电力与交通生产网的架构与实现

电力系统和交通系统都是关系国计民生的基础行业，它们在服务国家战略、保障国民经济方面发挥着不可替代的重要作用。因此，电力系统与交通系统的安全性、可靠性和稳定性就成为其运维管理的首要课题。
通信系统，尤其是有线通信系统作为电力与交通重要的组成部分，一直担负着调度、指挥、控制等关键业务的传递和控制作用。而光通信因为其天然具备的“大带宽、长距离、高可靠、高安全”等特性，从20世纪80年代末开始即成为电力与交通有线通信网的制式。经过30多年的发展，光通信已经覆盖国内95%以上的电力与交通通信线路，也是专用通信面向未来发展主要的技术驱动力。
一直以来，电力和交通的光通信系统专业化程度较高，业务耦合紧密，虽然行业内已经有不少的专业资料，但是一直缺少一本能够全面介绍电力、交通生产通信网的书籍。基于此，本书对行业专网应用进行了系统性的梳理和介绍，以便从业者能更好地设计与运维这张网络。

我们希望通过书籍的形式，完整地向读者呈现行业专用传输网的业务诉求、业务特点以及它与公网的区别，体现行业专网独特的建网价值和建网方式，全面系统地呈现我们在行业传输网上的经验与思考，对从业者提供帮助。这也是我们能够对行业所做的一点点微小的贡献。

面向未来，随着我国“双碳”战略的落地推进，节能减排将成为各行各业的首要任务和目标。在此大背景下，网络光纤化将成为未来发展的必然趋势，光通信网络正在从电力和交通行业走向金融、教育、医疗、制造等千行百业，同时从广域网的骨干、汇聚层走向接入层，进而走向局域网。光通信网络正面临着前所未有的发展机遇，必将迎来井喷式的高速发展。
因此，本书不仅介绍通信网和传输网，更重要的是深挖建设这张网的原因和目的，即业务究竟有哪些；业务的本源是什么；为什么需要提供特定的传输方式等。我们试图通过对这些问题的梳理，使读者能够见微知著，了解并理解这张网络的发展历程和设计理念，并为未来行业的发展提供参考思路。
我们在写作过程中参考了大量的行业资料、行业论文与行业书籍，甚至还查阅了不少20世纪80年代、90年代的资料文献，总体上力求资料引用尽量丰富，写作内容尽量精准。也希望本书能够真正对读者有所帮助！
一、  结构安排
本书以电力、交通生产通信网面临的挑战和需求作为切入点，介绍行业生产通信网的发展历程、架构、主要业务、关键技术、光传输解决方案和下一代承载技术，后介绍了电力与交通未来技术展望。
二、  读者对象
 电力、交通光通信从业人员：包括渠道、集成商、设计院等，通过学习本书了解全光园区解决方案，可更好地完成工作。
 大中专院校在校学生：毕业后欲从事电力、交通光通信相关工作，应聘渠道、设计院、网络维护工程师等方向，招聘时有明显注明认证通过者优先。
 客户：网络建设和网络维护人员，通过本书了解电力、交通光传输解决方案，为后续决策做基本了解，或为已建成的园区网络做维护管理。
 其他：对电力、交通光通信网络感兴趣人员。
三、  致谢
在本书的写作过程中，我们得到了业界许多领导、专家、同行的帮助，在此表示诚挚的感谢！

感谢郭祥寿为本书地铁相关章节提供的文稿和资料；感谢何金畅、邱康华、安琪、刘卓尔、赵海智、殷江宁、刘海涛、刘鹏、凌祝军、梁乐庚对本书提供建议和素材，让本书的内容更加丰富！

本书主要由张道农、袁道春、王楠编写，参与编写的人员还有蔡长波、税长江、喻健、张磊、李政宇、郑璇、彭玮。限于编者的水平和经验，疏漏或者错误之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者2022年1月

《电力与交通生产网的架构与实现》全面介绍电力与交通行业对通信网的需求、发展、应用等基本知识，着重介绍如何基于第五代固定网络(the Fifth-Generation Fixed Network,F5G)技术构建电力与交通的专用通信网的业务需求模型、业务承载与分发方式、业务安全性与可靠性保障、推荐组网方案与业务配置方案的实现细节，并通过一些具体的网络设计和实现案例说明如何运用F5G进行实际的组网。 《电力与交通生产网的架构与实现》适合作为电力与交通行业通信机电从业者、设计人员、运维人员和研究人员进行设计和建网的参考书，也可作为高等院校计算机、软件工程专业高年级本科生、研究生的参考书籍，还可供对光通信有所了解的开发人员、广大科技工作者和研究人员参考。

