员辽阔，数字网覆盖范围广，考虑到定时基准传输的安全和可靠并保证全国同步网性能等因素，目前各运营商在全国均设置了5个PRC。考虑到各自实际网络情况，不同运营商对于PRC的设置位置存在差异：a）中国电信5个PRC的设置位置分别为：北京、武汉、沈阳、广州和兰州，除了北京PRC采用铯钟组（3个铯钟）+双GPS+比对系统外，其它铯钟均采用常规配置，即双铯钟+双GPS；b）中国移动5个PRC的设置位置分别为：北京、沈阳、武汉、广州和西安，均采用常规配置（双铯钟+双GPS）；c）中国联通5个PRC的设置位置分别为：北京、上海、武汉、广州和兰州，均采用常规配置（双铯钟+双GPS）。LPR是由同步供给单元（二级节点时钟）和全球卫星定位系统GPS或其它卫星定位系统（双GPS或其它）而构成。其同步供给单元既能接受GPS的同步，也能接受PRC的同步。目前，各运营商在每个省设置2~3个LPR，每个运营商在全国配置的LPR总数约为100个。2) 二级节点设置二级节点时钟。二级节点时钟一般配置铷钟或高性能的高稳晶振。运营商一般将其设置在长途通信楼、重要的汇接局、省二干与城域核心传输交换局等位置，中国移动和中国联通在全国设置的二级节点时钟总数为1000个左右，而中国电信设置总数为2000个左右。3) 三级节点设置三级节点时钟。三级节点时钟一般配置高稳晶振。运营商主要将其设置在本地汇接局与端局、城域核心层与汇聚层交汇点等位置，中国移动和中国联通在全国设置的三级节点时钟总数为1500个左右，而中国电信设置总数为3000个左右。在定时信号的传送技术方面，目前国内运营商都采用SDH物理层传送方式，通常称之为线路同步方式。为了获得高质量的网同步时钟信号和有效地控制传送系统自身出现的定时环，在SDH段开销中采用了同步状态信息（SSM—SynchronizationStatusMessage）技术。SSM技术结合网络规划可以避免大型网络中出现高等级时钟同步低等级时钟和定时环的问题。随着分组网络部署应用不断展开，未来数字同步网将基于分组网络的定时分配技术，进行同步链路的组织。基于分组网络的定时分配技术主要包括基于物理层的同步和基于分组包的同步。基于物理层的同步分配技术即采用同步以太技术，要求传送路径的所有网元均支持同步以太网功能，其与传统的基于SDH线路的同步技术类似。基于分组包的定时分配方法依赖于通过分组包承载定时信息，定时信号由专门的时间戳消息（即分组报文）进行承载，采用不同时间戳协议进行传送，在接收端，由分组设备采用一定的算法将其恢复出来。在国内已经开展在以太网中采用基于分组报文恢复频率的相关技术研究，但目前还没有应用。在同步网网管维护方面，目前国内运营商的同步网管主要以省际骨干同步网和省内同步网为管理对象进行配置。全国性的省际骨干同步网采用第三方网管系统，其通过TL1或SNMP接口与同步设备直接，实现对多个厂家设备的统一管理，一般省际骨干同步网的管理规模在200套设备左右。若省内同步网采用相同厂家的同步设备，则直接采用该厂家的同步网管进行管理，若省内采用了多个厂家的同步设备，则采用第三方网管系统进行统一管理，省内同步网的管理规模一般在100套左右。4.2　运营商时间同步网现状随着通信网技术日新月异的发展，其对同步的需求不仅仅是频率的同步，时间同步对于各种通信网络也越来越重要，尤其是移动基站对高精度时间同步的需求，更是3G网络及未来移动通信网络必须重点解决的问题。国内各运营商对于时间同步技术的应用以及时间同步网的建设，经历了从无到有、从普通精度时间同步到高精度时间同步、从天上卫星授时到通过地面组网的过程。截至2000年初，国内各电信运营公司的频率同步骨干网均已基本建成，省内同步网也在逐步建设和完善中。组建的频率同步网主要是为了满足通信网上各种通信设备频率同步的要求，并在少数带有卫星接收机设备的同步节点设备上预留了少数的时间输出接口。随着通信网中各种业务对时间同步提出的新要求，以及时间同步技术的不断发展，通信网计费、网络管理系统、七号信令网、网间结算等均对时间同步提出了要求，尤其是3G网络和未来的无线通信网络，提出了微秒级的高精度时间同步需求。在2004年前后，国内运营商采用NTP、IRIG-B等时间同步技术基本建成普通精度时间同步骨干网，并开始提供毫秒级的时间同步服务，但无法提供高精度的时间同步服务。对于具有高精度时间同步需求的无线通信系统，一直以来均是通过在基站侧加装GPS卫星接收机来获取时间同步，由于完全依靠天上卫星系统存在安全隐患，从2008年开始，以中国移动为代表的国内运营商基于IEEE1588技术开展了高精度时间同步传送技术的实验室测试及小规模现网试验。从2010年开始，中国移动开始在本地网采购部署高精度时间服务器，截至2012年底，在全国300多个本地网完成了约600套时间服务器设备的部署建设。目前，中国移动本地网部署的高精度时间服务器正在逐步进行TD-SCDMA基站割接和开通IEEE1588时间同步。5　公司同步网现状及存在问题5.1　局点设备现状频率同步网方面，电力频率同步网同步节点分为三级。一级节点按照华北、华中、华东、西北和东北五个区域来设置全国基准时钟PRC，按照省、直辖市和自治区来设置区域基准时钟LPR；二级节点和三级节点根据各同步区内组网要求和局内定时分配的需要分别设置二级节点时钟BITS和三级节点时钟BITS。其同步定时链路由传输网组织。截止2013年底，国网公司在全网范围内共建有405套节点时钟设备。其中国网骨干同步网为47套，即PRC设备6套（总部3套，分部3套），LPR设备23套，二级BITS设备18套；全网各省总共为358套，即PRC设备4套，LPR设备122套，BITS设备232套。设置在国网骨干层的一级基准时钟PRC，以铯钟为主用基准源，GPS或北斗为备用基准源，PRC作为全网同步的根本保证，采用以地面传输为主的定时信号传送方式，逐级向下传送。省内频率同步网覆盖省内所有区域，由省内传输网连接的一级、二级和三级同步节点构成。省目前省内频率同步网已基本形成，但其网络结构较简单，约33%的省公司成网且有同步网网管。目前，省公司普遍存在将LPR作为BITS使用，也有将BITS作为LPR使用的现象，即节点时钟等级使用较为混乱。因此，在统计各省公司调研数据时，将严格按照如下定义来进行时钟分类：①一级时钟主要包括PRC和LPR，PRC为铯钟+卫星接收机+双铷钟BITS，LPR为双铷钟+双卫星接收机；②二级时钟为铷钟或高稳晶体钟BITS，③三级时钟为晶体钟BITS。时间同步网方面，根据各省公司反馈的调研数据和“电力通信基础数据统计”台账结果显示，截止2013年底，国网公司目前有32个换流站，47647个变电站，29108个开关站，16540个电厂。各级电网的换流站、变电站及发电厂基本都配有时间同步系统，时间系统的时间同步设备一般接收无线时间基准信号作为外部时间基准，并预留地面时间基准源接收接口，用以组网运行时接收上级同步系统的地面基准源。变电站内的卫星接收机早期都是GPS，自2010年末开始的大部分新建变电站都是北斗或北斗+GPS。项目组对国网27个省公司的变电站卫星接收机的配置情况进行了汇总统计，根据调研数据显示，110kV的变电站共11817个，卫星接收机的总数为7931个，北斗卫星接收机（含北斗和GPS+北斗）为1821个；220kV的变电站共3958个，卫星接收机的总数为4069个，北斗卫星接收机数量为1814个；330kV的变电站共132个，卫星接收机的总数为132个，北斗卫星接收机数量为38个；500kV的变电站共393个，卫星接收机的总数为487个，北斗卫星接收机数量为249个；750kV的变电站共29个，卫星接收机的总数为29个，北斗卫星接收机数量为11个。已经配置了北斗卫星接收机的变电站都是以北斗为主用，GPS卫星信号作为备用。无论变电站电压等级大小，时间同步系统至少应有两个卫星接收机作为主备，但早期对时间精度要求较高的装置都自带了一套卫星接收机。5.2　组网现状频率同步信号传递链路，截止2013年底，国网骨干同步网在北京白广路、华中分部、华东分部、西北分部设置PRC，分别作为华北区域、华中区域、华东区域、西北区域的地面同步时钟基准源。在国调中心、东北分部、河南省公司、河北省公司、天津市调、山东省公司、重庆市调、安徽省公司、江苏省公司、福建省公司、湖南省公司、湖北省公司、江西省公司13个节点设置LPR，用以给省内SDH网络注入同步定时信号，同时接收来自国网骨干SDH传输网的同步定时信号（溯源至PRC）。另外在龙泉站设置一套LPR，为整个三峡配套通信提供基准时钟源。在特高压示范工程中，又在荆门、长治各设置一套LPR。