《电力与交通生产网的架构与实现》全面介绍电力与交通行业对通信网的需求、发展、应用等基本知识，着重介绍如何基于第五代固定网络(the Fifth-Generation Fixed Network,F5G)技术构建电力与交通的专用通信网的业务需求模型、业务承载与分发方式、业务安全性与可靠性保障、推荐组网方案与业务配置方案的实现细节，并通过一些具体的网络设计和实现案例说明如何运用F5G进行实际的组网。 《电力与交通生产网的架构与实现》适合作为电力与交通行业通信机电从业者、设计人员、运维人员和研究人员进行设计和建网的参考书，也可作为高等院校计算机、软件工程专业高年级本科生、研究生的参考书籍，还可供对光通信有所了解的开发人员、广大科技工作者和研究人员参考。

张道农，华北电力设计院工程有限公司教授级高级工程师，全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会委员，全国时间频率计量委员会委员，中国电工技术学会理事，WAMS及时间同步工作组组长，IEEE PES能源发展与发电技术委员会（中国）电厂的设计、运行和控制技术分委会常务理事。1985年至今从事电力系统设计工作37年，完成工程400余项，其中国家重点工程100余项，发表学术论文100余篇。
袁道春，毕业于西南交通大学应用物理系，现任华为技术有限公司高级技术专家。从事SDH、MSTP、OTN光传输设备设计与开发、电力交通行业传输承载解决方案设计与开发等技术工作。荣获2007年国家科学技术进步奖二等奖、2007年广东省科学技术进步奖一等奖，拥有国家发明专利10项。
王楠，毕业于电子科技大学通信工程专业，具备多年SDH、MSTP、OTN光传输设备设计与开发经验。2014年至今，从事交通行业光通信解决方案设计与项目实施工作，涵盖铁路、地铁、高速公路、民航空管等多个领域，主导多个重大项目方案设计；参与交通行业多个标准、规范、白皮书的起草与编写工作。