在辛安、江陵和政平设置BITS，用于过滤定时链路相位噪声。在奉贤、复龙各设置一套LPR，为复奉光传输系统提供基准时钟源，在板桥站设置BITS，用于过滤定时链路相位噪声。在京辽呼光传输系统伊敏站点设置一套LPR，为内蒙古伊敏下游的各站点提供基准时钟源。在银东光传输系统银川东和青岛站点各设置一套LPR，为其提供基准时钟源。在青藏光传输系统西藏区调设置一套LPR，为其提供基准时钟源。在沱沱河站点设置一套BITS，过滤定时链路相位噪声。在哈郑光传输系统哈密南换、平凉、河西、中州换站点各设置一套BITS，过滤定时链路相位噪声。国网骨干网频率同步网拓扑呈树型结构，节点时钟设备由PRC、LPR和二级BITS组成，同步定时链路由国网骨干传输网组成。国网骨干同步网已基本建成，其规模为6个PRC、23个LPR和18个二级BITS。国网骨干同步网拓扑结构是一个以五大分部的PRC为基准源头并逐级向下辐射的树型结构，而且只设有一级节点时钟和二级节点时钟。国网骨干层设置的LPR时钟设备以两种方式连接至两个PRC。一种方式是直接与本大区的PRC相连；另一种方式是直接与临近大区的PRC相连，或者通过临近的LPR再连接至临近大区的PRC。所有的LPR和二级BITS都至少有两个定时输入参考源。省内频率同步网拓扑主要呈现星型和树型两种结构，以省、直辖市和自治区同步区内的PRC/LPR为基准，通过省骨干传输网连接的一级节点时钟和二级节点时钟构成。省内频率同步网节点时钟设备主要由LPR和二级/三级BITS组成，在湖北、上海、辽宁和浙江省内还各有一个自建PRC，其规模为4个PRC、122个LPR和232个BITS。但是，国网骨干同步网和省内同步网基本上是相互独立的，并没有形成统一的国网公司频率同步网。电力时间同步系统有多种组成方式，其典型形式有基本式、主从式、主备式三种，现阶段，各级电网调度机构、发电厂或变电站的时间同步系统多采用主备式结构，以提高时间同步系统的可靠性。但是，电力时间同步系统也仅仅分布在各级电网的调度机构和变电站（发电厂）中，尚未形成全网统一的电力时间同步网。5.3　同步信号传输链路现状通过网管查询得到的公司骨干（省际）网主备用定时链路组织情况、定时注入关系和定时传送方式如图1所示。图1总部骨干同步网定时链路组织图由图1可以看出，部分光传输系统没有配置备用定时，如京辽呼光传输系统伊敏站及下游的各站点，三峡光环网（ECI）、北京市内光环网（ECI）、北京PTN环网、凤凰山-曲江光传输系统（阿尔卡特）和青海-西藏光传输系统（华为）的部分段落等；个别变电站SDH/MSTP传输设备未接入外时钟源，如青堆子、滨州、樊城等；部分光传输系统虽然配置了备用定时路由，但是备用定时路由只覆盖部分节点，如水圣域至昌平一线；部分传输节点采用内部时钟自由振荡工作方式，如青堆子、官地、吴宁、沙洲扩、敦煌扩、庆北扩、洛川扩等站点；多个传输系统的主备用定时均来自其他系统的线路时钟；个别定时注入点的双端口定时输入均来自同一个节点；个别传输系统只有主用定时路由，而且还是来自其他系统的线路时钟；部分传输线路存在定时环隐患，如银-呼-京光传输系统的“西单”至“白广路”的备用定时链路规划设计不合理，存在定时环隐患。5.4　网管和监测系统现状由于频率同步网覆盖区域广阔，时钟节点众多，所以也增加了节点时钟统一运维管理的难度。据统计数据显示，目前总部还没有网管系统，只有华为和大唐各自管自己同步设备的远程维护终端，而没有同步网网管，大量其它厂家的同步设备尚未实现管理；五大分部除了东北分部和华东分部有同步网网管外，华北分部、西北分部和华中分部都没有同步网网管，使其运行维护管理难度很大；大部分省公司虽然建有同步网管系统，但都是省内独立运维管理的，对时钟的统一运维管理难度大。电力时间同步系统分布在各级电网的调度机构和变电站（发电厂），尚未组成时间同步网，缺乏全国统一的网管监测系统。部分省市公司的时间同步试验网部署了时间监测和网管系统，为各节点时钟配置了时钟监测单元，通过调度数据网将时钟设备的运行状态发送到调控中心，调控中心可以实时地监控各时钟设备、以及各被授时设备的运行状态，并进行告警提示、远程控制、维护等。提高了电网时钟同步系统的运行管理水平，但是省市公司的同步网网管之间尚无联系，缺乏统一网管。5.5　现网测试情况为了了解和掌握公司骨干频率同步网运行状况，项目组在5月份选择了两条典型定时链路（北京-武汉华为传输系统和天成重-兰银呼京阿尔卡特传输系统）进行网络漂移性能测试，测试情况汇总如表1所示。表1频率同步现网测试情况汇总表系统京汉线天成重-兰银呼京线测试时间2014年5月13日至2014年5月21日2014年5月13日至2014年5月21日测试仪表Paragon-tNIC线路距离1658公里2200公里线路类型95%架空布设95%架空布设经过网元数量18个22个传输设备类型SDH/MSTPSDH/MSTP被测信号类型2MHz2MHz基准信号类型2MHz2MHz被测源头设备北京白广路PRC内蒙省调LPR源头跟踪状态跟踪Cs铯钟跟踪GPS测试基准GPSCs铯钟测试时长703782s604800s相位变化峰峰值1762ns1657ns平均频偏-4.93E-12-1.50E-13MTIE满足G.823要求满足G.823要求TDEV不满足G.823要求不满足G.823要求根据表1，在京汉线华为传输系统和天成重-兰银呼京阿尔克特传输系统的漂移累积性能测试结果中，按照我国行业标准要求，天成重-兰银呼京阿尔克特传输系统测得的平均频偏和MTIE两项指标能够满足规范要求，但TDEV曲线越限，不满足规范要求；京汉线华为传输系统测得的MTIE指标能够满足规范要求，但TDEV曲线越限，不满足规范要求，所测得的-4.93E-12平均频偏即北京白广路铯钟的频率准确度也不满足±3E-12的行业标准要求。在采用架空光缆情况下，京汉线和天成重-兰银呼京线的漂移累积理论计算结果分别为1680ns和1899ns，与实测值1762ns和1657ns基本一致。实测结果和理论分析都表明，在95％架空光缆的情况下，日昼温差变化引起的光缆线路噪声是影响公司现网极长定时链路漂移累积的最主要因素，也是造成TDEV曲线越限的根本原因。若考虑15℃～20℃的日昼温差变化，以及温度变化引起的漂移指标要求为2µs,定时链路传输距离应不超过1777km～1332km，综合考虑性能和成本因素，采用1500km作为规划设计的定时链路长度。5.6　存在问题通过调研分析公司传输网、业务网、频率同步网现状，目前公司频率同步网还存在一些问题，主要涉及网络规划、节点时钟设置、定时链路组织、网络维护和安全性等方面。1）网络建设设计深度不够长期以来，公司频率同步网建设主要根据业务需求以及传输系统的建设进行同步节点设置，只注重保重点工程，比如三峡工程等，却忽视了全网统筹建设，缺乏统一规划设计。不同网络层次的频率同步网，由总部、分部、各省公司分别建设，并且保持相对独立。公司骨干频率同步网、省内频率同步网之间实现联网的同步设备比例仅为15%，并且75%以上的省内频率同步网设备未溯源至骨干频率同步网设置的1级基准时钟PRC。在公司骨干频率同步网中，天津、河北、江苏等11个节点时钟设备也未进行联网，处于独立运行状态。2）部分同步节点设置不够合理部分1级基准时钟节点没有设置在省际骨干传输网与省级传输网交汇站点，比如北京白广路PRC、北京西单LPR等，不能直接给省级传输网注入定时，省内频率同步网无法实现联网。在公司骨干频率同步网中，部分1级基准时钟设备是省公司设置的，比如黑龙江省调、吉林省调、辽宁省调和四川省调等，部分2级BITS设置不合理，比如河北廉州、山东胶东、河南郑州换等BITS。部分省公司（北京和吉林）将配置单GPS＋双铷钟BITS的节点时钟视为1级基准时钟LPR（注：LPR配置要求为双卫星接收机+双铷钟BITS）来组网；大部分省公司（包括河北、天津、江西等17省公司）只设置一个1级基准时钟，未设置备用基准时钟，难以保证同步区内同步的可靠性。3）定时链路组织与传输网同步安排缺乏统一协调公司频率同步网定时链路规划与SDH/MSTP传输系统同步定时安排没有协调统一，主要带来下述三个方面的问题，一是存在定时引接冲突情况，比如，部分SDH/MSTP传输系统定时注入和主备用定时安排不合理，导致同步网节点时钟设备溯源无序；二是主备用定时链路过长，考虑到公司95%以上的架空光缆比例，过长的定时链路将使得全程全网的漂移指标难以控制；三是部分SDH/MSTP传输系统定时配置不完善，直接影响到同步网定时链路的安全可靠性。根据调研，全网共有6.64%的SDH/MSTP传输系统没有接入同步运行；总部、分部未配置备用定时的SDH/MSTP传输系统比例分别为33.3%、62.5%；另外，还有部分SDH/MSTP传输网定时链路存在定时环安全隐患。