第1章电力通信网00

1.1电力通信网概述00

1.1.1电力通信网概念00

1.1.2电力通信网发展历程00

1.1.3电力通信网总体架构现状00

1.1.4电力通信网业务00

1.1.5电力通信网面临的挑战00

1.1.6面向电力通信网的承载解决方案00

1.1.7小结00

1.2电力通信高可靠承载方案00

1.2.1电力生产网关键业务介绍00

1.2.2继保业务通信方案介绍0

1.2.3纵联电流差动保护业务的通信保护方案0

1.2.4电力生产网下一代承载技术0

1.3电力通信超长站距承载方案0

1.3.1为什么需要超长站距光传输0

1.3.2关键技术介绍0

1.3.3超长站距方案介绍0

1.3.4超长站距光系统设计参考原则0

1.3.5再生段距离计算示例0

1.4电力通信大带宽承载方案0

1.4.1电力承载网向大带宽相干通信演进0

1.4.2SOP是影响电力承载网相干光通信的关键因素0

1.4.3电力OPGW承载SOP技术要求0

1.4.4雷击影响光通信的SOP的理论分析0

1.5电力通信广连接关键技术0

1.5.1电力接入网发展趋势和挑战0

1.5.2关键技术介绍0

1.5.3PON电力配网解决方案0

1.6电力下一代通信承载技术0

1.6.1电力通信网架构发展趋势0

1.6.2电力F5G通信网络架构0

1.6.3电力F5G技术简介0

1.6.4电力F5G干线通信技术0

1.6.5电力F5G生产业务光通信技术0

第2章铁路传输网0

2.1铁路的发展历程0

2.2铁路传输网介绍0

2.2.1铁路传输网发展历程0

2.2.2铁路传输网现网组网架构0

2.2.3铁路传输网承载业务分析0

2.3铁路传输网面临的新挑战

2.3.15GR对铁路传输网大带宽、多业务、高可靠、

低时延的新需求

2.3.2视频云化对铁路传输网大带宽、低时延、长距传输、

高可靠的新需求

2.3.3枢纽城域网对铁路传输网大带宽、统一规划的新需求

2.3.4未来智能铁路对新一代传输网的新需求

2.3.5铁路传输网演进需考虑GSMR业务的延续

2.3.6铁路传输网演进需考虑新旧网络的兼容

2.4铁路F5G传输网解决方案

2.4.1F5G传输解决方案匹配新一代铁路传输网需求

2.4.2关键技术

2.4.3组网应用

2.4.4应用案例

第3章地铁传输网

3.1地铁发展历程

3.2地铁传输网介绍

3.2.1地铁系统介绍

3.2.2地铁传输网概述

3.2.3地铁传输网承载通信业务分析

3.2.4地铁传输网现网组网架构

3.3地铁线网传输系统F5G解决方案

3.3.1新业务需求

3.3.2组网方案

3.3.3关键技术——大容量OTN

3.3.4设计实例

3.4地铁线路传输系统F5G解决方案

3.4.1新业务需求

3.4.2技术演进

3.4.3组网方案

3.4.4关键技术

3.5地铁未来“互联互通”趋势

第4章高速公路传输网

4.1高速公路发展历程

4.2高速公路机电系统

4.2.1高速公路通信子系统组成

4.2.2高速公路机电系统及业务

4.2.3收费业务

4.2.4视频图像业务

4.3高速公路传输网技术与组网方案

4.3.1传输网带宽需求分析

4.3.2高速公路传输网概述

4.3.3高速公路国干/省干传输网

4.3.4高速公路路段接入网

4.4高速公路传输网未来发展趋势

第5章民航传输网

5.1中国民航快速发展

5.2民航空管系统介绍

5.2.1空管系统的作用

5.2.2空中交通服务对设施的需求

5.2.3空中交通服务通信

5.2.4机场塔台管制

5.2.5程序管制

5.3空管国干传输网

5.4民航本地传输网

第6章未来技术展望

6.1量子密钥分发

6.1.1传统信息加密系统面临的挑战和应对策略

6.1.2量子保密通信基本原理和发展历程

6.1.3量子加密和OTN L1层加密构建量子级安全传输网

6.2光纤传感

6.2.1光纤传感技术简介

6.2.2分布式光纤传感基本原理

6.2.3分布式光纤传感在电力交通等行业的应用前景

第7章行业认证

7.1电力行业认证

7.1.1电力设备常见的工作环境

7.1.2典型IEC 618503、IEEE 1613、IEC 6100065

报告标准要求

7.2交通行业认证

7.2.1交通行业通用(强制类)认证

7.2.2交通行业安全完整性SIL认证

附录专业术语

参考文献

《电力与交通生产网的架构与实现》全面介绍电力与交通行业对通信网的需求、发展、应用等基本知识，着重介绍如何基于第五代固定网络(the Fifth-Generation Fixed Network,F5G)技术构建电力与交通的专用通信网的业务需求模型、业务承载与分发方式、业务安全性与可靠性保障、推荐组网方案与业务配置方案的实现细节，并通过一些具体的网络设计和实现案例说明如何运用F5G进行实际的组网。 《电力与交通生产网的架构与实现》适合作为电力与交通行业通信机电从业者、设计人员、运维人员和研究人员进行设计和建网的参考书，也可作为高等院校计算机、软件工程专业高年级本科生、研究生的参考书籍，还可供对光通信有所了解的开发人员、广大科技工作者和研究人员参考。

张道农，华北电力设计院工程有限公司教授级高级工程师，全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会委员，全国时间频率计量委员会委员，中国电工技术学会理事，WAMS及时间同步工作组组长，IEEE PES能源发展与发电技术委员会（中国）电厂的设计、运行和控制技术分委会常务理事。1985年至今从事电力系统设计工作37年，完成工程400余项，其中国家重点工程100余项，发表学术论文100余篇。
袁道春，毕业于西南交通大学应用物理系，现任华为技术有限公司高级技术专家。从事SDH、MSTP、OTN光传输设备设计与开发、电力交通行业传输承载解决方案设计与开发等技术工作。荣获2007年国家科学技术进步奖二等奖、2007年广东省科学技术进步奖一等奖，拥有国家发明专利10项。
王楠，毕业于电子科技大学通信工程专业，具备多年SDH、MSTP、OTN光传输设备设计与开发经验。2014年至今，从事交通行业光通信解决方案设计与项目实施工作，涵盖铁路、地铁、高速公路、民航空管等多个领域，主导多个重大项目方案设计；参与交通行业多个标准、规范、白皮书的起草与编写工作。