4）通信设备同步接入不规范通信设备同步接入没有进行统一规划，缺少通信设备同步接入标准规范，甚至部分通信设备没有接入同步网，导致通信设备存在安全隐患。比如全网交换机未接入同步网比例占70.9%，视频会议系统MCU设备未接入同步网比例占47.9%，省公司数据TDM网关设备未接入同步网比例占65%以上。5）管理界限不清晰、缺少监控手段，缺乏同步维护专门人员一方面，同步设备的使用和维护管理存在界限不清晰，比如总部建设的同步设备，个别站点只在省内同步网使用，部分同步设备虽设置在省公司，但只在骨干同步网中使用，上述使用界限的不清晰往往使其成为维护中的空白区；另一方面，目前公司未在总部层面配置统一同步网网管，在缺少网管监控的情况下，难以实时监视和及时掌控同步网设备运行情况，在发生故障时不能快速定位排除，。另外，公司同步维护专门人员严重缺乏，给公司同步网运行维护造成较大阻碍。6）安全可靠性存在隐患安全可靠性问题主要体现在三个方面，一是全网过分依赖于卫星授时，卫星信号不稳定且易受干扰、卫星接收机故障率较高；二是全网节点时钟设备配置的卫星接收机中，80%以上采用了GPS卫星接收机，GPS受控于美国军方，存在安全隐患；三是节点时钟设备未配置地面冗余定时参考源，全网有约20.4%的LPR和BITS设备只配置1路地面输入参考源。6　同步网优化改造的必要性6.1　业务需求及技术应用发展从传统意义上来讲，建设频率同步网主要是为了满足SDH传输网和各种业务网对频率同步的需求。对于国网公司来说，当初建设频率同步网主要就是为了满足SDH传输网和交换网对频率同步的需求。经过最近10多年的高速发展，国网公司传输网主要包括SDH/MSTP和OTN/WDM系统，业务网主要包括交换网、数据网和视频会议系统。截止2013年底，国网公司已建成投运的传输系统总共达到512个，基本已覆盖到所有变电站，其中MSTP/SDH光传输系统为485个，约占94.73%，基本已覆盖到35kV以上的变电站。交换网共有2031部交换机，已接入同步的交换机仅占29.05%，没有接入同步的占70.95%；数据网设备共有31964套，其中与TDM网络互通的网关设备为546套，已接入同步的网关设备为432套；视频会议系统设备数量总共为1372套，已接入同步的MCU设备占52.11%，没有接入同步的占47.89%。随着通信网业务和新技术应用的不断发展，就通信网自身而言，不仅对频率同步的需求越来越大，而且对时间同步的需求也越来越多，比如交换网计费系统、数据网多媒体业务、各类网管系统和国网公司TMS等。另一方面，随着智能电网建设的不断推进，比如电网电压等级不断提升，装机容量不断扩大，以及大区互连电网的形成等，特高压也得到了迅速发展。国网公司电网发展到今天共有93327个厂站，分别为32个换流站，47647个变电站，29108个设有通信调控节点的开关站，16540个电厂。在这些厂站里都装有继电保护装置和自动化装置；所有继电保护装置和自动化装置都需要时间同步，特别是，线路行波故障测距装置、同步相量测量装置和雷电定位系统等对时间同步提出了1μs的更高精度要求。国网公司通过在每个厂站建设主要依赖于GPS卫星授时的孤立时间同步系统来满足大量电网业务的时间同步需求，其授时的安全可靠性和稳定性还存在问题。因此，国网公司需要建设统一的地面时间同步网或时频同步网，以满足大量电网业务的时间同步需求，并全面提升其同步的安全可靠性和稳定性。然而，基于MSTP/SDH传输网来建设时间同步网或时频同步网，一方面，MSTP/SDH传输网需要可靠的频率同步，另一方面，时间或时频同步节点设备也需要频率同步基准信号，所以，频率同步既是建设时间同步网或时频同步网的前提条件，又是基础。虽然国网公司频率同步网节点建设规模已达到了396个，其中10个PRC节点、143个LPR节点和243个二级/三级BITS节点，并已基本建成国网骨干同步网和省内骨干同步网，但是，仍然不能适应电网业务、传输网和通信业务高速发展的需要。因此，无论从传统的传输网、交换网、数据网和视频会议系统的发展规模来看，还是从电网业务和通信业务对时间同步的需求来看，为了满足传输网和各种通信业务的频率同步需求，以及满足各种电网业务和通信业务的时间同步需求，为了适应各种新业务、新技术应用发展的需要，以及改善和提高电网业务和通信业务的运行质量与可靠性，首先进一步优化国网公司现有频率同步网是必要和急需的，以便为将来规划建设时频同步网创造条件并打好基础。6.2　技术标准发展近年来，随着信息化的普及，在国网公司的大力支持下，一方面，国网公司通信网得到了迅速发展，MSTP/SDH和OTN等新技术在电力传输网中得到了广泛应用，与此同时对频率同步网在稳定性和同步质量上都提出了新的更高要求。比如传输设备时钟由PDH的±50ppm提高到SDH的±4.6ppm，以及网络端到端24小时漂移限值从原来网同步定时链路的10μs提高到现在同步网定时链路的5μs等；另一方面，随着智能电网建设的不断推进，比如电网电压等级不断提升，装机容量不断扩大，以及大区互连电网的形成等，电网业务对高标准时间同步的需求也提出了时间精度优于1μs的更高要求。然而，自从2002年开始建设国网骨干频率同步网以来，虽然国网公司频率同步网节点时钟设备已经达到近400套的规模，但随着电网和电力通信网的不断发展，由于缺乏完整的标准体系规范，缺少统一规划和统筹建设，国网公司频率同步网已经突显出独自为政与建设混乱、各级节点时钟设备独立运行而没有联网、频率同步源过分依赖于GPS而存在安全稳定性不高、传输网同步定时安排与同步网定时链路组织未能协调统一、缺少有效的频率同步性能监控手段等诸多问题。而且，国网公司现有频率同步网也难以满足电网业务和通信业务日益发展的需要。在当今既需要频率同步又需要时间同步的情况下，面临高标准、高可靠频率同步和时间同步发展需求，为了满足高标准、高可靠的时间和频率同步的各种需求，保障各种电网业务的安全稳定运行，同时也为了从根本上解决目前电力同步网标准体系不完整、缺少统一规划和统筹建设所带来的诸多现实问题，根据时间和频率同步技术发展需要，需要尽快完善其相关标准，以满足新的网络和业务发展需求。因此，依据新的相关标准要求，采用新的同步网技术，对国网公司现有频率同步网进行优化调整也是非常有必要的。6.3　结构调整及网络演进目前，国网公司按照东北、华北、华中、华东和西北五个区域部署频率同步网基准时钟源。根据调研分析得知，分部-省调-地调-县调的最大传输距离为5262.41km，最大传输节点数为38个，而且，超过1000km的传输链路数占50.42%，节点超过20个的传输链路数约占34.70%。由此可见，国网公司同步传输链路具有“长距离”和“多节点”的明显特征。在光缆线路架空光缆占95%以上的情况下，按分部来部署基准时钟源，将难以控制全网全程漂移达到指标要求。这一分析结果通过现网测试也得到了进一步验证。另外，按照分部-省调-地调-县调统计的样本与正态分布的特点相差较远，说明统计样本的相关性很强，即同步传输链路存在“同路由”的情况，主要出现在国网骨干层（以链形为主体的格形结构所致）。这一特点将会在关键节点和关键链路上带来故障隐患，从而降低了整网的安全可靠性。根据调研分析，我们还得知，省调-地调-县调的最大传输距离仅为1874.2km，最大传输节点数为31个，而且，1000km以内的传输链路数占93.99%，节点在20个以内的传输链路数也占到了95.13%。显然全网将会呈现“短距离”、“少节点”的特征。另外，其统计样本与正态分布非常相似，说明统计样本没有相关性。由此可见，呈现“短距离”、“少节点”和统计样本不相关等特征的省调-地调-县调规划组织方案，将有利于全网全程漂移的控制，以及提升整网的安全可靠性。由于光传输网是组建时间和频率同步网的基础网络，而光传输系统的距离及节点数对同步网定时信号质量将会产生重要的影响，这一点对国网公司时频同步网的总体架构设计以及规划建设来说，无疑也是需要考虑和必须解决的重要问题。特别是，1μs的时间精度要求，在时间同步信号传送方面，将会对传输距离及节点数提出更严格的要求；对于采用PTP技术组建时间同步网来说，同步区之间保持相对独立将是统一规划建设时频同步网的重要条件，然而，将设置在各同步区内的基准时频时钟源关联起来，则既可以节省网络建设成本，又可以通过合理的网络组织提升整网的安全可靠性。因此，不管是频率同步网，还是时间同步网，为了改善和确保网络端到端时间同步和频率同步性能，以及有效地控制全网全程漂移指标，为了提升整网的安全可靠性，结合考虑国网公司的网络特征，调整同步区，统一考虑基准时钟源的设置，减少网络层次等级，扁平化网络将是今后网络演进的必然趋势。国网公司时频同步网总体架构设计的网络结构不仅是时间同步网的目标网络，而且也将是频率同步网演进的目标网络。然而，无论在节点布局方面，还是在定时链路组织方面，现有频率同步网都还存在向时频同步网平滑演进的诸多不利因素。同步区划分不合理，全网全程漂移控制难以达标。全网架空光缆占95%以上，从分部-省调-地调-县调的最大传输距离为5262.41km，而传输距离在0-1000km以内的传输链路数仅占49.57%，在1000-2000km以内的链路数所占比例约为46.23%，超过2000km的链路数所占比例为4.19%。全网规划建设不统一，省内同步网与国网骨干同步网相对独立。虽然国网公司已基本建成国网骨干频率同步网和省内频率同步网，但是，省内频率同步网与国网骨干频率同步网相对独立，实际上并没有形成统一的国网公司频率同步网，省内频率同步网没有溯源到PRC的比例约占75%以上。节点布局不合理，时钟等级混乱。国网公司有19%的省只配置一个基准时钟独立来组网；26%的省实际上没有配置一级基准时钟，而是将单GPS＋双铷钟BITS配置的节点时钟视为一级基准时钟来组网，以及将实为LPR配置的一级基准时钟视为二级BITS节点时钟。全网MSTP/SDH传输系统同步定时安排与同步网定时链路规划不协调统一。比如MSTP/SDH传输系统定时注入与同步网节点时钟设备获取同步定时相互冲突，以及国网骨干MSTP/SDH传输网主备用定时链路过长（最长为2768.9km，其中串入传输节点数量为26个）等。因此，为了使网络循序渐进地平滑演进，需要考虑调整同步区，统一布局频率同步节点和时间同步节点，并统筹考虑定时链路的组织。综上所述，无论是网络结构的扁平化，还是网络的平滑演进，都有必要进一步优化现有国网公司频率同步网。6.4　安全可靠性目前，国网公司频率同步网组网不仅过分依赖于GPS卫星时钟源，而且全网只配一路地面输入参考源的LPR和BITS设备约占20.35%；配有卫星接收机的BITS设备（并非PRC/LPR）占78.80%，其中北斗仅占14.37%。虽然在每个变电站都建有时间同步系统，但还没有建设地面授时网络；而且时间同步系统也主要依赖于GPS和部分北斗时间同步源。由于GPS受美国军方控制必然会存在安全隐患，各种各样GPS干扰源的存在（北斗干扰源也一定会出现）必然会降低时间同步和频率同步系统运行的可靠性和稳定性。国网公司MSTP/SDH传输系统同步定时安排不合理，甚至还存在没有接入同步的情况。总部没有配置备用定时的MSTP/SDH传输系统占总部自己的33.34%，五个分部占分部自己的62.50%，各省占各省自己的31.52%；各省没有接入同步的占各省自己的6.64%。由于国网公司MSTP/SDH传输系统存在没有配置备用定时和没有接入同步的问题，不仅降低了传输网的同步可靠性和运行效率，而且也给同步网带来了安全可靠运行的隐患。因此，有必要采用我国自主北斗卫星授时技术，同时建立地面自主基准时钟源，通过组织地面定时链路，对国网公司现有频率同步网进行优化调整。6.5　运行维护管理目前，国网公司频率同步网网络层次不分明，造成运行维护管理混乱。比如总部配置的节点时钟设备在国网骨干网中不使用，只在省内使用；省内配置的在省内不使用，只在国网骨干网中使用，以至于无人问津。同步网覆盖区域广阔，时钟节点众多，对时钟的统一运维管理难度大。目前总部还没有同步网网管，各省同步网网管也都是孤立的。同时在巨大的时间同步需求驱使下，建设地面授时网络也只是迟早的事。因此，为了提高运行维护管理效率，节省运行维护管理成本，采用集中统一监控管理技术，有必要对国网公司现有频率同步网进行优化调整，以便实现频率和时间的统一监控管理。7　公司同步网优化提升总体思路为了同时满足各类电力业务和通信业务同步需求，能够同时提供频率和时间信号，国网公司同步网目标网络是基于时频融合的“两网合一”的时频同步网。该目标网络先期考虑国网公司频率同步网优化，后续结合业务需求进行平滑演进，最终实现时频融合。在规划设计公司同步网目标网络时，需要重点解决同步方式选择、同步区划分、网络结构设计、基准时频时钟设置等若干问题。7.1　同步方式选择同步方式的选择和同步区的划分对同步网建设至关重要，尤其是同步方式的选择，直接影响到同步网组织规划思路。结合技术方案成熟性、组网可行性、全同步组网必要性三个方面，对公司同步网同步方式的选择进行了分析。一、同步方式分析根据ITU-TG.810建议，从组网角度出发，同步网存在全同步、全准同步和混合同步等三种同步方式。1) 在全同步方式下，全网受一个或多个基准时钟控制。在多个基准时钟情况下，所有基准时钟之间应是同步运行，即在正常运行条件下具有相同的长期准确度。2) 在全准同步方式下，网络中各时钟独立运行，互不控制。这时要求各时钟具有高准确度和稳定度，以保证时钟相对频率偏差引起的滑动可以达到指标要求。3) 在混合同步方式下，将数字网分为若干子网，各子网内数字设备的时钟受属于该子网的基准时钟(符合G.811)控制，在各子网内部为全同步，而各子网基准时钟之间则按准同步方式运行。在上述三种同步方式中，全同步方式具有最佳的网络性能，长期运行过程中不会出现滑码，混合同步方式具有较好的网络性能，在正常运行条件下，子网内处于全同步运行，不会出现滑码，只是在子网之间可能出现周期性滑码，但滑码性能能够满足G.822规范的要求，而全准同步方式网络性能最差，所有时钟之间均存在频率偏差，在长期运行过程中会周期性出现滑码。根据全同步定义，全同步有两种实现方式，一是全网由单个基准时钟控制，采用主从同步方式实现全同步；二是全网由多个基准时钟控制，每个基准时钟控制的区域采用主从同步方式实现区域内的全同步，然后通过一定的技术手段实现多个基准时钟同步运行，从而最终实现全网的全同步。对于单个基准时钟控制的全同步方式，一般适用于地域相对较小的国家（如大部分欧洲国家）。在我国，中国电信在上世纪90年代采用过，主要基于PDH网络进行定时链路的组织，PDH能够实现对定时信号的透明传送，PDH传输节点对定时链路漂移无贡献，极长定时链路漂移仅需要满足1998年之前的G.823等ITU-T规范中10µs的要求。但在SDH网络环境下，SDH系统不能对定时信号进行透明传送，SDH传输节点会增加定时链路上的漂移，SDH网络与PDH网络相比，结构更复杂，若全网按1个大同步区进行定时链路的规划组织，由于我国幅员辽阔，定时链路距离会更长，且会串入更多的传输网元（超过60个SDH网元），全程全网漂移难以满足G.823、G.825和G.813等现行ITU-T规范中5µs的要求。在我国，无论是运营商还是专网网络，在基于SDH网络组建同步网时，若采用单个基准时钟控制的全同步方式，考虑到光缆（特别是传输距离超过1500km的架空光缆）和传输节点引起的的漂移，同步性能均无法满足规范要求。因此，在目前国网公司基于SDH网络构建同步网的情况下，不建议采用单个基准时钟控制的全同步方式进行同步网规划。对于全准同步方式，要求在所有具有同步需求的站点均设置基准时钟，并不进行联网，需要极高的建设成本，并且由于所有时钟之间均存在频率偏差，使得网络性能很难得到保证，目前没有国家或地区采用全准同步方式，不建议采用该同步方式。基于上述分析，单个基准时钟控制的全同步方式和全准同步方式均不建议采用，公司可选择多基准时钟控制的全同步方式或混合同步方式进行同步网的规划设计。二、公司同步方式的选择对于多基准时钟控制的全同步和混合同步等两种同步方式，公司应该采用哪种同步方式更加合适，下面分别针对技术方案成熟性、应用可行性、迫切性等多方面进行分析比较。1.技术方案成熟性目前我国三大运营商均采用多基准时钟控制的混合同步方式进行同步网的组网建设。国内运营商均按省、直辖市和自治区划分同步区，每个同步区内采用主从同步方式，处于全同步工作状态，同步区之间以准同步运行，即整个同步网采用混合同步方式。另外，3个运营商均在全国设置了5个自主基准时钟PRC（中国电信5个PRC的设置位置分别为北京、武汉、沈阳、广州和兰州；中国移动5个PRC的设置位置分别为北京、沈阳、武汉、广州和西安；中国联通5个PRC的设置位置分别为北京、上海、武汉、广州和兰州）。在卫星授时信号正常情况下（所有非自主基准时钟LPR以卫星信号为主用定时），3个运营商的同步网均基于31个同步区的混合同步方式运行；在卫星授时信号不可用情况下（所有同步区的非自主基准时钟LPR均溯源至PRC），同步网均基于PRC的5个同步区混合同步方式运行。因此，无论在何种情况下，目前运营商同步网采用的同步方式均为混合同步。采用混合同步方